Fluorcarbon

kemiske egenskaberredit

Perfluoralkaner er meget stabile på grund af styrken af carbon–fluorbindingen, en af de stærkeste inden for organisk kemi.Dens styrke er et resultat af elektronegativiteten af fluor, der giver delvis ionisk karakter gennem delvise ladninger på kulstof-og fluoratomer, som forkorter og styrker bindingen gennem gunstige kovalente interaktioner. Derudover øger flere carbon–fluorbindinger styrken og stabiliteten af andre nærliggende carbon–fluorbindinger på det samme geminal carbon, da carbonet har en højere positiv delvis ladning. Desuden styrker flere carbon–fluorbindinger også” skelet ” carbon-carbonbindinger fra den induktive virkning. Derfor er mættede fluorcarboner mere kemisk og termisk stabile end deres tilsvarende carbonhydridmodeller og faktisk enhver anden organisk forbindelse. De er modtagelige for angreb af meget stærke reduktionsmidler, f. eks. Birch reduktion og meget specialiserede organometalliske komplekser.

fluorcarboner er farveløse og har høj densitet, op til over det dobbelte af vand. De er ikke blandbare med de fleste organiske opløsningsmidler (f.eks. ethanol, acetone, ethylacetatog chloroform), men er blandbare med nogle kulbrinter (f. eks. De har meget lav opløselighed i vand, og vand har en meget lav opløselighed i dem (i størrelsesordenen 10 ppm). De har lave brydningsindekser.

C-Kr + − F-kr – {\displaystyle {\ce {{\overset {\delta+} {C}} – {\overset {\delta -} {F}}}}}

de delvise ladninger i den polariserede carbon-fluorbinding

da fluorens høje elektronegativitet reducerer atomets polariserbarhed, er fluorcarboner kun svagt modtagelige for de flygtige dipoler, der danner grundlaget for Londons dispersionskraft. Som et resultat har fluorcarboner lave intermolekylære attraktive kræfter og er lipofobe ud over at være hydrofobe og ikke-polære. Reflekterende de svage intermolekylære kræfter udviser disse forbindelser lave viskositeter sammenlignet med væsker med lignende kogepunkter, lav overfladespænding og lave fordampningsvarme. De lave attraktive kræfter i fluorcarbonvæsker gør dem komprimerbare (lavt bulkmodul) og i stand til at opløse gas relativt godt. Mindre fluorcarboner er ekstremt flygtige. Der er fem perfluoralkane gasser: tetrafluormethan (BP-128kr C), heksafluorethan (bp-78,2kr C), octafluoropropan (bp-36,5kr C), perfluor-n-butan (bp-2,2kr C) og perfluor-iso-butan (bp-1kr C). Næsten alle andre fluoralkaner er væsker; den mest bemærkelsesværdige undtagelse er perfluorocycloheksan, som sublimerer ved 51 liter C. fluorcarboner har også lave overfladeenergier og høje dielektriske styrker.

• Perfluoralkaner

• carbontetrafluorid, den enkleste perfluoralkan

• Perfluorooctan, lineær perfluoralkan

• Perfluoro-2-methylpentan, en forgrenet perfluoralkan

• Perfluor-1,3-dimethylcycloheksan, en cyklisk perfluoralkan

• Perfluorodecalin, polycyklisk perfluoralkan

brændbarhed

i 1960 ‘ erne var der stor interesse for fluorcarboner som anæstetika. Forskningen producerede ingen anæstetika, men forskningen omfattede test om spørgsmålet om antændelighed og viste, at de testede fluorcarboner ikke var brandfarlige i luft i nogen andel, selvom de fleste af testene var i rent ilt eller rent lattergas (gasser af betydning i anæstesiologi).

i 1993 betragtede 3M fluorcarboner som ildslukkere til erstatning for CFC ‘ er. Denne slukningseffekt er blevet tilskrevet deres høje varmekapacitet, som tager varme væk fra ilden. Det er blevet foreslået, at en atmosfære indeholdende en betydelig procentdel af perfluorcarboner på en rumstation eller lignende ville forhindre brande helt.Når forbrænding forekommer, resulterer giftige dampe, herunder carbonylfluorid, kulilte og hydrogenfluorid.

gasopløsningsegenskaberredit

perfluorcarboner opløser relativt store mængder gasser. Den høje opløselighed af gasser tilskrives de svage intermolekylære interaktioner i disse fluorcarbonvæsker.

tabellen viser værdier for molfraktionen, H1, af opløst nitrogen, beregnet ud fra blodgasfordelingskoefficienten, ved 298,15 K (25 liter C), 0,101325 M Pa.

fremstilling

udviklingen af fluorcarbonindustrien faldt sammen med anden verdenskrig. før det blev fluorcarboner fremstillet ved reaktion af fluor med carbonhydridet, dvs.direkte fluorering. Fordi C – C-bindinger let spaltes af fluor, direkte fluorering giver hovedsageligt mindre perfluorcarboner, såsom tetrafluormethan, geksafluorethanog octafluoropropan.

Fjerkræprocesredit

et stort gennembrud, der tillod storskala fremstilling af fluorcarboner, var Fjerkræprocessen. I denne proces anvendes kobolttrifluorid som kilde til fluor. Det resulterende koboltdifluorid regenereres derefter, undertiden i en separat reaktor:

2 CoF2 + F2 2840>industrielt kombineres begge trin, for eksempel ved fremstilling af Flutec-serien af fluorcarboner af F2 chemicals Ltd, ved hjælp af en lodret omrørt sengreaktor med carbonhydrid indført i bunden og fluor indført halvvejs op i reaktoren. Fluorcarbon-dampen genvindes fra toppen.

elektrokemisk fluoreringredit

elektrokemisk fluorering (ECF) (også kendt som Simons’ proces) involverer elektrolyse af et substrat opløst i hydrogenfluorid. Da fluor selv fremstilles ved elektrolyse af hydrogenfluorid, er ECF en ret mere direkte vej til fluorcarboner. Processen fortsætter ved lav spænding (5-6 V), således at fri fluor ikke frigøres. Valget af substrat er begrænset, da det ideelt set bør være opløseligt i hydrogenfluorid. Ethere og tertiære aminer anvendes typisk. Til fremstilling af perfluoroheksan anvendes triheksylamin, for eksempel:

N(C6H13)3 + 45 Hf-kur 3 C6F14 + NF3 + 42 H2

den perfluorerede amin vil også blive produceret:

N(C6H13)3 + 39 Hf-kur N(C6F13)3 + 39h2

miljø-og sundhedsområderrediger

fluoralkaner er generelt inerte og ikke-toksiske.

Fluoralkaner nedbrydes ikke, da de ikke indeholder klor-eller bromatomer, og de bruges undertiden som erstatning for kemikalier, der nedbryder.Udtrykket fluorcarbon bruges temmelig løst til at omfatte ethvert kemikalie, der indeholder fluor og kulstof, herunder chlorfluorcarboner, som nedbryder. Fluoralkaner forveksles undertiden med fluorosurfaktanter, som signifikant bioakkumulerer.

Perfluoralkaner bioakkumuleres ikke; dem, der anvendes til medicinske procedurer, udskilles hurtigt fra kroppen, primært via udløb med udskillelseshastigheden som en funktion af damptrykket; halveringstiden for octafluoropropan er mindre end 2 minutter sammenlignet med ca.en uge for perfluorodecalin.

atmosfærisk koncentration af PFC-14 og PFC-116 sammenlignet med lignende menneskeskabte halogenerede gasser mellem år 1978 og 2015 (højre graf). Bemærk den logaritmiske skala.

lavtkogende perfluoralkaner er potente drivhusgasser, dels på grund af deres meget lange atmosfæriske levetid, og deres anvendelse er omfattet af Kyoto-protokollen. Det globale opvarmningspotentiale (sammenlignet med kulsyre) for mange gasser kan findes i IPCC 5.vurderingsrapport med et ekstrakt nedenfor for et par perfluoralkaner.

The aluminium smelteindustrien har været en vigtig kilde til atmosfæriske perfluorcarboner (især tetrafluormethan og geksafluorethan), produceret som biprodukt af elektrolyseprocessen. Industrien har imidlertid været aktivt involveret i at reducere emissionerne i de senere år.

ApplicationsEdit

da de er inerte, har perfluoralkaner i det væsentlige ingen kemiske anvendelser, men deres fysiske egenskaber har ført til deres anvendelse i mange forskellige applikationer. Disse omfatter:

• Perfluorcarbon tracer
• flydende dielektrisk
• kemisk dampaflejring
• organisk Rankincyklus
• flydende bifasisk katalyse
• kosmetik
• Ski voks

samt flere medicinske anvendelser:

• flydende vejrtrækning
• bloderstatning
• Kontrastforbedret ultralyd
• øjenkirurgi
• fjernelse af tatovering