Fluorkarbon

kemiska egenskaperredigera

Perfluoralkaner är mycket stabila på grund av styrkan hos kol–fluorbindningen, en av de starkaste inom organisk kemi.Dess styrka är ett resultat av elektronegativiteten hos fluor som ger partiell jonisk karaktär genom partiella laddningar på kol-och fluoratomerna, vilket förkortar och förstärker bindningen genom gynnsamma kovalenta interaktioner. Dessutom ökar flera kol–fluorbindningar styrkan och stabiliteten hos andra närliggande kol–fluorbindningar på samma geminala kol, eftersom kolet har en högre positiv partiell laddning. Vidare förstärker flera kol–fluorbindningar också” skelett ” kol–kolbindningarna från den induktiva effekten. Därför är mättade fluorkarboner mer kemiskt och termiskt stabila än deras motsvarande kolväte motsvarigheter, och faktiskt någon annan organisk förening. De är mottagliga för angrepp av mycket starka reduktionsmedel, t. ex. Björkreduktion och mycket specialiserade organometalliska komplex.

fluorkarboner är färglösa och har hög densitet, upp till över dubbelt så mycket som vatten. De är inte blandbara med de flesta organiska lösningsmedel (t.ex. etanol, aceton, etylacetatoch kloroform), men är blandbara med vissa kolväten (t. ex. hexan i vissa fall). De har mycket låg löslighet i vatten och vatten har en mycket låg löslighet i dem (i storleksordningen 10 ppm). De har låga brytningsindex.

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

de partiella laddningarna i den polariserade kol-fluorbindningen

eftersom fluorens höga elektronegativitet minskar atomens polariserbarhet är fluorkolväten endast svagt mottagliga för de flyktiga dipolerna som utgör grunden för Londons dispersionskraft. Som ett resultat har fluorkolväten låga intermolekylära attraktiva krafter och är lipofoba förutom att de är hydrofoba och icke-polära. Reflekterande de svaga intermolekylära krafterna uppvisar dessa föreningar låga viskositeter jämfört med vätskor med liknande kokpunkter, låg ytspänning och låga förångningsvärme. De låga attraktiva krafterna i fluorkolvätskor gör dem komprimerbara (låg bulkmodul) och kan lösa upp gas relativt bra. Mindre fluorkarboner är extremt flyktiga. Det finns fem perfluoralkangaser: tetrafluormetan (bp -128 CCB), hexafluoretan (bp -78,2 CCB), oktafluorpropan (bp -36,5 CCB), perfluor-n-butan (bp -2,2 CCB) och perfluor-iso-butan (bp -1 CCB). Nästan alla andra fluoroalkaner är vätskor; det mest anmärkningsvärda undantaget är perfluorocyklohexan, som sublimerar vid 51 kcal C. fluorkolväten har också låga ytenergier och höga dielektriska styrkor.

• Perfluoralkaner

• Koltetrafluorid, den enklaste perfluoralkanen

• Perfluoroktan, en linjär perfluoroalkan

• Perfluoro-2-metylpentan, en grenad perfluoralkan

• Perfluoro-1,3-dimetylcyklohexan, en cyklisk perfluoralkan

• Perfluorodekalin, en polycyklisk perfluoralkan

brandfarlighet

i 1960-talet fanns ett stort intresse för fluorkarboner som anestetika. Forskningen producerade inga anestetika, men forskningen inkluderade tester i frågan om brandfarlighet och visade att de testade fluorkolväten inte var brandfarliga i luft i någon proportion, även om de flesta testerna var i rent syre eller ren kväveoxid (gaser av betydelse för anestesiologi).

1993 betraktade 3M fluorkolväten som brandsläckare för att ersätta CFC. Denna släckningseffekt har tillskrivits deras höga värmekapacitet, vilket tar värme bort från elden. Det har föreslagits att en atmosfär som innehåller en betydande andel perfluorkolväten på en rymdstation eller liknande skulle förhindra bränder helt och hållet.När förbränning sker, giftiga ångor resultat, inklusive karbonylfluorid, kolmonoxid, och vätefluorid.

gasupplösande egenskaperredigera

perfluorkolväten löser upp relativt stora volymer gaser. Gasernas höga löslighet tillskrivs de svaga intermolekylära interaktionerna i dessa fluorkolvätskor.

tabellen visar värden för molfraktionen, x1, av kväve upplöst, beräknat från blodgasfördelningskoefficienten, vid 298,15 K (25 kcal C), 0,101325 m Pa.

utvecklingen av fluorkolindustrin sammanföll med andra världskriget. dessförinnan framställdes fluorkolväten genom reaktion av fluor med kolvätet, dvs direkt fluorering. Eftersom C – C-bindningar lätt klyvs av fluor, ger direkt fluorering huvudsakligen mindre perfluorkolväten, såsom tetrafluormetan, hexafluoretan och oktafluorpropan.

Fowler processEdit

ett stort genombrott som möjliggjorde storskalig tillverkning av fluorkarboner var Fowler-processen. I denna process används kobolttrifluorid som källa till fluor. Illustrativt är syntesen av perfluorohexan:

C6H14 + 28 CoF3 c6f14 + 14 HF + 28 CoF2

den resulterande koboltdifluoriden regenereras sedan, ibland i en separat reaktor:

2 CoF2 + F2 C2 Cof3

industriellt kombineras båda stegen, till exempel vid tillverkning av Flutec-sortimentet av fluorkolväten av F2 chemicals Ltd, med användning av en vertikal omrörd bäddreaktor, med kolväte infört i botten och fluor infördes halvvägs upp i reaktorn. Fluorkoldampen återvinns från toppen.

elektrokemisk fluorinationEdit

elektrokemisk fluorering (ECF) (även känd som Simons process) innefattar elektrolys av ett substrat upplöst i vätefluorid. Eftersom fluor själv tillverkas genom elektrolys av vätefluorid är ECF en ganska mer direkt väg till fluorkarboner. Processen fortsätter vid låg spänning (5-6 V) så att fri fluor inte frigörs. Valet av substrat är begränsat eftersom det helst bör vara lösligt i vätefluorid. Etrar och tertiära aminer används vanligtvis. För att göra perfluorohexan används trihexylamin, till exempel:

N(C6H13)3 + 45 HF 2 C6F14 + NF3 + 42 H2

den perfluorerade aminen kommer också att produceras:

N(C6H13)3 + 39 HF 2(c6f13)3 + 39h2

miljö-och hälsoproblemredigera

fluoroalkaner är i allmänhet inerta och giftfria.

Fluoroalkaner är inte ozonnedbrytande, eftersom de inte innehåller några klor-eller bromatomer, och de används ibland som ersättare för ozonnedbrytande kemikalier.Termen fluorkol används ganska löst för att inkludera alla kemikalier som innehåller fluor och KOL, inklusive klorfluorkolväten, som är ozonnedbrytande. Fluoroalkaner förväxlas ibland med fluorosurfaktanter, som bioackumuleras avsevärt.

Perfluoralkaner bioackumuleras inte; de som används vid medicinska ingrepp utsöndras snabbt från kroppen, främst via utandning med utsöndringshastigheten som en funktion av ångtrycket; halveringstiden för oktafluoropropan är mindre än 2 minuter jämfört med ungefär en vecka för perfluorodekalin.

atmosfärisk koncentration av PFC-14 och PFC-116 jämfört med liknande konstgjorda halogenerade gaser mellan åren 1978 och 2015 (höger graf). Notera den logaritmiska skalan.

lågkokande perfluoralkaner är potenta växthusgaser, delvis på grund av deras mycket långa atmosfäriska livslängd, och deras användning omfattas av Kyotoprotokollet. Den globala uppvärmningspotentialen (jämfört med koldioxid) för många gaser finns i IPCC 5th assessment report, med ett extrakt nedan för några perfluoroalkaner.

The aluminium smältindustrin har varit en viktig källa till atmosfäriska perfluorkolväten (tetrafluormetan och hexafluoretan särskilt), framställd som biprodukt av elektrolysprocessen. Branschen har dock varit aktivt involverad i att minska utsläppen de senaste åren.

ApplicationsEdit

eftersom de är inerta har perfluoralkaner i huvudsak ingen kemisk användning, men deras fysikaliska egenskaper har lett till deras användning i många olika tillämpningar. Dessa inkluderar:

• perfluorkolvätespårare
• flytande dielektrisk
• kemisk ångavsättning
• organisk Rankinecykel
• flytande bifasisk katalys
• kosmetika
• skidvaxer

samt flera medicinska användningsområden:

• flytande andning
• blodersättning
• kontrastförstärkt ultraljud
• ögonkirurgi
• tatuering avlägsnande