При стандартних умовах (Т = 298 К, Р = 1 атм) в залежності від будови і молекулярної маси вуглеводні можуть бути газоподібними, рідкими або твердими речовинами. Всі вуглеводні з довжиною ланцюга С1 - С4 газоподібні, С5 - С16 є рідинами. Вуглеводні складу С19 і вище - тверді речовини. Тип вуглецевого ланцюга впливає на температури кипіння (t 0 k) і плавлення (t 0 пл). Так, нормальні вуглеводні на відміну від розгалужених ізомерів мають більш високі t 0 k і t 0 пл. приклад:
н-пентан ізопентан (2-метилбутан)
Між молекулами вуглеводнів в твердому і рідкому стані діють сили Ван-дер-Ваальса. Між ароматичними молекулами виникають сили - - електронної взаємодії. Таким чином, сили зчеплення між молекулами більше у нормальних вуглецевих ланцюгів в рідких вуглеводнях, і відрив молекули від поверхні рідини складніше у н - ланцюгів, ніж у ізомерних розгалужених. У твердих вуглеводнях фазовий перехід тверде тіло рідина визначається щільністю упаковки молекул. Ця упаковка компактніше у нерозгалужених вуглеводнів. Тому н - вуглеводні плавляться при більш високій температурі, ніж розгалужені. Рихлість упаковки молекул розгалужених вуглеводнів в твердій фазі обумовлює більш слабкі сили міжмолекулярної взаємодії, більш низькі енергії кристалічної решітки.
Введення однієї подвійний зв'язку дещо знижує t 0 k (на 5-7 0) в порівнянні з алканами. Залежність t 0 пл складніша.
Парні алкадіени по t 0 k нагадують алкани, т. Е. Поєднання не впливає на температуру кипіння. Так, навіть ароматичне сполучення в бензолі (t 0 k = +80 0 С) не змінює t 0 k (t 0 k циклогексана +81 0 С). Зі збільшенням числа - зв'язків і особливо в разі їх сполучення температури плавлення вуглеводнів помітно збільшуються.
1-бутен 1,3-бутадієн 1,3-бутадіін
t 0 пл = -185 0 С t 0 пл = -109 0 С t 0 пл = -36 0 С
Арени мають в залежності від типу більш складні залежності t 0 k і t 0 пл. Серед дизаміщених бензолу пара - ізомери завжди мають більш високі t 0 пл (легше замерзають). Введення алкільного групи в бензол значно підвищує t 0 k (знижує летючість) і сильно знижує t 0 пл.
Колір, запах, дія на шкірний покрив.
Майже всі вуглеводні безбарвні за винятком довголанцюжкових пов'язаних полієнів. приклад:
Н2 С = СН (СН = СН-СН = СН) n-СН = СН2. при n = 2 і більше з'являється забарвлення (лікопін або каротин томатів). Одноядерні ароматичні вуглеводні безбарвні з'єднання.
Запах органічного з'єднання визначається його летючість і характером взаємодії з рецепторами органів нюху. Газоподібні вуглеводні (метан, етан, пропан, бутан) не мають запаху. Всі газоподібні ненасичені вуглеводні, починаючи від дуже слабо пахне етилену, мають запах, що посилюється зі збільшенням кількості - зв'язків і з їх сполученням. Ацетилен має слабкий ефірний запах. Всі рідкі вуглеводні мають запах гасу або бензину. Тверді вуглеводні не пахнуть при звичайній температурі, якщо вони не летючий.
Рідкі вуглеводні дратівливим чином діють на шкіру.
Щільність, структурованість рідкого стану.
Більшість вуглеводнів мають щільність (об'ємну масу) менше 1. Щільність вуглеводнів зростає в міру збільшення молекулярної маси. Так, в ряду алканів від С1 до С30 щільність зростає від 0,415 до 0,810, в ряду алкенів від С3 до С6 від 0,610 до 0,674, в ряду алкінів від С3 до С10 від 0,690 до 0,766. Це обумовлено зростанням сил міжмолекулярної взаємодії за рахунок появи - зв'язків.
В результаті - -межмолекулярного взаємодії арени помітно структуровані, на відміну від алканів, алкенів і алкінів. Тому їх щільність значно вище, ніж у інших вуглеводнів (для бензолу d4 20 = 0,879) і мало залежить від алкілування.
Примітка: позначення d4 t означає, що щільність рідини виміряна при температурі щодо щільності води при 4 0 С.
Розчинність в воді і наведених розчинниках.
При розчиненні вуглеводнів в розчинниках визначальною є сольватация їх молекул, т. К. Структурованість рідких і твердих вуглеводнів невелика. Під сольватацией слід розуміти всю суму енергетичних і структурних змін, що відбуваються в системі в процесі переходу газоподібних молекул, іонів, радикалів або атомів в рідку фазу розчинника з утворенням однорідного розчину, що має певний хімічний склад і структуру. Сольватація малополярних органічних молекул здійснюється завдяки диполь - дипольним і дисперсійним взаємодій. Вуглеводні добре сольватіруются неполярними рідинами, їх галогенопроїзводниє, але погано сольватіруются полярними рідинами (водою, спиртами, карбоновими кислотами). Чим вище полярність розчинника, тим нижче розчинність вуглеводнів. Тому все вуглеводні необмежено розчиняються один в одному і в галогенопроізводних (діхлоретане, хлороформі, хлористом метилені і т. Д. У той же час вони слабо розчиняються в спиртах, кетонах, складних ефірах і практично не розчиняються у воді.
Горючість, вибухонебезпечність, токсичність.
Більшість вуглеводнів отруйно при хронічному вдиханні їх парів. Особливо небезпечний бензол при тривалій роботі з ним, а також конденсовані арени з числом бензольних кілець більш 4. Останні сприяють розвитку ракових захворювань (канцерогенні речовини), тому потрапляння їх в атмосферу і водойми неприпустимо
Всі вуглеводні горючі. При нагріванні до 400-6000С без кисню відбувається обвуглювання, з киснем - горіння.
Фізико - хімічні властивості і показники пожежної небезпеки пов'язані між собою. Так, низька температура кипіння речовини вказує на низьку температуру спалаху даної речовини, а висока хімічна активність, особливо по відношенню до окислювача, - на низьку температуру займання.
Так, в ряду алканів із збільшенням довжини ланцюга підвищується температура кипіння, а отже, і температура спалаху. Підвищується ентальпія згоряння, і знижується температура самозаймання.
При згорянні природного газу досягаються температури до 1000 0 С і вище, а спалювання ацетилену в суміші з киснем дозволяє отримувати полум'я з температурою до 2800 0 С. Це використовується для різання і зварювання металів.
Представляє практичний інтерес розрахунок стандартних теплот згоряння вуглеводнів. Розглянемо це питання на прикладі алканів.
У загальній формулі рівняння реакції горіння алканів може бути записано таким чином:
Стандартні теплота згоряння с Н298 може бути розрахована за різницею стандартних теплот утворення продуктів реакції і реагентів:
Для розрахунку можуть бути використані величини обр Н298. наведені, наприклад, в "Довіднику хіміка", 1966 М. Т. 1, стор. 774 - 837, 854 - 875. Нижче наводяться теплоти освіти з С (тв), О2 (газ), Н2 (газ) газоподібного СО2. рідкої води (в кДж / моль).
Теплоти утворення органічних сполук з хорошим наближенням можна розраховувати, користуючись так званими Інкремент. При цьому виходять із припущення про те, що кожна структурна одиниця вносить в теплоту освіти завжди один і той же внесок, незалежно від того, в якому з'єднанні ця одиниця знаходиться (принцип адитивності). Нижче наведена таблиця 2 структурних інкрементів, достатніх для розрахунку теплот освіти алканів.
Величини структурних інкрементів
Сума теплот утворення продуктів дорівнює:
3 (-393,3) + 4 (-285,8) = -2323,1 кДж / моль
Сума теплот освіти реагентів:
(-42,34) 2 + (-20,63) = -105,31 кДж / моль
(Теплота освіти О2 (газ) з О2 (газ) природно дорівнює нулю.
Різниця дає стандартну теплоту згоряння пропану:
При видобутку вугілля в шахтах часто виділяється метан. утворюючи з повітрям вибухонебезпечні суміші. Під час вибуху метано-повітряних сумішей розвивається тиск до 706 кПа. Тому там, де може виділятися природний газ, дуже важливо стежити за складом повітря. Для попередження вибуху при аварійному виділенні метану і для гасіння факела в закритих об'ємах використовують СО2 або азот. Мінімальна концентрація діоксиду вуглецю як вогнегасної кошти дорівнює 26% (об.), Азоту 39% (об.). З хлором метан утворює суміш, що вибухає при дії на неї сонячного світла або іншого сильного джерела світла. Вибух суміші метану з хлором може статися і при її нагріванні до 150 0 С. Тому неприпустимо спільне зберігання балонів з хлором і метаном.
Ацетилен під тиском нестійкий. При тиску понад 196 кПа ацетилен здатний розкладатися з вибухом до вуглецю і водню. Температура вибуху 3000 0 С, тиск збільшується приблизно в 11 разів. Тому ацетилен можна зберігати в стислому стані, подібно до інших газів, в сталевих балонах звичайного типу. Для його зберігання і перевезення застосовують балони, наповнені активним вугіллям, просоченою ацетоном, в якому і розчиняють ацетилен під тиском. При такому способі зберігання ацетилен не вибухає навіть при тиску 2940 кПа. Ацетилен з повітрям утворює вибухові суміші. Межі займання: НПВ - 2%. ВПВ - 81%. Температура самозаймання 335 0 С. ацетилен-повітряні суміші вибухають з великою силою. Тиск вибуху досягає 931 кПа. Для попередження вибуху при аварійному виділенні ацетилену і для гасіння факела в закритих приміщеннях потрібно СО2 57% (об.), А азоту 70% (об.).
Газова фракція містить алкани С1 - С4. Природний газ - це переважно метан ( 98%), балонний газ - це в основному пропан і бутан.
Бензинова фракція (t 0 k = 40 - 180 0 С) містить вуглеводні С5 - С12. всього до 100 і більше індивідуальних сполук, в тому числі алкани, Циклоалкани, алкілбензоли.
Гасова фракція (t 0 k = 180 - 300 0 С) містить в основному вуглеводні С9 - С16. Це паливо для реактивних двигуні і сировину для крекінгу.
Соляровим дистилят (t 0 k = 300 - 400 0 С) складається переважного з вуглеводнів С15 - С25. Ця сировина для отримання дизельного палива.
Мазут (t 0 k = 300 0 С в вакуумі) має приблизний склад С20 - С30. Використовується як паливо для спалювання в топках котлів. Фракційної відгонкою під вакуумом отримують мастила, вазелін, парафін
Ароматичний вуглеводень бензол - легкозаймиста рідина, горить сильно коптить полум'ям. Під час вибуху пароповітряних сумішей розвивається тиск до 784 кПа. Ароматичні вуглеводні гасять тонкорозпиленою водою і піною.