Fluorocarbon

proprietăți Chimiceedit

Perfluoroalkanii sunt foarte stabili datorită rezistenței legăturii carbon–fluor, una dintre cele mai puternice din chimia organică.Puterea sa este un rezultat al electronegativității fluorului care conferă caracter ionic parțial prin sarcini parțiale asupra atomilor de carbon și fluor, care scurtează și întăresc legătura prin interacțiuni covalente favorabile. În plus, mai multe legături carbon–fluor cresc rezistența și stabilitatea altor legături carbon–fluor din apropiere pe același carbon geminal, deoarece carbonul are o sarcină parțială pozitivă mai mare. Mai mult, mai multe legături carbon–fluor întăresc, de asemenea, legăturile carbon–carbon „scheletice” din efectul inductiv. Prin urmare, fluorocarburile saturate sunt mai stabile din punct de vedere chimic și termic decât omologii lor hidrocarburi corespunzători și, într-adevăr, orice alt compus organic. Sunt susceptibili de atac de către reductanți foarte puternici, de ex. Reducerea mesteacanului și complexe organometalice foarte specializate.

Fluorocarburile sunt incolore și au o densitate mare, de până la peste două ori mai mare decât cea a apei. Nu sunt miscibile cu majoritatea solvenților organici (de exemplu, etanol, acetonă, acetat de etil și cloroform), dar sunt miscibile cu unele hidrocarburi (de exemplu, hexan în unele cazuri). Au o solubilitate foarte scăzută în apă, iar apa are o solubilitate foarte scăzută în ele (de ordinul a 10 ppm). Au indici de refracție scăzuți.

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

încărcările parțiale din legătura carbon–fluor polarizată

deoarece electronegativitatea ridicată a fluorului reduce polarizabilitatea atomului, fluorocarburile sunt doar slab sensibile la dipolii trecători care formează baza forței de dispersie din Londra. Drept urmare, fluorocarburile au forțe de atracție intermoleculare scăzute și sunt lipofobe pe lângă faptul că sunt hidrofobe și nepolare. Reflectând forțele intermoleculare slabe, acești compuși prezintă vâscozități scăzute în comparație cu lichidele cu puncte de fierbere similare, tensiune superficială scăzută și călduri scăzute de vaporizare. Forțele de atracție scăzute din lichidele fluorocarbonice le fac compresibile (modul în vrac scăzut) și capabile să dizolve gazul relativ bine. Fluorocarburile mai mici sunt extrem de volatile. Există cinci gaze perfluoroalkane: tetrafluorometan (bp -128 XC), hexafluoroetan (BP -78,2 XC), octafluoropropan (BP -36,5 XC), perfluoro-n-Butan (BP -2,2 XC) și perfluoro-izobutan (BP -1 XC). Aproape toți ceilalți fluoroalcani sunt lichide; cea mai notabilă excepție este perfluorociclohexanul, care sublimează la 51 C. Fluorocarburile au, de asemenea, energii de suprafață scăzute și rezistențe dielectrice ridicate.

• Perfluoroalkani

• tetrafluorură de Carbon, cel mai simplu perfluoroalcan

• Perfluorooctan, un perfluoroalcan liniar

• Perfluoro-2-metilpentan, un perfluoroalcan ramificat

• Perfluoro-1,3-dimetilciclohexan, un perfluoroalcan ciclic

• Perfluorodecalin, un perfluoroalcan policiclic

inflamabilitate

în Anii 1960 a existat mult interes pentru fluorocarburi ca anestezice. Cercetarea nu a produs anestezice, dar cercetarea a inclus teste privind problema inflamabilității și a arătat că fluorocarburile testate nu erau inflamabile în aer în nicio proporție, deși majoritatea testelor erau în oxigen pur sau oxid de azot pur (gaze de importanță în anesteziologie).

în 1993, 3M a considerat fluorocarburile ca extinctoare pentru a înlocui CFC-urile. Acest efect de stingere a fost atribuit capacității lor ridicate de căldură, care îndepărtează căldura de foc. S-a sugerat că o atmosferă care conține un procent semnificativ de perfluorocarburi pe o stație spațială sau similar ar preveni incendiile cu totul.Când are loc arderea, rezultă vapori toxici, inclusiv fluorură de carbonil, monoxid de carbon și fluorură de hidrogen.

proprietăți de dizolvare a Gazuluiedit

Perfluorocarburile dizolvă volume relativ mari de gaze. Solubilitatea ridicată a gazelor este atribuită interacțiunilor intermoleculare slabe din aceste fluide fluorocarbonice.

tabelul prezintă valorile pentru fracția molară, x1, a azotului dizolvat, calculată din coeficientul de partiție sânge–gaz, la 298,15 K (25 CTC), 0,101325 m Pa.

ManufactureEdit

dezvoltarea industriei fluorocarburilor a coincis cu cel de-al doilea război mondial. înainte de aceasta, fluorocarburile au fost preparate prin reacția fluorului cu hidrocarbura, adică fluorurarea directă. Deoarece legăturile C-C sunt ușor scindate de fluor, fluorurarea directă oferă în principal perfluorocarburi mai mici, cum ar fi tetrafluormetan, hexafluoroetan, și octafluoropropan.

Fowler processEdit

o descoperire majoră care a permis fabricarea pe scară largă a fluorocarburilor a fost procesul Fowler. În acest proces, trifluorura de cobalt este utilizată ca sursă de fluor. Ilustrativ este sinteza perfluorohexanului:

C6H14 + 28 CoF3 c6f14 + 14 HF + 28 CoF2

difluorura de cobalt rezultată este apoi regenerată, uneori într-un reactor separat:

2 CoF2 + F2 2 CoF3

din punct de vedere industrial, ambele etape sunt combinate, de exemplu în fabricarea gamei Flutec de fluorocarburi de către F2 chemicals Ltd, folosind un reactor cu pat agitat vertical, cu hidrocarburi introduse în partea de jos, și fluor introdus la jumătatea reactorului. Vaporii de fluorocarbon sunt recuperați din partea de sus.

fluorurarea electrochimică

fluorurarea electrochimică (ECF) (cunoscută și sub numele de procesul Simons) implică electroliza unui substrat dizolvat în fluorură de hidrogen. Deoarece fluorul este el însuși fabricat prin electroliza fluorurii de hidrogen, ECF este o cale destul de directă către fluorocarburi. Procesul se desfășoară la joasă tensiune (5 – 6 V), astfel încât fluorul liber să nu fie eliberat. Alegerea substratului este restricționată, deoarece în mod ideal ar trebui să fie solubilă în fluorură de hidrogen. Eterii și aminele terțiare sunt de obicei angajați. Pentru a face perfluorohexan, se utilizează trihexilamină, de exemplu:

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

Amina perfluorinată va fi de asemenea produsă:

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

probleme de mediu și de sănătateedit

fluoroalcanii sunt în general inerți și netoxici.

Fluoroalcanii nu diminuează stratul de ozon, deoarece nu conțin atomi de clor sau brom și sunt uneori folosiți ca înlocuitori pentru substanțele chimice care diminuează stratul de ozon.Termenul fluorocarbon este folosit destul de vag pentru a include orice substanță chimică care conține fluor și carbon, inclusiv clorofluorocarburi, care epuizează ozonul. Fluoroalcanii sunt uneori confundați cu fluorosurfactanții, care se bioacumulează semnificativ.

Perfluoroalkanii nu se bioacumulează; cei utilizați în procedurile medicale sunt excretați rapid din organism, în principal prin expirare cu viteza de excreție în funcție de presiunea vaporilor; timpul de înjumătățire pentru octafluoropropan este mai mic de 2 minute, comparativ cu aproximativ o săptămână pentru perfluorodecalin.

concentrația atmosferică a PFC-14 și PFC-116 comparativ cu gazele halogenate similare create de om între anii 1978 și 2015 (graficul din dreapta). Rețineți scara logaritmică.

perfluoroalkanii cu fierbere scăzută sunt gaze cu efect de seră puternice, în parte datorită duratei lor de viață atmosferice foarte lungi, iar utilizarea lor este acoperită de Protocolul de la Kyoto. Potențialul de încălzire globală (în comparație cu cel al dioxidului de carbon) al multor gaze poate fi găsit în raportul de evaluare IPCC 5, cu un extract de mai jos pentru câțiva perfluoroalkani.

The aluminium industria de topire a fost o sursă majoră de perfluorocarburi atmosferice (tetrafluormetan și hexafluoroetan în special), produs ca produs secundar al procesului de electroliză. Cu toate acestea, industria a fost implicată activ în reducerea emisiilor în ultimii ani.

ApplicationsEdit

deoarece sunt inerți, perfluoroalkanii nu au în esență utilizări chimice, dar proprietățile lor fizice au dus la utilizarea lor în multe aplicații diverse. Acestea includ:

• trasor Perfluorocarbon
• dielectric lichid
• depunere chimică de vapori
• ciclu Rankine Organic
• cataliză bifazică Fluoră
• cosmetice
• ceară de schi

precum și mai multe utilizări medicale:

• respirație lichidă
• înlocuitor de sânge
• ultrasunete cu Contrast îmbunătățit
• chirurgie oculară
• îndepărtarea tatuajelor