Fluorocarbon

właściwości Chemiczneedytuj

Perfluoroalkany są bardzo stabilne ze względu na wytrzymałość wiązania węgiel–fluor, jednego z najsilniejszych w chemii organicznej.Jego siła jest wynikiem elektroujemności fluoru nadającego cząstkowy charakter jonowy poprzez częściowe ładunki na atomach węgla i fluoru, które skracają i wzmacniają Wiązanie poprzez korzystne oddziaływania kowalencyjne. Dodatkowo, wiele wiązań węgiel-fluor zwiększa wytrzymałość i stabilność innych pobliskich wiązań węgiel–fluor na tym samym bliźniaczym węglu, ponieważ węgiel ma wyższy dodatni ładunek częściowy. Ponadto wiele wiązań węgiel-fluor wzmacnia również wiązania „szkieletowe” węgiel-węgiel z efektu indukcyjnego. Dlatego nasycone fluorowęglowodory są bardziej stabilne chemicznie i termicznie niż ich odpowiedniki węglowodorowe, a nawet wszelkie inne związki organiczne. Są podatne na atak bardzo silnymi reduktorami, np. Redukcja brzozy i bardzo wyspecjalizowane kompleksy organometaliczne.

Fluorowęglowodory są bezbarwne i mają wysoką gęstość, do ponad dwukrotnie większą niż woda. Nie mieszają się z większością rozpuszczalników organicznych (np. etanol, aceton, octan etylu i chloroform), ale mieszają się z niektórymi węglowodorami (np. heksanem w niektórych przypadkach). Mają bardzo niską rozpuszczalność w wodzie, a woda ma w nich bardzo niską rozpuszczalność (rzędu 10 ppm). Mają niskie współczynniki załamania światła.

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

częściowe ładunki w spolaryzowanym wiązaniu węgiel-fluor

ponieważ wysoka elektroujemność fluoru zmniejsza polaryzowalność atomu, fluorowęglowodory są tylko słabo podatne na przelotne dipole, które stanowią podstawę londyńskiej siły dyspersji. W rezultacie fluorowęglowodory mają niskie międzycząsteczkowe siły przyciągania i są lipofobowe, a także hydrofobowe i niepolarne. Odzwierciedlając słabe siły międzycząsteczkowe, związki te wykazują niską lepkość w porównaniu z cieczami o podobnych temperaturach wrzenia, niskie napięcie powierzchniowe i niskie temperatury parowania. Niskie siły przyciągania w cieczach fluorowęglowych sprawiają, że są one ściśliwe (niski moduł masy) i mogą stosunkowo dobrze rozpuszczać Gaz. Mniejsze fluorowęglowodory są wyjątkowo lotne. Istnieje pięć gazów perfluoroalkanowych: tetrafluorometan (bp -128 °c), heksafluoroetan (bp -78,2 °c), oktafluoropropan (bp -36,5 °c), perfluoro-N-Butan (bp -2,2 °C) i perfluoro-izo-Butan (bp -1 °C). Prawie wszystkie inne fluoroalkany są cieczami; najbardziej zauważalnym wyjątkiem jest perfluorocykloheksan, który sublimuje w temperaturze 51 °C. Fluorowęglowodory mają również niską energię powierzchniową i wysoką wytrzymałość dielektryczną.

• Перфторалканы

• Тетрафторид węgla, najprostszy перфторалкан

• Перфтороктан, liniowy перфторалкан

• Перфтор-2-метилпентан, rozgałęzione перфторалкан

• Перфтор-1,3-диметилциклогексан, cykliczny перфторалкан

• Перфтордекалин, полициклический перфторалкан

palność

W W latach 60. zainteresowanie fluorokarbonami jako środkami znieczulającymi było duże. Badania nie przyniosły żadnych środków znieczulających, ale obejmowały testy dotyczące palności i wykazały, że badane fluorowęglowodory nie były łatwopalne w powietrzu w żadnej proporcji, choć większość badań dotyczyła czystego tlenu lub czystego podtlenku azotu (gazów o znaczeniu w anestezjologii).

w 1993 roku firma 3M uznała fluorocarbony za gaśnice zastępujące CFC. Efekt gaśniczy zawdzięczają dużej pojemności cieplnej, która odprowadza ciepło z ognia. Sugerowano, że atmosfera zawierająca znaczny procent perfluorowęglowodorów na stacji kosmicznej lub podobne, całkowicie zapobiegłaby pożarom.Gdy zachodzi spalanie, powstają toksyczne opary, w tym fluorek karbonylu, tlenek węgla i fluorowodór.

właściwości rozpuszczania Gazówedytuj

Perfluorowęglowodory rozpuszczają stosunkowo duże ilości gazów. Wysoką rozpuszczalność gazów przypisuje się słabym interakcjom międzycząsteczkowym w tych płynach fluorowęglowych.

w tabeli przedstawiono wartości ułamka molowego X1 rozpuszczonego azotu, obliczonego na podstawie współczynnika podziału krew-gaz, w temperaturze 298,15 K (25 °C), 0,101325 m Pa.

rozwój przemysłu fluorocarbonowego zbiegł się z II wojną światową. wcześniej fluorocarbony były przygotowywane w reakcji fluoru z węglowodorem, tj. przez bezpośrednią fluoryzację. Ponieważ wiązania C-C są łatwo rozszczepiane przez fluor, bezpośrednie fluorowanie zapewnia głównie mniejsze perfluorowęglowodory, takie jak tetrafluorometan, heksafluoroetan i oktafluoropropan.

Fowler processEdit

ważnym przełomem, który pozwolił na produkcję fluorowęglowodorów na dużą skalę, był proces Fowlera. W tym procesie jako źródło fluoru stosuje się trifluorek kobaltu. Ilustracją jest synteza perfluoroheksanu:

C6H14 + 28 CoF3 → c6f14 + 14 HF + 28 CoF2

otrzymany difluorek kobaltu jest następnie regenerowany, czasami w oddzielnym reaktorze:

2 CoF2 + F2 → 2 CoF3

Przemysłowo oba etapy są łączone, na przykład w produkcji fluoropochodnych fluorowęglowodorów Flutec przez F2 chemicals Ltd, przy użyciu pionowego mieszadła reaktor złożowy, z węglowodorem wprowadzonym na dnie i fluorem wprowadzonym w połowie reaktora. Opary fluorowęglowe są odzyskiwane z góry.

fluoryzacja Elektrochemicznaedytuj

fluoryzacja elektrochemiczna (ECF) (znana również jako proces Simonsa) polega na elektrolizie substratu rozpuszczonego w fluorowodorze. Ponieważ fluor jest wytwarzany przez elektrolizę fluorowodoru, ECF jest raczej bardziej bezpośrednią drogą do fluorowęglowodorów. Proces przebiega przy niskim napięciu (5-6 V), dzięki czemu wolny fluor nie jest uwalniany. Wybór substratu jest ograniczony, ponieważ idealnie powinien być rozpuszczalny w fluorowodorze. Zwykle stosuje się etery i aminy trzeciorzędowe. Do produkcji perfluoroheksanu stosuje się triheksyloaminę, na przykład:

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

perfluorowana Amina będzie również wytwarzana:

N(C6H13)3 + 39 HF → N(C6F13)3 + 39h2

problemy środowiskowe i zdrowotne 3840> fluoroalkany są na ogół obojętne i nietoksyczne.

Fluoroalkany nie niszczą ozonu, ponieważ nie zawierają atomów chloru ani bromu i są czasami używane jako zamienniki chemikaliów zubożających warstwę ozonową.Termin fluorowęglowodory jest używany raczej luźno w odniesieniu do wszelkich substancji chemicznych zawierających fluor i węgiel, w tym chlorofluorowęglowodory, które zubożają warstwę ozonową. Fluoroalkany są czasami mylone z fluorosurfaktantami, które w znacznym stopniu ulegają bioakumulacji.

Perfluoroalkany nie ulegają bioakumulacji; te stosowane w procedurach medycznych są szybko wydalane z organizmu, głównie poprzez wydech z szybkością wydalania w funkcji ciśnienia pary; okres półtrwania oktafluoropropanu wynosi mniej niż 2 minuty, w porównaniu do około tygodnia dla perfluorodekaliny.

stężenie atmosferyczne PFC – 14 i PFC-116 w porównaniu do podobnych gazów fluorowcowanych wytwarzanych przez człowieka w latach 1978-2015(Prawy wykres). Zwróć uwagę na skalę logarytmiczną.

niskowrzące perfluoroalkany są silnymi gazami cieplarnianymi, częściowo ze względu na ich bardzo długą żywotność w atmosferze, a ich wykorzystanie jest objęte Protokołem z Kioto. Potencjał globalnego ocieplenia (w porównaniu z dwutlenkiem węgla) wielu gazów można znaleźć w 5.raporcie oceny IPCC, z wyciągiem poniżej dla kilku perfluoroalkanów.

The aluminium przemysł hutniczy był głównym źródłem perfluorowęglowodorów atmosferycznych (zwłaszcza tetrafluorometanu i heksafluoroetanu), wytwarzanych jako produkt uboczny procesu elektrolizy. Jednak w ostatnich latach branża aktywnie uczestniczyła w ograniczaniu emisji.

Zastosowaniaedit

ponieważ perfluoroalkany są obojętne, zasadniczo nie mają zastosowań chemicznych, ale ich właściwości fizyczne doprowadziły do ich zastosowania w wielu różnych zastosowaniach. Należą do nich:

• perfluorowęglowodorowy znacznik
• ciekły dielektryk
• chemiczne osadzanie z fazy gazowej
• Organiczny cykl Rankine
• dwufazowa kataliza fluorowa
• Kosmetyki
• woski narciarskie

a także kilka zastosowań medycznych:

• płynny oddech
• substytut krwi
• USG wzmocnione kontrastem
• Chirurgia oczu
• usuwanie tatuażu