반응의 열역학적 선호도는 깁스 자유 에너지(ΔG)의 변화에 의해 결정됩니다. ΔG에는 엔탈피(ΔH)와 엔트로피(ΔS)의 두 가지 부분으로 나뉩니다. 알칸 할로겐화에서는 반응물과 생성물 분자의 수가 동일하기 때문에 엔트로피 성분은 무시할 수 있습니다. 이 경우 ΔG는 엔탈피 성분에 의해서만 결정됩니다. ΔH를 결정하는 가장 중요한 요소는 결합의 강도입니다. ΔH는 끊어진 결합과 형성된 결합 사이의 에너지를 비교하여 결정할 수 있습니다.
반응의 열역학에 기초하여, 알칸의 라디칼 할로겐화는 불소화, 브롬화, 요오드화에 대해 서로 다른 반응성을 갖습니다. 라디칼 요오드화에 대한 ΔH는 양수(+55 kJ/mol)입니다. 이는 ΔG 값도 이 반응에 대해 양수임을 의미합니다. 따라서 요오드화는 열역학적으로 불리하며 반응이 일어나지 않습니다. 반면, 메탄의 라디칼 불소화에 대한 전체 ΔH는 크고 음수(-431 kJ/mol)로 반응이 열역학적으로 유리하지만 발열성이 높아 실용적이지 않습니다. 염소화 및 브롬화에 대한 ΔH 값은 각각 -104 kJ/mol 및 -33 kJ/mol이므로 이러한 반응은 열역학적으로 유리하고 실제로 나타날 수 있습니다. 염소화와 브롬화의 반응 속도를 비교하면 브롬화가 염소화보다 느리다는 것을 알 수 있습니다. 이 반응의 속도 결정 단계는 첫 번째 전파 단계 또는 수소 추출 단계입니다. 염소화 반응의 첫 번째 전파 단계는 발열이고 활성화 에너지가 작은 반면, 브롬화의 경우 이 단계는 흡열이고 활성화 에너지가 커서 브롬화가 염소화보다 느린 이유를 설명합니다.
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