Тетрафторид углерода

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.

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:

${\displaystyle {\mathsf {CF_{4}+4Li\rightarrow C+4LiF}};}$

${\displaystyle {\mathsf {3CF_{4}+4Al\ {\xrightarrow {T}}\ 3C+4AlF_{3}}}.}$

При контакте тетрафторметана с пламенем в избытке кислорода получаются токсичные газы (карбонилфторид и окись углерода); в присутствии воды образуется фтороводород.

Чистый тетрафторметан был впервые синтезирован в 1926 году^[6].

Тетрафторметан может быть получен в лабораторных условиях при реакции карбида кремния с фтором:

${\displaystyle {\mathsf {SiC+4F_{2}\rightarrow CF_{4}\uparrow +SiF_{4}\uparrow }}.}$

Он также может быть получен фторированием диоксида углерода, окиси углерода или фосгена с помощью тетрафторида серы:

${\displaystyle {\mathsf {CO_{2}+SF_{4}\rightarrow CF_{4}\uparrow +SO_{2}\uparrow }}.}$

При температуре в 350—375 °C углерод в форме графита реагирует с трифторидом азота:

${\displaystyle {\mathsf {4NF_{3}+C{\xrightarrow {350-375^{o}C}}2N_{2}F_{4}+CF_{4}\uparrow }}.}$

Одним из способов получения является реакция при температуре выше 900 °C углерода с фтором:

${\displaystyle {\mathsf {C+2F_{2}{\xrightarrow {>900^{o}C}}CF_{4}\uparrow }}.}$

В промышленности, из-за трудности получения элементарного фтора и его дороговизны тетрафторметан получают из дифтордихлорметана или хлортрифторметана воздействием фтороводорода:

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{2}F_{2}+2HF\ {\xrightarrow {\ }}CF_{4}\uparrow +2HCl\uparrow }}.}$

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.

• 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.

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 потенциал_CO2.^[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]

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.