Тетрафторид углерода - Carbon tetrafluoride

Тетрафторид углерода
Тетрафторид углерода-2D-sizes.png
Тетрафторид углерода-3D-шары-B.png
Имена
Имена ИЮПАК
Тетрафторметан
Тетрафторид углерода
Другие имена
Тетрафторид углерода, перфторметан, тетрафторуглерод, фреон 14, галон 14, арктон 0, CFC 14, PFC 14, R 14, ООН 1982
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.000.815 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 200-896-5
Номер RTECS
  • FG4920000
UNII
Характеристики
CF4
Молярная масса88,0043 г / моль
ВнешностьБесцветный газ
Запахбез запаха
Плотность3,72 г / л, газ (15 ° C)
Температура плавления -183,6 ° С (-298,5 ° F, 89,5 К)
Точка кипения -127,8 ° С (-198,0 ° F, 145,3 К)
0.005%V при 20 ° C
0.0038%V при 25 ° C
Растворимостьрастворим в бензол, хлороформ
Давление газа3,65 МПа при 15 ° C
106,5 кПа при −127 ° C
5,15 атм-м3 / моль
1.0004823[1]
Вязкость17,32 мкПа · с[2]
Структура
Тетрагональный
Тетраэдр
0 Д
Опасности
Паспорт безопасностиICSC 0575
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Другой катионы
Тетрафторид кремния
Тетрафторид германия
Тетрафторид олова
Тетрафторид свинца
Связанные фторметаны
Фторметан
Дифторметан
Фтороформ
Родственные соединения
Тетрахлорметан
Тетрабромметан
Тетраиодметан
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверятьY проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Тетрафторметан, также известный как тетрафторид углерода или Р-14, самый простой перфторуглерод (CF4). Как следует из названия IUPAC, тетрафторметан является перфторированным аналогом углеводорода. метан. Его также можно отнести к категории галогеналкан или галометан. Тетрафторметан - полезный хладагент, но также и мощный парниковый газ.[3] Он имеет очень высокую прочность сцепления из-за характера связь углерод-фтор.

Склеивание

Из-за множественных связей углерод-фтор и высокого электроотрицательность из фтор, углерод в тетрафторметане имеет значительную положительную частичная оплата который усиливает и укорачивает четыре связи углерод-фтор, обеспечивая дополнительные ионный характер. Связи углерод – фтор - самые сильные одинарные связи в органическая химия.[4] Кроме того, они укрепляются по мере того, как к одному и тому же углероду добавляется больше связей углерод-фтор. В одном углероде фторорганические соединения представлен молекулами фторметан, дифторметан, трифторметан, и тетрафторметан, связи углерод – фтор наиболее прочны в тетрафторметане.[5] Этот эффект обусловлен повышенным кулоновский притяжения между атомами фтора и углерода, потому что углерод имеет положительную частичная оплата 0,76.[5]

Подготовка

Тетрафторметан является продуктом, когда любое соединение углерода, включая сам углерод, сжигается в атмосфере фтора. С углеводородами, фтороводород является побочным продуктом. Впервые о нем сообщили в 1926 году.[6] Его также можно приготовить фторирование из углекислый газ, монооксид углерода или фосген с тетрафторид серы. В промышленных масштабах он производится по реакции фтороводород с дихлордифторметан или хлортрифторметан; он также производится во время электролиз из металла фториды MF, MF2 с помощью угольного электрода.

Хотя элементарный фтор может быть получен из бесчисленного множества предшественников и фтора, он дорог и сложен в обращении. Как следствие, CF
4 готовится в промышленных масштабах с использованием фтороводород:[3]

CCl2F2 + 2 HF → CF4 + 2 HCl

Лабораторный синтез

Тетрафторметан можно получить в лаборатории по реакции Карбид кремния с фтором.

SiC + 4 F2 → CF4 + SiF4

Реакции

Тетрафторметан, как и другие фторуглероды, очень стабилен благодаря прочности углеродно-фторных связей. Связи в тетрафторметане имеют связывающая энергия 515 кДж⋅моль−1. В результате он инертен к кислотам и гидроксидам. Однако он взрывно реагирует с щелочных металлов. Термическое разложение или сжигание CF4 выделяет токсичные газы (карбонилфторид и монооксид углерода ) и в присутствии воды также даст фтороводород.

Он очень мало растворим в воде (около 20 мг⋅л−1), но смешивается с органическими растворителями.

Использует

Тетрафторметан иногда используется в качестве низкотемпературного хладагент (Р-14). Он используется в электроника микротехнология отдельно или в сочетании с кислород как плазменный травитель за кремний, диоксид кремния, и нитрид кремния.[7] Он также используется в детекторах нейтронов.[8]

Экологические последствия

Тетрафторметан Мауна-Лоа (CF4) Временные ряды.
Атмосферная концентрация CF4 (ПФУ-14) в сравнении с аналогичными техногенными газами (правый график). Обратите внимание на масштаб журнала.

Тетрафторметан - сильнодействующий парниковый газ что способствует парниковый эффект. Он очень стабилен, имеет время жизни в атмосфере 50 000 лет, и высокий потенциал потепления парниковых газов из 6500 (что дается на первые 100 лет, CO2 имеет коэффициент 1).

Тетрафторметан - самый распространенный перфторуглерод в атмосфере, где обозначается как PFC-14. Его концентрация в атмосфере растет.[9] По состоянию на 2019 год искусственные газы CFC-11 и CFC-12 продолжают вносить более сильный вклад в радиационное воздействие чем PFC-14.[10]

Хотя конструктивно похож на хлорфторуглероды (CFCs) тетрафторметан не истощить 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. Книга Рекордов Гиннесса Тетрафторметан - самый стойкий парниковый газ.

Основные промышленные выбросы тетрафторметана помимо гексафторэтан производятся при производстве алюминий с помощью Процесс Холла-Эру. CF4 также производится как продукт распада более сложных соединений, таких как галоидоуглероды.[11]

Риск для здоровья

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Abjean, R .; А. Бидо-Меху; Я. Герн (15 июля 1990 г.). «Показатель преломления тетрафторида углерода (CF4) в диапазоне длин волн 300-140 нм». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 292 (3): 593–594. Дои:10.1016/0168-9002(90)90178-9.
  2. ^ Kestin, J .; Ro, S.T .; Уэйкхем, W.A. (1971). «Контрольные значения вязкости двенадцати газов при 25 ° C». Труды общества Фарадея. 67. Дои:10.1039 / TF9716702308.
  3. ^ а б Зигемунд, Гюнтер; Швертфегер, Вернер; Фейринг, Эндрю; Умный, Брюс; Бер, Фред; Фогель, Гервард; МакКьюсик, Блейн (2002). «Соединения фтора, органические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a11_349.
  4. ^ О'Хаган Д. (февраль 2008 г.). «Понимание химии фторорганических соединений и катионов. Введение в связь C – F». Обзоры химического общества. 37 (2): 308–19. Дои:10.1039 / b711844a. PMID  18197347.
  5. ^ а б Лемаль, Д. (2004). «Перспективы химии фторуглеродов». J. Org. Chem. 69 (1): 1–11. Дои:10.1021 / jo0302556. PMID  14703372.
  6. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  7. ^ К. Уильямс, К. Гупта, М. Василик. Скорости травления для микрообработки - Часть II J. Microelectromech. Syst., Т. 12. С. 761–777, декабрь 2003 г.
  8. ^ «Низкоэффективный двухмерный позиционно-чувствительный детектор нейтронов для измерения профиля пучка». Дои:10.1016 / j.nima.2004.09.020.
  9. ^ «Индикаторы изменения климата - Концентрация парниковых газов в атмосфере - Рисунок 4». Агентство по охране окружающей среды США. Получено 2020-09-26.
  10. ^ Батлер Дж. И Монцка С. (2020). «Годовой индекс парниковых газов NOAA (AGGI)». NOAA Лаборатория глобального мониторинга / Исследовательские лаборатории системы Земля.
  11. ^ Джубб, Аарон М .; McGillen, Max R .; Портманн, Роберт В .; Дэниел, Джон С .; Буркхолдер, Джеймс Б. (2015). «Атмосферный фотохимический источник стойкого парникового газа CF4». Письма о геофизических исследованиях. 42 (21): 9505–9511. Дои:10.1002 / 2015GL066193. ISSN  0094-8276.

внешняя ссылка