Halogenalkane.pdf 0,5 MB - M4aigner.de

H a l o g e n a l k a n e 

1. Reaktion von Alkanen mit Halogenen 2 

Folie: Bindungsenergien einiger Atombindungen 3 

Folie: Versuchsaufbau: Bromierung von Hexan 3 

Folie: Elektronegativitätswerte 3 

2. Radikalische Subsitution 4 

2.1. Startreaktion 4 

2.2. Kettenreaktion 4 

2.3. Abbruchreaktionen 4 

3. Eigenschaften der Halogenalkane 5 

AB: Verwend. u. Probl. der Halogenkohlenstoffe 6 

AB: Umweltprobleme / Materialien 7 

Folie: Anwendungen von Halogenkohlenw. 8 

Anmerkung: es gibt kaum Quellenangaben, diese Materialien sind ausschließlich zur Nachbereitung meines Unterrichts 

vorgesehen, nicht für eine weitere Veröffentlichung. Abbildungen und Arbeitsblätter sind zum Teil aus den 

Chemiebüchern der verschiedensten Schulbuchverlage übernommen. 

Bei den Seiten mit dem Unterrichtsgang stehen links die Regieanweisungen (Symbole hoffentlich selbsterklärend) und 

rechts der Tafelanschrieb. 

Halogenalkane – 1

Themen/Lernziele: 

V 

AA 

V 

? 

Reaktion von Brom mit Heptan 

(ERLENMEYERkolben, Stopfen, pH-Papier, 

Heptan, Brom, OH-Projektor) 

SchülerInnen zeichnen Folie 

BEILSTEIN-Probe: Cu-Blech, Halogenalkan 

Sch. sollen überlegen: welche Säure 

könnte wohl entstanden sein?! 

Modelle 

Nachbetrachtung des Versuchs: 

Wie kann die Reaktion abgelaufen sein? 

Die Frage nach dem wie (Mechanismus) einer 

Reaktion stellt sich hier zum ersten Mal, es 

wird die radikalische Substitution eingeführt. 

– Reaktionen von Alkanen mit Halogenen 

– Möglichkeiten eine Reaktion zu starten (Licht als Aktivierungsenergie) 

– BEILSTEIN-Probe 

C. Halogenalkane 

1. Reaktion von Alkanen mit Halogenen 

Versuch: Heptan reagiert mit Brom 

Versuchsaufbau: 

Folie 

Zusatzversuch: BEILSTEIN-Probe: Halogenhaltige organische Verbindungen 

bilden mit Kupfer in der Hitze flüchtige Kupfersalze, diese 

färben die Bunsenbrennerflamme blaugrün. 

Beobachtungen: Das Heptan/Brom-Gemisch entfärbt sich. Der 

Indikator zeigt eine Säure an. BEILSTEIN-Probe positiv. 

Ergebnis: Brom und Heptan müssen miteinander reagiert haben. 

Als Endprodukte lassen sich eine Säure und eine organische Halogenverbindung 

nachweisen. Die Reaktion wurde mit Licht gestartet. 

Reaktionsschema: 

C 7 H 16 + Br 2 HBr + C 7 H 15 Br 

Heptan Brom Bromwasserstoff Bromheptan 


ERLENMEYER- 

Kolben 

Bindung 

Tropfpipette Stativ 

Brom 

Bindungsenergie 

[kJ/mol] 

Versuchsaufbau: Bromierung von Heptan 

Bindungsenergien einiger Atombindungen 

Bindung 

Tropftrichter 

ERLENMEYER- 

Kolben Standzylinder 

Hexan 

Heptan 

Brom 

Lampe 

Lampe 


[kJ/mol] 

Bindung 


[kJ/mol] 

F—F 159 C—F 467 C—O 356 

Cl—Cl 242 C—Cl 336 C=O 703 

Br—Br 193 C—Br 286 C—N 301 

I—I 151 C—I 214 N—H 390 

H—H 436 C—C 348 H—F 567 

O—O 144 C=C 610 H—Cl 431 

O=O 498 C≡C 835 H—Br 366 

O—H 463 C—H 414 H—I 298 

F 4,0 O 3,5 

Cl 3,0 N 3,0 

Br 2,8 C 2,5 

I 2,5 H 2,1 

S 2,5 P 2,1 

Wasser + 

Indikator 

Elektronegativitätswerte 



? 

? 

Welche Stoffe liegen im Kolben am Anfang 

vor? Heptan und Brom. 

Farbigkeit der Stoffe/Wechselwirkung 

mit Licht?! 

Folie 

? 

! 

AA 

Bindungsenergien 

Elektronegativitäten 

also: welcher Stoff wird sich unter 

Lichteinfluss eher spalten? 

Wie spaltet sich ein Brom-Molekül? 

(unpolare Atombindung!!) 

gemeinsam sollen die beiden Schritte 

der Kettenreaktion erarbeitet werden 

SchülerInnen erarbeiten 

Abbruchreaktionen 

– Mechanismus der radikalischen Substitution 

– Bindungsenergien 

– symetrische Bindungsspaltung 

2. Radikalische Subsitution 

2.1. Startreaktion 

Br Br Br + Br (ΔH = +193 kJ/mol) 

Durch Zufuhr von Energie (Licht) spalten sich einige der Br 2 -Moleküle. 

Es entstehen Br-Radikale. Radikale sind Teilchen mit einem 

einzelnen Elektron, sie sind sehr reaktionsfähig. 

2.2. Kettenreaktion 

H H H H H H 

Br + H C C C C C C H 

H H H H H H 

H H H H H H 

Br H + C C C C C C H 

H H H H H H 

H H H H H H 

H H H H H H 

H C C C C C C + Br Br H C C C C C C Br 

H H H H H H 

H H H H H H + Br 

Die Brom-Radikale greifen die Alkan-Moleküle an und entreißen ihnen 

ein Wasserstoff-Atom. Dadurch entstehen Alkyl-Radikale (und 

HBr). Die Alkyl-Radikale reagieren mit Br2 weiter, es bildet sich das 

Bromhexan und wieder ein Brom-Radikal. 

2.3. Abbruchreaktionen 

Br + 

Br + Br Br Br 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

H H H H H H H H H H H H 

H C C C C C C + C C C C C C H 



H C C C C C C C C C C C C H 


Br 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

Wenn zwei Radikale aufeinandertreffen reagieren sie 

miteinander, dadurch endet die Kettenreaktion. 

Da bei dieser Reaktion ein Wasserstoffatom im Alkan (Heptan) 

durch ein Bromatom substituiert (ersetzt) wird und die Reaktion 

unter Beteiligung von Radikalen verläuft, nennt man sie radikalische 

Substitution (S R ). 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 

C 

H 

H 



Beispiele 

? 

V 

V 

V 

V 

i 

AA 

Vorstellung von (möglichst) 

vielen Halogenalkanen (alles 

eher langweilige, farblose, 

klare Flüssigkeiten) 

SchülerInnen bauen mit Molekülbaukästen 

einige Halogenalkan- 

Moleküle 

welche makroskopischen Stoffeigenschaften 

ändern sich durch den Einbau von Halogenen? 

(höhere Masse//polare Bindungen//Dipol- 

Dipol-Kräfte//höhere Sdt.) 

(Un-)Mischbarkeit mit: H 2 O, 

Hexan, Öl/Fett, 

Lösung von I 2 in H 2 O/CH 2 Cl 2 

Brennbarkeit (Phosgen) 

Verdunstungskälte 

(wenn C 2H 5Cl da ist) 

Umweltproblematik der Halogenalkane 

MA 

bitte 

lesen 

Zitat: DDT 

und StZ vom 5.10.98 

evtl. auch als Kopie 

x ) Tetraethylbleidarstellung: 

Na 4 Pb-Legierung + 4 C 2 H 5 Cl —> Pb(C 2 H 5 ) 4 + 4 NaCl 

y ) Frigen: Kurzbez. für Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) 

C n H m F x Cl y Frigen (N-1)(M+1)X 

Beispiel: CF 2 Cl 2 Frigen 012 bzw. 12 

(die Anzahl der Chloratome ergibt sich dann) 

z ) Halon: Kurzbez. f. Halogenkohlenwasserstoff (Halogenated hydrocarbon) 

C a H x F b Cl c Br d I e Halon ABCDE 

Beispiel: C 2 HF 3 Br 2 Halon 2302 

– Eigenschaften und Verwendung der Halogenalkane 

– Umweltgefahren durch diese Stoffe 

3. Eigenschaften der Halogenalkane 

Kopie 

Folie 

- Halogenalkane werden in der Natur nicht oder nur sehr langsam 

abgebaut. 

- Durch die sehr gute Fettlöslichkeit lagern sich die Halogenalkane 

im Fettgewebe vieler Organismen ab (z. B. DDT, Gammexan, 

Tetrachlormethan). 

- Über die Nahrungskette reichern sie sich an und gelangen letztendlich 

wieder zum Menschen. 

- Halogenalkane sind ab bestimmten Konzentrationen gesundheitsschädlich 

- Frigene wurden in der Ozonschicht der Erdatmosphäre (20–30 

km Höhe) nachgewiesen. Dort bilden sie eine Gefahr für die Umwelt, 

weil sie mit Ozon reagieren können und dessen Konzentration 

herabsetzen. 

- Die Ozonschicht schützt die Erdoberfläche (und damit uns) vor 

gesundheitsschädlicher kurzwelliger Sonnenstrahlung. 


Chemie Halogenalkane 

AB: Verwendungen und Probleme der Halogenkohlenstoffe 

Summenformel Rationeller Name Handelsname M 

(in g/mol) Smt. 

(in °C) 

Sdt. 

(in °C) 

Anwendung 

CH 3 Cl Chlormethan Methylchlorid 50,5 -97,4 -23,7 (3), (6), (7) 

CHCl 3 Trichlormethan Chloroform 119,4 -63,5 60,7 (1), früher (5) 

CCl 4 Tetrachlormethan Tetrachlorkohlenstoff 153,8 -22,9 76,7 Früher (1a), (1b) 

C 2 H 5 Cl Chlorethan Ethylchlorid 64,5 -142 13,2 Lokalanästhetikum 

(7 –> Antiklopfmittel) 

CHJ 3 Trijodmethan Iodoform 393,7 +119 Wunddesinfektion 

CCl 3F Trichlorfluormethan Frigen 11 137,5 - 24,9 (3), (4) 

CCl 2 F 2 Dichlordifluormethan Frigen 12 o. Halon 122 121,0 - -30,0 (2), (3), (4) 

CBrF 3 Bromtrifluormethan Halon 1301 148,9 - - (2) 

CHClF 2 Chlordifluormethan Frigen 22 86,5 - -40,0 (1), (3) 

C 2 HBrClF 3 

2-Brom-2-chlor- 

1,1,1-trifluorethan 

Halothan 197,4 - 50,0 (5) 

C 6 H 6 Cl 6 γ-Hexachlorcyclohexan Gammexan oder Lindan 290,8 112 187 (6) 

C 14 H 9 Cl 5 

4,4‘-Dichlordiphenyl- 

trichlorethan 

DDT 354,5 - - (6, nicht mehr in der 

BRD zugelassen) 

(-CH 2CHCl-) n Polychlorethen PVC (Polyvinylchlorid) - - - Kunststoffe 

(-C2F4-) n Polytetrafluorethen PTFE Teflon ® 

Gore-Tex ® 

- - - Kunststoffe 

Eigenschaften: BEILSTEIN-Probe; hydrophober, lipophiler Charakter; fettlösend. Viele brennen nicht oder nur schlecht. 

Anwendung der Stoffe: 

(1) Lösungsmittel (4) Verwendung als Treibgas 

(1a) chem. Reinigung/Fleckenwasser (1b) Fettextraktion (5) Narkosemittel 

(2) Feuerlöschmittel (6) Verwendung in der Landwirtschaft, als Insektizid 

(3) Verwendung in der Kühltechnik (7) Ausgangsstoff für die chemische Synthese 

Dioxin 

Müllverbrennung 

Luftverschmutzung 

schlechte 

Luft 

Kunststoffe 

(z. B. PVC) 

höhere 

UV-Strahlen- 

Belastung 

Lösungs- und 

Reinigungsmittel 

(z. B. CH 2 Cl 2 , CCl 4 ) 

Wasserverschmutzumg 

Ozon-Schicht wird geschädigt 

Treibgase, Kältemittel, 

Narkosemittel, Reinigungs- 

und Lösungsmittel 

(z. B.: Frigene, Trichlorethan) 

Nahrungskette 

belastetes 

Trinkwasser 

Insektizide 

(z. B. DDT, Lindan) 

gelangen auch 

ins Wasser 

weitere Problemfelder: 

Herstellung, Transport, 

Langlebigkeit 

Giftstoffe werden 

angereichert 


Chemie Halogenalkane 

AB: Umweltprobleme / Materialien 

Halogenkohlenwasserstoffe in der Umwelt 

Der Nachteil des DDT und verwandter Verbindungen liegt in der langen Persistenz im Boden und im Wasser 

(für DDT ca. 30 Jahre) und die außerordentlich hohe Lipoid-Löslichkeit. Da aufgenommenes DDT sehr schnell 

im Körperfett und lipoidhaltigen Organen (Gehirn, Nerven, Leber, Herzmuskel, Knochenmark, Gonaden) gespeichert 

wird, reichert es sich über die Nahrungskette stark an. Der Rückgang von fischjagenden Raubvögeln und 

das große Lachssterben in kanadischen Flüssen sollen als Beispiele genügen. Bei Leukämiekranken in den USA 

wurden im Knochenmark 2–3 mal so hohe DDT-Konzentrationen als bei Vergleichspersonen gefunden, weshalb 

DDT und seine toxischeren Verwandten heute auch für die Entstehung gewisser Krebserkrankungen verantwortlich 

gemacht werden. 

Die akute Toxizität der Organochlorverbindungen beruht auf einer Nervenlähmung. Die gut lipoidlöslichen 

Moleküle lagern sich in die Nervenmembranen ein und behindern den Austausch von Na + - und K + -Ionen. Wegen 

dieser negativen Auswirkungen wurde DDT und seine wesentlich giftigeren Verwandten in einigen Ländern 

verboten. Lediglich in der Malaria-Prophylaxe in Entwicklungsländern spielt das billige DDT heute noch eine nennenswerte 

Rolle. Durch Resistenzerscheinungen zahlreicher landwirtschaftlicher Schadinsekten und das Anwendungsverbot 

in einzelnen Industrieländern ergab sich eine weltweite Überkapazität an DDT, was seit Ende der 

sechziger Jahre zu einem starken Preisverfall führte. Da das in der chemischen Industrie als Abfallprodukt anfallende 

Chlorgas nicht in die Atmosphäre abgelassen werden darf, werden auch heute noch große Mengen des aus 

Benzol, Ethanol und Chlor recht einfach synthetisierbaren DDT und seiner verwandten Verbindungen hergestellt, 

gewissermaßen als Maßnahme der Abfallbeseitigung und deshalb auch bei geringem Verkaufserlös noch kostendeckend. 

Seit 1974 ist in der Bundesrepublik die Anwendung persistierender Organochlorverbindungen stark eingeschränkt. 

Auch in einigen anderen Ländern der EU sowie in den USA bestehen Einschränkungen. 

Unter den Organochlor-Verbindungen sind drei Verbindungsgruppen zu unterscheiden, deren physiologische 

Wirkung in etwa die gleiche ist: 

H 

Cl C 

CCl3 CCl3 

Cl 

CH2 CH2 

Schneegipfel mit Chemikalien bedeckt Artikel aus der Stuttgarter Zeitung vom 5. Oktober 1998 

Schneeweiß leuchten die Gipfel der Berge nicht nur in Reiseprospekten. Doch der Eindruck einer unberührten 

Natur täuscht: Je höher der Berg, desto stärker ist der Schnee mit Chemikalien belastet. Das berichten David 

Schindler und Mitarbeiter von der kanadischen University of Alberta (Edmonton) in der neuen Ausgabe des 

britischen Wisseschaftsmagazins „Nature“ (Band 395, Seite 585). Die Wissenschaftler nahmen quer durch die 

kanadische Provinz British Columbia in unterschiedlichen Höhen Schneeproben in den kanadischen Rocky 

Mountains. Fazit der Untersuchungen: In Höhen von 500 Metern war die Belastung des Schnees mit chlorierten 

Kohlenwasserstoffen noch relativ gering und lag durchweg unter 0,1 Nanogramm pro Liter (1 Nanogramm gleich 

1 Milliardstelgramm). Doch mit zunehmender Höhe stieg die Belastung bis zum Tausendfachen bei 3500 Metern. 

Gemessen wurde eine ganze Reihe von einzelnen Chemikalien, darunter Hexachlor-Cyclohexan, Dieldrin und 

polychlorierte Biphenyle. 

Die Stoffe, die zum Teil in Pestiziden enthalten sind, verdunsten in geringen Mengen schon bei Außentemperaturen 

über denn Gefrierpunkt und werden über weite Strecken in der Atmosphäre verfrachtet. Bei Kälte kondensieren 

sie wieder und gehen mit dem Niederschlag zu Boden. Mit diesem Prozess erklären die Wissenschaftler auch 

die überdurchschnittliche Belastung mit zunehmender Höhe. Je höher der Berg und je niedriger die Temperaturen, 

desto mehr Chemikalien gehen aus der Dampfphase wieder in der festen oder den flüssigen Zustand zurück 

und gelangen auf den Boden. fwt 

H 

Cl 

Cl 

H 

H Cl Cl 

Cl 

H 

H 

Cl 

Cl 

H 


Eigenschaften u. Anwendungen v. Halogenkohlenwasserstoffen 

Summenformel 

Rationeller Name Handelsname M 

(in g/mol) Smt. 

(in °C) 

Sdt. 

(in °C) Anwendung 

CH 3 Cl Chlormethan Methylchlorid 50,5 -97,4 -23,7 (3), (6), (7) 

CHCl 3 Trichlormethan Chloroform 119,4 -63,5 60,7 (1), früher (5) 

CCl 4 Tetrachlormethan Tetrachlorkohlenstoff 153,8 -22,9 76,7 Früher (1a), (1b) 

C 2 H 5 Cl Chlorethan Ethylchlorid 64,5 -142 13,2 Lokalanästhetikum 

(7–>Antiklopfmittel x ) 

CHJ 3 Trijodmethan Iodoform 393,7 +119 Wunddesinfektion 

CCl 3 F Trichlorfluormethan Frigen y ) 11 137,5 - 24,9 (3), (4) 

CCl 2 F 2 Dichlordifluormethan Frigen 12 oder 

Halon z ) 122 

121,0 - -30,0 (2), (3), (4) 

CBrF 3 Bromtrifluormethan Halon 1301 148,9 - - (2) 

CHClF 2 Chlordifluormethan Frigen 22 86,5 - -40,0 (1), (3) 

C 2 HBrClF 3 

C 6 H 6 Cl 6 

C 14 H 9 Cl 5 

2-Brom-2-chlor- 

1,1,1-trifluorethan 

γ-Hexachlorcyclohexan 

4,4‘-Dichlordiphenyl- 

trichlorethan 

Halothan 197,4 - 50,0 (5) 

Gammexan oder 

Lindan 

290,8 112 187 (6) 

DDT 354,5 - - (6, nicht mehr in der 

BRD zugelassen) 

(-CH 2 CHCl-) n Polychlorethen PVC (Polyvinylchlorid) - - - Kunststoffe 

(-C 2 F 4 -) n Polytetrafluorethen PTFE Teflon ® 

Gore-Tex ® 

Eigenschaften: BEILSTEIN-Probe; hydrophober, lipophiler Charakter; fettlösend. 

Viele brennen nicht oder nur schlecht. 

- - - Kunststoffe 

Anwendung der Stoffe: 

(1) Lösungsmittel (4) Verwendung als Treibgas 

(1a) chem. Reinigung/Fleckenwasser (1b) Fettextraktion (5) Narkosemittel 

(2) Feuerlöschmittel (6) Verwendung i. d. Landwirtschaft, als Insektizid 

(3) Verwendung in der Kühltechnik (7) Ausgangsstoff für die chemische Synthese 

x ) Tetraethylbleidarstellung: Na4 Pb-Legierung + 4 C 2 H 5 Cl Pb(C 2 H 5 ) 4 + 4 NaCl 

y ) Frigen: Kurzbez. für Fluorchlorkohlenwasserstoffe CnHmFxCly Frigen (N-1)(M+1)X 

Beispiel: CF2Cl2 Frigen 012 bzw. 12 

(die Anzahl der Chloratome ergibt sich dann) 

z 

) Halon: Kurzbez. für Halogenkohlenwasserstoff CaHxFbClcBrdIe Halon ABCDE 

(Halogenated hydrocarbon) Beispiel: C2HF3Br2 Halon 2302

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