Clorurazione: differenze tra le versioni
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In [[chimica]], il termine '''clorurazione''' indica in generale l'aggiunta di atomi di [[cloro]] ad un composto organico, sia per addizione agli atomi esistenti che per sostituzione degli stessi.
La clorurazione è una reazione chimica di sostituzione radicalica molto utilizzata in chimica organica per la sintesi di alogeno-derivati.Si effettua in condizioni di calore ed in presenza di luce ultravioletta (hv).▼
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'''Clorurazione e meccanismo''' ▼
Per esempio, una miscela di due gas, metano e cloro, reagisce violentemente, sotto l’azione di luce ultravioletta (UV) o ad alte temperature (circa 300-400 gradi), portando alla formazione di un idracido alogenico (HCl) ed un composto di formula CH3Cl (cloro-metano o cloruro di metile). La clorurazione è un esempio di reazione di sostituzione, poiché il metano perde un idrogeno ed acquista un atomo di cloro che quindi satura la sua covalenza. Allo stesso modo l’idrogeno, una volta rotto il legame con il carbonio, mette in compartecipazione il suo elettrone spaiato con quello del cloro formando un legame chimico. La reazione è la seguente:▼
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:<tt>H<sub>3</sub>C−H + Cl−Cl → H<sub>3</sub>C−Cl + H−Cl</tt>
Calcolare orientativamente la variazione di calore in una reazione chimica è molto elementare; si utilizzano le energie di dissociazione di legame, ossia l’energia necessaria per rompere un legame tra due atomi. Come possiamo notare dalla reazione sopracitata, abbiamo la dissociazione di un legame C−H per far spazio ad un legame C−Cl, inoltre abbiamo dissociato il legame Cl−Cl per far spazio ad un legame H−Cl. A questo punto trascrivendo i valori numerici delle energie di legame possiamo risalire al calore di reazione:▼
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∆H = -23 Kcal/mol▼
▲:∆H = -23 Kcal/mol
E’ evidente che la reazione è esotermica , poiché la chimica fisica insegna che quando la variazione di entalpia è minore di zero la reazione avviene con cessione di calore all’ambiente. Oltre al ∆H, possiamo constatare se una reazione è termodinamicamente favorita o meno dalla variazione di energia libera ∆G (<0, reazione spontanea, >0 reazione non spontanea).▼
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La reazione di clorurazione
Un trucco per ovviare al problema delle reazioni consecutive è sicuramente quello di operare con un elevato eccesso di reagente (il metano, in questo caso); questo perché in tal modo alla fine della reazione il metano che non avrà reagito sarà sempre quantitativamente maggiore del cloruro di metile. Il cloro quindi continuerà a reagire con il metano e la reazione si fermerà al primo stadio.
La clorurazione del metano è un esempio di [[reazione a catena]], una reazione che implica una serie di passaggi ciascuno dei quali porta alla formazione di una particella altamente reattiva che implica il proseguimento del processo:▼
;Iniziazione della catena▼
▲La reazione di clorurazione (nel caso del metano), però, porta allo sviluppo delle cosiddette reazioni consecutive, ossia reazioni che portano alla formazione a partire da un dato reagente (nel nostro caso il metano) del prodotto principale (quello che ci interessa) ma anche di prodotti secondari come il cloruro di metilene, il triclorometano o cloroformio e del tetracloruro di carbonio. Questo è un problema comune per la stragrande maggioranza delle reazioni organiche; non è evitabile come fenomeno, però tramite le cosiddette curve cinetiche è possibile trovare il punto di arresto della reazione in cui avremo si la compresenza dei composti ma avremo la quantità di prodotto principale massima ottenibile dal processo. Successivamente, poichè i composti suddetti hanno tutti differenti punti di ebollizione sarà semplice ottenere il prodotto principale per distillazione frazionata. Per ottenere la resa del processo basterà poi fare il rapporto tra la resa teorica e quella sperimentale.
▲Un trucco per ovviare al problema delle reazioni consecutive è sicuramente quello di operare con un elevato eccesso di reagente (metano); questo perché in tal modo alla fine della reazione il metano che non avrà reagito sarà sempre quantitativamente maggiore del cloruro di metile. Il cloro quindi continuerà a reagire con il metano e la reazione si fermerà al primo stadio.
▲La clorurazione del metano è un esempio di reazione a catena, una reazione che implica una serie di passaggi ciascuno dei quali porta alla formazione di una particella altamente reattiva che implica il proseguimento del processo:
:<tt>H<sub>3</sub>C−H → H<sub>3</sub>C∙ + H∙ </tt>
▲Iniziazione della catena
Dal calcolo dei calori di reazione dei due processi risulta che il primo è un processo endotermico pari a 99 Kcal/mol mentre il secondo è anch’esso endotermico ma richiede una quantità di calore minore del primo pari a 58 Kcal/mol. Perciò è più
▲Cl2 → Cl∙ + Cl∙
;Propagazione della catena▼
▲Dal calcolo dei calori di reazione dei due processi risulta che il primo è un processo endotermico pari a 99 Kcal/mol mentre il secondo è anch’esso endotermico ma richiede una quantità di calore minore del primo pari a 58 Kcal/mol. Perciò è più favorito la rottura del legame Cl−Cl con la conseguente formazione di intermedi reattivi che tendono a condividere il loro elettrone spaiato con un altro atomo al fine di formare un legame chimico.
:<tt>Cl∙ + CH<sub>4</sub> → HCl + CH<sub>3</sub>∙ </tt>
▲Propagazione della catena
:<tt>CH<sub>3</sub>∙ + Cl<sub>2</sub> → CH<sub>3</sub>Cl + Cl∙ </tt>
;Termine della catena
La catena di reazioni si arresta quando due radicali si uniscono a dare una molecola neutra.
:<tt>CH<sub>3</sub>∙ + Cl∙ → CH<sub>3</sub>Cl</tt>
:<tt>CH<sub>3</sub>∙ + CH<sub>3</sub>∙ → CH<sub>3</sub>CH<sub>3</sub></tt>
:<tt>Cl∙ + Cl∙ → Cl<sub>2</sub></tt>
[[Categoria:Reazioni chimiche]]
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