§ 23. Предельные одноатомные спирты. Гомологический ряд. Состав, строение и физические свойства (окончание)

Проблема. Чем объяснить, что вода, вещество с меньшей молекулярной массой, чем у метилового и этилового спиртов, имеет более высокую температуру кипения по сравнению со спиртами? Для решения проблемы обратимся к строению молекулы воды.

Молекулы воды способны к ассоциации за счет водородной связи, представляющей собой один из видов химической связи. Однако прочность этой связи значительно (в 10-15 раз) меньше, чем прочность обычной ковалентной связи. Она образуется между атомами водорода одной молекулы и электроотрицательным атомом кислорода другой молекулы (рис. 37). Ее обычно обозначают точками:

Водородные связи образуются как между молекулами воды, так и между молекулами спиртов, точнее, между атомами водорода и атомами кислорода молекул (рис. 38).

Образование водородных связей

Водородная связь оказывает большое влияние на физические свойства спиртов.

Водородная связь является причиной ассоциации молекул спиртов. Жидкое состояние спиртов и воды объясняется ассоциацией их молекул. Несмотря на меньшую прочность водородной связи по сравнению с ковалентной, для ее разрыва требуется дополнительная энергия. Этим объясняется высокая температура кипения воды и спиртов. Однако вода кипит при более высокой температуре, чем взятые для сравнения спирты. Это свидетельствует о том, что водородные связи между молекулами воды прочнее, чем между молекулами метанола, этанола, пропанола.

Водородные связи могут возникать между молекулами разных полярных соединений, например между молекулами спирта (растворяемое вещество) и молекулами воды (растворителем). Это обеспечивает их хорошую растворимость друг в друге, что подтверждает правило «подобное растворяется в подобном» (рис. 39).

Схема образования водородных связей в водном растворе спирта

Если углеводородный радикал в молекуле спирта небольшой, то водородные связи между молекулами спирта и воды устанавливаются легко, растворимость спирта в воде (например, метанола и этанола) является неограниченной. С увеличением углеводородного радикала растворимость спиртов в воде уменьшается.

Мы уже отмечали, что у спиртов более высокая температура кипения, чем у углеводородов с тем же числом атомов углерода. Так, н-бутан кипит при -0,5 °С, а бутанол-1, или бутиловый спирт, — при 1 17,7 °С; н-бутан — газ, бутанол-1 — жидкость. Увеличение температур кипения спиртов по сравнению с температурами кипения соответствующих алканов также объясняется наличием водородных связей между молекулами спиртов. С увеличением длины углеводородных радикалов температура кипения спиртов возрастает.

Выводы

1. Спирты отличаются друг от друга по составу на гомологическую разность — СН₂—. Общая формула спиртов R—ОН.

2. Строение и состав углеводородного радикала влияет на физические свойства одноатомных спиртов. С увеличением числа атомов углерода в радикале и молекулярной массы спиртов повышается их температура кипения, плотность, изменяется их агрегатное состояние (спирты с числом атомов углерода С_1-12 — бесцветные жидкости, С_13-20 — вязкие, сиропообразные вещества, С₂₁ и выше — твердые вещества).

3. Спирты легче воды. Растворимость спиртов в воде различная. Первые три гомолога (метиловый, этиловый и пропиловый спирты) смешиваются с водой в любых отношениях. По мере увеличения М_r спиртов их растворимость быстро уменьшается.

4. Спирты обладают запахом: метиловый и этиловый имеют специфический алкогольный запах, другие жидкие спирты — удушливый неприятный, но есть спирты с приятным запахом розы, жасмина и др.

Основные понятия

Предельные одноатомные спирты. Гомологический ряд метанола. Общая формула гомологов. Строение молекулы спирта. Водородная связь

Вопросы и задания

1. Дайте определение предельных одноатомных спиртов и приведите примеры.

2. Что такое функциональная группа? Почему гидроксильная группа спирта называется функциональной?

3. Как изменяется состав и физические свойства спиртов в гомологическом ряду метанола?

4. Напишите структурные формулы веществ, имеющих состав С₂Н₆O. Можно ли их назвать простыми эфирами? Ответ поясните.

5. Напишите структурные формулы изомеров амилового спирта С₅Н₁₁ОН и дайте их названия по международной номенклатуре.

6. Объясните подвижность атомов водорода гидроксильной группы спирта и высокую реакционную способность его молекулы.

7. Приведите примеры, подтверждающие влияние функциональной группы —ОН на свойства углеводородного радикала в молекуле спирта.

8. Какому из веществ: СН₃СН₂ОН или СН₃ОСН₃ свойственна водородная связь и почему? Раскройте на схеме механизм образования водородной связи между молекулами метанола и укажите ее отличия от ковалентной связи.

9. Объясните следующие закономерности изменения физических свойств у спиртов: 1) Почему с увеличением числа атомов углерода в молекуле спирта его температура кипения возрастает, а при разветвлении углеродной цепи — понижается? 2) Почему с увеличением молекулярной массы предельных одноатомных спиртов их растворимость в воде понижается?

<<< К началу