Fluorocarbono

Propiedades químicasedItar

Los perfluoroalcanos son muy estables debido a la resistencia del enlace carbono–flúor, uno de los más fuertes en química orgánica.Su fuerza es el resultado de la electronegatividad del flúor que imparte carácter iónico parcial a través de cargas parciales en los átomos de carbono y flúor, que acortan y fortalecen el enlace a través de interacciones covalentes favorables. Además, múltiples enlaces carbono-flúor aumentan la resistencia y estabilidad de otros enlaces carbono–flúor cercanos en el mismo carbono geminal, ya que el carbono tiene una carga parcial positiva más alta. Además, los enlaces carbono–flúor múltiples también fortalecen los enlaces carbono-carbono «esqueléticos» del efecto inductivo. Por lo tanto, los fluorocarbonos saturados son más estables química y térmicamente que sus homólogos de hidrocarburos correspondientes, y de hecho cualquier otro compuesto orgánico. Son susceptibles a los ataques muy fuertes agentes reductores, por ejemplo, Reducción de abedul y complejos organometálicos muy especializados.

Los fluorocarbonos son incoloros y tienen una alta densidad, hasta más del doble de la del agua. No son miscibles con la mayoría de los disolventes orgánicos (por ejemplo, etanol, acetona, acetato de etilo y cloroformo), pero son miscibles con algunos hidrocarburos (por ejemplo, hexano en algunos casos). Tienen una solubilidad muy baja en agua, y el agua tiene una solubilidad muy baja en ellos (del orden de 10 ppm). Tienen bajos índices de refracción.

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

Los cargos parciales en el polarizado de carbono–flúor bond

Como la alta electronegatividad del flúor reduce la polarizabilidad del átomo, fluorocarbonos son sólo débilmente susceptibles a la fugaz dipolos que conforman la base de la Londres de la dispersión de la fuerza. Como resultado, los fluorocarbonos tienen fuerzas atractivas intermoleculares bajas y son lipofóbicos, además de ser hidrofóbicos y no polares. Reflejando las fuerzas intermoleculares débiles, estos compuestos exhiben bajas viscosidades en comparación con líquidos de puntos de ebullición similares, baja tensión superficial y bajos calores de vaporización. Las bajas fuerzas de atracción en los líquidos de fluorocarbono los hacen compresibles (módulo de volumen bajo) y capaces de disolver el gas relativamente bien. Los fluorocarbonos más pequeños son extremadamente volátiles. Hay cinco gases de perfluoroalcano: tetrafluorometano (bp -128 °C), hexafluoroetano (bp -78,2 °C), octafluoropropano (bp -36,5 °C), perfluoro-n-butano (bp -2,2 °C) y perfluoro-iso-butano (bp -1 °C). Casi todos los demás fluoroalcanos son líquidos; la excepción más notable es el perfluorociclohexano, que se sublima a 51 ° C. Los fluorocarbonos también tienen bajas energías superficiales y altas resistencias dieléctricas.

• Perfluoroalkanes

• el tetracloruro de Carbón, la más simple perfluoroalkane

• Perfluorooctane lineal perfluoroalkane

• Perfluoro-2-methylpentane, ramificada perfluoroalkane

• Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane cíclica perfluoroalkane

• Perfluorodecalin, un policíclicos perfluoroalkane

inflamabilidad

En el década de 1960 había mucho interés en los fluorocarbonos como anestésicos. La investigación no produjo ningún anestésico, pero la investigación incluyó pruebas sobre el tema de la inflamabilidad, y mostró que los fluorocarbonos probados no eran inflamables en el aire en ninguna proporción, aunque la mayoría de las pruebas fueron en oxígeno puro u óxido nitroso puro (gases de importancia en anestesiología).

En 1993, 3M consideró los fluorocarbonos como extintores de incendios para sustituir a los CFC. Este efecto de extinción se ha atribuido a su alta capacidad calorífica, que aleja el calor del fuego. Se ha sugerido que una atmósfera que contenga un porcentaje significativo de perfluorocarbonos en una estación espacial o similar evitaría por completo los incendios.Cuando se produce la combustión, se producen vapores tóxicos, incluidos el fluoruro de carbonilo, el monóxido de carbono y el fluoruro de hidrógeno.

Propiedades de disolución de gaseditar

Los perfluorocarburos disuelven volúmenes relativamente altos de gases. La alta solubilidad de los gases se atribuye a las interacciones intermoleculares débiles en estos fluidos de fluorocarbono.

El cuadro muestra los valores de la fracción molar, x1, de nitrógeno disuelto, calculada a partir del coeficiente de reparto de gases sanguíneos, a 298,15 K (25 °C), 0,101325 M Pa.

Fabricación

El desarrollo de la industria del fluorocarbono coincidió con la Segunda Guerra Mundial. Antes de eso, los fluorocarbonos se preparaban por reacción de flúor con el hidrocarburo, es decir, flúor directo. Debido a que los enlaces C-C se rompen fácilmente con flúor, la fluoración directa produce principalmente perfluorocarbonos más pequeños, como el tetrafluorometano, el hexafluoroetano y el octafluoropropano.

Proceso Fowlereditar

Un gran avance que permitió la fabricación a gran escala de fluorocarbonos fue el proceso Fowler. En este proceso, el trifluoruro de cobalto se utiliza como fuente de flúor. Ilustrativa es la síntesis de perfluorohexano:

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

El difluoruro de cobalto resultante se regenera, a veces en un reactor separado:

2 CoF2 + F2 → 2 CoF3

Industrialmente, ambos pasos se combinan, por ejemplo, en la fabricación de la gama Flutec de fluorocarbonos por F2 chemicals Ltd, utilizando un reactor de lecho agitado vertical, con hidrocarburo introducido en la parte inferior, y flúor introducido en la mitad del reactor. El vapor de fluorocarbono se recupera de la parte superior.

Fluoración electroquímicaeditar

La fluoración electroquímica (ECF) (también conocida como el proceso de Simons) implica la electrólisis de un sustrato disuelto en fluoruro de hidrógeno. Como el flúor se fabrica por electrólisis del fluoruro de hidrógeno, el ECF es una ruta más directa a los fluorocarbonos. El proceso se lleva a cabo a baja tensión (5-6 V) para que no se libere flúor libre. La elección del sustrato está restringida, ya que lo ideal es que sea soluble en fluoruro de hidrógeno. Generalmente se emplean éteres y aminas terciarias. Para fabricar perfluorohexano, se utiliza trihexilamina, por ejemplo:

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

También se producirá la amina perfluorada:

N(C6H13)3 + 39 HF → N(C6F13)3 + 39H2

Cuestiones ambientales y de saludeditar

Los fluoroalcanos son generalmente inertes y no tóxicos.

Los fluoroalcanos no agotan la capa de ozono, ya que no contienen átomos de cloro o bromo, y a veces se utilizan como sustitutos de productos químicos que agotan la capa de ozono.El término fluorocarbono se utiliza de manera bastante flexible para incluir cualquier producto químico que contenga flúor y carbono, incluidos los clorofluorocarbonos, que agotan la capa de ozono. Los fluoroalcanos a veces se confunden con fluorosurfactantes, que se bioacumulan significativamente.

Los perfluoroalcanos no se bioacumulan; los utilizados en procedimientos médicos se excretan rápidamente del organismo, principalmente por expiración, con una tasa de excreción en función de la presión de vapor; la semivida del octafluoropropano es inferior a 2 minutos, en comparación con aproximadamente una semana para la perfluorodecalina.

Atmospheric concentration of PFC-14 and PFC-116 compared to similar man-made halogenated gases between years 1978 and 2015 (right graph). Observe la escala logarítmica.

Los perfluoroalcanos de bajo punto de ebullición son gases de efecto invernadero potentes, en parte debido a su muy larga vida útil en la atmósfera, y su uso está cubierto por el Protocolo de Kyoto. El potencial de calentamiento global (en comparación con el del dióxido de carbono) de muchos gases se puede encontrar en el quinto informe de evaluación del IPCC, con un extracto a continuación para unos pocos perfluoroalcanos.

The aluminium la industria de la fundición ha sido una fuente importante de perfluorocarbonos atmosféricos (tetrafluorometano y hexafluoroetano especialmente), producidos como subproducto del proceso de electrólisis. Sin embargo, la industria ha participado activamente en la reducción de emisiones en los últimos años.

Aplicacioneseditar

Como son inertes, los perfluoroalcanos no tienen esencialmente usos químicos, pero sus propiedades físicas han llevado a su uso en muchas aplicaciones diversas. Estos incluyen:

• Perfluorocarbono trazador
• dieléctrico Líquido
• deposición Química de vapor
• Organic Rankine cycle
• Fluorosos la catálisis bifásica
• Cosméticos
• Esquí de ceras

así Como varios usos médicos:

• Líquido de respiración
• la Sangre sustituto
• mejora de Contraste de ultrasonidos
• cirugía en el Ojo
• eliminación de Tatuajes