Первая стадия бромирования метана уравнение

Вы будете перенаправлены на Автор24

Радикальный механизм хлорирования метана, аналогичен и для реакций с остальными галогенами. Для всех галогенов это цепной радикальный процесс, который инициируется гомолизом молекул галогенов с образованием атомов галогена. Как и следовало ожидать, реакционная способность значительно уменьшается в ряду $F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$. Энтальпии последовательных стадий галогенирования метана до $CH_3X$ приведены на рис.1

Рисунок 1. Энтальпии отдельных стадий галогенирования метана

Как видно по данным таблицы, относительные реакционные способности галогенов согласуются как с суммарными значениями $Delta H^circ$ всего процесса галогенирования в целом, так и со значениями $Delta H^circ$ для стадий развития цепи. Это обычный результат для радикальной реакции в газовой фазе.

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Бромирование метана

Бромирование по сумме всех стадий — экзотермический процесс, но уже для первой взаимодействия на стадии роста цепи необходимо предоставить примерно 59 кДж / моль (взаимодействие эндотермическая) в отличие от фторирования и хлорирования (рис. 1):

Рисунок 2. Бромирование, йодирование и фторирование метана

Энергия активации при этом равна примерно 75 кДж / моль. Поэтому только атомы брома с высокой энергией способны преодолеть высоту энергетического барьера и прореагировать с метаном.

Общая, при небольших температурах, скорость бромирования значительно меньше по сравнению с хлорированием (примерно в 250 000 раз). Однако реакция бромирования происходит с высокой селективностью.

Бромирование благодаря низкой среди галогенов экзотермичности ($Delta H- 29$ кДж / моль) и меньшей энергии свободного радикала брома происходит более селективно и дает почти чистые продукты. Известно, что селективность тем больше, чем меньше реакционная способность агента галогенирования.

Готовые работы на аналогичную тему

Легче галогенирования происходит в третичного атома углерода, затем — вюринного и, в конце, — первичного. Для Брома соотношение скоростей замещения в этих атомов 1600: 82: 1.

Высокую селективность бромирования связывают с медленным течением реакций, а также ее кинетическим контролем.

Бромирование метана происходит с меньшим выделением энергии, чем хлорирование. На первой стадии развития цепи наблюдается высокий эндотермический эффект: $Delta H^circ_1 = +16$ ккал/моль (при хлорировании $Delta H^circ_1 = +1$ ккал/моль). Это означает, что свободная энергия активации $Delta G_1^neq$ для первой стадии должна быть намного выше, чем для хлорирования. Действительно, $Delta G_1^neq$ для первой стадии развития цепи (18 ккал/моль; рис. 1) при бромировании намного превышает $Delta G_1^neq$ для хлорирования (4 ккал/моль). Тепловые эффекты второй стадии развития цепи при бромировании (- 24 ккал/моль) и при хлорировании (- 26 ккал/моль) весьма близки и энергия активации $Delta G_2^neq$ для обоих процессов тоже очень мало различаются. Значительно более высокое значение $Delta G_1^neq$ для бромирования указывает на то, что бромирование метана протекает с меньшей скоростью, чем хлорирование.

Рисунок 3. Энергетическая диаграмма свободнорадикального бромирования метана

Видео:ВСЕ ПРО АЛКАНЫ за 8 минут: Химические Свойства и ПолучениеСкачать

Йодирование метана

Йодирования алканов проходит с очень малой скоростью нуждается в дополнительной энергии (процесс эндотермический), а образованный $HI$ активно восстанавливает йодалкилы снова в алканы. Только применяя специальные йодирующие агенты, например трет-бутоксийодид полученный из йодида ртути $HgI_2$ действием тpeт-бутоксихлорида, возможно йодирование алканов с небольшими выходами.

Рисунок 4. Бромирование, йодирование и фторирование метана

Применяют также реакцию обмена хлора в хлоралкане йодом под действием йодида натрия NaI в ацетоновом растворе — реакция $X$. Финкельштайна, 1910 гг.:

Рисунок 5. Бромирование, йодирование и фторирование метана

Реакции Финкельштайна способствует большая растворимость NaИ в ацетоне сравнению с хлоридом натрия.

Видео:Химические свойства алканов. 1 часть. 10 класс.Скачать

Фторирование метана

Взаимодействие алкана непосредственно с фтором происходит со взрывом в результате значительного экзотермии (выделение теплоты). Так, при монофторировании метана для разрыва одной $C-H$-связи и связи $F-F$ необходимо потратить соответственно 425 и 160 кДж / моль (рис. 1):

$H_3C-H+F-F Longrightarrow H_3C-F+HF$, $triangle H=-437$

Одновременно с образованием новых связей $C-F$ и $H-F$ выделяется соответственно -452 и -570 кДж / моль. Суммарная теплота (экзотермии) реакции составляет $[-452 + (- 570)] — (160 + 425) = -437$ кДж / моль.

Для разрыва $C-C$-связи необходимо примерно 350 кДж / моль, поэтому непосредственное фторирование происходит со взрывом:

$CH_3-CH_2-CH_3+4F_2 longrightarrow 3C_<underline> + 8HF$

Во избежание сильной экзотермии фтор разводят жидким азотом или проводят реакцию в растворителе — полностью фторированных алканах:

$CH_3-CH_3+6F_2 longrightarrow CF_3 — CF_3 + 6HF$

Разбавления фтора азотом дает возможность добывать полифторпроизводные алканов с достаточно высоким выходом:

Рисунок 6. Бромирование, йодирование и фторирование метана

Направленое фторирование алканов без разрыва связей $C-C$ также проводят кобальт (III) фторидом или фтором, который выделяется при электролизе. Через слой $CoF_3$ пропускают газообразные алканы, при этом образуется перфторалканы и фторид кобальта (II):

Рисунок 7. Бромирование, йодирование и фторирование метана

Фторид кобальта (II) регенерируют, пропуская через через него ток фтора.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 16 09 2021

Видео:Галогенирование алкановСкачать

Метан: способы получения и свойства

Метан CH₄ – это предельный углеводород, содержащий один атом углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, легче воды, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

Видео:Химические свойства алканов | Химия ЕГЭ для 10 класса | УмскулСкачать

Гомологический ряд метана

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН₂– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Самый первый представитель гомологического ряда алканов – метан CH₄, или Н–СH₂–H.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН₂– в углеводородную цепь алкана.

Общая формула гомологического ряда алканов C_nH_2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, начиная с C₁₈ – твердые вещества.

Видео:Хлорирование метанаСкачать

Строение метана

В молекуле метана встречаются связи C–H. Связь C–H ковалентная слабополярная. Это одинарная σ-связь. Атом углерода в метане образует четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атома углерода в молекуле метана– sp 3 :

При образовании связи С–H происходит перекрывание sp 3 -гибридной орбитали атома углерода и s-орбитали атома водорода:

Четыре sp 3 -гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109 о 28′ друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.

Видео:Как расставлять коэффициенты в уравнении реакции? Химия с нуля 7-8 класс | TutorOnlineСкачать

Изомерия метана

Для метана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных.

Видео:Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Химические свойства метана

Метан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для метана характерны только радикальные реакции.

Метан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

Видео:Видео №3. Как составить изомерыСкачать

1. Реакции замещения

Для метана характерны реакции радикального замещение.

1.1. Галогенирование

Метан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании метана сначала образуется хлорметан:

Хлорметан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорметана, трихлорметана и тетрахлорметана:

Бромирование протекает более медленно.

Реакции замещения в алканах протекают по свободнорадикальному механизму.

Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат неспаренный электрон.

Первая стадия. Инициирование цепи.

Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена разрывается на два радикала:

Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.

Вторая стадия. Развитие цепи.

Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород.

При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с новой нераспавшейся молекулой хлора:

Третья стадия. Обрыв цепи.

При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами, образуя молекулы, радикальный процесс обрывается.

Могут столкнуться как одинаковые, так и разные радикалы, в том числе два метильных радикала:

1.2. Нитрование метана

Метан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании до 140 о С и под давлением. Атом водорода в метане замещается на нитрогруппу NO₂.

Например. При нитровании метана образуется преимущественно нитрометан: Видео:Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^Скачать 2. Реакции разложения метана (д егидрирование, пиролиз) При медленном и длительном нагревании до 1500 о С метан разлагается до простых веществ: Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен: Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена. Видео:Галогенирование метанаСкачать 3. Окисление метана Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.). 3.1. Полное окисление – горение Алканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты. Уравнение сгорания алканов в общем виде: При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С. Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода: Эта реакция используется для получения сажи. 3.2. Каталитическое окисление При каталитическом окислении метана кислородом возможно образование различных продуктов в зависимости от условий проведения процесса и катализатора. Возможно образование метанола, муравьиного альдегида или муравьиной кислоты: Важное значение в промышленности имеет паровая конверсия метана: окисление метана водяным паром при высокой температуре. Продукт реакции – так называемый «синтез-газ». Видео:ЭТО ПОМОЖЕТ разобраться в Органической Химии — Алкены, Урок ХимииСкачать Получение метана Видео:Получение и изучение свойств метана. Опыт 1Скачать 1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца) Это один из лабораторных способов получения алканов. При этом происходит удвоение углеродного скелета. Реакция больше подходит для получения симметричных алканов. Получить таким образом метан нельзя. Видео:Алканы. Химические свойства. Ч.1. Реакции радикального замещения.Скачать 2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминия Этот способ получения используется в лаборатории для получения метана. Видео:Механизм реакции РАДИКАЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ у АЛКАНОВСкачать 3. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма) Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении. R–COONa + NaOH → R–H + Na2CO3 Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты. При взаимодействии ацетата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется метан и карбонат натрия: Видео:1.3. Алканы: Химические свойства. Подготовка к ЕГЭ по химииСкачать 4. Синтез Фишера-Тропша Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды: Это промышленный процесс получения алканов. Синтезом Фишера-Тропша можно получить метан: Видео:Занятие 1. ЕГЭ по химии. Органическая химияСкачать 5. Получение метана в промышленности В промышленности метан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа . При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы. Видео:Номенклатура алканов. Учимся давать названия алканам.Скачать Галогенирование алканов на примере пропана Галогенирование – процесс присоединения к молекуле органического соединения атома галогена – это одно из химических взаимодействий, в которых участвуют углеводороды ряда алканов. Благодаря общности структуры молекул у всех членов гомологического ряда реакции с галогеном обладают единым характером. При этом галогенирование пропана и следующих за ним в гомологическом ряду соединений имеет особенности, связанные с наличием в молекулах вторичных, третичных и четвертичных атомов углерода. Видео:Как решать ОРГАНИЧЕСКИЕ ЦЕПОЧКИ? Основные типы химических реакцийСкачать Краткая характеристика алканов К простейшим органическим соединениям относятся ациклические насыщенные, или предельные углеводороды (алканы). Их отличают следующие структурные особенности: неразветвленные (прямые) или разветвленные молекулы, не содержащие циклических образований; все химические связи в молекуле – одинарные. Общая формула имеет вид . Углеродная цепь в молекулах алканов характеризуется полным насыщением водородными атомами, вследствие чего эти соединения проявляют слабую химическую активность. Они вступают в реакции замещения, окисления, разложения и изомеризации. Механизм замещения у алканов носит радикальный характер, так как разрыв слабополярной связи C-H протекает с образованием пары свободных радикалов – нейтральных частиц, имеющих по одному неспаренному электрону. Атом водорода может замещаться галогеном, нитрогруппой или сульфогруппой. Видео:1.4. Алканы: Решение цепочек. ЕГЭ по химииСкачать Галогенирование алканов Реакция свободно-радикального замещения (обозначается символом SR – от англ. substitution radical reaction) водородного атома в молекуле алкана атомом галогена называется галогенированием. Ее инициирование требует воздействия ультрафиолетового облучения или повышенной температуры. Реакция носит цепной характер, так как в каждом ее акте образуются свободные радикалы, генерирующие следующий акт. Замещение фтором – фторирование – чрезвычайно экзотермический процесс, сопровождающийся взрывом и разрушением молекулы алкана. Реакция с участием йода, наоборот, является эндотермической и обратимой – в ходе ее происходит восстановление продукта реакции йодоводородом, поэтому прямое йодирование неэффективно. Практический интерес представляют реакции алканов с хлором и бромом. Стадии галогенирования Удобнее всего рассмотреть, какой механизм имеет реакция хлорирования алканов, на примере метана. При облучении или нагреве реакционной смеси реакция инициируется, и далее цепная реакция протекает в несколько стадий. Зарождение цепи – распад молекулы хлора на активные радикалы: Развитие цепи. Взаимодействуя с молекулой метана , радикал отщепляет от нее атом водорода с образованием метил-радикала , который, в свою очередь, расщепляет другую молекулу хлора. Эти элементарные акты повторяются многократно, образуя новые радикалы и развивая цепную реакцию: Обрыв цепи. Цепной процесс прекращается, когда радикалы реагируют между собой: В общем виде уравнение галогенирования метана хлором записывается в форме: Процесс замещения не ограничивается образованием хлорметана, на молекулы которого также воздействуют радикалы . Реакция приводит к образованию смеси всех возможных продуктов хлорирования метана: Выход продуктов зависит от мольного соотношения реагентов и условий реакции. Так, при эквимолярном количестве метана и хлора и температуре 440° C соотношение молярных долей продуктов в процентах составляет около 39:41:19:1. Реакция бромирования отличается меньшим выделением энергии и протекает медленнее, так как его реакционная способность ниже, чем у хлора. Региоселективность Начиная с пропана , в составе молекул алканов появляются вторичные атомы углерода, а с бутана, имеющего два изомера (н-бутан и изобутан ), – третичные, связанные соответственно с двумя и тремя другими углеродными атомами. Скорость галогенирования у разных атомов различна и возрастает в ряду «первичный → вторичный → третичный». Это явление носит название регионаправленности галогенирования, или региоселективности. Четвертичные атомы не участвуют в реакции радикального замещения. Селективность зависит от следующих факторов: Активность реагента. Чем активнее галоген, тем слабее проявляется избирательность при замещении водорода. Так, при взаимодействии алкана с хлором региоселективность значительно меньше, чем в реакциях с бромом, или не наблюдается. Температура. Нагревание ведет к снижению селективности. Хлорирование и бромирование пропана В реакции пропана с хлором при низкой температуре селективная направленность выражена слабо. Несмотря на то, что образующиеся в ходе реакции радикалы менее энергичны и, следовательно, более устойчивы, свободные атомы хлора чрезвычайно активны и воздействуют как на вторичные, так и на первичные атомы, особенно при высокой температуре. При нагревании радикалы хлора атакуют первичные атомы даже более активно, так как на разрыв их связи с водородом затрачивается меньше энергии. При бромировании пропана региоселективность вследствие меньшей активности брома достигает высоких значений: Бромирование протекает аналогично реакции с участием простейших алканов с преимущественным замещением водорода у вторичных атомов: Продуктом этой реакции является 2-бромпропан. Галогенирование бутана В реакциях бутана с хлором селективность не играет заметной роли. Даже при низкой температуре соотношение продуктов хлорирования может быть различным: Бромирование бутана демонстрирует большую селективность: Реакция отщепления Активные двухвалентные металлы (как правило, магний или цинк) отщепляют от молекул дигалогеналканов атомы хлора или брома, если они замещают водород у двух соседних атомов углерода. Между последними образуется двойная связь. Продуктом такой реакции является алкен. Пример реакции дегалогенирования алканов – отщепление цинком атомов хлора от 1,2-дихлорпропана с образованием пропилена (пропена) и хлорида цинка: Применение галогеналканов Хлорированные и бромированные алканы применяются в качестве промежуточных соединений в различных отраслях, таких как синтез высокомолекулярных соединений, производство лаков, красок и растворителей. Хлоралканы служат сырьем для фторалканов, которые нельзя получить прямым фторированием. Токсичность галогеналканов тем меньше, чем активнее входящий в их состав галоген. Поэтому фторалканы наиболее безопасны. Фторсодержащие фреоны широко используются в качестве вспенивателей, хладагентов и пропеллентов. Поделиться или сохранить к себе: Смотрите также Сера — химические свойства, получение, соединения. Нитрат кальция: способы получения и химические свойства Кальций: способы получения и химические свойства Гидроксид натрия: способы получения и химические свойства Гидроксид кальция: способы получения и химические свойства Получение бензола Разница между глюкозой и сахарозой Гидроксид калия: способы получения и химические свойства