Fluorokarbon

chemické vlastnostiedit

Perfluoralkany jsou velmi stabilní díky pevnosti vazby uhlík-fluor, jedné z nejsilnějších v organické chemii.Jeho síla je výsledkem elektronegativita fluoru předávání částečný iontový charakter prostřednictvím částečné náboje na uhlíku a atomy fluoru, které zkracují a posílit pouto přes příznivé kovalentní interakce. Dodatečně, více vazeb uhlík-fluor zvyšuje pevnost a stabilitu dalších blízkých vazeb uhlík–fluor na stejném geminálním uhlíku, protože uhlík má vyšší kladný parciální náboj. Kromě toho vícenásobné vazby uhlík-fluor také posilují“ kosterní “ vazby uhlík–uhlík z induktivního účinku. Nasycené fluorokarbony jsou proto chemicky a tepelně stabilnější než jejich odpovídající uhlovodíkové protějšky a skutečně jakákoli jiná organická sloučenina. Jsou náchylné k útoku velmi silnými reduktanty, např. Redukce břízy a velmi specializované organokovové komplexy.

fluorované uhlovodíky jsou bezbarvé a mají vysokou hustotu, až více než dvojnásobek hustoty vody. Nejsou mísitelná s většinou organických rozpouštědel (např. ethanolu, acetonu, ethylacetátu a chloroformu), ale jsou mísitelné s některými uhlovodíky (např. hexan v některých případech). Mají velmi nízkou rozpustnost ve vodě a voda má v nich velmi nízkou rozpustnost (řádově 10 ppm). Mají nízké indexy lomu.

C δ + − F δ − {\displaystyle {\ce {{\rozrušená {\delta+}{C}}-{\rozrušená {\delta}{F}}}}}

dílčí poplatky v polarizované uhlík–fluor dluhopisů

Jak vysoké elektronegativitě fluoru snižuje polarizability atomu, fluorované uhlovodíky jsou pouze slabě náchylné k prchavé dipóly, které tvoří základ britské disperzní síly. Výsledkem je, že fluorokarbony mají nízké intermolekulární atraktivní síly a jsou lipofobní kromě toho, že jsou hydrofobní a nepolární. Což odráží slabé mezimolekulové síly tyto sloučeniny vykazují nízkou viskozitou, kdy ve srovnání s kapalinami podobné body varu, nízké povrchové napětí a nízká ohřívá teplo. Díky nízkým přitažlivým silám ve fluorokarbonových kapalinách jsou stlačitelné (nízký objemový modul) a schopné relativně dobře rozpouštět plyn. Menší fluorokarbony jsou extrémně těkavé. Existuje pět perfluoralkanových plynů: tetrafluoromethane (bp -128 °C), hexafluoroethane (bp -78.2 °C), octafluoropropane (bp -36.5 °C), pododrážkou-n-butanu (bp -2.2 °C) a pododrážkou-iso-butan (bp -1 °C). Téměř všechny ostatní fluoroalkanes jsou kapaliny; nejpozoruhodnější výjimkou je perfluorocyclohexane, které sublimes na 51 °C. Fluorokarbony také mají nízkou povrchovou energií a vysokou dielektrickou silné stránky.

• Perfluoroalkanes

• Oxid tetrafluoride, nejjednodušší perfluoroalkane

• Perfluorooctane, lineární perfluoroalkane

• Pododrážkou-2-methylpentan, rozvětvené perfluoroalkane

• Pododrážkou-1,3-dimethylcyclohexane, cyklický perfluoroalkane

• Perfluorodecalin, polycyklické perfluoroalkane

hořlavost

V 1960 byl velký zájem o fluorokarbony jako anestetika. Výzkumu nepřinesly žádné anestetika, ale výzkum zahrnoval testy na problematiku hořlavosti, a ukázal, že testované fluorokarbony nebyly hořlavé na vzduchu v jakémkoli poměru, i když většina testů byly v čistém kyslíku nebo čistého oxidu dusného (plyny důležité v anesteziologii).

V roce 1993, 3M za fluorokarbony jako oheň extinguishants nahradit Cfc. Tento hasicí účinek byl přičítán jejich vysoké tepelné kapacitě, která odvádí teplo z ohně. Bylo navrženo, že atmosféra obsahující významné procento perfluoruhlovodíků na vesmírné stanici nebo podobné by úplně zabránila požárům.Při spalování dochází k toxickým výparům, včetně karbonylfluoridu, oxidu uhelnatého a fluorovodíku.

vlastnosti rozpouštění Plynueditovat

Perfluoruhlovodíky rozpouštějí relativně vysoké objemy plynů. Vysoká rozpustnost plynů je přičítána slabým intermolekulárním interakcím v těchto fluorokarbonových tekutinách.

tabulka ukazuje hodnoty pro molární zlomek x1, dusíku rozpuštěného, počítáno z Krve–plynová rozdělovací koeficient, při 298.15 K (25 °C), 0.101325 M Pa.

ManufactureEdit

rozvoj fluorocarbon průmyslu se shodoval s II. Světové Války. Před tím, fluorované uhlovodíky byly připraveny reakcí fluoru s uhlovodík, tj. přímé fluorace. Protože vazby C-C jsou snadno štěpeny fluorem, přímá fluorace poskytuje hlavně menší perfluoruhlovodíky, jako je tetrafluormethan, hexafluorethan, a oktafluorpropan.

Fowler processEdit

významným průlomem, který umožnil výrobu fluorovaných uhlovodíků ve velkém měřítku, byl fowlerův proces. V tomto procesu se jako zdroj fluoru používá Trifluorid kobaltu. Ilustrativní je syntéza perfluorohexane:

C6H14 + 28 CoF3 → C6F14 + 14 HF + 28 CoF2

výsledná kobalt difluoride je pak regenerován, někdy v samostatném reaktoru:

2 CoF2 + F2 → 2 CoF3

Průmyslově, oba kroky jsou kombinovány, například při výrobě Flutec rozsah freonů tím, F2 chemicals Ltd, pomocí vertikální míchaných reaktorů, s uhlovodíkové představil na dně, a fluoru představil poloviny reaktoru. Fluorouhlíková pára se získává shora.

Elektrochemické fluorinationEdit

Elektrochemická fluorace (ECF) (také známý jako Simons‘ proces) zahrnuje elektrolýzu substrátu se rozpustí v fluorovodík. Protože fluor je sám vyráběn elektrolýzou fluorovodíku, ECF je spíše přímější cestou k fluorokarbonům. Proces probíhá při nízkém napětí (5-6 V), takže volný fluor není uvolněn. Výběr substrátu je omezen, protože v ideálním případě by měl být rozpustný ve fluorovodíku. Obvykle se používají ethery a terciární aminy. Aby se perfluorohexane, trihexylamine se používá, například:

N(C6H13)3 + 45 HF → 3 C6F14 + NF3 + 42 H2

perfluorované amine, bude také být produkován:

N(C6H13)3 + 39 HF → N(C6F13)3 + 39H2

zdraví a životní Prostředí opatřeníeditovat

Fluoroalkanes obecně jsou inertní a netoxické.

Fluoroalkany nejsou poškozující ozonovou vrstvu, protože neobsahují žádné atomy chloru nebo bromu a někdy se používají jako náhrada chemických látek poškozujících ozonovou vrstvu.Termín fluorocarbon se používá poměrně volně, aby zahrnoval jakoukoli chemickou látku obsahující fluor a uhlík, včetně chlorfluoruhlovodíků, které poškozují ozonovou vrstvu. Fluoralkany jsou někdy zaměňovány s fluorosurfaktanty, které významně bioakumulují.

Perfluoroalkanes ne bioakumulaci; ty, které se používají v lékařské postupy jsou rychle vylučovány z těla, a to především prostřednictvím vypršení platnosti s rychlost vylučování jako funkce tlaku par; half-life pro octafluoropropane je méně než 2 minuty, ve srovnání s asi týden pro perfluorodecalin.

Atmosférické koncentrace PFC-14 a PFC-116 ve srovnání s podobnými umělých halogenované plyny mezi roky 1978 a 2015 (graf vpravo). Všimněte si logaritmické stupnice.

nízkovroucí perfluoralkany jsou silné skleníkové plyny, částečně kvůli jejich velmi dlouhé životnosti v atmosféře, a jejich použití je pokryto Kjótským protokolem. Potenciál globálního oteplování (ve srovnání oxidu uhličitého) mnoho plynů lze nalézt v IPCC 5. hodnotící zprávy, s extraktem níže na pár perfluoroalkanes.

The aluminium tavící průmysl byl hlavním zdrojem atmosférických perfluoruhlovodíků (zejména tetrafluormethan a hexafluorethan), vyráběných jako vedlejší produkt procesu elektrolýzy. Průmysl se však v posledních letech aktivně podílí na snižování emisí.

Aplikaceedit

protože jsou inertní, perfluoralkany nemají v podstatě žádné chemické použití, ale jejich fyzikální vlastnosti vedly k jejich použití v mnoha různých aplikacích. Patří mezi ně:

• Perfluorocarbon tracer
• Kapalným dielektrikem
• Chemické ukládání par
• Organický Rankinův cyklus
• Fluorous dvoufázové katalýze
• Kosmetika
• Lyžařské vosky

stejně Jako několik lékařské využití:

• Tekuté dýchání
• náhražku Krve
• Contrast-enhanced ultrasound
• Oční chirurgii
• odstranění Tetování