Fluorocarbonio

Proprietà chimichemodifica

I perfluoroalcani sono molto stabili a causa della forza del legame carbonio–fluoro, uno dei più forti in chimica organica.La sua forza è il risultato dell’elettronegatività del fluoro che conferisce un carattere ionico parziale attraverso cariche parziali sugli atomi di carbonio e fluoro, che accorciano e rafforzano il legame attraverso interazioni covalenti favorevoli. Ulteriormente, i legami multipli del carbonio-fluoro aumentano la forza e la stabilità di altri legami vicini del carbonio–fluoro sullo stesso carbonio geminal, poichè il carbonio ha una più alta carica parziale positiva. Inoltre, più legami carbonio-fluoro rafforzano anche i legami carbonio-carbonio “scheletrici” dall’effetto induttivo. Pertanto, i fluorocarburi saturi sono più chimicamente e termicamente stabili rispetto alle loro corrispondenti controparti idrocarburiche e in effetti a qualsiasi altro composto organico. Sono suscettibili all’attacco di riduttanti molto forti, ad es. Riduzione della betulla e complessi organometallici molto specializzati.

I fluorocarburi sono incolori e hanno un’alta densità, fino a oltre il doppio di quella dell’acqua. Non sono miscibili con la maggior parte dei solventi organici (ad esempio, etanolo, acetone, acetato di etile e cloroformio), ma sono miscibili con alcuni idrocarburi (ad esempio, esano in alcuni casi). Hanno una solubilità molto bassa in acqua e l’acqua ha una solubilità molto bassa in esse (dell’ordine di 10 ppm). Hanno bassi indici di rifrazione.

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

Il parziale oneri polarizzati carbonio–fluoro bond

l’elevata elettronegatività del fluoro riduce il polarizability dell’atomo, fluorocarburi sono solo debolmente sensibili alla fugace dipoli che costituiscono la base di Londra dispersione di forza. Di conseguenza, i fluorocarburi hanno basse forze attrattive intermolecolari e sono lipofobici oltre ad essere idrofobici e non polari. Riflettendo le deboli forze intermolecolari, questi composti presentano basse viscosità rispetto a liquidi con punti di ebollizione simili, bassa tensione superficiale e bassi riscaldamenti di vaporizzazione. Le basse forze attrattive nei liquidi fluorocarbonici li rendono comprimibili (basso modulo di massa) e in grado di sciogliere il gas relativamente bene. I fluorocarburi più piccoli sono estremamente volatili. Ci sono cinque gas perfluoroalcani: tetrafluorometano (bp -128 °C), esafluoroetano (bp -78,2 °C), ottafluoropropano (bp -36,5 °C), perfluoro-n-butano (bp -2,2 °C) e perfluoro-iso-butano (bp -1 °C). Quasi tutti gli altri fluoroalcani sono liquidi; l’eccezione più notevole è il perfluorocicloesano, che sublima a 51 ° C. I fluorocarburi hanno anche basse energie superficiali e elevate resistenze dielettriche.

• Perfluoroalkanes

• tetrafluoruro di Carbonio, il più semplice perfluoroalkane

• Perfluorottano, lineare perfluoroalkane

• Perfluoro-2-metilpentan, ramificato perfluoroalkane

• Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane, un ciclico perfluoroalkane

• Perfluorodecalin, un policiclici perfluoroalkane

infiammabilità

In 1960 c’era molto interesse per i fluorocarburi come anestetici. La ricerca non ha prodotto alcun anestetico, ma la ricerca ha incluso test sul problema dell’infiammabilità e ha dimostrato che i fluorocarburi testati non erano infiammabili nell’aria in qualsiasi proporzione, sebbene la maggior parte dei test fosse in ossigeno puro o protossido di azoto puro (gas di importanza in anestesiologia).

Nel 1993, 3M considerato fluorocarbon antincendio estinguenti gassosi per sostituire i Cfc. Questo effetto estinguente è stato attribuito alla loro elevata capacità termica, che allontana il calore dal fuoco. È stato suggerito che un’atmosfera contenente una percentuale significativa di perfluorocarburi su una stazione spaziale o simile impedirebbe del tutto gli incendi.Quando si verifica la combustione, risultano fumi tossici, tra cui fluoruro di carbonile, monossido di carbonio e fluoruro di idrogeno.

Proprietà di dissoluzione del gasmodifica

I perfluorocarburi dissolvono volumi relativamente elevati di gas. L’elevata solubilità dei gas è attribuita alle deboli interazioni intermolecolari in questi fluidi fluorocarbonici.

La tabella mostra i valori per la frazione molare, x1, di azoto disciolto, calcolato dal coefficiente di ripartizione del gas sangue, a 298,15 K (25 °C), 0,101325 M Pa.

Produzionemodifica

Lo sviluppo dell’industria del fluorocarbonio coincise con la seconda guerra mondiale. Prima di questo, i fluorocarburi venivano preparati per reazione del fluoro con l’idrocarburo, cioè la fluorurazione diretta. Poiché i legami C-C sono facilmente scissi dal fluoro, la fluorurazione diretta offre principalmente perfluorocarburi più piccoli, come tetrafluorometano, esafluoroetano e ottafluoropropano.

Processo Fowleredit

Un importante passo avanti che ha permesso la produzione su larga scala di fluorocarburi è stato il processo Fowler. In questo processo, il trifluoruro di cobalto viene utilizzato come fonte di fluoro. Illustrativo è la sintesi di perfluorohexane:

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

La risultante di cobalto difluoruro è quindi rigenerato, a volte in un separato reattore:

2 CoF2 + F2 → 2 CoF3

Industrialmente, entrambi i passaggi sono combinati, per esempio nella produzione di Flutec gamma di fluorocarbon da F2 chemicals Ltd, verticale e mescolato letto del reattore, con gli idrocarburi presentato al fondo, fluoro e introdotto a metà del reattore. Il vapore fluorocarbonico viene recuperato dall’alto.

Fluorurazione elettrochimicamodifica

La fluorurazione elettrochimica (ECF) (nota anche come processo di Simons) comporta l’elettrolisi di un substrato disciolto in fluoruro di idrogeno. Poiché il fluoro è esso stesso prodotto dall’elettrolisi del fluoruro di idrogeno, l’ECF è una via piuttosto più diretta ai fluorocarburi. Il processo procede a bassa tensione (5-6 V) in modo che il fluoro libero non venga liberato. La scelta del substrato è limitata in quanto idealmente dovrebbe essere solubile in fluoruro di idrogeno. Gli eteri e le ammine terziarie sono tipicamente impiegati. Per produrre perfluoroesano, viene utilizzata triesilammina, ad esempio:

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

Verrà prodotta anche l’ammina perfluorurata:

N(C6H13)3 + 39 HF → N(C6F13)3 + 39H2

Preoccupazioni ambientali e salutimodifica

I fluoroalcani sono generalmente inerti e non tossici.

I fluoroalcani non riducono l’ozono, in quanto non contengono atomi di cloro o bromo e talvolta vengono utilizzati come sostituti di sostanze chimiche che riducono l’ozono.Il termine fluorocarbonio è usato piuttosto liberamente per includere qualsiasi sostanza chimica contenente fluoro e carbonio, compresi i clorofluorocarburi, che stanno impoverendo l’ozono. I fluoroalcani sono talvolta confusi con fluorosurfactants, che si bioaccumulano in modo significativo.

I perfluoroalcani non bioaccumulano; quelli utilizzati nelle procedure mediche sono rapidamente escreti dall’organismo, principalmente attraverso l’espirazione con la velocità di escrezione in funzione della pressione di vapore; l’emivita per l’ottafluoropropano è inferiore a 2 minuti, rispetto a circa una settimana per la perfluorodecalina.

Concentrazione atmosferica di PFC-14 e PFC-116 rispetto a gas alogenati artificiali simili tra gli anni 1978 e 2015 (grafico a destra). Notare la scala logaritmica.

I perfluoroalcani a basso punto di ebollizione sono potenti gas serra, in parte a causa della loro durata atmosferica molto lunga, e il loro uso è coperto dal Protocollo di Kyoto. Il potenziale di riscaldamento globale (rispetto a quello dell’anidride carbonica) di molti gas può essere trovato nel 5 ° rapporto di valutazione dell’IPCC, con un estratto di seguito per alcuni perfluoroalcani.

The aluminium l’industria di fusione è stata una fonte importante di perfluorocarburi atmosferici (tetrafluorometano ed esafluoroetano in particolare), prodotti come sottoprodotto del processo di elettrolisi. Tuttavia, l’industria è stata attivamente coinvolta nella riduzione delle emissioni negli ultimi anni.

Applicazionimodifica

Poiché sono inerti, i perfluoroalcani non hanno essenzialmente usi chimici, ma le loro proprietà fisiche hanno portato al loro uso in molte applicazioni diverse. Questi includono:

• Perfluorocarbone tracer
• dielettrico Liquido, di
• di deposizione di vapore Chimico
• Organic Rankine cycle
• Fluorous catalisi bifasica
• Cosmetici
• Sci cere

così Come diversi usi medici:

• Liquido di respirazione
• sostituto del Sangue
• Contrasto-enhanced ultrasound
• chirurgia dell’Occhio
• rimozione del Tatuaggio