Тетрафторид углерода

Тетрафторметан, также известный как тетрафторид углерода или R-14, представляет собой простейший перфторуглерод (C F 4). Как следует из названия IUPAC, тетрафторметан является перфторированным аналогом углеводородного метана. Его также можно классифицировать как галогеналкан или галометан. Тетрафторметан является полезным хладагентом, но также является сильнодействующим парниковым газом. Он имеет очень высокую прочность связи из-за природы связи углерод-фтор.

Содержание

1 Связь
2 Подготовка
- 2.1 Лабораторный синтез
3 Реакции
4 Использование
5 Воздействие на окружающую среду
6 Опасность для здоровья
7 См. Также
8 Ссылки
9 Внешние ссылки

Связь

Из-за множественных связей углерод-фтор и с высокой электроотрицательностью фтора, углерод в тетрафторметане имеет значительный положительный частичный заряд, который усиливает и укорачивает четыре связи углерод-фтор за счет дополнительной ионной символ. Связи углерод – фтор - самые сильные одинарные связи в органической химии. Кроме того, они укрепляются по мере того, как к одному и тому же углероду добавляется больше связей углерод-фтор. В одноуглеродных фторорганических соединениях, представленных молекулами фторметана, дифторметана, трифторметана и тетрафторметана, связи углерод-фтор являются наиболее прочными в тетрафторметане. Этот эффект обусловлен повышенным кулоновским притяжением между атомами фтора и углеродом, поскольку углерод имеет положительный частичный заряд 0,76.

Получение

Тетрафторметан является продуктом, когда любое соединение углерода, включая сам углерод, сжигается в атмосфере фтора. С углеводородами фтороводород является побочным продуктом. Впервые о нем было сообщено в 1926 году. Его также можно получить фторированием диоксида углерода, монооксида углерода или фосгена с помощью тетрафторид серы. В промышленных масштабах он производится реакцией фтороводорода с дихлордифторметаном или хлортрифторметаном ; его также получают во время электролиза фторидов металлов MF, MF 2 с использованием угольного электрода.

Хотя элементарный фтор может быть получен из бесчисленного множества предшественников и фтора, он дорог и сложен в обращении. Следовательно, CF. 4получают в промышленном масштабе с использованием фтороводорода :

CCl 2F2+ 2 HF → CF 4 + 2 HCl

Лабораторный синтез

Тетрафторметан можно получить в лаборатории реакцией карбида кремния с фтором.

SiC + 4 F 2 → CF 4 + SiF 4

Реакции

Тетрафторметан, как и другие фторуглероды, очень стабилен благодаря своей прочности. связи углерод – фтор. Связи в тетрафторметане имеют энергию связи, равную 515 кДж · моль. В результате он инертен к кислотам и гидроксидам. Однако он взрывоопасен с щелочными металлами. Термическое разложение или сжигание CF 4 дает токсичные газы (карбонилфторид и монооксид углерода ), а в присутствии воды также дает фтороводород.

Он очень мало растворим в воде (около 20 мг⋅л), но смешивается с органическими растворителями.

Использует

Тетрафторметан иногда используется в качестве низкотемпературного хладагента (R-14). Он используется в электронике микропроизводстве отдельно или в комбинации с кислородом в качестве плазменного травителя для кремния, диоксид кремния и нитрид кремния. Он также используется в детекторах нейтронов.

Воздействие на окружающую среду

Временные ряды тетрафторметана Мауна-Лоа (CF 4).

Атмосферная концентрация CF 4 (PFC -14) по сравнению с аналогичными техногенными газами (правый график). Обратите внимание на логарифмический масштаб.

Тетрафторметан - это мощный парниковый газ, который способствует парниковому эффекту. Он очень стабилен, имеет срок службы в атмосфере 50 000 лет и высокий потенциал потепления, равный 6500 (который дается для первых 100 лет его существования, CO2 имеет коэффициент из 1).

Тетрафторметан является наиболее распространенным перфторуглеродом в атмосфере, где он обозначается как PFC-14. Его концентрация в атмосфере растет. По состоянию на 2019 год техногенные газы CFC-11 и CFC-12 продолжают вносить более сильное радиационное воздействие, чем PFC-14.

Хотя структурно схожи с хлорфторуглеродами (CFC), тетрафторметан не разрушает озоновый слой. Это связано с тем, что истощение вызвано атомами хлора в CFC, которые диссоциируют под воздействием УФ-излучения. Связи углерод-фтор прочнее и менее подвержены диссоциации. Согласно Книге рекордов Гиннеса, тетрафторметан - самый стойкий парниковый газ.

Основные промышленные выбросы тетрафторметана, помимо гексафторэтана, образуются при производстве алюминия с использованием процесса Холла-Эру. CF 4 также производится как продукт разложения более сложных соединений, таких как галоидуглероды.

Риски для здоровья

Благодаря своей плотности тетрафторметан может вытеснять воздух, создавая удушье опасность в недостаточно вентилируемых помещениях.