الخواص الفيزيائية للكحولات Physical properties of alcohols

يمكن فهم الخواص الفيزيائية للكحولات بشكل افضل إذا ادركنا الحقيقة التالية: يعد الكحول، بنوياً، مؤلفاً من الكان وماء . فهو يشبه الالكان باحتوائه على زمرة الكيلية ويشبه الماء باحتوائه على زمرة هيدروكسيلية.

والزمرة –OH ، من بين هاتين الزمرتين ، هي التي تعطي الكحول خواصه الفيزيائية المميزة، كما تغير الزمرة الالكيلية، حسب حجمها، هذه الخواص.

وتكون الزمرة الهيدروكسيلية قطبية إلى حد بعيد، والأهم من ذلك أنها تحتوي على هيدروجين مرتبط بعنصر الاكسجين العالي الكهرسلبية. ويكون الكحول قادراً على الربط الهيدروجيني عبر الزمرة الهيدروكسيلية: الربط الهيدروجيني إلى مثيلاته من جزيئات الكحول  او إلى جزيئات معتدلة أخرى أو انيونات. وتظهر الخواص الفيزيائية (الجدول 1.1) بعض تأثيرات هذا الربط الهيدروجيني.

دعونا ننظر أولاً إلى نقط الغليان. فالعوامل التي تحدد نقطة الغليان في حالة الهيدروكربونات هي، على ما يبدو، بشكل رئيس الوزن الجزيئي وشكل الجزيء: وهذا الأمر متوقع من جزيئات تتماسك مع بعضها، بشكل رئيسي، بقوى فاندرفالس. وتظهر الكحولات ايضاً ازدياداً في نقطة الغليان بازدياد عدد ذرات الكربون ونقصاناً فيها بازدياد التفرع. ولكن الشيء غير العادي بالنسبة للكحولات هوا نها تغلي عند درجة حرارة عالية كثيراً. تغلي، كما يظهر الجدول 2.6، عند درجة اعلى كثيراً من الهيدروكربونات التي تمتلك الوزن الجزيئي نفسه واعلى حتى من العديد من المركبات الاخرى ذات القطبية الكبيرة. كيف تعلل هذا الامر؟

والجواب، طبعاً، هو  ان الكحولات مثل الماء سوائل مترابطة وتعزى نقاط غليانها المرتفعة ارتفاعاً غير عادي إلى الطاقة الكبيرة اللازمة لكسر الروابط الهيدروجينية التي تثبت الجزيئات بعضها مع بعض . وعلى الرغم من ان الايترات والالدهيدات تحتوي على اكسجين فإنها تحتوي على هيدروجين مرتبط إلى كربون فقط، ولا تكون هذه الهيدروجينات موجبة بشكل كاف لترتبط ارتباطاً ملموساً مع الاكسجين.

لقد لبعت مطيافية تحت الاحمر  دوراً رئيساً في دراسة الربط الهيدروجيني . فيف محلول حدد في مذيب غير قطبي مثل رباعي كلوريد الكربون (أو في الطور الغازي) حيث يكون الترابط بين الجزيئات في حالته الدنيا، يظهر الايتانول، على سبيل المثال حزمة امتطاط O-H عند 3640 سم1-. وعندما يزداد تركيز الايتانول، تتبدل هذه الحزمة إلى حزمة عريضة تظهر عند 3350 سم 1-. فربط الهيدروجين إلى أكسجين آخر يضعف الرابطة O-H ويخفض الطاقة ومن ثم تواتر الاهتزاز.

يعكس سلوك الكحولات، كمادة مذابة، قدرتها على تشكيل روابط هيدروجينية ايضاً. وفي تضاد حاد مع الهيدروكربونات تكون الكحولات الاخفض قابلة للامتزاج مع الماء. وبما ان جزيئات الكحول تتماسك مع بعضها بالنوع نفسه من القوى بين الجزيئات كما في الماء، فإنه يمكن ان يحدث امتزاج بين النوعين من الجزيئات: وتأتي الطاقة اللازمة لكسر الرابطة الهيدروجينية بين جزيئين من الماء أو جزيئين من الكحول من تشكل رابطة هيدروجينية بين جزيء ماء وجزيء كحول.

ويكون هذا الامر صحيحاً فقط في حالة الكحولات الأخفض، حيث تؤلف الزمرة –OH جزءاً ضخماً من الجزيء.

وعندما تصبح الزمرة الالكيلية الشبيهة بالالكان أضخم فإن قابلية الذوبان في الماء تقل. ويعد من الناحية العملية، أن الحد الفاصل بين الذوبان واللاذوبان في الماء هو عند أربع أو خمس ذرات كربون للكحولات الأولية العادية.

تقدم الكحولات المتعددة الهيدروجسي أكثر من موقع واحد، في الجزيء، للربط الهيدروجيني، وتعكس خواصها هذا الأمر . يغلب أبسط ديول، 1،-2  ايتان ديول (ايتيلين غليكول) عند 197 ْس. وتكون الديولات الاخفض قادرة على الامتزاج مع الماء، كما تظهر الكحولات المحتوي على سبع ذرات كربونية قدرة ملموسة على الذوبان في الماء.

(يعزى استخدام الإيتيلين غليكول كمضاد تجمد – البريستون على سبيل المثال – إلى نقطة غليانا العالمية ونقطة وتحمده المنخفضة وذوبانيته العالية في الماء).