Тетрафторид углерода
| Тетрафторид углерода | |||
|---|---|---|---|
| |||
| Общие | |||
| Систематическое наименование |
фторид углерода(IV), тетрафторид углерода | ||
| Сокращения | R14 | ||
| Традиционные названия | тетрафторметан, тетрафторуглерод, перфторметан, "метфоран", углерод четырехфтористый, углерода тетрафторид, фреон 14, хладон 14 | ||
| Хим. формула | CF4 | ||
| Физические свойства | |||
| Состояние | бесцветный газ без запаха | ||
| Молярная масса | 88,0043 г/моль | ||
| Плотность |
газ 3,72 г/л; жидкость 1,96 кг/л при -184 °C |
||
| Термические свойства | |||
| Температура | |||
| • плавления | −183,6 °C | ||
| • кипения | −127,8 °C | ||
| Критическая точка |
температура: −45,65 °C давление: 3,745 МПа плотность: 0,625 г/см³ |
||
| Энтальпия | |||
| • образования | −933 кДж/моль | ||
| Химические свойства | |||
| Растворимость | |||
| • в воде | 0,005 % при 20 °C | ||
| • в остальных веществах | смешивается с этанолом, эфиром, бензолом | ||
| Оптические свойства | |||
| Показатель преломления | 1,113 | ||
| Структура | |||
| Дипольный момент | 0,461 Д | ||
| Классификация | |||
| Рег. номер CAS | 75-73-0 | ||
| 3D model (JSmol) | Интерактивная схема | ||
| PubChem | 6393 | ||
| UNII | 94WG9QG0JN | ||
| CompTox Dashboard EPA | DTXSID2041757 | ||
| Рег. номер EINECS | 200-896-5 | ||
| SMILES | |||
| InChI | |||
| RTECS | FG4920000 | ||
| ChEBI | 38825 | ||
| ChemSpider | 6153 | ||
| ECHA InfoCard | 100.000.815 | ||
| Безопасность | |||
| Предельная концентрация | 3000 мг/м³ | ||
| Токсичность | Нетоксичен. Не обладает канцерогенными и тератогенными свойствами. | ||
| NFPA 704 | |||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
 Медиафайлы на РУВИКИ.Медиа | |||
Тетрафтормета́н (четырёхфтористый углерод, тетрафторид углерода, CF4) — бинарное химическое соединение. Коммерческие названия соединения при использовании в качестве хладагента: фреон-14, хладон-14[1].
Тетрафторметан является самым простым из перфторуглеродов. По сравнению с другими тетрагалогенидами углерода обладает более высокой химической стойкостью. Из-за большого количества связей углерод-фтор и высокой электроотрицательности фтора атом углерода в этом соединении имеет значительный положительный заряд, что укрепляет и укорачивает связь углерод-фтор.
Практически нетоксичен.
Тетрафторметан является сильнейшим парниковым газом[2].
Физические свойства
При комнатной температуре представляет собой химически инертный, бесцветный газ без запаха и вкуса, примерно в 3 раза тяжелее воздуха. Его температура плавления −184 °С и температура кипения −128 °С.
Очень плохо растворим в воде (20 мг/кг при 20 °С[3]), в этаноле (около 80 мг/кг при 25 °С[4]) и бензоле (около 64 мг/кг при 25 °C[5]).
Из 4 фторпроизводных метана, — фторметана, дифторметана, трифторметана и тетрафторметана, связь между атомами фтора и углерода в тетрафторметане является самой прочной. Это обусловлено высокой электроотрицательностью атомов фтора, оттягивающих электронное облако от атома углерода на себя, в результате чего атом углерода оказывается заряжен положительно: +0,76 элементарного заряда и это усиливает кулоновские силы между положительно заряженным атомом углерода и отрицательно заряженными атомами фтора.
Химические свойства
Тетрафторметан, как и другие перфторуглероды весьма устойчив благодаря прочности связи фтор—углерод и является одним из самых стабильных соединений среди всех органических веществ. Энергия связи в этом соединении равна 515 кДж/моль. Поэтому он инертен по отношению к кислотам и основаниям.
При высоких температурах в присутствии кислорода или на воздухе он разлагается с образованием карбонилфторида и оксида углерода (II).
Реагирует с некоторыми активными металлами, и с щелочными металлами:
При контакте тетрафторметана с пламенем в избытке кислорода получаются токсичные газы (карбонилфторид и окись углерода); в присутствии воды образуется фтороводород.
Получение
Чистый тетрафторметан был впервые синтезирован в 1926 году[6].
Тетрафторметан может быть получен в лабораторных условиях при реакции карбида кремния с фтором:
Он также может быть получен фторированием диоксида углерода, окиси углерода или фосгена с помощью тетрафторида серы:
При температуре в 350—375 °C углерод в форме графита реагирует с трифторидом азота:
Одним из способов получения является реакция при температуре выше 900 °C углерода с фтором:
В промышленности, из-за трудности получения элементарного фтора и его дороговизны тетрафторметан получают из дифтордихлорметана или хлортрифторметана воздействием фтороводорода:
В качестве побочного продукта тетрафторметан в промышленности образуется при фторировании любых органических соединений и при получении алюминия электролитическим способом, в ходе электролиза фторидов металлов, входящих в состав криолита с помощью угольного электрода.
Использование
- Тетрафторметан иногда применяют в качестве низкотемпературного хладагента (коммерческие названия фреон-14, хладон-14).
- В микроэлектронике, отдельно, или в сочетании с кислородом в процессах плазменного травления кремния, диоксида кремния или нитрида кремния.
- Компонент дыхательных смесей при глубоководных погружениях.
- В системах автоматического пожаротушения.
- Стабилизатор разложения озона.
- Разбавитель смесей газов при проведении химических реакций.
- Реагент для получения фторорганических соединений.
Воздействие на окружающую среду
Тетрафторметан является мощным парниковым газом, который способствует парниковому эффекту. Он очень стабилен, имеет время жизни в атмосфере 50 000 лет и высокий потенциал парникового потепления, в 6 500 раз превышающий потенциалCO2.[7]
Тетрафторметан является наиболее распростраённым перфторуглеродом в атмосфере, где он обозначается как PFC-14. Его концентрация в атмосфере растёт.[8] По состоянию на 2019 год искусственные газы ХФУ-11 и ХФУ-12 продолжают оказывать более сильное радиационное воздействие, чем ПФУ-14..[9]
Несмотря на структурное сходство с хлорфторуглеродами, тетрафторметан не разрушает озоновый слой[10] потому что углерод-фторсодержащая связь намного сильнее, чем между углеродом и хлором.[11]
Основные промышленные выбросы тетрафторметана, помимо гексафторэтана, образуются при производстве алюминия с использованием процесса Холла-Эру. CF4 также образуется в результате распада более сложных соединений, таких как галоидоуглероды.[12]
Опасность использования
Тетрафторметан нетоксичен, но при длительном вдыхании воздуха с низкими концентрациями возможен наркотический эффект[13].
При вдыхании воздуха с бо́льшими концентрациями возможно кислородное голодание и развитие симптомов, сходных с высотной болезнью — сопровождающиеся головной болью, помутнением сознания, тошнотой, головокружением.
При контакте с кожей сжиженного тетрафторметана возможно обморожение.
Тетрафторметан тяжелее воздуха в три раза, поэтому может скапливаться в нижней части недостаточно проветриваемых помещений, технических колодцев, подвалов, снижая концентрацию кислорода в воздухе . При попадании человека в такую атмосферу возможна его быстрая гибель от удушья.
См. также
Примечания
- ↑ Воротынцев, Владимир Михайлович; Дроздов, Павел Николаевич; Воротынцев, Илья Владимирович; Аникин, Алексей Евгеньевич. Глубокая очистка тетрафторида углерода методом мембранного газоразделения. https://cyberleninka.ru. Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского (2010).
- ↑ P. Forster, P., V. Ramaswamy et al.: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge und New York 2007, S. 212 (PDF Архивная копия от 15 декабря 2007 на Wayback Machine).
- ↑ B. A. Cosgrove, J. Walkley: Solubilities of gases in H2O and 2H2O. in: J. Chromatogr. A 216, 1981, S. 161—167; doi:10.1016/S0021-9673(00)82344-4.
- ↑ Shiqing Bo, Rubin Battino, Emmerich Wilhelm: The Solubility of Gases in Liquids. 19. The Solubility of He, Ne, Ar, Kr, Xe, CH4, CF4, SF6 in Normal 1-Alkanols n-CIH2I+1OH (1 ≤ I ≤ 11) at 298.15 K. In: J. Chem. Eng. Data Band 38, Nr. 4, 1993, S. 611—616; doi:10.1021/je00012a035.
- ↑ Graham Archer, Joel H. Hildebrand: The Solubility and Entropy of Solution of Carbon Tetrafluoride and Sulfur Hexafluoride in Nonpolar Solvents. In: The Journal of Physical Chemistry Band 67, Nr. 9, 1963, S. 1830—1833; doi:10.1021/j100803a021.
- ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9
- ↑ Artaxo, Paulo; Berntsen, Terje; Betts, Richard; Fahey, David W.; Haywood, James Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing 212. Intergovernmental Panel on Climate Change (февраль 2018). Дата обращения: 17 марта 2021.
- ↑ Climate change indicators - Atmospheric concentration of greenhouse gases - Figure 4. United States Environmental Protection Agency (27 июня 2016). Дата обращения: 26 сентября 2020.
- ↑ Butler J. and Montzka S. The NOAA Annual Greenhouse Gas Index (AGGI). NOAA Global Monitoring Laboratory/Earth System Research Laboratories (2020).
- ↑ Cicerone, Ralph J. (1979-10-05). “Atmospheric Carbon Tetrafluoride: A Nearly Inert Gas” (PDF). Science [англ.]. 206 (4414): 59—61. Bibcode:1979Sci...206...59C. DOI:10.1126/science.206.4414.59. ISSN 0036-8075. PMID 17812452. S2CID 34911990.
- ↑ Bond Energies. www2.chemistry.msu.edu. Дата обращения: 15 января 2023.
- ↑ Jubb, Aaron M.; McGillen, Max R.; Portmann, Robert W.; Daniel, John S.; Burkholder, James B. (2015). “An atmospheric photochemical source of the persistent greenhouse gas CF4”. Geophysical Research Letters. 42 (21): 9505—9511. Bibcode:2015GeoRL..42.9505J. DOI:10.1002/2015GL066193. ISSN 0094-8276.
- ↑ Datenblatt Tetrafluoromethane bei Air Liquide.
Ссылки
- Фторуглеродные покрытия// Гиль, Г.С. — 2018.
