Образец решения задач данного типа

Поскольку алканы обладают относительно предсказуемыми физическими свойствами и испытывают относительно небольшое количество химических реакций, отличных от сгорания, они служат основой для сравнения многих других семейств органических соединений. Сначала рассмотрим их физические свойства.

Описывает некоторые свойства некоторых из первых 10 алканов с прямой цепью. Поскольку молекулы алкана неполярны, они нерастворимы в воде, которая является полярным растворителем, но растворимы в неполярных и слегка полярных растворителях. Следовательно, сами алканы обычно используются в качестве растворителей для органических веществ с низкой полярностью, таких как жиры, масла и воски. Эти свойства объясняют, почему масло и жир не смешиваются с водой, а скорее плавают на его поверхности.

Глядя ближе: Газовые плотности и Опасности

Таблица 5 Физические свойства некоторых алканов. Утечка была на милю ниже поверхности, что затрудняло оценку размера разлива. Один литр масла может создать пятна размером 5 гектаров. Это и подобные разливы дают напоминание о том, что углеводороды и вода не смешиваются. Таблица 5 «Физические свойства некоторых алканов» указывает, что первые четыре члена ряда алканов представляют собой газы при обычных температурах. Поскольку природный газ менее плотный, чем воздух, он поднимается. Когда утечка природного газа обнаруживается и отключается в помещении, газ можно удалить, открыв верхнее окно.

С другой стороны, бутилированный газ может представлять собой либо пропан, либо бутаны. Оба они намного тяжелее воздуха. Если в здание выходит газ в бутылках, он собирается рядом с полом. Это представляет гораздо более серьезную опасность пожара, чем утечка природного газа, потому что труднее избавиться от комнаты более тяжелого газа.

Как показано в таблице 5 «Физические свойства некоторых алканов», точки кипения алканов с прямой цепью возрастают с увеличением молярной массы. Это общее правило справедливо для линейных гомологов всех семейств органических соединений. Большие молекулы имеют большую площадь поверхности и, следовательно, более интенсивно взаимодействуют; поэтому для их разделения требуется больше энергии. Для данной молярной массы точки кипения алканов относительно низки, поскольку эти неполярные молекулы обладают лишь слабыми дисперсионными силами, чтобы удерживать их вместе в жидком состоянии.

Глядя ближе: основа Алкане для свойств других соединений

Понимание физических свойств алканов важно в том, что нефть и природный газ и многие продукты, полученные из них - бензин, газ в бутылках, растворители, пластмассы и многое другое - состоят в основном из алканов. Это понимание также жизненно важно, поскольку оно является основой для описания свойств других органических и биологических составных семейств. Например, большие части структур липидов состоят из неполярных алкильных групп. Эти соединения имеют как полярные, так и неполярные группы, что позволяет им преодолевать разрыв между водорастворимыми и нерастворимыми в воде фазами.

Эта характеристика необходима для селективной проницаемости клеточных мембран. Трипальмитин, типичная жировая молекула, имеет длинные углеводородные цепи, характерные для большинства липидов. Сравните эти цепочки с гексадеканом, алканом с 16 атомами углерода.

Не ссылаясь на таблицу, предсказывайте, что имеет более высокую точку кипения - гексан или октан. Если 25 мл гексана добавляли к 100 мл воды в химическом стакане, какой из следующих вы ожидаете? Мы сообщаем о расчетах свободной энергии и профилях колебаний одиночных алканов в направлении, перпендикулярном границе раздела воздух-вода. Это говорит о том, что гидрофобная сольватация растворенных веществ и ионов имеет важное значение для определения адсорбционного поведения.

Явления на водных интерфейсах продолжают привлекать внимание. Экспериментальные методы, такие как генерация второй гармоники и генерация колебательной суммарной частоты, позволяют изучать реакции водных интерфейсов на добавленные примеси. Эти различные адсорбционные поведения важны для различных физико-химических и биологических процессов. Однако поведение адсорбции растворенного вещества на интерфейсах продолжает игнорировать единую теорию. Для масштаба слияния ионов с расширенным интерфейсом было предложено, чтобы общий энтропийный вклад не учитывал адсорбцию ионов на границах раздела.

Недавняя работа осветила связь между воздушно-водной межфазной устойчивостью химических видов и степенью, в которой присутствие этих молекулярных видов в окрестности интерфейса вызывает коллективные флуктуации интерфейса в дополнение к уровню, присущему чистой воде из-за теплового движения, -. В этих исследованиях также сделан вывод о том, что податливость сольватационной оболочки вокруг более крупных, менее заряженных плотных анионов является критическим поведением, связанным с корреляцией стабильности интерфейса аниона и индуцированных флуктуаций интерфейса.

Этот характер немедленных разрезанных оболочек обоих типов видов приводит к большей способности воды покидать ближайшую окрестность растворенного вещества. Эта среда с более высокой флуктуацией плотности растворителя может затем соединяться с другими подобными средами и допускать растворенную связь с интерфейсом.

Таким образом, мы пытаемся привлечь внимание к более общим аспектам сольватационных оболочек, которые превосходят лежащие в основе механизмы, которые вызывают структуру или динамику этих оболочек. Это исследование организовано следующим образом. В разделе 2 мы излагаем методы, силовые поля и связанные с ними проблемы. Мы завершаем наше исследование в разделе 4 с кратким изложением наших выводов.

Применяются трехмерные периодические граничные условия. Взаимодействия Леннарда-Джонса постепенно выключались в диапазоне от 10 до 12 Å. Мы рассматриваем одноалкановые потенциалы средней силы по нескольким причинам. Во-первых, поскольку мы непосредственно сравниваем с поведением отдельных ионов при приближении к границе раздела жидкость-пар, мы утверждаем, что аналогичный анализ применяется для алканов. Гидрофобный эффект часто рассматривается в контексте объединения множественных гидрофобных видов, поэтому нынешний вычислительный сценарий содержит некоторую ценность.

Наконец, рассматривая поведение отдельных алканов, как и для одиночных ионов, мы можем систематически разлагать основные сходства между видами. Межфазные флуктуации вычисляются относительно средней поверхности, полученной как среднее число мгновенных поверхностей. Получаем крупнозернистые, непрерывные мгновенные поверхности с помощью гауссовских сглаживающих дискретных поверхностей с атомизированным разрешением. На практике мы вычисляем крупнозернистые плотности ρ кислорода в точках на сетке. Мгновенная поверхность получается в виде коллектора, устанавливая ρ кислород = ½ ρ кислорода, объем.

Используя эту структуру для характеристики флуктуаций интерфейса, мы можем исследовать величины флуктуаций интерфейса, когда ионы находятся в разных положениях вдоль координаты реакции. Усиление флуктуаций связано с пространственными возмущениями растворителя алкан. Этот процесс можно продемонстрировать, используя плотность радиальной воды, равную углу 360 °, вокруг растворенного вещества, поскольку она находится в разных г-положениях, как показано на рисунке 6.

Ранее сообщалось, что вблизи границ раздела ионы могут быть дифференцированы в зависимости от связанных индуцированных межфазных колебаний. Тот же анализ проводится здесь, поскольку основное внимание в этом исследовании уделяется корреляции поведения гидрофобных растворов и ионов в отношении индуцированных флуктуаций интерфейса и межфазной стабильности, как представлено на рисунке 7.