Тетрафтормета́н ( четырёхфтористый углерод, тетрафторид углерода, C F ₄ ) — 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 .

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 , , 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 :

${\displaystyle {\mathsf {CF_{4}+4Li\rightarrow C+4LiF}};}$

${\displaystyle {\mathsf {3CF_{4}+4Al\ {\xrightarrow {T}}\ 3C+4AlF_{3}}}.}$

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 :

${\displaystyle {\mathsf {SiC+4F_{2}\rightarrow CF_{4}\uparrow +SiF_{4}\uparrow }}.}$

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

${\displaystyle {\mathsf {CO_{2}+SF_{4}\rightarrow CF_{4}\uparrow +SO_{2}\uparrow }}.}$

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

${\displaystyle {\mathsf {4NF_{3}+C\xrightarrow {350-375^{o}C} 2N_{2}F_{4}+CF_{4}\uparrow }}.}$

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

${\displaystyle {\mathsf {C+2F_{2}\xrightarrow {>900^{o}C} CF_{4}\uparrow }}.}$

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

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{2}F_{2}+2HF\ \xrightarrow {\ } CF_{4}\uparrow +2HCl\uparrow }}.}$

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 (CO ₂ ) 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 50 000 лет 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

Примечания