Titik didih "iso-" alkana yang tidak normal

Aug 21 2020

Saya mencoba membandingkan titik didih iso-heksana dan 3-metilpentana.

Titik didih senyawa organik bergantung pada tiga faktor menurut Master Kimia Organik - 3 Tren yang Mempengaruhi Titik Didih . Mereka:

  1. Kekuatan relatif dari empat gaya antarmolekul adalah: Ionik> Ikatan hidrogen> dipol dipol> gaya dispersi van der Waals. Pengaruh dari masing-masing gaya yang menarik ini akan bergantung pada gugus fungsi yang ada.

  2. Titik didih meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah karbon.

  3. Percabangan menurunkan titik didih.

Jumlah karbon yang sama pada 2-metilpentana dan 3-metilpentana sehingga tren tersebut tidak membuat perbedaan. Karena tidak ada gugus fungsi, satu-satunya gaya yang bekerja antara dua molekul adalah gaya dispersi van der Waals dan ini tergantung pada luas permukaan molekul.

3-Methylpentane lebih simetris dari 2-methylpentane sehingga akan membentuk struktur yang lebih bulat daripada iso-hexane. Untuk volume tetap, luas permukaan berkurang jika bentuknya semakin bulat. Oleh karena itu, molekul yang lebih simetris (3-Methylpentane) akan menunjukkan titik didih yang lebih rendah.

Namun, titik didih 3-metilpentana adalah $\pu{63 ^\circ C}$ sedangkan untuk isoheksana $\pu{60 ^\circ C}$ yang bertentangan dengan pernyataan di atas, yang menurutnya iso-heksana seharusnya memiliki titik didih yang lebih besar.

Karena mengira ada kesalahan dalam asumsi saya, saya membandingkan titik didih 3-metilheptana dan 4-metilheptana.

Ini menunjukkan tren yang sama seperti pernyataan saya. 3-Methylheptane memiliki titik didih$\pu{120 ^\circ C}$ dan 4-metilheptana memiliki titik didih $\pu{117 ^\circ C}$.

Lebih jauh lagi, membandingkan 4-methylnonane ($\pu{165.7 ^\circ C}$) dan 5-methylnonane ($\pu{165.1 ^\circ C}$), kita melihat bahwa perbedaan antara titik didih berkurang menjadi $\pu{0.6 ^\circ C}$ dari $\pu{3 ^\circ C}$ namun masih bisa diprediksi menggunakan pernyataan di atas.


Memperbarui

Dengan mengacu pada J. Am. Chem. Soc. 1929, 51 (5), 1540-1550 , nilai titik didih dan densitas yang diukur untuk isomer (hanya mengambil rantai lurus dan isomer bercabang tunggal) adalah sebagai berikut untuk:

  1. Hexanes

\ begin {array} {| c | c |} \ hline \ text {Nama IUPAC} & \ text {Titik didih} (\ pu {^ \ circ C}) & \ text {Kepadatan} (\ pu {g ml- 1)} \\ \ hline n \ text {-Hexane} & \ pu {68.95} & 0.6595 \\ \ text {2-Methylpentane} & \ pu {60.2} & 0.6542 \\ \ text {3-Methylpentane} & \ pu {63,2} & 0,6647 \\ \ hline \ end {larik}

  1. Heptanes

\ begin {array} {| c | c |} \ hline \ text {Nama IUPAC} & \ text {Titik didih} (\ pu {^ \ circ C}) & \ text {Kepadatan} (\ pu {g ml- 1)} \\ \ hline n \ text {-Heptane} & \ pu {98.4} & 0.6836 \\ \ text {2-Methylhexane} & \ pu {90.0} & 0.6789 \\ \ text {3-Methylhexane} & \ pu {91,8} & 0,6870 \\ \ hline \ end {larik}

  1. Oktan

\ begin {array} {| c | c |} \ hline \ text {Nama IUPAC} & \ text {Titik didih} (\ pu {^ \ circ C}) & \ text {Kepadatan} (\ pu {g ml- 1)} \\ \ hline n \ text {-Octane} & \ pu {124.6} & 0.702 \\ \ text {2-Methylheptane} & \ pu {116.0} & 0.6985 \\ \ text {3-Methylheptane} & \ pu {122.2} & 0.707 \\ \ text {4-Methylheptane} & \ pu {118.0} & 0.722 \\ \ hline \ end {array}

  1. Decanes

\ begin {array} {| c | c |} \ hline \ text {Nama IUPAC} & \ text {Titik didih} (\ pu {^ \ circ C}) & \ text {Kepadatan} (\ pu {g ml- 1)} \\ \ hline n \ text {-Decane} & \ pu {174.0} & 0.730 \\ \ text {2-Methylnonane} & \ pu {160.0} & 0.724 \\ \ text {3-Methylnonane} & \ pu {166,9} & 0,735 \\ \ teks {5-Methylnonane} & \ pu {166,2} & 0,732 \\ \ hline \ end {larik}


Dalam semua kasus ini, tampaknya isomer 2-metil (isomer "iso-") memiliki titik didih terendah.

Oleh karena itu, tampaknya jawaban untuk pertanyaan tentang perbandingan titik didih 2-Methylpentane dan 3-Methylpentane terletak pada alasan mengapa "iso-" alkana memiliki titik didih terendah untuk alkana n-karbon.

Adakah alasan mengapa isomer "iso-" memiliki titik didih terendah pada isomer metil bercabang tunggal?

Mengapa perbandingan titik didih 3-Methylpentane dan 2-Methylpentane anomali? (Ini akan dijawab karena 2-Methylpentane adalah isomer "iso-" dari heksana)

Jawaban

1 Alchimista Aug 25 2020 at 11:46

Saya menyarankan agar istilah entropik menjelaskan perbedaan kecil yang diamati. Meskipun aspek ini biasanya penting untuk menjelaskan isomer apa yang meleleh pada suhu yang lebih rendah, pada prinsipnya hal ini dapat digunakan untuk membenarkan mengapa isomer yang memiliki cabang yang lebih panjang - tidak terlalu banyak - mendidih pada suhu yang sedikit lebih tinggi.

Dalam kasus ini, yang mungkin jarang terjadi karena untuk menyeimbangkan antara faktor-faktor entalpi diperlukan untuk membuat istilah entropik ini menjadi sangat penting, $3$ rantai karbon dapat mengakses ruang yang cukup - baik dalam istilah fisik maupun konformasi - dilarang untuk $2$ karbon dalam fase cair.

Mengingat $\Delta G$ dari transisi cairan ke gas akan menyiratkan sedikit lebih tinggi $T$ untuk 2-Methylpentane.