卤代烃的物理性质

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介绍

卤代烃是造成臭氧层损耗的主要原因之一。这些特殊的卤代化合物在多种用途方面都有应用，例如治疗疟疾和外科手术。

什么是卤代烃？

卤代烃是指一种或多种氢原子被卤素原子取代的烃类化合物。卤代芳烃是另一种类型的烃，两者之间的主要区别在于卤代烃主要来源于开链烃，而卤代芳烃则来源于芳香烃。

卤代烃：物理性质

这种化学物质的物理性质大多与其他共价化合物相似。它与官能团非常活泼。这种化合物的原子质量与其他类型的化学元素大多不同。

图1：卤代烃的不同熔点

熔点

卤代烃的熔点通常高于其他类型的烷烃，如果卤代烃中碳原子的原子序数相同的话。氟代烷烃是例外，它们的熔点低于其他类型的炔烃。例如，甲烷的熔点为-182.5°C，而四氟甲烷的熔点为-183.6°C。这种化学元素大多是无色无味的。

沸点

由于碳原子的存在，卤代烃的沸点高于其他类型的烷烃。例如，1-溴-2-氯乙烷比氯乙烷需要更多的热量才能沸腾，这完全取决于烷基卤化物的原子量。由于热量消耗较低，氟代烷烃沸腾所需的热量较低。不同卤代芳烃的沸点不同，顺序为碘代芳烃>溴代芳烃>氯代芳烃。

图2：卤代烃

密度

这种化学元素的密度通常较高，并且与化合物质量成正比，因此在较低的同系物系列中，密度逐渐降低。由于质量的增加，这种化学元素的密度增加。氟衍生物的密度低于氯衍生物。因此，与溴衍生物相比，氯衍生物的密度较低。

溶解度

这种化学元素几乎不溶于水，因为它根据需要具有大量的相对能量。相对能量是分解碳和卤素之间两种不同粒子之间的化学键所需的。在形成这种键后，会释放少量能量。这主要发生在不同离子和水溶解后。

反应性

这种特定化学元素的反应能力取决于相邻的烯烃。反应能力随着卤素原子质量的增加而增加。卤代烃的性质是极性的，因此它可以作为溶剂。许多化学反应证明，与烯烃相比，这种化学元素具有更好的溶剂能力。

卤代烃：化学性质

这种化学物质的化学特性如下：

• 碳原子与卤素原子相连，电子不足。这就是为什么卤代烃对亲核试剂的反应能力更强的原因。叔丁基溴和氢氧根的反应可以表示为：

$$\mathrm{(CH_3)_3CBr + OH^-\:\rightarrow\:(CH_3)_3COH + Br^-}$$

图3：卤代烃的有机键

Fvasconcellos 20:09, 2008年1月8日 (UTC)。原始图像由DrBob contribs）。, IUPAC-卤代烷烃, CC BY-SA 3.0

卤代烃表现出不同类型的自由基反应，格氏试剂的形成主要借助卤代烃和镁（Mg）进行。该反应的机理可以表示为：

$$\mathrm{R−X + Mg\:\rightarrow\:R−X^{•−} + Mg^{•+}}$$

转移到

$$\mathrm{R−X^{•−}\:\rightarrow\:R^• + X^−}$$

之后，方程式变为：

$$\mathrm{R^• + Mg^{•+}\:\rightarrow\:RMg^+}$$

最终反应变为：

$$\mathrm{RMg^+ + X^−\:\rightarrow\:RMgX.}$$

其中，R代表烷基，X代表卤素，RMgX代表格氏试剂。

• 这种化学元素中通常会发生取代反应，该反应主要表示为：

$$\mathrm{CH^3Cl + OH^- \:\rightarrow\:CH3OH + Cl^-}$$

• 这些化学物质主要进行消除反应，化学反应主要表示为：

$$\mathrm{C_2H_5Br + NaOH\:\rightarrow\:H_2C=CH_2 + NaBr + H_2O}$$

卤代烃的应用

这种化学元素在不同的用途和不同的行业中都有应用。

• 它主要用作阻燃剂。

• 这种化学元素也用作灭火剂和制冷剂。

• 这种化学粒子的另一种应用是在推进剂和溶剂中。

• 在医药领域，它大多被用作非极性化合物。

结论

特定化合物的物理性质是与任何化合物的物理方面密切相关的性质。大小、形状、颜色和质量都包含在这种类型的性质中。这种化学物质的性质是疏水的。它是易燃的，但不如烷烃，因为这种粒子的C-H键少于烷烃。

常见问题

Q1. 卤代烃的沸点有哪些不同类型？

A1. 甲基丙烷在-11.7°C的温度下沸腾，而2-氟丙烷需要-10°C。由于这种热量消耗的增加，异构体的沸点降低。例如，1-溴丁烷在375K的温度下沸腾，而2-溴丙烷在346K的温度下沸腾。

Q2. 卤代烃的不同密度值是多少？

A2. 不同类型的卤代烃有几个密度值，例如$\mathrm{CH_2Cl_{2}}$的密度值为1.336 g/mL，$\mathrm{n-C_3H_7Br}$的密度值为1.335 g/mL。$\mathrm{CCl_4}$的密度为1.595 g/mL。

Q3. 什么是卤代芳烃？

A3. 卤代芳烃主要是通过用卤素原子取代芳香烃中的氢原子形成的。卤代芳烃的例子包括氯、碘和溴。