一、相似相溶原理
1.极性溶剂(如水)易溶解极性物质(离子晶体、分子晶体中的极性物质如强酸等);
2.非极性溶剂(如苯、汽油、四氯化碳、酒精等)能溶解非极性物质(大多数有机物、Br2、I2等);
3.含有相同官能团的物质互溶,如水中含羟基(—OH)能溶解含有羟基的醇、酚、羧酸。
二、有机物的溶解性与官能团的溶解性
1.官能团的溶解性:
(1)易溶于水的官能团(即亲水基团)有—OH、—CHO、—COOH、—NH2。
(2)难溶于水的官能团(即憎水基团)有:所有的烃基(—CnH2n+1、—CH=CH2、—C6H5等)、卤原子(—X)、硝基(—NO2)等。
2.分子中亲水基团与憎水基团的比例影响物质的溶解性:
(1)当官能团的个数相同时,随着烃基(憎水基团)碳原子数目的增大,溶解性逐渐降低;
例如,溶解性:CH3OH>C2H5OH>C3H7OH>……,一般地,碳原子个数大于5的醇难溶于水。
(2)当烃基中碳原子数相同时,亲水基团的个数越多,物质的溶解性越大;
例如,溶解性:CH3CH2CH2OH
(3)当亲水基团与憎水基团对溶解性的影响大致相同时,物质微溶于水;
例如,常见的微溶于水的物质有:苯酚C6H5—OH、苯胺
C6H5—NH2、苯甲酸C6H5—COOH、正戊醇
CH3CH2CH2CH2CH2—OH(上述物质的结构简式中“—”左边的为憎水基团,右边的为亲水基团);乙酸乙酯CH3COOCH2CH3(其中—CH3和—CH2CH3为憎水基团,—COO—为亲水基团)。
(4)由两种憎水基团组成的物质,一定难溶于水。
例如,卤代烃R-X、硝基化合物R-NO2 ,由于其中的烃基R—、卤原子—X和硝基—NO2均为憎水基团,故均难溶于水。
三、液态有机物的密度
1.难溶于水,且密度小于水的有机物
例如,液态烃(乙烷、乙烯、苯、苯的同系物……),液态酯(乙酸乙酯、硬脂酸甘油酯……),一氯卤代烷烃(1-氯乙烷……),石油产品(汽油、煤油、油脂……)
注:汽油产品分为直馏汽油和裂化汽油(含不饱和烃)。
2.难溶于水,且密度大于水的有机物
例如:四氯化碳、氯仿、溴苯、二硫化碳
怎样理解有机物沸点变化的规律
有机物的沸点高低变化是有规律可循的。
液体沸点的高低决定于分子间引力的大小,分子间引力越大,使之沸腾就必须提供更多的能量,因此沸点就越高。
分子间的引力称范德华力,它包括取向力、诱导力和色散力。
除此之外还有一种力叫氢键,它的存在也对有机物的沸点有重要影响。
分子间引力的大小取决于分子结构,所以归根到底,有机物沸点的高低取决于分子本身的结构,其变化规律可以归纳为以下几个方面。
1.结构相似看分子量
对结构相似的有机物,其沸点高低主要由他子量的大小来决定。
因为分子量越大,分子间的范德华力越大,沸点就越高。
例如正烷烃系列:
名称分子式状态沸点(℃)
甲烷 CH4 气—164
乙烷 C2H6 气—88.6
丙烷 C3H8 气—42.1
丁烷 C4H10 气—0.5
戊烷 C5H12 液 36.1
庚烷 C7H16 液 68.9
辛烷 C8H18 液 125.7
正烷烃是非极性分子,分子间主要存在色散力。
正烷烃分子的分子量越大即含碳原子数越多,原子个数也就越多,色散力当然也就越大。
因此,正烷烃的沸点随着碳原子数的增多而升高。
2.同类同分异构体看支链
在有机物的同分异构体中,分子中所含的支链越多,其沸点越低。
如戊烷的三种同分异构体的沸点如下:
名称正戊烷异戊烷新戊烷
结构 CH3CH2CH2CH2CH3 (CH3)2CHCH2CH3 (CH3)4C
沸点 36.1 27.9 9.5
(℃)
分子中支链的增多,使分子间相互靠近受到阻碍,分子间接近程度或者说分子间接触面积减小。
由于色散力只有近距离内方能有效地产生作用.因此随着分子中支链的增多,分子之间距离增大,必然表现出有机物沸点的降低。
3.分子量相同看分子极性
如果有机物分子是极性分子,由于极性分子具有偶极,而偶极是电性的。
因此,极性分子之间除了具有色散力外,还具有偶极之间的静电引力。
这样,极性分子之间的分子间力比非极性分子要大得多,所以使沸点升高。
例如分子量相同的丁烷和丙酮:
分子量结构沸点(℃)
丙酮 5856.2
丁烷 58 CH3CH2CH2CH3 —0.5
丙酮分子中含有羰基,由于碳氧电负性不同,碳原子上带有部分正电荷,氧原子上带有部分负电荷。
当这样的极性分子相互接近时,势必产生较大的分子间力,从而表现出沸点值较大程度地升高。
4.不要忘记看氢键
如果有机物分子间能形成氢键,在液态时,分子间就能通过氢键结合形成较大的缔合体。
这样的液体沸腾气化时,不仅要破坏分子间的范德华力,而且还必须消耗较多的能量破坏分子间的氢键,因此,含有氢键的有机物较之分子量相近的其它有机物,应具有反常的高沸点。
例如甲醇和乙烷:
分子量结构沸点(℃)
甲醇 32 CH3OH 64.9
乙烷 30 CH3—CH3 —88.6
醇的沸点反常高就是由于其分子间有较强的氢键而发生缔合。
除了醇之外,酚、羧酸和胺等也含有氢键,其沸点也相应较高。