Fluorkoolstof

chemische eigenschappenedit

Perfluoralkanen zijn zeer stabiel vanwege de sterkte van de koolstof–fluor binding, een van de sterkste in de organische chemie.Zijn sterkte is een resultaat van de elektronegativiteit van fluor die gedeeltelijk ionisch karakter door gedeeltelijke ladingen op de koolstof en fluoratomen verleent, die de band door gunstige covalente interactie verkorten en versterken. Daarnaast verhogen meerdere koolstof–fluor bindingen de sterkte en stabiliteit van andere nabijgelegen koolstof–fluor bindingen op dezelfde geminale koolstof, omdat de koolstof een hogere positieve gedeeltelijke lading heeft. Bovendien versterken meerdere koolstof–fluor bindingen ook de” skeletale ” koolstof–koolstofbindingen door het inductieve effect. Daarom zijn verzadigde fluorkoolwaterstoffen chemisch en thermisch stabieler dan hun overeenkomstige koolwaterstof tegenhangers, en zelfs elke andere organische verbinding. Ze zijn gevoelig voor aanvallen door zeer sterke reductanten, bijv. Berkenreductie en zeer gespecialiseerde organometaalcomplexen.

fluorkoolwaterstoffen zijn kleurloos en hebben een hoge dichtheid, tot meer dan tweemaal die van water. Zij zijn niet mengbaar met de meeste organische oplosmiddelen (b.v., ethanol, aceton, ethylacetaat, en chloroform), maar zijn mengbaar met sommige koolwaterstoffen (b. v., hexaan in sommige gevallen). Ze hebben een zeer lage oplosbaarheid in water, en water heeft een zeer lage oplosbaarheid in hen (in de Orde van 10 ppm). Ze hebben lage brekingsindices.

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

De gedeeltelijke kosten in de gepolariseerde koolstof–fluor binding

Als de hoge elektronegativiteit van fluor vermindert de polariseerbaarheid van het atoom, fluorkoolwaterstoffen zijn slechts zwak gevoelig voor de vluchtige dipolen die de basis vormen van de London dispersie van kracht. Als gevolg daarvan hebben fluorkoolwaterstoffen lage intermoleculaire aantrekkelijke krachten en zijn lipofobisch naast hydrofoob en apolair. Als gevolg van de zwakke intermoleculaire krachten vertonen deze verbindingen lage viscositeiten in vergelijking met vloeistoffen met vergelijkbare kookpunten, lage oppervlaktespanning en lage verdampingswarmte. De lage aantrekkelijke krachten in fluorocarbon vloeistoffen maken ze samendrukbaar (low bulk modulus) en in staat om gas relatief goed op te lossen. Kleinere fluorkoolwaterstoffen zijn extreem vluchtig. Er zijn vijf perfluoralkaangassen: tetrafluormethaan (bp -128 °C), hexafluorethaan (bp -78,2 °C), octafluorpropaan (bp -36,5 °C), perfluor-n-butaan (bp -2,2 °C) en perfluor-iso-butaan (bp -1 °C). Bijna alle andere fluoralkanen zijn vloeistoffen; de meest opvallende uitzondering is perfluorcyclohexaan, dat sublimeert bij 51 °C. fluorkoolwaterstoffen hebben ook lage oppervlakte-energieën en hoge diëlektrische sterkten.

• Perfluoroalkanes

• Carbon tetrafluoride, de eenvoudigste perfluoroalkane

• Perfluoroctaansulfonaten, een lineaire perfluoroalkane

• Perfluoro-2-methyl, een vertakt perfluoroalkane

• Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane, een cyclische perfluoroalkane

• Perfluorodecalin, een polycyclische perfluoroalkane

ontvlambaarheid

In de In de jaren zestig was er veel belangstelling voor fluorkoolwaterstoffen als verdovingsmiddel. Het onderzoek produceerde geen verdovingsmiddelen, maar het onderzoek omvatte tests op de kwestie van ontvlambaarheid, en toonde aan dat de geteste fluorkoolstoffen in geen enkele verhouding in lucht ontvlambaar waren, hoewel de meeste tests in zuivere zuurstof of zuivere lachgas (gassen van belang in anesthesiologie) waren.

in 1993 beschouwde 3M fluorkoolwaterstoffen als brandblussers ter vervanging van CFK ‘ s. Dit bluseffect wordt toegeschreven aan hun hoge warmtecapaciteit, die warmte wegneemt van het vuur. Er is gesuggereerd dat een atmosfeer met een aanzienlijk percentage perfluorkoolstoffen op een ruimtestation of iets dergelijks brand helemaal zou voorkomen.Bij verbranding ontstaan toxische dampen, waaronder carbonylfluoride, koolmonoxide en waterstoffluoride.

gasoplossende eigenschappen

Perfluorkoolstoffen lossen relatief hoge volumes gassen op. De hoge oplosbaarheid van gassen wordt toegeschreven aan de zwakke intermoleculaire interacties in deze fluorkoolstofvloeistoffen.

de tabel toont waarden voor de molfractie x1 van opgeloste stikstof, berekend op basis van de bloed–gas-verdelingscoëfficiënt, bij 298,15 K (25 °C), 0,101325 M Pa.

vervaardiging

de ontwikkeling van de fluorkoolstofindustrie viel samen met de Tweede Wereldoorlog. voordien werden fluorkoolwaterstoffen bereid door reactie van fluor met de koolwaterstof, d.w.z. door directe fluorering. Omdat C-C-bindingen gemakkelijk door fluor worden gesplitst, biedt directe fluorering vooral kleinere perfluorkoolstoffen, zoals tetrafluormethaan, hexafluorethaan en octafluorpropaan.

Fowler processEdit

een belangrijke doorbraak die de grootschalige productie van fluorkoolwaterstoffen mogelijk maakte, was het Fowler-proces. In dit proces wordt kobalttrifluoride gebruikt als bron van fluor. Illustratief is de synthese van perfluorohexane:

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

De resulterende kobalt difluoride is dan geregenereerd, soms in een aparte reactor:

2 CoF2 + F2 → 2 CoF3

Industrieel, beide stappen worden gecombineerd, bijvoorbeeld in de vervaardiging van de Flutec bereik van fluorkoolstoffen door F2 chemicals Ltd, met behulp van een verticaal bewogen bed reactor, met koolwaterstof geïntroduceerd op de bodem, en fluor geïntroduceerd in het midden van de reactor. De fluorocarbon damp wordt van de bovenkant teruggewonnen.

Electrochemical fluorinationEdit

Electrochemical fluorination (ECF) (ook bekend als het Simons-proces) omvat elektrolyse van een substraat opgelost in waterstoffluoride. Aangezien fluor zelf wordt vervaardigd door de elektrolyse van waterstoffluoride, is ECF een meer directe route naar fluorkoolwaterstoffen. Het proces verloopt bij lage spanning (5-6 V) zodat vrij fluor niet vrijkomt. De keuze van het substraat is beperkt omdat het idealiter oplosbaar moet zijn in waterstoffluoride. Ethers en tertiaire amines worden meestal gebruikt. Om perfluorohexane, trihexylamine wordt gebruikt, bijvoorbeeld:

N(C6H13)3 + 45 HF → 3 C6F14 + PF3 + 42 H2

De geperfluoreerde amine zal ook worden geproduceerd:

N(C6H13)3 + 39 HF → N(C6F13)3 + 39H2

Milieu en gezondheid concernsEdit

Fluoroalkanes zijn over het algemeen inert en niet giftig.

Fluoralkanen zijn niet ozonafbrekend, omdat ze geen chloor-of broomatomen bevatten, en ze worden soms gebruikt als vervanging voor ozonafbrekende stoffen.De term fluorkoolstof wordt vrij losjes gebruikt om elke chemische stof die fluor en koolstof bevat, met inbegrip van chloorfluorkoolstoffen, die de ozonlaag afbreken, te omvatten. Fluoroalkanen worden soms verward met fluorosurfactanten, die aanzienlijk bioaccumuleren.Perfluoralkanen bioaccumuleren niet; Perfluoralkanen die in medische procedures worden gebruikt, worden snel uit het lichaam uitgescheiden, voornamelijk via expiratie met de uitscheidingssnelheid als functie van de dampspanning; de halfwaardetijd voor octafluorpropaan is minder dan 2 minuten, vergeleken met ongeveer een week voor perfluordecaline.

Atmosferische concentratie van PFC-14 en PFC-116 vergeleken met soortgelijke door de mens gemaakte gehalogeneerde gassen tussen 1978 en 2015 (rechter grafiek). Let op de logaritmische schaal.

laagkokende perfluoralkanen zijn krachtige broeikasgassen, deels vanwege hun zeer lange atmosferische levensduur, en het gebruik ervan valt onder het Protocol van Kyoto. Het aardopwarmingsvermogen (vergeleken met dat van kooldioxide) van veel gassen is te vinden in het vijfde beoordelingsrapport van het IPCC, met een extract hieronder voor enkele perfluoralkanen.

The aluminium de smelterij is een belangrijke bron van atmosferische perfluorkoolstoffen (met name tetrafluormethaan en hexafluorethaan), geproduceerd als bijproduct van het elektrolyse-proces. De industrie is de afgelopen jaren echter actief betrokken geweest bij de vermindering van de emissies.

Toepassingsedit

omdat perfluoralkanen inert zijn, hebben ze in wezen geen chemische toepassingen, maar hun fysische eigenschappen hebben geleid tot het gebruik ervan in vele uiteenlopende toepassingen. Deze omvatten:

• Perfluorocarbon tracer
• diëlektrische Vloeistof
• Chemical vapor deposition
• Organic Rankine cycle
• Fluorous bifasische katalyse
• Cosmetica
• Ski wassen

Evenals verschillende medische toepassingen:

• Vloeibare ademhaling
• Bloed vervang
• Contrast-enhanced echografie
• oogchirurgie
• Tattoo verwijdering