Pochodne fluorowcowane: nazewnictwo, właściwości, zastosowania i przykłady
Chlorowcowane pochodne są tymi wszystkimi związkami, które posiadają atom fluorowca; to znaczy dowolny z elementów grupy 17 (F, Cl, Br, I). Elementy te różnią się od pozostałych, ponieważ są bardziej elektroujemne, tworząc różnorodne halogenki nieorganiczne i organiczne.
Gazowe cząsteczki halogenów pokazano na dolnym obrazie. Od góry do dołu: fluor (F 2 ), chlor (Cl 2 ), brom (Br 2 ) i jod (I 2 ). Każdy z nich ma zdolność reagowania z ogromną większością pierwiastków, nawet wśród kongenerów z tej samej grupy (interhalogen).
Zatem pochodne chlorowcowane mają wzór MX, jeśli jest halogenkiem metalu, RX, jeśli jest alkilem, a ArX, jeśli jest aromatyczny. Dwie ostatnie należą do kategorii halogenków organicznych. Stabilność tych związków wymaga „korzyści” energetycznej wobec pierwotnej cząsteczki gazowej.
Z reguły fluor tworzy bardziej stabilne fluorowcowane pochodne niż jod. Powodem jest różnica między ich promieniami atomowymi (fioletowe kule są bardziej przestronne niż żółte).
Zwiększając promień atomowy, nakładanie się orbitali między halogenem a drugim atomem jest gorsze i dlatego wiązanie jest słabsze.
Nomenklatura
Sposób prawidłowego nazywania tych związków zależy od tego, czy są one nieorganiczne czy organiczne.
Nieorganiczny
Halogenki metali składają się z wiązania, jonowego lub kowalencyjnego, między halogenem X i metalem M (grup 1 i 2, metali przejściowych, metali ciężkich itp.).
W tych związkach wszystkie halogeny mają stopień utlenienia -1. Dlaczego? Ponieważ jego konfiguracje wartościowości to ns2np5.
Dlatego muszą zdobyć tylko jeden elektron, aby uzupełnić oktet walencyjny, podczas gdy metale są utlenione, dając im elektrony, które posiadają.
Zatem fluor pozostaje jako F-, fluorek; Cl-, chlorek; Br-, bromek; i jodek I-. MF miałoby nazwę: fluorek (nazwa metalu) (n), n to wartościowość metalu tylko wtedy, gdy ma więcej niż jeden. W przypadku metali z grup 1 i 2 nie ma potrzeby nazywania wartościowości.
Przykłady
- NaF: fluorek sodu.
- CaCl 2 : chlorek wapnia.
- AgBr: bromek srebra.
- ZnI 2 : jodek cynku.
- CuCl: chlorek miedzi (I).
- CuCl2: chlorek miedzi (II).
- TiCl 4 : chlorek tytanu (IV) lub czterochlorek tytanu.
Jednak wodór i niemetale - nawet same fluorowce - mogą również tworzyć halogenki. W takich przypadkach wartościowość niemetalu nie jest wymieniona na końcu:
- PCl 5 : pięciochlorek fosforu.
- BF 3 : trifluorek boru.
- AlI 3 : trójjodek glinu.
- HBr: bromowodór.
- IF 7 : heptafluorek jodu.
Organiczne
Niezależnie od tego, czy jest to RX czy ArX, halogen jest związany kowalencyjnie z atomem węgla. W tych przypadkach halogeny są wymienione przez ich nazwy, a reszta nomenklatury zależy od struktury molekularnej R lub Ar.
Dla najprostszej cząsteczki organicznej, metanu (CH 4 ), następujące pochodne otrzymuje się przez podstawienie H na Cl:
- CH3Cl: chlorometan.
- CH2Cl2: dichlorometan.
- CHCI3: trichlorometan (chloroform).
- CCI4: tetrachlorometan (chlorek węgla (IV) lub czterochlorek węgla).
Tutaj R składa się z pojedynczego atomu węgla. Następnie w przypadku innych łańcuchów alifatycznych (liniowych lub rozgałęzionych) zlicza się liczbę atomów węgla, z których jest związana z halogenem:
CH3CH2CH2F: 1-fluoropropan.
Poprzedni przykład był głównym halogenkiem alkilu. W przypadku, gdy łańcuch jest rozgałęziony, wybierany jest najdłuższy łańcuch zawierający halogen, który zaczyna się liczyć, pozostawiając jak najmniej:
3-metylo-5-bromoheksan
W taki sam sposób dzieje się w przypadku innych podstawników. Podobnie w przypadku halogenków aromatycznych nazwa fluorowca jest określana, a następnie reszta struktury:
Na górnym obrazie pokazano związek zwany bromobenzenem, podkreślając atom bromu w kolorze brązowym.
Właściwości
Nieorganiczne halogenki
Nieorganiczne halogenki są jonowymi lub cząsteczkowymi ciałami stałymi, chociaż te pierwsze są bardziej obfite. W zależności od oddziaływań i promieni jonowych MX będzie rozpuszczalny w wodzie lub w innych mniej polarnych rozpuszczalnikach.
Niemetaliczne halogenki (takie jak bor) są zwykle kwasami Lewisa, co oznacza, że akceptują elektrony, tworząc kompleksy. Z drugiej strony, halogenki (lub halogenki) wodoru rozpuszczonego w wodzie wytwarzają tzw. Hydrazydy.
Jego punkty topnienia, wrzenia lub sublimacji spadają na oddziaływania elektrostatyczne lub kowalencyjne między metalem lub niemetalem z halogenem.
Podobnie radia jonowe odgrywają ważną rolę w tych właściwościach. Na przykład, jeśli M + i X- mają podobne rozmiary, ich kryształy będą bardziej stabilne.
Halogenki organiczne
Są polarne. Dlaczego? Ponieważ różnica elektroujemności między C i halogenem tworzy trwały moment polarny w cząsteczce. Zmniejsza się to również w miarę schodzenia grupy 17 z łącza C-F do C-I.
Bez uwzględnienia struktury molekularnej R lub Ar, rosnąca liczba halogenów bezpośrednio wpływa na punkty wrzenia, ponieważ zwiększają one masę molową i oddziaływania międzycząsteczkowe (RC-X-X-CR). Większość z nich nie miesza się z wodą, ale może rozpuszczać się w rozpuszczalnikach organicznych.
Używa
Zastosowania fluorowcowanych pochodnych mogą zastrzec własny tekst. Molekularne „partnerzy” halogenów są kluczowym czynnikiem, biorąc pod uwagę, że ich właściwości i reaktywności definiują zastosowania pochodnej.
Tak więc wśród wielkiej różnorodności możliwych zastosowań wyróżnia się:
- Halogeny molekularne są wykorzystywane do tworzenia żarówek halogenowych, gdzie są one umieszczone w kontakcie z żarowym żarnikiem wolframu. Celem tej mieszaniny jest przereagowanie fluorowca X z odparowanym wolframem. Zapobiega to osadzaniu się na powierzchni żarówki, gwarantując dłuższą żywotność.
- Sole fluorków są używane do fluoryzacji wody i past do zębów.
- Podchloryn sodu i wapnia to dwa aktywne składniki w komercyjnych roztworach wybielających (chlor).
- Chociaż niszczą warstwę ozonową, chlorofluorowęglowodory (CFC) są używane w aerozolach i systemach chłodzenia.
- Chlorek winylu (CH 2 = CHCl) jest monomerem polimeru polichlorku winylu (PVC). Z drugiej strony, teflon, stosowany jako materiał antyadhezyjny, składa się z łańcuchów polimerowych tetrafluoroetylenu (F2C = CF2).
- Są wykorzystywane w chemii analitycznej i syntezie organicznej do różnych celów; wśród nich synteza leków.
Dodatkowe przykłady
Górny obraz ilustruje hormon tarczycy, odpowiedzialny za wytwarzanie ciepła, jak również wzrost ogólnego metabolizmu w organizmie. Związek ten jest przykładem fluorowcowanej pochodnej obecnej w ludzkim ciele.
Wśród innych związków chlorowcowanych wymieniono następujące:
- Dichlorodifeniltricloroetano (DDT), skuteczny środek owadobójczy, ale o poważnym wpływie na środowisko.
- Chlorek cyny (SnCl 2 ), stosowany jako środek redukujący.
- Chloroetan lub 1-chloroetan (CH 3 CH 2 Cl), miejscowy środek znieczulający, który działa szybko, chłodząc skórę.
- Dichloroetylen (ClCH = CClH) i tetrachloroetylen (Cl2C = CCl2), stosowane jako rozpuszczalniki w przemyśle czyszczenia na sucho.
