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的能量来确定。
根据反应的热力学,烷烃的自由基卤化对氟化、溴化和碘化具有不同的反应活性顺序。 自由基碘化的 ΔH 为正(+55 kJ/mol),这表明该反应的 ΔG 值也是正的。 因此,碘化在热力学上是不利的,反应不会发生。 另一方面,甲烷自由基氟化的总ΔH较大且为负值(-431 kJ/mol),使得该反应在热力学上有利,但放热较多,没有任何实际用途。 氯化和溴化的ΔH值分别为-104 kJ/mol和-33 kJ/mol,使得这些反应在热力学上有利且实际可行。 氯化和溴化的反应速率比较表明,溴化比氯化慢。 该反应的速率限制步骤是第一个传递步骤或夺氢步骤。 氯化反应的第一步是放热的,活化能较小,而溴化反应的第一步是吸热的,活化能较大,这解释了为什么溴化反应比氯化反应慢。
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