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tetrafluoruro de carbono

El tetrafluorometano , también conocido como tetrafluoruro de carbono o R-14, es el perfluorocarbono ( CF 4 ) más simple. Como indica su nombre IUPAC, el tetrafluorometano es la contraparte perfluorada del hidrocarburo metano . También se puede clasificar como haloalcano o halometano . El tetrafluorometano es un refrigerante útil pero también un potente gas de efecto invernadero . [3] Tiene una fuerza de unión muy alta debido a la naturaleza del enlace carbono-flúor .

Vinculación

Debido a los múltiples enlaces carbono-flúor y a la alta electronegatividad del flúor , el carbono del tetrafluorometano tiene una carga parcial positiva significativa que fortalece y acorta los cuatro enlaces carbono-flúor proporcionando un carácter iónico adicional . Los enlaces carbono-flúor son los enlaces simples más fuertes en la química orgánica . [4] Además, se fortalecen a medida que se agregan más enlaces carbono-flúor al mismo carbono. En los compuestos organofluorados de un carbono representados por moléculas de fluorometano , difluorometano , trifluorometano y tetrafluorometano, los enlaces carbono-flúor son más fuertes en el tetrafluorometano. [5] Este efecto se debe al aumento de las atracciones culombicas entre los átomos de flúor y el carbono porque el carbono tiene una carga parcial positiva de 0,76. [5]

Preparación

El tetrafluorometano es el producto que se produce cuando cualquier compuesto de carbono, incluido el propio carbono, se quema en una atmósfera de flúor. Con los hidrocarburos, el fluoruro de hidrógeno es un coproducto. Se informó por primera vez en 1926. [6] También se puede preparar mediante la fluoración de dióxido de carbono , monóxido de carbono o fosgeno con tetrafluoruro de azufre . Comercialmente se fabrica mediante la reacción de fluoruro de hidrógeno con diclorodifluorometano o clorotrifluorometano ; también se produce durante la electrólisis de fluoruros metálicos MF, MF 2 utilizando un electrodo de carbono.

Aunque puede elaborarse a partir de una gran variedad de precursores y flúor, el flúor elemental es caro y difícil de manipular. En consecuencia, la FQ
4se prepara a escala industrial utilizando fluoruro de hidrógeno : [3]

CCl 2 F 2 + 2 HF → CF 4 + 2 HCl

Síntesis de laboratorio

El tetrafluorometano y el tetrafluoruro de silicio se pueden preparar en el laboratorio mediante la reacción de carburo de silicio con flúor.

SiC + 4 F 2 → CF 4 + SiF 4

Reacciones

El tetrafluorometano, al igual que otros fluorocarbonos, es muy estable debido a la fuerza de sus enlaces carbono-flúor. Los enlaces del tetrafluorometano tienen una energía de enlace de 515 kJ⋅mol −1 . Como resultado, es inerte a ácidos e hidróxidos. Sin embargo, reacciona explosivamente con los metales alcalinos . La descomposición térmica o combustión del CF 4 produce gases tóxicos ( fluoruro de carbonilo y monóxido de carbono ) y, en presencia de agua, también produce fluoruro de hidrógeno .

Es muy ligeramente soluble en agua (aproximadamente 20 mg⋅L −1 ), pero miscible con disolventes orgánicos.

Usos

A veces se utiliza tetrafluorometano como refrigerante de baja temperatura (R-14). Se utiliza en microfabricación electrónica solo o en combinación con oxígeno como grabador de plasma para silicio , dióxido de silicio y nitruro de silicio . [7] También tiene usos en detectores de neutrones. [8]

Efectos ambientales

Serie temporal de tetrafluorometano (CF 4 ) de Mauna Loa .
PFC-14 medido por el Experimento Avanzado de Gases Atmosféricos Globales (AGAGE) en la atmósfera inferior ( tropósfera ) en estaciones de todo el mundo. Las abundancias se dan como fracciones molares medias mensuales libres de contaminación en partes por billón .
Concentración atmosférica de CF 4 (PFC-14) frente a gases similares fabricados por el hombre (gráfico derecho). Tenga en cuenta la escala logarítmica.

El tetrafluorometano es un potente gas de efecto invernadero que contribuye al efecto invernadero . Es muy estable, tiene una vida atmosférica de 50.000 años y un alto potencial de calentamiento de efecto invernadero, 6.500 veces mayor que el del CO 2 . [9]

El tetrafluorometano es el perfluorocarbono más abundante en la atmósfera, donde se le denomina PFC-14. Su concentración atmosférica está creciendo. [10] A partir de 2019, los gases artificiales CFC-11 y CFC-12 siguen contribuyendo a un forzamiento radiativo más fuerte que el PFC-14. [11]

Aunque estructuralmente similar a los clorofluorocarbonos (CFC), el tetrafluorometano no agota la capa de ozono [12] porque el enlace carbono-flúor es mucho más fuerte que el que existe entre el carbono y el cloro. [13]

Las principales emisiones industriales de tetrafluorometano, además del hexafluoroetano , se producen durante la producción de aluminio mediante el proceso Hall-Héroult . El CF 4 también se produce como producto de la descomposición de compuestos más complejos como los halocarbonos . [14]

Riesgos de salud

Debido a su densidad, el tetrafluorometano puede desplazar el aire, creando un peligro de asfixia en áreas con ventilación inadecuada. De lo contrario, normalmente es inofensivo debido a su estabilidad.

Ver también

Referencias

  1. ^ Abjean, R.; A. Bideau-Mehu; Y. Guern (15 de julio de 1990). "Índice de refracción del tetrafluoruro de carbono (CF4) en el rango de longitud de onda de 300-140 nm". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A: aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 292 (3): 593–594. Código bibliográfico : 1990NIMPA.292..593A. doi :10.1016/0168-9002(90)90178-9.
  2. ^ Kestin, J.; Ro, ST; Wakeham, Washington (1971). "Valores de referencia de la viscosidad de doce gases a 25°C". Transacciones de la Sociedad Faraday . 67 : 2308–2313. doi :10.1039/TF9716702308.
  3. ^ ab Siegemund, Günter; Schwertfeger, Werner; Feiring, Andrés; Inteligente, Bruce; Behr, Fred; Vogel, Herward; McKusick, Blaine (2002). "Compuestos de flúor orgánicos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a11_349. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ O'Hagan D (febrero de 2008). "Comprensión de la química organofluorada y de los cationes. Una introducción al enlace C-F". Reseñas de la sociedad química . 37 (2): 308–19. doi :10.1039/b711844a. PMID  18197347.
  5. ^ ab Lemal, DM (2004). "Perspectiva de la química de los fluorocarbonos". J. Org. Química. 69 (1): 1–11. doi :10.1021/jo0302556. PMID  14703372.
  6. ^ Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. ^ K. Williams, K. Gupta, M. Wasilik. Tasas de grabado para procesamiento de micromecanizado - Parte II J. Microelectromecánica. Sistema, vol. 12, págs. 761–777, diciembre de 2003.
  8. ^ Luna, Myung-Kook; Nam, Reino Unido-Won; Lee, Chang-Hee; Em, VT; Choi, Young-Hyun; Cheon, Jong-Kyu; Kong, Kyung Nam (2005). "Detector de neutrones bidimensional sensible a la posición de baja eficiencia para medición del perfil del haz". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A: aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 538 (1–3): 592–596. Código Bib : 2005NIMPA.538..592M. doi :10.1016/j.nima.2004.09.020.
  9. ^ Artaxo, Paulo; Berntsen, Terje; Betts, Richard; Fahey, David W.; Haywood, James; Lean, Judith ; Lowe, David C.; Myhre, Gunnar; Nganga, John; Prinn, Ronald; Raga, Graciela; Schulz, Michael; van Dorland, Robert (febrero de 2018). "Cambios en los constituyentes atmosféricos y en el forzamiento radiativo" (PDF) . Panel Internacional sobre Cambio Climático . pag. 212 . Consultado el 17 de marzo de 2021 .
  10. ^ "Indicadores de cambio climático - Concentración atmosférica de gases de efecto invernadero - Figura 4". Agencia de Proteccion Ambiental de los Estados Unidos . 27 de junio de 2016 . Consultado el 26 de septiembre de 2020 .
  11. ^ Mayordomo J. y Montzka S. (2020). "El índice anual de gases de efecto invernadero (AGGI) de la NOAA". Laboratorio de Monitoreo Global de la NOAA / Laboratorios de Investigación del Sistema Terrestre.
  12. ^ Cicerone, Ralph J. (5 de octubre de 1979). "Tetrafluoruro de carbono atmosférico: un gas casi inerte" (PDF) . Ciencia . 206 (4414): 59–61. Código Bib : 1979 Ciencia... 206... 59C. doi : 10.1126/ciencia.206.4414.59. ISSN  0036-8075. PMID  17812452. S2CID  34911990.
  13. ^ "Energías de enlace". www2.química.msu.edu . Consultado el 15 de enero de 2023 .
  14. ^ Jubb, Aaron M.; McGillen, Max R.; Portmann, Robert W.; Daniel, Juan S.; Burkholder, James B. (2015). "Una fuente fotoquímica atmosférica del persistente gas de efecto invernadero CF4". Cartas de investigación geofísica . 42 (21): 9505–9511. Código Bib : 2015GeoRL..42.9505J. doi : 10.1002/2015GL066193 . ISSN  0094-8276.

enlaces externos