Кіріспе

Метаннан алынған галогендік қосылыстар. Галометан қосылыстары – метанның (CH4) бір немесе бірнеше сутек атомдары галоген атомдарымен (F, Cl, Br немесе I) алмастырылған туындылары. Галометандар табиғи жағдайда, әсіресе теңіз ортасында, және адам жасаған, ең бастысы – тоңазытқыштар, еріткіштер, итергіш газдар және дезинфекциялық заттар ретінде кездеседі. Көптеген, соның ішінде хлорфторкөміртегі, кеңінен назар аударды, себебі олар жоғары биіктіктегі ультракүлгін сәулелерге ұшырағанда белсенділеніп, Жердің қорғаныш озон қабатын бұзады.

Құрылымы мен қасиеттері

Метанның өзі сияқты, галометан да тетраэдрлі молекулалар болып табылады. Галоген атомдарының мөлшері мен заряды сутектен және бір-бірінен күрт өзгеше. Осының салдарынан, көптеген галометан метанның толық тетраэдрлік симметриясынан ауытқып кетеді. Галометанның физикалық қасиеттері қосылыстағы галоген атомдарының саны мен түріне байланысты. Жалпы айтқанда, галометан ұшқыш, бірақ галоидтардың поляризациялану қабілетіне байланысты метанға қарағанда аз ұшқыш. Галоидтардың поляризациялану қабілеті мен молекулалардың полярлығы оларды еріткіштер ретінде пайдалы етеді. Галометан метандан әлдеқайда аз тұтанады. Көбінесе, қосылыстардың реакциялық белсенділігі йодты галометан үшін ең жоғары, ал фторлы галометан үшін ең төмен болады.

Құралымдардың кластары

Галондар көбінесе сутек атомдары броммен және басқа галогендермен алмастырылған көмірсутектер ретінде анықталады. Олар фреондар үшін қолданылатын жүйеге ұқсас (бірақ одан қарапайым) кодтар жүйесімен белгіленеді. Бірінші цифр молекуладағы көміртек атомдарының санын, екіншісі фтор атомдарының санын, үшіншісі хлор атомдарының санын, ал төртіншісі бром атомдарының санын көрсетеді. Санда бесінші цифр болса, ол йод атомдарының санын білдіреді (бірақ галондарда йод сирек кездеседі). Галоген атомдарымен толыққан жоқ байланыстар сутек атомдарына беріледі. Мысалы, Halon 1211 қарастырайық. Бұл галонның атауындағы 1211 саны 1 көміртек атомы, 2 фтор атомы, 1 хлор атомы және 1 бром атомы бар екенін көрсетеді. Бір көміртек атомында төрт байланыс болады, олардың барлығы галоген атомдарымен толыққан, сондықтан сутек атомдары жоқ. Оның формуласы CF2ClBr, демек IUPAC атауы – бромхлордифторметан.

Гидрофтор қосылыстары (ГФУ)

Фторсутекті көмірсутектерде (ФСК) хлор жоқ. Олар толығымен көміртек, сутек және фтордан тұрады. Олардың озон қабатына әсері жоқ; фтордың өзі озонға зиянды емес. Дегенмен, ФСК және перфторкөмірсутектер (ПФК) – жаһандық жылынуға себеп болатын парниктік газдар. Галоалкандардың екі тобы – фторсутекті көмірсутектер (ФСК) және перфторкөмірсутектер – Киото протоколының назар аудару мақсатындағы объектілері болып табылады. Экологиялық тергеу агенттігінің президенті Аллан Торнтон, үкіметтік емес, қоршаған ортаны қадағалайтын ұйым, ФСК-лар жаһандық жылыну тұрғысынан көмірқышқыл газынан 12 500 есе күшті дейді. Глобалды жылынудың жоғары потенциалының екі себебі бар: ФСК-лар атмосферада ұзақ уақыт сақталады, және олардың химиялық байланыстары CO2-ге қарағанда көп, яғни олар бір молекулаға көмірқышқыл газына қарағанда көбірек күн энергиясын сіңіре алады. Дамыған елдер бұл газдарды шектеуде. Торнтонның сөзіне göre, көптеген елдер көміртегілік кредиттер алу үшін бұл химиялық заттарды қажетсіз өндіреді. Осылайша, Киото протоколы бойынша көміртегімен сауда жасау ережелерінің нәтижесінде дамып келе жатқан елдерден алынған кредиттердің шамамен жартысы ФСК-дан түскен, ал Қытай өнеркәсіптік өнім ретінде атмосфераға шығатын ФСК-ны ұстап, жою арқылы миллиардтаған доллар тапқан.

Қолданбалар

Галометанның көптеген қолданыстары бар және оны дайындау оңай болғандықтан, коммерциялық қызығушылықтың өте жоғары деңгейінде.

Еріткіштер

Дихлорметан – галометан негізіндегі ең маңызды еріткіш. Оның жоғары ұшпа бұлдырлығы, төмен тұтанақтығы және кең ауқымды органикалық қосылыстарды еріту қабілеті осы түссіз сұйықтықты тиімді еріткіш етеді. Оның ұшпа бұлдырлығы оны аэрозольдік спрейдің қозғаушы газы ретінде және полиуретан көбіктерін жасауға қолдануға мүмкіндік берді.

Қозғалтқыштар

КФЭ-нің (көміртек-фторлы көмірсутектердің) негізгі қолданылуларының бірі – аэрозольдерді итергіш ретінде пайдалану, оның ішінде астманы емдеуге қолданылатын дәрілік заттардың дозаланған ингаляторларында. Бұл құрылғылар мен емдеулерді КФЭ-ден озон қабатына зиян келтірмейтін итергіштерге ауыстыру шамалы қалды. Қазір АҚШ-та оларды өндіруге және импорттауға тыйым салынған.

Өрт сөндіру

Жоғары температурада галондар ыдырайды, галоген атомдарын бөліп шығарады, олар белсенді сутек атомдарымен жылдам әрекеттесіп, оттың таралу реакцияларын тоқтатады, тіпті отын, оттегі және жылу жеткілікті мөлшерде болған жағдайда да. Оттағы химиялық реакция бос радикалдар тізбекті реакциясы ретінде жүзеге асады; реакцияны таратушы радикалдарды байланыстыру арқылы галондар отты сөндіруші заттарға қарағанда салқындату, оттегінен айыру немесе отынды сұйылту сияқты дәстүрлі әдістерге қарағанда әлдеқайда төмен концентрацияда тоқтатуға мүмкіндік береді. Озон қабатының азаюына байланысты кейбір елдерде галонды өрт сөндіргіштерге тыйым салынған, ал АҚШ әскері олардың орнын басатын заттарды қолдануда. Галон 1301 толық көлемді су басу жүйелері әдетте ауадағы көлемнің 7% аспайтын концентрациясында қолданылады және көптеген өрттерді 2,9% v/v концентрациясында сөндіруге қабілді. Ал көмірқышқыл газының өрт сөндіру жүйелері 34% көлемдік концентрациядан (тек сұйық отынның беткі жағының жануы) 75%-ға дейін (тозаң жинағыштар) жұмыс істейді. Көмірқышқыл газы 3-6% концентрациясында ауыр мазасыздық тудыруы мүмкін, ал 10% концентрациясында бірнеше минут ішінде тыныс алу парализінен өлімге әкелуі мүмкін. Галон 1301 тиімді концентрациясы 5% болғанда жеңіл бас айналуын ғана тудырады, ал 15% концентрацияда да әсер еткендер ес білуі мүмкін, бірақ қабілеттері төмендеп, ұзақ мерзімді салдары болмайды. (Эксперименттік жануарлар 4 ай бойы аптасына 30 сағаттан 2% концентрациядағы Галон 1301 әсеріне ұшырады, денсаулықтарына ешқандай зиян келгені байқалмады.) Галон 1211-дің де уыттылығы төмен, бірақ ол Галон 1301-ге қарағанда уыттырақ, сондықтан толық көлемді су басу жүйелері үшін жарамсыз деп есептеледі. Дегенмен, Галон 1301 өрт сөндіру кезінде толығымен уытты емес; өте жоғары температурадағы жалын немесе қызыл ыстық металлпен жанасу Галон 1301-дің уытты қосалқы өнімдерге ыдырауына себеп болуы мүмкін. Мұндай қосалқы өнімдердің болуын анықтау оңай, себебі олар қатты тітіркендіретін гидробром қышқылы мен фторсутек қышқылынан тұрады. Галондар А класындағы (органикалық қатты заттар), В класындағы (жануға қабілетті сұйықтықтар мен газдар) және С класындағы (электрлік) өрттерде өте тиімді, бірақ олар D класындағы (металл) өрттерге жарамсыз, себебі олар уытты газ шығарып, отты тоқтатуға ғана емес, кейбір жағдайларда жарылыс қаупін де тудырады. Галондар K класындағы (ас үй майлары мен майлары) өрттерде қолданылуы мүмкін, бірақ арнайы көбіктерге қарағанда ешқандай артықшылығы жоқ. Галон 1301 көбінесе толық көлемді су басу жүйелерінде қолданылады. Бұл жүйелерде галон цилиндрлерінің бірнеше тобы қысылған азотпен шамамен 4 МПа (600 пса) қысымда ұсталады, ал бекітілген құбыр желісі қорғалған кеңістікке дейін созылады. Жүйе іске қосылғанда, бір немесе бірнеше цилиндрдің барлық өлшенген мазмұны бірнеше секунд ішінде кеңістікке, бөлмеде біркелкі араласуды қамтамасыз ететін соплолар арқылы шығарылады. Шығарылатын өнімнің мөлшері қажетті концентрацияға жету үшін алдын ала есептеледі, әдетте 3–7% v/v. Бұл деңгей белгілі бір уақыт бойы сақталады, әдетте кемінде он минут, кейде жиырма минутқа дейін «ысталқылау» уақыты, барлық заттардың салқындануын қамтамасыз ету үшін, содан кейін кеңістіктегі ауа тазартылады, әдетте тиісті органдар іске қосқан тұрақты тазарту жүйесі арқылы. Осы уақыт ішінде кеңістікке SCBA (жеке тыныс алу аппараты) киген адамдар кіре алады. (Галонның өте уытты екендігі туралы кең таралған миф бар; шын мәнінде, ол бас айналуына және көру қабілетінің сәл нашарлауына, сондай-ақ жану өнімдерінің қаупіне себеп болуы мүмкін.) Су басу жүйелерін қолмен немесе VESDA немесе басқа автоматты анықтау жүйесі арқылы автоматты түрде іске қосуға болады. Соңғы жағдайда, алдымен бірнеше секундқа ескерту сиренасы мен стробоскоптық шам іске қосылады, ол персоналды аумақты эвакуациялау туралы ескертеді. Галонның жылдам шығарылуы және одан кейінгі жылдам салқындату ауаны тұманмен толтырады және қатты, бағдарсыз дыбыспен бірге жүреді. Галон 1301 сондай-ақ F-16 истребителінде отын бактеріяларындағы отын буларының жарылғыш болуын болдырмау үшін қолданылады; ұшақ шабуылға ұшырауы мүмкін аймаққа кіргенде, Галон 1301 отын бактеріяларына бір рет қолдану үшін құйылады. Озон қабатының азаюына байланысты трифтор-иодометан (CF3I) балама ретінде қарастырылуда. Галон 1211 көбінесе қолмен ұсталатын өрт сөндіргіштерде қолданылады, онда сұйық галон ағыны пайдаланушы кішірек отқа бағыттайды. Ағын төмен қысымда буланып, жергілікті қатты салқындатуды, сондай-ақ оттың жақын маңында галонның жоғары концентрациясын тудырады. Бұл жағдайда, өрт салқындату және оттегінен айыру арқылы өрттің ортасында сөндіріледі, сондай-ақ үлкен аумақта радикалдарды тоқтату арқылы. Өрт сөндірілгеннен кейін галон таралып, ешқандай қалдық қалдырмайды.

Химиялық құрылыс блоктары

Хлорметан және бромметан органикалық синтезде метил топтарын енгізу үшін қолданылады. Хлордифторметан тетрафторэтиленнің негізгі алды, ал тетрафторэтилен тефлонның мономерлік алды болып табылады.

Қауіпсіздік

Галоалкандардың қасиеттері әртүрлі болғандықтан, жалпылама тұжырым жасау қиын. Аз ғанасы жедел уытты, бірақ көптегені ұзақ уақыт бойы әсер ететін жағдайда қауіп тудырады. Кейбір мәселелі жақтарына канцерогенділік және бауырдың зақымдануы (мысалы, көміртек тетрахлориді) жатады. Белгілі бір жағу жағдайларында хлорметандар жоғары уытты фосгенге айналады.