Тетрафторид углерода

Тетрафторид углерода
Имена
	ИЮПАК имена Тетрафторметан ; Тетрафторид углерода
	Другие имена Тетрафторид углерода, перфторметан, тетрафторуглерод, фреон 14, галон 14, Arcton 0, CFC 14, PFC 14, R 14, ООН 1982.
Идентификаторы
Номер CAS	75-73-0 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ;
ЧЭБИ	ЧЕБИ:38825 ;
ХимическийПаук	6153 ;
Информационная карта ECHA	100.000.815
Номер ЕС	200-896-5 ;
ПабХим CID	6393 ;
номер РТЭКС	ФГ4920000 ;
НЕКОТОРЫЙ	94WG9QG0JN ;
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID30894934 DTXSID2041757, DTXSID30894934 ;
	показывать ИнЧИ
	показывать УЛЫБКИ
Характеристики
Химическая формула	КФ 4
Молярная масса	88.0043 g/mol
Появление	Бесцветный газ
Запах	без запаха
Плотность	3,72 г/л, газ (15 °C)
Температура плавления	-183,6 ° C (-298,5 ° F; 89,5 К)
Точка кипения	-127,8 ° C (-198,0 ° F; 145,3 К)
Критическая точка ( T , P )	-45,55 ° C (-50,0 ° F; 227,6 К), 36,91 стандартных атмосфер (3739,9 кПа; 542,4 фунта на квадратный дюйм)
Растворимость в воде	0,005% В при 20 °C ; 0,0038% В при 25 °C
Растворимость	растворим в бензоле , хлороформе
Давление пара	106,5 кПа при −127 °C
Закон Генри ; постоянная ( k H )	5,15 атм-куб. м/моль
Показатель преломления ( n D )	1.0004823
Вязкость	17,32 мкПа·с
Структура
Координационная геометрия	четырехугольный
Молекулярная форма	Тетраэдрический
Дипольный момент	0 Д
Опасности
	Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH):
Основные опасности	Простой удушающий газ и парниковый газ
NFPA 704 (огненный алмаз)	1 0 0 на
точка возгорания	Невоспламеняющийся
Паспорт безопасности (SDS)	КМГС 0575
Родственные соединения
Другие анионы	Тетрахлорметан ; Тетрабромметан ; Тетрайодометан
Другие катионы	Тетрафторид кремния ; Тетрафторид германия ; Тетрафторид олова ; Тетрафторид свинца
Родственные фторметаны	Фторметан ; Дифторметан ; Фтороформ
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). проверить ( что такое ?) Ссылки на инфобоксы

Тетрафторметан , также известный как углерода или R-14, является простейшим перфторуглеродом ( CF 4 _{тетрафторид} ). Как следует из названия IUPAC, тетрафторметан является перфторированным аналогом углеводородного метана . Его также можно классифицировать как галоалкан или галометан . Тетрафторметан – полезный хладагент , но также и мощный парниковый газ . ^[4] Он имеет очень высокую прочность связи из-за природы связи углерод-фтор .

Склеивание

Из-за множественных связей углерод-фтор и высокой электроотрицательности фтора характер углерод в тетрафторметане имеет значительный положительный частичный заряд , который усиливает и укорачивает четыре связи углерод-фтор, обеспечивая дополнительный ионный . Связь углерод-фтор — самые прочные одинарные связи в органической химии . ^[5] Кроме того, они укрепляются по мере того, как к одному и тому же углероду добавляется больше связей углерод-фтор. В одноуглеродных фторорганических соединениях, представленных молекулами фторметана , дифторметана , трифторметана и тетрафторметана, связи углерод-фтор наиболее прочны в тетрафторметане. ^[6] Этот эффект обусловлен увеличением кулоновского притяжения между атомами фтора и углеродом, поскольку углерод имеет положительный частичный заряд 0,76. ^[6]

Подготовка

Тетрафторметан — продукт сгорания любого углеродного соединения, включая сам углерод, в атмосфере фтора. Побочным продуктом углеводородов фтороводород является . Впервые об этом сообщили в 1926 году. ^[7] Его также можно получить фторированием диоксида углерода , оксида углерода или фосгена тетрафторидом серы . В промышленных масштабах его производят реакцией фтористого водорода с дихлордифторметаном или хлортрифторметаном ; его также получают при электролизе металлов фторидов MF, MF ₂ с использованием угольного электрода.

Хотя его можно получить из множества прекурсоров и фтора, элементарный фтор дорог и с ним трудно обращаться. Следовательно, CF
₄ получают в промышленном масштабе с использованием фтористого водорода : ^[4]

CCl ₂ F ₂ + 2 HF → CF ₄ + 2 HCl

Лабораторный синтез

Тетрафторметан и тетрафторид кремния можно получить в лаборатории реакцией карбида кремния с фтором.

SiC + 4 F ₂ → CF ₄ + SiF ₄

Реакции

Тетрафторметан, как и другие фторуглероды, очень стабилен благодаря прочности связей углерод-фтор. в тетрафторметане составляет Энергия связи 515 кДж⋅моль. ⁻¹. В результате он инертен к кислотам и гидроксидам. Однако он реагирует взрывоопасно с щелочными металлами . Термическое разложение или сжигание CF ₄ приводит к образованию токсичных газов ( фторид карбона и окись углерода ), а в присутствии воды также образуется фторид водорода .

Очень мало растворяется в воде (около 20 мг⋅л). ⁻¹), но смешивается с органическими растворителями.

Использование

Тетрафторметан иногда используется в качестве низкотемпературного хладагента (R-14). Он используется в электроники микропроизводстве отдельно или в сочетании с в качестве плазменного травителя кремния кислородом , диоксида кремния и нитрида кремния . ^[8] Он также используется в детекторах нейтронов. ^[9]

Воздействие на окружающую среду

Тетрафторметан – мощный парниковый газ , способствующий парниковому эффекту . Он очень стабилен, имеет срок жизни в атмосфере 50 000 лет и высокий потенциал парникового потепления, в 6500 раз превышающий потенциал CO ₂ . ^[10]

Тетрафторметан является наиболее распространенным перфторуглеродом в атмосфере, где он обозначается как ПФУ-14. Его концентрация в атмосфере растет. ^[11] По состоянию на 2019 год искусственные газы CFC-11 и CFC-12 продолжают оказывать более сильное радиационное воздействие, чем PFC-14. ^[12]

Несмотря на структурное сходство с хлорфторуглеродами (ХФУ), тетрафторметан не разрушает озоновый слой. ^[13] потому что связь углерод-фтор намного прочнее, чем связь между углеродом и хлором. ^[14]

Основные промышленные выбросы тетрафторметана, помимо гексафторэтана, образуются при производстве алюминия по процессу Холла-Эру . CF ₄ также образуется в результате распада более сложных соединений, таких как галогенуглероды . ^[15]

Риски для здоровья

Из-за своей плотности тетрафторметан может вытеснять воздух, создавая опасность удушья в недостаточно вентилируемых помещениях. В противном случае он обычно безвреден из-за своей стабильности.

См. также

Ссылки

^ Лиде, Дэвид Р.; Кехиян, Генри В. (1994). Справочник CRC по теплофизическим и темохимическим данным (PDF) . ЦРК Пресс. п. 31.
^ Абжан, Р.; А. Бидо-Мею; Ю. Герн (15 июля 1990 г.). «Показатель преломления тетрафторида углерода (CF4) в диапазоне длин волн 300–140 нм». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 292 (3): 593–594. Бибкод : 1990NIMPA.292..593A . дои : 10.1016/0168-9002(90)90178-9 .
^ Кестин, Дж.; Ро, СТ; Уэйкхэм, Вашингтон (1971). «Справочные значения вязкости двенадцати газов при 25°C». Труды Фарадеевского общества . 67 : 2308–2313. дои : 10.1039/TF9716702308 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Зигемунд, Гюнтер; Швертфегер, Вернер; Фейринг, Эндрю; Умный, Брюс; Бер, Фред; Фогель, Гервард; МакКьюсик, Блейн (2002). «Соединения фтора органические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a11_349 . ISBN 978-3527306732 .
^ О'Хаган Д. (февраль 2008 г.). «Понимание фторорганической химии и катионов. Знакомство со связью C – F». Обзоры химического общества . 37 (2): 308–19. дои : 10.1039/b711844a . ПМИД 18197347 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Лемаль, Д.М. (2004). «Перспектива химии фторуглеродов». Дж. Орг. хим. 69 (1): 1–11. дои : 10.1021/jo0302556 . ПМИД 14703372 .
^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
^ К. Уильямс, К. Гупта, М. Василик. Скорость травления при микромеханической обработке – Часть II J. Microelectromech. сист., вып. 12, стр. 761–777, декабрь 2003 г.
^ Мун, Мён Кук; Нам, Ук-Вон; Ли, Чан Хи; Эм, ВТ; Чхве, Ён-Хён; Чхон, Чон Кю; Конг, Кён Нам (2005). «Низкоэффективный двумерный позиционно-чувствительный детектор нейтронов для измерения профиля пучка». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 538 (1–3): 592–596. Бибкод : 2005NIMPA.538..592M . дои : 10.1016/j.nima.2004.09.020 .
^ Артаксо, Пауло; Бернтсен, Терье; Беттс, Ричард; Фэйи, Дэвид В.; Хейвуд, Джеймс; Лин, Джудит ; Лоу, Дэвид К.; Мире, Гуннар; Нганга, Джон; Принн, Рональд; Рага, Грасиела; Шульц, Майкл; ван Дорланд, Роберт (февраль 2018 г.). «Изменения в составе атмосферы и радиационном воздействии» (PDF) . Межправительственная группа экспертов по изменению климата . п. 212 . Проверено 17 марта 2021 г.
^ «Индикаторы изменения климата – Концентрация парниковых газов в атмосфере – Рисунок 4» . Агентство по охране окружающей среды США . 27 июня 2016 г. Проверено 26 сентября 2020 г.
^ Батлер Дж. и Монцка С. (2020). «Ежегодный индекс парниковых газов NOAA (AGGI)» . NOAA /Лаборатории исследования системы Земли. Лаборатория глобального мониторинга
^ Цицерон, Ральф Дж. (05.10.1979). «Тетрафторид углерода в атмосфере: почти инертный газ» (PDF) . Наука . 206 (4414): 59–61. Бибкод : 1979Sci...206...59C . дои : 10.1126/science.206.4414.59 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17812452 . S2CID 34911990 .
^ «Энергия облигаций» . www2.chemistry.msu.edu . Проверено 15 января 2023 г.
^ Джабб, Аарон М.; МакГиллен, Макс Р.; Портманн, Роберт В.; Дэниел, Джон С.; Беркхолдер, Джеймс Б. (2015). «Атмосферный фотохимический источник стойкого парникового газа CF4» . Письма о геофизических исследованиях . 42 (21): 9505–9511. Бибкод : 2015GeoRL..42.9505J . дои : 10.1002/2015GL066193 . ISSN 0094-8276 .

Внешние ссылки

[1] Лиде, Дэвид Р.; Кехиян, Генри В. (1994). Справочник CRC по теплофизическим и темохимическим данным (PDF) . ЦРК Пресс. п. 31.

[2] Абжан, Р.; А. Бидо-Мею; Ю. Герн (15 июля 1990 г.). «Показатель преломления тетрафторида углерода (CF4) в диапазоне длин волн 300–140 нм». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 292 (3): 593–594. Бибкод : 1990NIMPA.292..593A . дои : 10.1016/0168-9002(90)90178-9 .

[Kestin1971-3] Кестин, Дж.; Ро, СТ; Уэйкхэм, Вашингтон (1971). «Справочные значения вязкости двенадцати газов при 25°C». Труды Фарадеевского общества . 67 : 2308–2313. дои : 10.1039/TF9716702308 .

[Ull-4] Перейти обратно: ^а ^б Зигемунд, Гюнтер; Швертфегер, Вернер; Фейринг, Эндрю; Умный, Брюс; Бер, Фред; Фогель, Гервард; МакКьюсик, Блейн (2002). «Соединения фтора органические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a11_349 . ISBN 978-3527306732 .

[hagan-5] О'Хаган Д. (февраль 2008 г.). «Понимание фторорганической химии и катионов. Знакомство со связью C – F». Обзоры химического общества . 37 (2): 308–19. дои : 10.1039/b711844a . ПМИД 18197347 .

[Lemal2004-6] Перейти обратно: ^а ^б Лемаль, Д.М. (2004). «Перспектива химии фторуглеродов». Дж. Орг. хим. 69 (1): 1–11. дои : 10.1021/jo0302556 . ПМИД 14703372 .

[chemelem-7] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .

[williams-8] К. Уильямс, К. Гупта, М. Василик. Скорость травления при микромеханической обработке – Часть II J. Microelectromech. сист., вып. 12, стр. 761–777, декабрь 2003 г.

[9] Мун, Мён Кук; Нам, Ук-Вон; Ли, Чан Хи; Эм, ВТ; Чхве, Ён-Хён; Чхон, Чон Кю; Конг, Кён Нам (2005). «Низкоэффективный двумерный позиционно-чувствительный детектор нейтронов для измерения профиля пучка». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 538 (1–3): 592–596. Бибкод : 2005NIMPA.538..592M . дои : 10.1016/j.nima.2004.09.020 .

[10] Артаксо, Пауло; Бернтсен, Терье; Беттс, Ричард; Фэйи, Дэвид В.; Хейвуд, Джеймс; Лин, Джудит ; Лоу, Дэвид К.; Мире, Гуннар; Нганга, Джон; Принн, Рональд; Рага, Грасиела; Шульц, Майкл; ван Дорланд, Роберт (февраль 2018 г.). «Изменения в составе атмосферы и радиационном воздействии» (PDF) . Межправительственная группа экспертов по изменению климата . п. 212 . Проверено 17 марта 2021 г.

[11] «Индикаторы изменения климата – Концентрация парниковых газов в атмосфере – Рисунок 4» . Агентство по охране окружающей среды США . 27 июня 2016 г. Проверено 26 сентября 2020 г.

[12] Батлер Дж. и Монцка С. (2020). «Ежегодный индекс парниковых газов NOAA (AGGI)» . NOAA /Лаборатории исследования системы Земли. Лаборатория глобального мониторинга

[13] Цицерон, Ральф Дж. (05.10.1979). «Тетрафторид углерода в атмосфере: почти инертный газ» (PDF) . Наука . 206 (4414): 59–61. Бибкод : 1979Sci...206...59C . дои : 10.1126/science.206.4414.59 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17812452 . S2CID 34911990 .

[14] «Энергия облигаций» . www2.chemistry.msu.edu . Проверено 15 января 2023 г.

[JubbMcGillen2015-15] Джабб, Аарон М.; МакГиллен, Макс Р.; Портманн, Роберт В.; Дэниел, Джон С.; Беркхолдер, Джеймс Б. (2015). «Атмосферный фотохимический источник стойкого парникового газа CF4» . Письма о геофизических исследованиях . 42 (21): 9505–9511. Бибкод : 2015GeoRL..42.9505J . дои : 10.1002/2015GL066193 . ISSN 0094-8276 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

v т и Галометаны
Unsubstituted	CH₄
Monosubstituted	CH₃F CH₃Cl CH₃Br CH₃I CH₃At
Disubstituted	CH₂F₂ CH₂ClF CH₂BrF CH₂FI CH₂Cl₂ CH₂BrCl CH₂ClI CH₂Br₂ CH₂BrI CH₂I₂
Trisubstituted	CHF₃ CHClF₂ CHBrF₂ CHF₂I CHCl₂F CHBrClF CHClFI CHBr₂F CHBrFI CHFI₂ CHCl₃ CHBrCl₂ CHCl₂I CHBr₂Cl CHBrClI CHClI₂ CHBr₃ CHBr₂I CHBrI₂ CHI₃
Tetrasubstituted	CF₄ CClF₃ CBrF₃ CF₃I CCl₂F₂ CBrClF₂ CClF₂I CBr₂F₂ CBrF₂I CF₂I₂ CCl₃F CBrCl₂F CCl₂FI CBr₂ClF C*BrClFI CClFI₂ CBr₃F CBr₂FI CBrFI₂ CFI₃ CCl₄ CBrCl₃ CCl₃I CBr₂Cl₂ CBrCl₂I CCl₂I₂ CBr₃Cl CBr₂ClI CBrClI₂ CClI₃ CBr₄ CBr₃I CBr₂I₂ CBrI₃ CI₄
* Chiral compound.

v т и Неорганические соединения углерода и родственных ионов
Compounds	CF CO CO₂ CO₃ CO₄ CO₅ CO₆ COS CS C₂S₂ CS₂ CSe₂ C₃O₂ C₃S₂ SiC
Carbon ions	Carbides [:C≡C:]²⁻, [::C::]⁴⁻, [:C=C=C:]⁴⁻ Cyanide [:C≡N:]⁻ Cyanate [:O−C≡N:]⁻ Thiocyanate [:S−C≡N:]⁻ Fulminate [:C≡N−O:]⁻ Thiofulminate [:C≡N−S:]⁻
Nanostructures	Graphite intercalation compounds Fullerides
Oxides and related	Oxides Nitrides Metal carbonyls Carbonic acid Bicarbonates Carbonates