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Einführung in die Chemie der Halogenalkane (Alkylhalogenide)

Physikalische Eigenschaften der Halogenalkane

Halogenalkane unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften beträchtlich von den entsprechenden Alkanen. Die Polarität der Kohlenstoff-Halogen-Bindung (C-X-Bindung) und die unterschiedlichen Grössen der Halogen-Atome prägen die Bindungsstärken, Bindungslängen, Dipolmomente und Siedepunkte dieser Stoffklasse:

  • Die C-X-Bindungsstärke nimmt mit zunehmender Größe des Halogens (X) ab, da die Größe des Halogen-p-Orbitals ebenfalls zunimmt und dabei diffuser wird. Die Überlappung mit dem Kohlenstoff-Orbital wird deshalb schlechter. Die C—X-Bindung wird länger und schwächer.
Tab.1
Bindungslängen, Dipolmomente und Dissoziationsenergien in Halogenalkanen (CH3X)
3D-Darstellung
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Abb.1
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Abb.2
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Abb.3
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Abb.4
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Halogenalkan (Alkylhalogenid) CH3F CH3Cl CH3Br CH3I
Bindungslänge (pm) 138.5 178.4 192.9 213.9
Dipolmoment (D) 1.85 1.87 1.81 1.62
Dissoziationsenergien (kJ/mol) 461 356 297 239
  • Halogene sind elektronegativer als Kohlenstoff. Das benachbarte Kohlenstoff-Atom besitzt daher eine partiell positive Ladung und das entsprechende Halogen-Atom eine partiell negative Ladung. Die Polarität hat ein messbares Dipolmoment zur Folge und impliziert, dass Halogenalkane sich als Elektrophil in polaren Reaktionen verhalten. Der elektrophile Charakter der Halogenalkane bestimmt weitgehend ihr chemisches Verhalten.
Abb.5
Polarer Charakter der C-X-Bindung
  • Beeinflusst werden auch die Siedepunkte der Halogenalkane: Sie liegen im Allgemeinen höher als bei den Alkanen. Hauptgrund ist die Dipolstruktur, die zu Dipol-Dipol-Wechselwirkungen in Flüssigkeiten führt. Natürlich trägt auch die höhere molare Masse der Halogen-Atome mit zur Siedepunkterhöhung bei. Hinzu kommen die London-Kräfte: Diese sind in erster Linie auf gegenseitige Wechselwirkung der Elektronen zwischen Molekülen zurückzuführen. Enthalten Moleküle Atome höherer Periode, sind diese Wechselwirkungen stärker, weil diese Elektronen von den Kernen weniger stark angezogen werden. Das experimentell bestimmbare Phänomen der Polarisierbarkeit ist ein Maß für die Fähigkeit der Elektronenhülle eines Kerns, auf Änderungen eines elektrischen Feldes mit einer Deformierung zu reagieren. Die Abbildung zeigt mit welchen Halogenalkanen im Labor gut umzugehen ist, d.h. welche einen hohen Siedepunkt besitzen.

Siedepunkte der Halogenalkane

Abb.6
Dipol-Dipol-Wechselwirkung
Abb.7
Siedepunkte von Alkanen und Halogenalkanen (R—X) (in °C)

Übungen

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