Галогенопроизводные углеводородов представляют собой соединения, в
которых один или несколько атомов водорода замещены атомами галогенов
(F, Cl, Br, I). Физические свойства этих соединений существенно
отличаются от соответствующих предельных углеводородов и зависят от
природы галогена, структуры молекулы и числа заместителей.
1. Агрегатное состояние
Низкомолекулярные галогенопроизводные (например,
хлороформ, бромметан) при стандартных условиях чаще представляют собой
жидкости, в отличие от соответствующих предельных углеводородов, которые
являются газами.
Высокомолекулярные и полигалогенированные соединения
обычно твердые вещества, что связано с увеличением молекулярной массы и
усилением межмолекулярных взаимодействий, в частности ван-дер-ваальсовых
сил.
2. Температуры плавления и
кипения
- Зависимость от атома галогена: С увеличением
атомного радиуса галогена (F < Cl < Br < I) температуры кипения
и плавления галогенопроизводных растут. Например, у галогенметанов: CH₃F
(−78,4 °C) < CH₃Cl (−24,2 °C) < CH₃Br (3,6 °C) < CH₃I
(42,4 °C).
- Полярность молекул: Электроотрицательные галогены
увеличивают дипольный момент молекулы, что усиливает межмолекулярное
взаимодействие и повышает температуру кипения.
- Изомерный эффект: Разветвлённые изомеры имеют более
низкие температуры кипения по сравнению с нормальными цепными аналогами,
так как уменьшается площадь поверхности и ослабляются ван-дер-ваальсовы
взаимодействия.
3. Растворимость
- В полярных растворителях: Галогенопроизводные с
меньшей полярностью плохо растворимы в воде. Исключение составляют фтор-
и хлорпроизводные низкой молекулярной массы, обладающие умеренной
полярностью.
- В неполярных растворителях: Хорошо растворяются в
органических растворителях (бензол, толуол, эфиры), что объясняется
сходством природы межмолекулярных взаимодействий.
- Эффект замещения: Увеличение числа галогенов
повышает молекулярную массу, снижает растворимость в воде и усиливает
растворимость в органических растворителях.
4. Плотность
Галогенопроизводные обладают более высокой плотностью, чем
соответствующие углеводороды, благодаря высокой атомной массе
галогенов.
- Например, плотность дихлорметана составляет 1,33 г/см³, а бромметана
— 1,48 г/см³.
- Увеличение числа галогенов ведет к росту плотности. В
полигалогенированных соединениях плотность может превышать 2 г/см³.
5. Прочие физические свойства
- Дипольный момент: Наличие полярных C–X связей
создаёт значительный дипольный момент, влияющий на химическую активность
и межмолекулярные взаимодействия.
- Прозрачность и цвет: Большинство низкомолекулярных
галогенопроизводных бесцветны, однако соединения с йодом могут иметь
характерный желтоватый оттенок.
- Летучесть: С увеличением молекулярной массы и числа
галогенов летучесть уменьшается, что связано с ростом межмолекулярного
притяжения.
6. Температурная зависимость
свойств
Физические свойства галогенопроизводных чувствительны к изменению
температуры. Увеличение температуры уменьшает вязкость, повышает
растворимость в воде, усиливает диффузию и уменьшает плотность за счёт
теплового расширения.
7. Сравнение с углеводородами
- Температура кипения: Галогенопроизводные имеют
более высокие температуры кипения, чем углеводороды с аналогичной
молекулярной массой, за счёт полярности и увеличения межмолекулярных
сил.
- Плотность: Выше, что делает их полезными в качестве
растворителей и хладонов.
- Растворимость: Более разнообразная, зависит от
природы галогена и числа атомов.
Физические свойства галогенопроизводных оказывают прямое влияние на
их практическое применение в органическом синтезе, промышленности и
лабораторной практике. Они определяют выбор растворителей, условий
реакций и способов очистки соединений.