5. Propiedades físicas | 🍺 Alcoholes | Joseleg

 | Ciencias de Joseleg | Química | Química orgánica | Alcoholes | (Introducción) (Historia) (Estructura) (Nomenclatura) (Propiedades físicas) (Propiedades químicas) (Alcohol adulterado) (Referencias)

 

Debido a la presencia del grupo polar -OH, los alcoholes son compuestos polares, con cargas parciales positivas en el carbono y el hidrógeno y una carga parcial negativa en el oxígeno, sin embargo el efecto de dicha polaridad se pierde paulatinamente a medida que la cadena de carbono se vuelve más larga. Por lo anterior, para que una cadena larga de un alcohol pueda ser polar realmente. esta deberá tener varios grupos hidroxilo distribuidos a lo largo de su cadena.

Puentes de hidrógeno

La atracción entre el extremo positivo de un dipolo y el extremo negativo de otro se llama interacción dipolo-dipolo. Cuando el extremo positivo de uno de los dipolos es un átomo de hidrógeno unido a O o N (átomos de alta electronegatividad) y el extremo negativo del otro dipolo es un átomo de O o N, la interacción atractiva entre los dipolos es particularmente fuerte y se da el nombre especial de enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno.

La longitud de un enlace de hidrógeno en el agua es de 177 pm, aproximadamente un 80 % más largo que un enlace covalente O-H. La fuerza de un enlace de hidrógeno en el agua es de aproximadamente 21 kJ (5 kcal)/mol. A modo de comparación, la fuerza del enlace covalente O-H en el agua es de aproximadamente 498 kJ (118 kcal)/mol. Como puede verse al comparar estos números, un enlace de hidrógeno O-H es considerablemente más débil que un enlace covalente O-H. Sin embargo, la presencia de un gran número de enlaces de hidrógeno en el agua líquida tiene un importante efecto acumulativo sobre las propiedades físicas del agua. Debido a los enlaces de hidrógeno, se requiere energía adicional para separar cada molécula de agua de sus vecinas, de ahí el punto de ebullición relativamente alto del agua.

Puntos de fusión y ebullición

Los alcoholes de bajo peso molecular pueden formar enlaces de hidrógeno con el agua y con ellos mismos, por lo que van a tener un comportamiento semejante al agua en tanto a sus puntos de fusión y ebullición. lo anterior implica necesariamente que aún los alcoholes de bajo peso molecular se van a comportar como líquidos a temperatura ambiente, en lugar de ser gases como si se comportan sus homólogos alcanos, alquenos y alquinos.

Tabla 5‑1. Propiedades físicas de los alcanos lineales y su alcano homólogo de igual cantidad de carbonos. aunque la masa molar (molecular weight) de cada pareja homologa es muy semejante, el punto de ebullición (boiling Point) es radicalmente diferente, teniendo valores positivos para los alcoholes respectivos debido a su alta energía de disociación en el estado líquido. También se presenta la solubilidad en agua de cada pareja homóloga.

Los alcoholes tienen puntos de ebullición más altos porque se necesita más energía para vencer las fuerzas de atracción de los enlaces de hidrógeno entre sus grupos polares OH. La presencia de grupos hidroxilo adicionales en una molécula aumenta aún más la extensión de los enlaces de hidrógeno, como se puede ver al comparar los puntos de ebullición del hexano (p.e. 69 °C), 1-pentanol (p.e. 138 °C) y 1,4- butanodiol (pe 230°C), todos los cuales tienen aproximadamente el mismo peso molecular. Debido al aumento de las fuerzas de dispersión entre moléculas más grandes, los puntos de ebullición de todos los tipos de compuestos, incluidos los alcoholes, aumentan al aumentar el peso molecular. Compare, por ejemplo, los puntos de ebullición del etanol (p.e. 78 °C), 1-propanol (p.e. 97 °C), 1-butanol (p.e. 117 °C) y 1-pentanol (p.e. 138 °C).

El efecto de los enlaces de hidrógeno en los alcoholes se ilustra dramáticamente comparando los puntos de ebullición del etanol (pe 78 °C) y su isómero constitucional dimetil éter (pe -24 °C). La diferencia en el punto de ebullición entre estos dos compuestos se debe a la presencia de un grupo polar O-H en el alcohol, que es capaz de formar enlaces de hidrógeno intermoleculares, en contraste el oxígeno encerrado entre 2 cadenas de carbono en un éter R-O-R tiene una menor capacidad de electronegatividad para formar puentes de hidrógeno.. Este enlace de hidrógeno aumenta las fuerzas de atracción entre las moléculas de etanol; por lo tanto, el etanol tiene un punto de ebullición más alto que el éter dimetílico.

Solubilidad

Los alcoholes pequeños son completamente solubles en agua; mezclar los dos en cualquier proporción genera una solución también denominada mezcla homogénea. Sin embargo, la solubilidad disminuye a medida que aumenta la longitud de la cadena hidrocarbonada en el alcohol. A cuatro átomos de carbono y más, la disminución de la solubilidad es notable; una sustancia de dos capas puede aparecer en un tubo de ensayo cuando los dos se mezclan, sin embargo este efecto se puede aminorar o cancelar si se agregan grupos hidroxilo a lo largo de la cadena.