2.4　烷烃的物理性质

有机化合物的物理性质，一般是指物态、沸点、熔点、密度、溶解度、折射率及比旋光等。纯物质的物理性质在一定的条件下都有固定的数值，所以也常把这些数值称为物理常数。通过测定物理常数，可以鉴定有机化合物及其纯度。有机化合物的物理性质与分子结构有密切的关系。同系列化合物的物理性质常随碳原子数的增加而呈现出规律性的变化。部分烷烃的物理常数见表2-4。

表2-4　部分烷烃的物理常数

2.4.1　物态

物质的状态可以从化合物的沸点和熔点判断出来。在室温和常压下，直链烷烃中C₁～C₄是气体，C₅～C₁₆是液体，C₁₇以上是固体。

2.4.2　沸点

直链烷烃的沸点（boiling point， bp）随着碳原子的增多而呈现出有规律的升高。对于直链烷烃，大约每增加1个CH₂，沸点升高20～30℃。在同分异构体中，取代基越多，沸点就降低越多。这是因为液体的沸点高低取决于分子间van der Waals引力的大小。烷烃的碳原子数越多，分子间作用力越大，使之沸腾就必须提供更多的能量，所以沸点就越高。但在含取代基的支链烷烃分子中，随着取代基的增加，减少了分子间有效接触的程度，使分子间的作用力变弱而降低沸点。如在3种戊烷异构体中，正戊烷的沸点是36.1℃；而有1个取代基的异戊烷是28℃；有2个取代基的新戊烷是9.5℃。

2.4.3　熔点

直链烷烃的熔点（melting point）基本上也是随着碳原子数的增多而升高，但其变化并不像沸点那样有规律。这是由于晶体分子间的作用力不仅取决于分子的大小，而且也取决于它们在晶格中的排列情况。一般来说，分子越对称，分子在晶格中的排列越紧密，致使链间的作用力增大而熔点升高。如在戊烷异构体中，正戊烷的熔点是-130.5℃；对称性最差的异戊烷，熔点最低，为-160℃；而分子对称性最好的新戊烷，则熔点最高，为-16.5℃。

随着碳原子数的增多，含偶数碳原子的直链烷烃的熔点升高幅度通常比含奇数碳原子的直链烷烃的熔点升高幅度大，并形成一条锯齿形的熔点曲线。将含偶数和奇数碳原子的烷烃分别画出熔点曲线，则可得偶数烷烃在上、奇数烷烃在下的两条近似平行曲线（图2-4）。通过X射线衍射研究证明：含偶数碳原子的烷烃分子具有较好的对称性，导致其熔点高于相邻的两个含奇数碳原子烷烃的熔点。

图2-4　直链烷烃的熔点曲线

2.4.4　密度

直链烷烃的密度随着碳原子数的增多而增大，最大接近0.8g/cm³左右，所有的烷烃都比水轻。

2.4.5　溶解度

因为C—C键没有极性，C—H键只有很小的极性，所以烷烃分子是非极性或极性极弱的化合物。在有机化合物中存在“极性相似者互溶”的经验规律。因此，烷烃易溶于非极性或极性较小的苯、氯仿、四氯化碳、乙醚等有机溶剂，而难溶于水和其他强极性溶剂。液态烷烃作为溶剂时，可溶解弱极性化合物，但不溶解强极性化合物。