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自由基卤化:热力学
20.17
烷烃的自由基卤化反应中,不同卤素的反应活性顺序不同。
这一差异可以从反应的热力学角度来理解。
对于烷烃卤化反应,由于反应物和产物的分子数相等,熵变项可忽略不计。因此,ΔG 等于 ΔH。
以甲烷的自由基氟化反应为例。该反应的焓变可通过被断裂键和新形成键的键解离能进行估算。
该反应的总ΔH为负值且绝对值较大,使得反应在热力学上有利,但具有高度爆炸性且不具实际可行性。
相反,对于碘化反应,正值的ΔH使其在热力学上不利,因而无法实现。
因此,仅氯化和溴化具有负的ΔH 数值在热力学上是有利的,并且在实践中是可行的。
两种反应的比较表明,溴化反应比氯化反应更慢。
仔细观察各个链增长步骤可知,溴化反应的第一个链增长步骤吸热更多,这会影响整体反应速率。
由于总反应仍然是放热的,溴化反应能够发生,但速度较慢。
反应的热力学有利性由吉布斯自由能 (ΔG) 的变化决定。 ΔG 有两个组成部分 - 焓 (ΔH) 和熵 (ΔS)。 对于烷烃卤化,熵分量可以忽略不计,因为反应物和产物分子的数量相等。 在这种情况下,ΔG 仅由焓分量决定。 决定 ΔH 的最关键因素是键的强度。 ΔH 可以通过比较断裂的键和形成的键之间…