Тетрафторид углерода

Тетрафторид углерода
Общие
Систематическое наименование	фторид углерода(IV), тетрафторид углерода
Сокращения	R14
Традиционные названия	тетрафторметан, перфторметан, метфоран, углерод четырехфтористый, углерода тетрафторид, фреон 14, хладон 14
Хим. формула	CF4
Физические свойства
Состояние	бесцветный газ без запаха
Молярная масса	88,0043 г/моль
Плотность	газ 3,72 г/л; ж. 1,96-184 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	−183,6 °C
Т. кип.	−127,8 °C
Т. всп.	негорюч °C
Т. свспл.	1100 °C
Кр. точка	температура: −45,65 °C давление: 3,745 МПа плотность: 0,625 г/см³
Энтальпия образования	−933 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	Очень мало растворим в воде (20 °C) 0.005 %
Растворимость в остальных веществах	смешивается с этанолом, эфиром, бензолом
Оптические свойства
Показатель преломления	1.113
Структура
Дипольный момент	0.461 Д
Классификация
Рег. номер CAS	[http://www.commonchemistry.org/ChemicalDetail.aspx?ref=75-73-0 75-73-0 75-73-0]
PubChem	6393
Рег. номер EINECS	200-896-5
SMILES	C(F)(F)(F)F
InChI	1S/CF4/c2-1(3,4)5 TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N
Рег. номер EC	200-896-5
RTECS	FG4920000
ChemSpider	6153
Безопасность
Токсичность	0 1 0
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Тетрафторметан — бинарное химическое соединение. Химическая формула — CF₄. Синонимы: четырёхфтористый углерод, тетрафторид углерода, фреон 14, хладон 14.

Тетрафторметан является самым простым из фторуглеродов. По сравнению с другими тетрагалогенидами 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. Тетрафторметан является парниковым газом.

Свойства

Физические

При комнатной температуре представляет собой химически инертный, бесцветный газ без запаха.

Свойства соединения

Тетрафторметан является одним из самых стабильных соединений в органической химии. Лишь при высоких температурах в присутствии кислорода или на воздухе он разлагается до карбонилфторида и угарного газа.

Из фторпроизводных метана, представленных фторметаном, дифторметаном, трифторметаном и тетрафторметаном, связь фтора и углерода в тетрафторметане является самой прочной.

Получение

Чистый тетрафторметан был впервые синтезирован в 1926 году. Тетрафторметан может быть получен в лабораторных условиях при реакции карбида кремния с фтором:

${\mathsf {SiC+2F_{2}\rightarrow CF_{4}+Si}}$${\mathsf {SiC+2F_{2}\rightarrow CF_{4}+Si}}$

Он также может быть получен фторированием диоксида углерода, окиси углерода или фосгена с помощью тетрафторида серы. Коммерчески он производится реакцией фтора с дихлордифторметаном или хлортрифторметаном; также — в ходе электролиза фторидов металла MF, MF₂ с помощью угольного электрода.

Также можно получить данное вещество из углекислого газа, угарного газа или фосгена фторированием тетрафторидом серы:

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

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

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

Самым простым способом получения является реакция при температуре выше 900 °C углерода с фтором:

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

Химические свойства

Тетрафторметан, как и другие фторуглероды, весьма устойчив благодаря связи фтор—углерод. Энергия связи в этом соединении равна 515 кДж/моль. В результате этого он инертен по отношению к кислотам и основаниям. Тем не менее, он реагирует с некоторыми активными металлами, а с щелочными металлами со взрывом. При контакте тетрафторметана с пламенем в избытке кислорода получаются токсичные газы (например карбонилфторид или окись углерода); в присутствии воды получается фтороводород.

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

${\mathsf {3CF_{4}+4Al{\xrightarrow {t}}3C+4AlF_{3}}}$${\mathsf {3CF_{4}+4Al{\xrightarrow {t}}3C+4AlF_{3}}}$

Использование

• Тетрафторметан иногда применяют в качестве низкотемпературного хладагента (фреон 14, хладон 14).
• В микроэлектронике, отдельно, или в сочетании с кислородом как плазменный протравливатель на кремнии, диоксиде кремния или нитриде кремния.
• Компонент дыхательных смесей при глубоководных погружениях.
• В системах автоматического пожаротушения.
• Стабилизатор разложения озона.
• Разбавитель при проведении химических реакций.
• Реагента для получения фторорганических продуктов.

Воздействие на окружающую среду

Тетрафторметан является сильным парниковым газом, который способствует парниковому эффекту. Это очень стабильное соединение, время его полураспада составляет примерно 50 000 лет, в то время как самая высокая отметка ПГП составляет 6500 лет (главным парниковым газом является CO₂).

Тетрафторметан схож по строению с хлорфторуглеродом (ХФУ), но в отличие от него тетрафторметан не разрушает озоновый слой. Это происходит потому, что с озоном взаимодействуют атомы хлора в ХФУ, которые образуются под действием ультрафиолетового излучения.

Опасность использования

При контакте кожи с жидкостью возможно обморожение. Вдыхание тетрафторметана может привести, в зависимости от концентрации, к головной боли, помутнению сознания, тошноте, головокружению и повредить сердечно-сосудистую систему. Длительное воздействие может вызвать серьёзные повреждения сердца.

Благодаря своей плотности тетрафторметан может вытеснить воздух, что может привести к удушению в недостаточно проветриваемых помещениях.

См. также

• Перфторуглеводороды
• Фреоны