Középszint

3.3: Halogénszármazékok és elnevezésük; PVC, teflon és környezeti hatás

3.3: Halogénszármazékok és elnevezésük; PVC, teflon és környezeti hatásA tanulási sorrend: Halogénszármazékok és elnevezésük; PVC, teflon és környezeti hatás.Halogénszármazékok éselnevezésükPVC, teflon és környezetihatás
Adattáblázat megtekintése
SorrendRész
1Halogénszármazékok és elnevezésük
2PVC, teflon és környezeti hatás

3.3: Halogénszármazékok és elnevezésük; PVC, teflon és környezeti hatás

3.3: Halogénszármazékok és elnevezésük; PVC, teflon és környezeti hatásA tanulási sorrend: Halogénszármazékok és elnevezésük; PVC, teflon és környezeti hatás.Halogénszármazékok és elnevezésükPVC, teflon és környezeti hatás
Adattáblázat megtekintése
SorrendRész
1Halogénszármazékok és elnevezésük
2PVC, teflon és környezeti hatás
3.3: a témakör fő gondolati lépései.

Halogénszármazékok és elnevezésük

Alkil-halogenidben a halogén telített szénhez kapcsolódik; például CH3Cl klórmetán, CH3CH2Br brómetán. A C–X kötés poláris, de a vízoldhatóságot az egész molekula szerkezete és a szénváz is befolyásolja. A kloroform CHCl3, a szén-tetraklorid CCl4; mindkettő ártalmas, nem tanulói kísérleti oldószer.

A poláris kötés nem jelent korlátlan vízoldhatóságot

A halogénszármazékokat a szénhidrogének H-atomjainak halogénatomra cserélésével származtatjuk. A C–halogén kötés poláris, mert a halogén elektronegativitása nagyobb a szénénél. A molekula polaritását azonban az összes kötés és a térszerkezet együtt határozza meg: CH3Cl poláris, CCl4 apoláris.

A legtöbb tanult halogénszármazék vízben rosszul oldódik. Sokuk szerves oldószerekkel jól elegyedik, és apoláris anyagokat is old. A kloroform és a szén-tetraklorid színtelen, illékony folyadék; a víznél sűrűbbek, ezért vízzel összerázva az alsó folyadékfázist alkotják. Ez éppen fordított rétegsorrend a víz–hexán rendszerhez képest. A két réteg kialakulása nem azt jelenti, hogy egyetlen molekula sem oldódik át.

A halogénatom beépítése az azonos szénatomszámú szénhidrogénhez képest rendszerint növeli a moláris tömeget és a forráspontot. Például a metán és a klórmetán szobahőmérsékleten gáz, a kloroform és a szén-tetraklorid folyadék. A forráspontot a polaritás mellett a polarizálhatóság és a molekula alakja is befolyásolja; pusztán a moláris tömegből nem mindig adható biztos sorrend.

Poláris kötésekből apoláris molekula is felépülhet

Poláris kötésekből apoláris molekula is felépülhetMindkét metánszármazék szénatomja körül tetraéderes a kötésirányok elrendeződése. A rajz térbeli vetület: a telt ék az előre, a szaggatott kötés a hátra mutató kötést jelzi. CCl_{4}-ben a négy azonos C–Cl kötés dipólusmomentuma a szabályos tetraéderben kioltja egymást. CH_{3}Cl-ben az eltérő ligandumok miatt a molekula poláris. A rajz síkbeli szögei nem valódi kötésszögek.Kötéspolaritás és molekulapolaritásKlórmetán: CH3ClCHClHHEltérő ligandumok → polárisSzén-tetraklorid: CCl4CClClClClSzimmetrikus → apolárisMindkettőben poláris a C–Cl kötés.Az eredőt a térszerkezet határozza meg.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
CH3ClPoláris molekula, de vízben csak korlátozottan oldódik
CCl4Poláris kötések, apoláris molekula
Mindkét metánszármazék szénatomja körül tetraéderes a kötésirányok elrendeződése. A rajz térbeli vetület: a telt ék az előre, a szaggatott kötés a hátra mutató kötést jelzi. CCl4-ben a négy azonos C–Cl kötés dipólusmomentuma a szabályos tetraéderben kioltja egymást. CH3Cl-ben az eltérő ligandumok miatt a molekula poláris. A rajz síkbeli szögei nem valódi kötésszögek.

Fontos halogénszármazékok: képlet, szerep, következmény

AnyagKéplet és ismert szerepMit érdemes hozzákapcsolni?
Kloroform, triklórmetánCHCl3; régebben altatószerként, oldószerként alkalmazták.Ártalmas anyag: régi felhasználása nem jelenti azt, hogy megfelelő lenne mai tanulói kísérlethez.
Szén-tetraklorid, tetraklórmetánCCl4; korábbi oldószer és tűzoltóanyag.Mérgező; erős hevítéskor veszélyes bomlástermékek keletkezhetnek. Nem minden halogénszármazék nem éghető.
Freon-12, diklór-difluormetánCCl2F2; korábbi hűtőközeg és hajtógáz.A CFC-k közé tartozik. Nagy légköri stabilitása lehetővé tette, hogy eljusson a sztratoszférába.
Vinil-klorid, klóreténCH2=CHCl; PVC előállításának monomerje.A monomer veszélyes tulajdonságait nem lehet változtatás nélkül a kész polimerre rávetíteni.
Tetrafluor-eténCF2=CF2; PTFE előállításának monomerje.A polimerben a kettős kötésekből egyszeres kötésű lánc alakul ki; a C–F kötések megmaradnak.
DDTKlórtartalmú, korábban széles körben alkalmazott rovarirtó szer.Tartósan megmaradhat a környezetben, és feldúsulhat a táplálékláncban. E tulajdonság nem általánosítható minden halogénszármazékra.
Klórmetán, CH_{3}Cl: a metán egyik H atomját Cl helyettesíti. A C–Cl kötés poláris kovalens.Klórmetán, CH_{3}Cl: a metán egyik H atomját Cl helyettesíti. A C–Cl kötés poláris kovalens.CH3Cl
Klórmetán, CH3Cl: a metán egyik H atomját Cl helyettesíti. A C–Cl kötés poláris kovalens.
Klóretán, C_{2}H_{5}Cl: CH_{3}–CH_{2}–Cl. Vizes lúggal etanol képződhet szubsztitúcióval; meleg etanolos lúggal etén eliminációval.Klóretán, C_{2}H_{5}Cl: CH_{3}–CH_{2}–Cl. Vizes lúggal etanol képződhet szubsztitúcióval; meleg etanolos lúggal etén eliminációval.CH3CH2Cl
Klóretán, C2H5Cl: CH3–CH2–Cl. Vizes lúggal etanol képződhet szubsztitúcióval; meleg etanolos lúggal etén eliminációval.
1-brómpropán, C_{3}H_{7}Br: Br–CH_{2}–CH_{2}–CH_{3}. A bróm a lánc végén található.1-brómpropán, C_{3}H_{7}Br: Br–CH_{2}–CH_{2}–CH_{3}. A bróm a lánc végén található.BrCH2CH2CH3
1-brómpropán, C3H7Br: Br–CH2–CH2–CH3. A bróm a lánc végén található.
2-brómpropán, C_{3}H_{7}Br: CH_{3}–CH(Br)–CH_{3}. Az 1-brómpropán helyzeti izomerje: ugyanaz a képlet és funkciós csoport, de másik szénatomon van a bróm.2-brómpropán, C_{3}H_{7}Br: CH_{3}–CH(Br)–CH_{3}. Az 1-brómpropán helyzeti izomerje: ugyanaz a képlet és funkciós csoport, de másik szénatomon van a bróm.CH3CHCH3Br
2-brómpropán, C3H7Br: CH3–CH(Br)–CH3. Az 1-brómpropán helyzeti izomerje: ugyanaz a képlet és funkciós csoport, de másik szénatomon van a bróm.

PVC, teflon és környezeti hatás

A vinil-klorid CH2=CHCl polimerizációjával PVC, a tetrafluor-etén CF2=CF2 polimerizációjával PTFE (teflon) készül. Egyes régi halogénezett hajtógázok a sztratoszférikus ózon bontásához járultak hozzá; ez külön jelenség a savas esőtől. A termék használatát, tartósságát és hulladékkezelését együtt kell mérlegelni.

A PVC és a PTFE monomerje és ismétlődő egysége

A PVC és a PTFE monomerje és ismétlődő egységeAz addíciós polimerizációban sok monomer kapcsolódik össze: a C=C kötés π-kötése helyett új C–C szigma-kötések alakítják ki a láncot. PVC-ben a klóratom minden második láncbeli szénhez kapcsolódik; a monomer és az ismétlődő egység egyaránt két szénatomot tartalmaz. PTFE-ben az ismétlődő egység –CF_{2}–CF_{2}–. A klór és a fluor kovalensen kötött marad; a láncvégeket a képlet nem részletezi.A kettős kötésből lánc képződikVinil-klorid → PVCnCH2CHClCH2CH[]nClTetrafluor-etén → PTFEnCF2CF2CF2CF2[]nA fluor a láncon marad.A kötött Cl és F nem szabad halogenidion.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
PVCVinil-klorid → –CH2–CHCl– ismétlődő egység
PTFETetrafluor-etén → –CF2–CF2– ismétlődő egység
AnyagmérlegA polimerizációhoz nem kell halogénatomot eltávolítani
Az addíciós polimerizációban sok monomer kapcsolódik össze: a C=C kötés π-kötése helyett új C–C szigma-kötések alakítják ki a láncot. PVC-ben a klóratom minden második láncbeli szénhez kapcsolódik; a monomer és az ismétlődő egység egyaránt két szénatomot tartalmaz. PTFE-ben az ismétlődő egység –CF2–CF2–. A klór és a fluor kovalensen kötött marad; a láncvégeket a képlet nem részletezi.

Miért lesz a két polimerből eltérő tárgy?

A PVC tartós műanyag: merev változatából például csövek és profilok készülnek. Lágyító hozzáadásával hajlékonyabb anyag kapható, amely például vezetékek szigetelésére alkalmas. A lágyító nem alakítja vissza a lánc egyszeres kötéseit kettős kötéssé; a láncok egymáshoz képesti mozgását és kölcsönhatását módosítja.

A PTFE vegyszerekkel szemben ellenálló, kis súrlódású és jó elektromos szigetelő. Bevonatokban, tömítésekben és szigetelőalkatrészekben használják. A szénvázat körülvevő fluoratomok és az erős C–F kötések hozzájárulnak e tulajdonságokhoz. Az ellenálló nem jelent minden körülmények között elbonthatatlant.

A kész tárgy tulajdonságai a polimer mellett az adalékoktól és a feldolgozástól is függnek. A hulladék összetétele ezért fontos: például PVC égésekor klórtartalmú, savas és más ártalmas termékek keletkezhetnek. A halogéntartalmú műanyagok sorsát nem lehet a szénhidrogén-polimerekére automatikusan visszavezetni.

Három különböző környezeti összefüggés

JelenségKémiai kapcsolatKövetkezmény
Ózonréteg vékonyodásaEgyes tartós Cl- és Br-tartalmú anyagokból a sztratoszférában ózonbontó részecskék keletkeznek.Több biológiailag káros UV-sugárzás juthat a felszínre.
Savas csapadékFőként kén- és nitrogén-oxidok légköri átalakulásai; halogéntartalmú hulladék égése savas gázokhoz is vezethet.A vizek, talajok és épített környezet savterhelése növekedhet.
Erősödő üvegházhatásEgyes halogénezett gázok hatékonyan nyelik el a Föld infravörös sugárzását.Megváltozik a légkör energiamérlege. Az ózont nem bontó helyettesítő sem feltétlenül kedvező éghajlati szempontból.
Klórmetán: a klór kovalens kötéssel kapcsolódik a metilcsoporthoz.Klórmetán: a klór kovalens kötéssel kapcsolódik a metilcsoporthoz.CH3Cl
Klórmetán: a klór kovalens kötéssel kapcsolódik a metilcsoporthoz.
Vinil-klorid (klóretén): CH_{2}=CH–Cl. A klór közvetlenül a kettős kötés egyik szénatomjához kapcsolódik; ebből készülhet PVC.Vinil-klorid (klóretén): CH_{2}=CH–Cl. A klór közvetlenül a kettős kötés egyik szénatomjához kapcsolódik; ebből készülhet PVC.CH2CHCl
Vinil-klorid (klóretén): CH2=CH–Cl. A klór közvetlenül a kettős kötés egyik szénatomjához kapcsolódik; ebből készülhet PVC.

Az érettségin használható kapcsolatok

  • Halogénszármazékban egy vagy több hidrogént halogénatom helyettesít. Elnevezéskor a fluoro-, kloro-, bromo- és jodo- előtagot, helyzetét és a fő szénláncot kell megadni.
  • A C–X kötés poláris; a kötés erőssége általában C–F-től C–I felé csökken, ezért a jódalkánok könnyebben lépnek nukleofil szubsztitúcióba.
  • Vizes lúgban a halogénatom hidroxilcsoportra cserélődhet, alkohol keletkezik. Alkoholos lúg és melegítés eliminációt, alkénképződést segít.
  • Halogénszármazékok égésekor vagy hőbomlásakor mérgező, maró termékek képződhetnek. A klórozott szerves oldószerek hulladékát elkülönítve kell kezelni.
  • A PVC vinil-klorid addíciós polimerje. Tulajdonságait lágyítók és más adalékok módosíthatják; égetése HCl-tartalmú füstöt adhat.
  • A freonok nagy stabilitása miatt jutottak a sztratoszférába, ahol gyökös láncreakcióban ózont bontottak. A stabilitás használat közben előny, a légkörben környezeti kockázat.

Felidéző gyakorlás

Mi a klóretán fő szerves terméke etanolos KOH hatására, melegítéskor?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ
Középszintű követelmények · 3.3

Az Oktatási Hivatal követelményei

Az alfejezet fogalmainak, szerkezeteinek, reakcióinak és az ide tartozó egyszerű feladatoknak az értelmezése.

Középszintű érettségi mintafeladat

Válaszolj az alfejezethez tartozó következő kérdésekre. (6 pont)

  1. Hogyan nevezel el egy egyszerű halogénszármazékot? (3 pont)
  2. Milyen irányban változik a C–X kötés erőssége? (3 pont)
Középszintű mintamegoldás és részletes pontozás
  1. Hogyan nevezel el egy egyszerű halogénszármazékot? (3 pont)Halogénszármazékban egy vagy több hidrogént halogénatom helyettesít.
    Elnevezéskor a fluoro-, kloro-, bromo- és jodo- előtagot, helyzetét és a fő szénláncot kell megadni. (3 pont: a megnevezett részecske vagy mennyiség 1 pont, az összefüggés 1 pont, a kémiai értelmezés 1 pont.)
  2. Milyen irányban változik a C–X kötés erőssége? (3 pont)A C–X kötés poláris;
    a kötés erőssége általában C–F-től C–I felé csökken, ezért a jódalkánok könnyebben lépnek nukleofil szubsztitúcióba. (3 pont: a megnevezett részecske vagy mennyiség 1 pont, az összefüggés 1 pont, a kémiai értelmezés 1 pont.)

Összesen: 6 pont.

Források