Согласно принципам теории химического строения, свойства всякого соединения определяются его составом, строением, а также конфигурацией молекул, т. е. относительным пространственным расположением атомов вмолекуле.
Современное учение о свойствах органических веществ является развитием идеи А. М. Бутлерова о зависимостихимических реакций вещества от его строения. Выражающая строение вещества структурная формула дает представление о всем многообразии химических реакций вещества, хотя предсказания на основании структурной формулы не являются следствием строгих математических законов, а носят лишь качественный характер и предоставляют еще многое на долю таланта и интуиции химика-экспериментатора.
Физические свойства веществ также зависят от их состава, от строения и конфигурации молекул. С проявлениями зависимости физических свойств веществ от их химического строения мы уже неоднократно встречались. Это прежде всего правильности в изменениях температур кипения, плотностей и других физических свойств для различных членов одного и того же гомологического ряда, для различных изомеров одних и тех же членов гомологического ряда, а также при переходе от одного гомологического ряда к другому.
В отличие от закономерностей в изменениях химических свойств, изменения физических свойств могут быть выражены точными цифровыми величинами. Изучение физических свойств различных органических соединений во многих случаях привело к нахождению закономерностей их изменения в зависимости от строения, выражаемых более или менее точными математическими формулами. Эти закономерности излагаются в курсах физической химии Здесь мы дадим лишь весьма краткие представления о некоторых из них, чтобы показать важность изучения физических свойств органических веществ для установления их строения.
Во многих случаях правильности в изменениях физических свойств могут быть выражены простыми зависимостями, если пользоваться молярными величинами, т. е. соответствующие величины относить к молю вещества.
Характеристики физических свойств соединений часто выражают как сумму нескольких слагаемых, относящихся катомам соответствующих элементов, которые входят в состав данного соединения. Применение таких аддитивных схем для нахождения какой-либо физико-химической характеристики соединения по формуле его строения равносильно, следовательно, предположению, что атом элемента, входя в состав различных соединений, вносит всегда одну и ту же долю такой характеристики.
В простейших случаях это предположение в отношении органических соединений оказывается очень близким к истине (аддитивны, например, величины молекулярных объемов и молекулярных рефракций ряда предельных углеводородов). Однако, пользуясь на практике такими схемами, нельзя забывать, что в общем случае та или иная характеристика соединения не является суммой характеристик входящих в его состав атомов элементов. Часто обнаруживаются отступления от таких упрощенных схем и при расчете приходится вносить конститутивные (т. е. обусловленные особенностями строения) добавки — инкременты Так, например, при вычислении молекулярных рефракций для диеновых углеводородов, помимо инкрементов для двойных связей, приходится вводить еще различныедобавки, зависящие от взаимного расположения двойных связей.
Пример 1. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,5 л 135 г глюкозы C6H12O6 при 0 0С.
Решение:Осмотическое давление определяется по закону Вант-Гоффа:
См RТ
Молярную концентрацию раствора находим по формуле:
.
Подставляя значение молярной концентрации в выражение закона Вант-Гоффа, рассчитываем осмотическое давление:
π = См RТ= 0,5 моль/л ∙ 8,314 Па∙м3/моль∙К∙273=1134,86 ∙103 Па
Пример 2.Определите температуру кипения раствора, содержащего 1,84 г нитробензола C6H5NO2 в 10 г бензола. Температура кипения чистого бензола 80,2 0С.
Решение: Температура кипения раствора на ∆tкип будет выше, чем температура кипения чистого бензола: tкип(раствора)= tкип(растворителя) + ∆tкип;
По закону Рауля: ∆tкип = Е∙ Сm ,где Е-эбуллиоскопическая константа растворителя (табличная величина),Сm – моляльная концентрация раствора, моль/кг
∆tкип = Е∙ Сm =1,5 ∙ 2,53=3,8 0С.
tкип(раствора)= tкип(растворителя) + ∆tкип =80,2 0С +3,8 0С=84 0С.
901. Раствор, содержащий 57 г сахара С12Н22О11 в 500 г воды, кипит при 100,72 0С. Определите эбуллиоскопическую константу воды.
902. Раствор, содержащий 4,6 г глицерина С3Н8О3 в 71 г ацетона, кипит при 56,73 0С. Определите эбуллиоскопическую константу ацетона, если температура кипения ацетона 56 0С.
903. Вычислите температуру кипения раствора, содержащего 2 г нафталина С10Н8 в 20 г эфира, если температура кипения эфира 35,6 0С, а его эбуллиоскопическая константа 2,16.
904. 4 г вещества растворены в 100 г воды. Полученный раствор замерзает при -0,93 0С. Определите молекулярную массу растворённого вещества.
905. Определите относительную молекулярную массу бензойной кислоты, если 10 % раствор её кипит при 37,57 0С. Температура кипения эфира 35,6 0С, а его эбуллиоскопическая константа 2,16.
