2.5　烷烴的物理性質

常溫常壓下（25℃和101325Pa），C4以下的烷烴為氣體，C5～C16的直鏈烷烴為液體，更高級的直鏈烷烴為固體（見表2-3）。

烷烴分子是完全由共價鍵連接而成，碳原子和氫原子的電負性相差不大，C—C鍵沒有極性，C—H鍵極性也很小，因此烷烴分子一般沒有或僅有很小的極性，分子間主要存在范德華引力。隨著碳原子數的增多，分子變大，表面積增加，范德華引力也變大，常溫下，物質的相態也由氣態向液態和固態過渡。

（1）沸點

烷烴的沸點（boiling point，bp）隨分子量增加而明顯提高，由于碳和氫原子數的增加，分子間色散力變大，吸引力也變大，分子更易聚集，故烷烴的沸點隨分子量的增加而明顯提高（見圖2-12）。此外，碳鏈的分支對沸點有顯著影響。同碳數烷烴的同分異構體中，直鏈異構體沸點最高，支鏈烷烴的沸點比直鏈的低，且支鏈越多，沸點越低。如正丁烷的沸點為0℃，異丁烷為-12℃；正戊烷的沸點為36℃，異戊烷為28℃，而有兩個支鏈的新戊烷的沸點只有9℃。這是由于支鏈的存在，分子的形狀趨向球體，表面積減小，使分子間不像直鏈分子那樣相互靠近，分子間范德華力減弱，導致沸點降低。

（2）熔點

烷烴熔點的變化不像沸點變化那樣有規律，是因為晶體分子間的作用力，不僅取決于分子的大小，也取決于它們在晶格中的排列情況。

烷烴同系列的熔點（melting point，mp）基本上也是隨碳原子數的增加而升高，不過含奇數碳原子和含偶數碳原子的烷烴分別構成兩條熔點曲線，偶數的曲線在上面，奇數的在下面，兩條曲線隨分子量增加而逐漸趨于一致，這種現象在其他同系列化合物中也可以看到（見圖2-13）。這可能是因為烷烴中的碳鏈在晶體中伸展為鋸齒形，奇數碳原子鋸齒形中兩端甲基處在同一側，而偶數碳鏈中兩端甲基處于相反的位置，因此偶數碳鏈比奇數碳鏈排列得更緊密，范德華力也就更強一些，所以熔點更高一些。

帶支鏈烷烴的熔點比同碳數的直鏈烷烴低，如異丁烷、異戊烷的熔點分別為-145℃和-160℃，分別低于正丁烷（-138℃）和正戊烷（-129℃）。2-甲基戊烷和2，2-二甲基丁烷的沸點分別為-154℃和-100℃，均低于己烷（-94℃）。這是由于支鏈的存在阻礙了分子在晶格中的緊密排列，使分子間引力降低。但是，當支鏈繼續增加，引起分子結構向球狀過渡且帶有高度對稱性時，它們的熔點會隨著升高。它們在晶格中的排列也越緊密，分子間的范德華力作用越強。如甲烷和新戊烷分子都接近球狀，甲烷的熔點（-182℃）比丙烷（-187℃）高，而新戊烷的熔點比戊烷高112℃。

（3）相對密度

所有的烷烴都比水輕，相對密度（relative density，）也隨分子量的增加而增加，約到0.8時為最大。實際上，絕大多數有機化合物的相對密度都比水小，相對密度比水大的有機化合物多含有溴或碘之類重原子或多個氯原子。

（4）溶解度

烷烴有疏水性，即不溶于水而溶于有機溶劑，在非極性溶劑中的溶解度（solubility）比在極性有機溶劑中的大。溶解過程實際上是溶質分子和溶劑分子之間的相互吸引力替代了溶劑分子之間和溶質分子之間相互吸引力的結果，當溶劑、溶質分子之間相互吸引力相近時，它們易于互溶。“相似（結構和性質）相溶”的經驗規律能幫助尋找到合適的溶劑。