Fluor-szénhidrogén

kémiai tulajdonságokszerkesztés

a perfluor–alkánok nagyon stabilak a szén-fluor kötés erőssége miatt, amely az egyik legerősebb a szerves kémiában.Erőssége a fluor elektronegativitásának eredménye, amely részleges Ionos jelleget kölcsönöz a szén-és fluor atomok részleges töltésein keresztül, amelyek kedvező kovalens kölcsönhatások révén lerövidítik és erősítik a kötést. Ezenkívül a többszörös szén-fluor kötések növelik más közeli szén–fluor kötések szilárdságát és stabilitását ugyanazon geminális szénen, mivel a szénnek nagyobb a pozitív részleges töltése. Ezenkívül a többszörös szén-fluor kötések az induktív hatás miatt erősítik a “csontváz” szén–szén kötéseket is. Ezért a telített fluorozott szénhidrogének kémiailag és termikusan stabilabbak, mint a megfelelő szénhidrogén társaik, sőt bármely más szerves vegyület. Nagyon erős reduktánsok, pl. Nyír redukció és nagyon speciális fémorganikus komplexek.

a fluorozott szénhidrogének színtelenek és nagy sűrűségűek, akár kétszerese a vízének. A legtöbb szerves oldószerrel (pl. etanollal, acetonnal, etil-acetáttal és kloroformmal) nem elegyednek, de egyes szénhidrogénekkel (pl. Vízben nagyon alacsony az oldhatóságuk, a vízben pedig nagyon alacsony az oldhatóságuk (körülbelül 10 ppm). Alacsony törésmutatókkal rendelkeznek.

c \ + – F \ – {\displaystyle {\ce {{\overset {\delta+} {C}}-{\overset {\delta -} {F}}}}}

a polarizált szén–fluor kötés részleges töltései

mivel a fluor magas elektronegativitása csökkenti az atom polarizálhatóságát, a fluorozott szénhidrogének csak gyengén érzékenyek a röpke dipólusokra, amelyek a londoni diszperziós erő alapját képezik. Ennek eredményeként a fluorozott szénhidrogének alacsony intermolekuláris vonzóerővel rendelkeznek, és hidrofób és nem poláros jellegük mellett lipofóbok is. A gyenge intermolekuláris erőket tükrözve ezek a vegyületek alacsony viszkozitást mutatnak, összehasonlítva a hasonló forráspontú folyadékokkal, alacsony felületi feszültséggel és alacsony párolgási melegséggel. A fluor-szénhidrogén folyadékok alacsony vonzóereje összenyomhatóvá teszi őket (alacsony ömlesztett modulus), és viszonylag jól képes feloldani a gázt. A kisebb fluorozott szénhidrogének rendkívül illékonyak. Öt perfluor-alkán gáz van: tetrafluor-metán (bp-128, C), hexafluor-etán (bp-78, 2, C), oktafluor-propán (bp-36, 5, C), perfluor-n-bután (bp-2, 2, C) és perfluor-izo-bután (bp-1, c). Szinte az összes többi fluor-alkán folyadék; a legjelentősebb kivétel a perfluor-ciklohexán,amely szublimál 51 Kb.

• perfluor-alkánok

• szén-tetrafluorid, a legegyszerűbb perfluor-alkán

• Perfluoroktán, lineáris perfluoralkán

• perfluor-2-metil-pentán, elágazó perfluor-alkán

• perfluor-1,3-dimetil-ciklohexán, egy ciklikus perfluor-alkán

• Perfluorodekalin, egy policiklusos perfluoralkán

gyúlékonyság

a Az 1960-as években nagy volt az érdeklődés a fluorozott szénhidrogének, mint érzéstelenítők iránt. A kutatás nem eredményezett anesztetikumokat, de a kutatás a tűzveszélyesség kérdésével kapcsolatos teszteket tartalmazott, és kimutatta, hogy a vizsgált fluorokarbonok semmilyen arányban nem gyúlékonyak a levegőben, bár a tesztek többsége tiszta oxigénben vagy tiszta dinitrogén-oxidban (az aneszteziológiában fontos gázok) volt.

1993-ban a 3M a fluorozott szénhidrogéneket tűzoltó készülékeknek tekintette a CFC-k helyettesítésére. Ezt az oltóhatást nagy hőkapacitásuknak tulajdonították, amely hőt vesz el a tűztől. Felvetődött, hogy egy űrállomáson vagy hasonló helyen jelentős mennyiségű perfluor-szénhidrogént tartalmazó légkör teljesen megakadályozná a tüzeket.Amikor égés történik, mérgező füstök keletkeznek, beleértve a karbonil-fluoridot, a szén-monoxidot és a hidrogén-fluoridot.

Gázoldási tulajdonságokszerkesztés

a perfluor-szénhidrogének viszonylag nagy mennyiségű gázt oldanak fel. A gázok nagy oldhatósága a gyenge intermolekuláris kölcsönhatásoknak tulajdonítható ezekben a fluor-szénhidrogén folyadékokban.

a táblázat az oldott nitrogén x1 mólfrakciójának értékeit mutatja, a vér–gáz megoszlási együtthatóból számítva, 298,15 K (25 Kb), 0,101325 M Pa értéken.

a fluorokarbon ipar fejlődése egybeesett a második világháborúval. ezt megelőzően fluorozott szénhidrogéneket állítottak elő fluor szénhidrogénnel való reakciójával, azaz közvetlen fluorozással. Mivel a C-C kötéseket a fluor könnyen hasítja, a közvetlen fluorozás elsősorban kisebb perfluor-szénhidrogéneket eredményez, mint például a tetrafluor-metán, a hexafluor-etán és az oktafluor-propán.

Fowler processEdit

jelentős áttörés, amely lehetővé tette a fluorozott szénhidrogének nagyszabású gyártását, a Fowler-eljárás volt. Ebben a folyamatban kobalt-trifluoridot használnak fluor forrásaként. Szemléltető a perfluor-hexán szintézise:

c6h14 + 28 CoF3 6f14 + 14 HF + 28 cof2

az így kapott kobalt-difluoridot ezután regeneráljuk, néha külön reaktorban:

2 CoF2 + F2 ^ 2 CoF3

iparilag mindkét lépést kombináljuk, például a flutec fluorokarbonok sorozatának az F2 chemicals Ltd által történő előállítása során, a függőleges kevert ágyas reaktor, amelynek alján szénhidrogént, a reaktor felénél fluort vezettek be. A fluorkarbon gőzt felülről nyerik ki.

elektrokémiai fluorozás

elektrokémiai fluorozás (ECF) (más néven Simons-eljárás) magában foglalja a hidrogén-fluoridban oldott szubsztrát elektrolízisét. Mivel a fluort maga a hidrogén-fluorid elektrolízisével állítják elő, az ECF meglehetősen közvetlenebb út a fluorozott szénhidrogénekhez. A folyamat alacsony feszültségen (5 – 6 V) megy végbe, így a szabad fluor nem szabadul fel. A szubsztrát megválasztása korlátozott, mivel ideális esetben hidrogén-fluoridban oldhatónak kell lennie. Általában étereket és tercier aminokat alkalmaznak. A perfluor-hexán előállításához trihexilamint használnak, például:

N(C6H13)3 + 45 HF 6C6F14 + NF3 + 42 H2

a perfluorozott amin is előállítható:

N(C6H13)3 + 39 HF 6C6F13 3 + 39H2

környezeti és egészségügyi aggályokszerkesztés

a fluoralkánok általában inertekés nem mérgezőek.

a Fluoralkánok nem károsítják az ózont, mivel nem tartalmaznak klóratomot vagy brómatomot, és néha az ózonréteget lebontó vegyi anyagok helyettesítésére használják őket.A fluor-szénhidrogén kifejezést meglehetősen lazán használják minden fluort és szenet tartalmazó vegyi anyagra, beleértve az ózonréteget lebontó klór-fluorozott szénhidrogéneket is. A fluoralkánokat néha összekeverik a fluorosurfaktánsokkal, amelyek jelentősen bioakkumulálódnak.

a perfluor-alkánok nem halmozódnak fel bioakkumulációval; az orvosi eljárásokban használt anyagok gyorsan kiválasztódnak a szervezetből, elsősorban a kilégzés útján, a kiválasztás sebessége a gőznyomás függvényében; az oktafluor-propán felezési ideje kevesebb, mint 2 perc, szemben a perfluorodekalin körülbelül egy hetével.

a PFC-14 és a PFC-116 légköri koncentrációja hasonló ember által előállított halogénezett gázokkal összehasonlítva 1978 és 2015 között (jobb oldali grafikon). Vegye figyelembe a logaritmikus skálát.

az alacsony forráspontú perfluor-alkánok erős üvegházhatású gázok, részben nagyon hosszú légköri élettartamuk miatt, felhasználásukra a Kiotói Jegyzőkönyv vonatkozik. Számos gáz globális felmelegedési potenciálja (a szén-dioxidhoz képest) megtalálható az IPCC 5.értékelő jelentésében, az alábbiakban néhány perfluoralkán kivonatával.

The aluminium az olvasztóipar az elektrolízis melléktermékeként előállított légköri perfluor-szénhidrogének (különösen tetrafluor-metán és hexafluor-etán) egyik fő forrása. Az ipar azonban az elmúlt években aktívan részt vett a kibocsátás csökkentésében.

ApplicationsEdit

mivel inertek, a perfluor-alkánoknak lényegében nincs kémiai felhasználása, de fizikai tulajdonságaik sokféle alkalmazásban vezettek használatukhoz. Ezek a következők:

• perfluor-szénhidrogén nyomjelző
• folyékony dielektromos
• kémiai gőzfázisú leválasztás
• szerves Rankine ciklus
• fluoros kétfázisú katalízis
• kozmetikai
• sí viasz

valamint számos orvosi felhasználás:

• folyékony légzés
• vérhelyettesítő
• kontraszt-fokozott ultrahang
• szemműtét
• tetoválás eltávolítása