Тетрафторид углерода

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Тетрафтормета́н (четырёхфтористый углерод, тетрафторид углерода, CF₄) — бинарное химическое соединение. Коммерческие названия соединения при использовании в качестве хладагента: фреон-14, хладон-14.

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, по парниковому эффекту он в 6500 раз превосходит CO₂. Основной вклад в парниковый эффект, равный 0.07-0.12 K/ppbv, происходит при низких концентрациях в воздухе до 1 ppbv. При бо́льших концентрациях происходит насыщение основной полосы поглощения и его парниковое действие становится менее эффективным.

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), в этаноле (около 80 мг/кг при 25 °С) и бензоле (около 64 мг/кг при 25 °C).

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:

$𝖢{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖫𝗂\mathsf{\to }𝖢\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖫𝗂𝖥;$

$\mathrm{𝟥}𝖢{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖠𝗅\stackrel{T}{\to }\mathrm{𝟥}𝖢\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}.$

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.

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

$𝖲𝗂𝖢\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖢{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}𝖲𝗂{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\uparrow }.$

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

$𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\to }𝖢{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }.$

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

$\mathrm{𝟦}𝖭{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖢\stackrel{350-375^{o}C}{\to }\mathrm{𝟤}{𝖭}_{\mathrm{𝟤}}{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖢{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\uparrow }.$

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

$𝖢\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\stackrel{>900^{o}C}{\to }𝖢{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\uparrow }.$

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

$𝖢𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥\stackrel{}{\to }𝖢{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖧𝖢𝗅\mathsf{\uparrow }.$

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.

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 газом, вызывающим сильный парниковый эффект. Потенциал глобального потепления (ПГП) тетрафторметана на временном интервале 100 лет составляет 7390 единиц, для сравнения, ПГП основного парникового газа — углекислого газа (CO₂) принимается равным 1. Но этот газ не вносит пока существенный вклад в парниковый эффект, так как его концентрация в атмосфере очень низка. Тетрафторметан очень стабильное соединение, время его полураспада в атмосфере составляет примерно Шаблон:Num и поэтому происходит его постепенное техногенное накопление в атмосфере.

Тетрафторметан схож по строению с хлорфторметанами, но в отличие от них тетрафторметан не разрушает озоновый слой. Это происходит потому, что озон разрушают атомы хлора, образующиеся при фотодиссоциации хлорфторуглеродов под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца.

Опасность использования

Тетрафторметан нетоксичен, но при длительном вдыхании воздуха с низкими концентрациями возможен наркотический эффект.

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

• Перфторуглеводороды
• Фреоны