Физические свойства карбоновых кислот

Низшие насыщенные карбоновые кислоты (С₁-С₃) при обычных условиях представляют собой легкоподвижные жидкости, обладающие характерным острым запахом. Например, этановая (уксусная) кислота имеет характерный «уксусный» запах.

Кислоты состава С₄-С₉ – вязкие маслянистые жидкости с неприятным запахом, напоминающим запах пота, плохо растворимые в воде (разветвленные кислоты до С₁₃ — жидкости). Высшие карбоновые кислоты (с С₁₀) — твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде.

Алифатические карбоновые кислоты с количеством атомов углерода более 10 относят к высшим жирным кислотам (ВЖК), так как подавляющее большинство из них могут быть выделены из жиров животного или растительного происхождения.

Ненасыщенные кислоты при комнатной температуре – жидкости. Все дикарбоновые и ароматические кислоты при комнатной температуре – кристаллические вещества.

Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты смешиваются с водой в любых соотношениях. С увеличением молекулярной массы кислот растворимость в воде уменьшается. Высшие карбоновые кислоты, например, пальмитиновая С₁₅Н₃₁СООН и стеариновая С₁₇Н₃₅СООН – бесцветные твердые вещества, не растворимые в воде.

Монокарбоновые кислоты хорошо растворяются также во многих органических растворителях.

С увеличением числа атомов углерода в молекулах кислот и соответственно, с ростом относительной молекулярной массы температура кипения увеличивается, запах ослабевает и исчезает.

Температуры плавления кислот с четным числом углеродных атомов имеют более высокие температуры плавления, чем с нечетным числом. С увеличением числа углеродных атомов в молекуле кислоты температура плавления уменьшается и где-то после С₂₅ практически сходит на нет.

При одной и той же длине углеводородного радикала температуры плавления и кипения ненасыщенных кислот зависят от наличия кратных связей – с ростом их числа соответствующие температуры уменьшаются.

Температуры кипения и плавления кислот значительно выше температур кипения и плавления спиртов и альдегидов с тем же количеством атомов углерода.

Карбоновые кислоты имеют аномально высокие температуры кипения из-за наличия межмолекулярных водородных связей. Водородная связь, образуемая водородом гидроксильной группы одной молекулы с карбонильным кислородом другой, более прочная, чем в спиртах.

В твердом и жидком состоянии молекулы насыщенных монокарбоновых кислот димеризуются в результате образования между ними водородных связей в устойчивые циклические димеры:

Между двумя молекулами могут устанавливаться две водородные связи, это и обусловливает сравнительно большую прочность димерных молекул.

Молекулы муравьиной и уксусной кислот за счёт водородных связей могут образовывать димеры, которые не разрушаются даже в паровой фазе. Муравьиная кислота в парообразном состоянии состоит из димеров. Уксусная кислота в парах представляет собой смесь простых и удвоенных молекул.

Растворимость карбоновых кислот в воде несколько выше, чем у спиртов, так как и с водой кислоты образуют более прочные водородные связи.

В водных растворах кислоты образуют линейные димеры:

Отсутствие среди карбоновых кислот газообразных веществ связано с межмолекулярной ассоциацией (соединением) молекул посредством водородных связей.

Муравьиная кислота НСООН – бесцветная жидкость с резким запахом, кипит при 101⁰С. Растворяется в воде в любых количествах. Муравьиная кислота содержится в выделениях муравьев, в крапиве, и хвое ели. Вызывает ожоги на коже. Ожог крапивой – это результат раздражающего действия муравьиной кислоты.

Уксусная кислота СН₃СООН при обычной температуре – бесцветная жидкость, кислая на вкус, с резким запахом. Температура кипения 100%-й уксусной кислоты – 118⁰C. Безводная уксусная кислота застывает при  температуре ниже + 16,8⁰С, образуя красивые кристаллы, похожие на лед, поэтому ее называют ледяной уксусной кислотой. В кристаллах между молекулами уксусной кислоты образуются особенно прочные водородные связи.

3-9% водный раствор кислоты известен под названием столового уксуса, который применяется как приправа к пище. 70-80% уксусная кислота называется уксусной эссенцией.

Уксусная кислота смешивается во всех отношениях с водой, спиртом, эфиром, бензолом. Ледяная уксусная кислота хороший растворитель многих органических веществ. Концентрированные растворы уксусной кислоты при попадании на кожу вызывают ожоги.

Видеоопыт «Замораживание уксусной кислоты (демонстрация ледяной уксусной кислоты)»

Пальмитиновая и стеариновая кислоты — твердые вещества, белого цвета, жирные на ощупь, нерастворимы в воде, умеренно растворимы в спирте, эфире, хлороформе и других органических растворителях.

Простейшая ароматическая кислота — бензойная C₆H₅COOH (т. пл. 122,4⁰С) — легко возгоняется, т.е. переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. При охлаждении её пары сублимирутся в кристаллы. Это свойство используется для очистки вещества от примесей. В холодной воде растворяется плохо. Хорошо растворяется в спирте и эфире.

Видеоопыт «Возгонка бензойной кислоты»

Карбоновые кислоты