Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тетрафторметан, также известный как тетрафторид углерода или R 14, является простейшим перфторуглеродом (CF4). Как следует из его названия IUPAC, тетрафторметан является перфторированным аналогом углеводорода метана. Его также можно классифицировать как галоалкан или галометан. Тетрафторметан – полезный хладагент, но также и мощный парниковый газ. Кроме того, прочность углерод-фторных связей увеличивается с добавлением большего количества таких связей к одному и тому же атому углерода. В одноуглеродных органофтористых соединениях, представленных молекулами фторметана, дифторметана, трифторметана и тетрафторметана, углерод-фторные связи наиболее прочны именно в тетрафторметане. Этот эффект обусловлен усилением кулоновского притяжения между атомами фтора и углеродом, поскольку углерод имеет положительный частичный заряд 0,76. Его также можно получить путем фторирования диоксида углерода, монооксида углерода или фосгена тетрафторидом серы. В промышленности его получают реакцией фтористого водорода с дихлородифторметаном или хлортрифторметаном; он также образуется в процессе электролиза фторидов металлов MF, MF2 с использованием углеродного электрода. Хотя его можно синтезировать из множества прекурсоров и фтора, элементарный фтор дорог и сложен в обращении. Поэтому в промышленном масштабе его получают с использованием фтористого водорода: CCl2F2 + 2 HF → CF4 + 2 HCl.
Tetrafluoromethane, also known as carbon tetrafluoride or R 14, is the simplest perfluorocarbon (CF4). As its IUPAC name indicates, tetrafluoromethane is the perfluorinated counterpart to the hydrocarbon methane. It can also be classified as a haloalkane or halomethane. Tetrafluoromethane is a useful refrigerant but also a potent greenhouse gas. Additionally, they strengthen as more carbon–fluorine bonds are added to the same carbon. In the one carbon organofluorine compounds represented by molecules of fluoromethane, difluoromethane, trifluoromethane, and tetrafluoromethane, the carbon–fluorine bonds are strongest in tetrafluoromethane. This effect is due to the increased coulombic attractions between the fluorine atoms and the carbon because the carbon has a positive partial charge of 0.76. It can also be prepared by the fluorination of carbon dioxide, carbon monoxide or phosgene with sulfur tetrafluoride. Commercially it is manufactured by the reaction of hydrogen fluoride with dichlorodifluoromethane or chlorotrifluoromethane; it is also produced during the electrolysis of metal fluorides MF, MF2 using a carbon electrode. Although it can be made from a myriad of precursors and fluorine, elemental fluorine is expensive and difficult to handle. Consequently, is prepared on an industrial scale using hydrogen fluoride:
CCl2F2 + 2 HF → CF4 + 2 HCl
Реакции
Тетрафторметан, как и другие фторуглероды, очень стабилен благодаря прочности углерод-фторных связей. Энергия связи в тетрафторметане составляет 515 кДж⋅моль−1. В результате он инертен по отношению к кислотам и гидроксидам. Однако он бурно реагирует со щелочными металлами. Термическое разложение или сгорание CF4 приводит к образованию токсичных газов (карбонилфторида и монооксида углерода), а в присутствии воды также образуется фтороводород. Он очень мало растворим в воде (около 20 мг⋅л−1), но хорошо смешивается с органическими растворителями.
Tetrafluoromethane, like other fluorocarbons, is very stable due to the strength of its carbon–fluorine bonds. The bonds in tetrafluoromethane have a bonding energy of 515 kJ⋅mol−1. As a result, it is inert to acids and hydroxides. However, it reacts explosively with alkali metals. Thermal decomposition or combustion of CF4 produces toxic gases (carbonyl fluoride and carbon monoxide) and in the presence of water will also yield hydrogen fluoride. It is very slightly soluble in water (about 20 mg⋅L−1), but miscible with organic solvents.
Применение
Тетрафторметан иногда используется как низкотемпературный хладагент (R 14). Он применяется в микроэлектронике самостоятельно или в сочетании с кислородом в качестве плазменного травителя для кремния, диоксида кремния и нитрида кремния. Также он находит применение в нейтронных детекторах.
Tetrafluoromethane is sometimes used as a low temperature refrigerant (R 14). It is used in electronics microfabrication alone or in combination with oxygen as a plasma etchant for silicon, silicon dioxide, and silicon nitride. It also has uses in neutron detectors.
Экологические последствия
Тетрафторметан — мощный парниковый газ, способствующий парниковому эффекту. Он очень стабилен, имеет атмосферный срок службы 50 000 лет и высокий потенциал глобального потепления, в 6500 раз превышающий потенциал CO2. Тетрафторметан является наиболее распространенным перфторуглеродом в атмосфере, где он обозначается как ПФК-14. Его концентрация в атмосфере увеличивается. По состоянию на 2019 год, антропогенные газы CFC-11 и CFC-12 продолжают оказывать более сильное радиационное воздействие, чем ПФК-14. Несмотря на структурное сходство с хлорфторуглеродами (ХФУ), тетрафторметан не разрушает озоновый слой, поскольку связь углерода и фтора значительно прочнее, чем связь углерода и хлора. Основные промышленные выбросы тетрафторметана, помимо гексафторэтана, образуются в процессе производства алюминия по технологии Холла — Эру. CF4 также образуется как продукт разложения более сложных соединений, таких как галоуглероды.
Tetrafluoromethane is a potent greenhouse gas that contributes to the greenhouse effect. It is very stable, has an atmospheric lifetime of 50,000 years, and a high greenhouse warming potential 6,500 times that of CO2. Tetrafluoromethane is the most abundant perfluorocarbon in the atmosphere, where it is designated as PFC 14. Its atmospheric concentration is growing. As of 2019, the man made gases CFC 11 and CFC 12 continue to contribute a stronger radiative forcing than PFC 14. Although structurally similar to chlorofluorocarbons (CFCs), tetrafluoromethane does not deplete the ozone layer because the carbon–fluorine bond is much stronger than that between carbon and chlorine. Main industrial emissions of tetrafluoromethane besides hexafluoroethane are produced during production of aluminium using Hall Héroult process. CF4 also is produced as product of the breakdown of more complex compounds such as halocarbons.
Риски для здоровья
Из-за своей плотности тетрафторметан может вытеснять воздух, создавая опасность удушья в плохо вентилируемых помещениях. В противном случае, благодаря своей стабильности, он обычно безвреден.
Due to its density, tetrafluoromethane can displace air, creating an asphyxiation hazard in inadequately ventilated areas. Otherwise, it is normally harmless due to its stability.