Halometan - Halomethane

Halomethane compuși sunt derivați de metan (CH 4 ) , cu unul sau mai mulți dintre hidrogen atomi înlocuiți cu halogen atomi ( F , CI , Br sau I ). Halometanii sunt atât naturali, în special în mediile marine, cât și de origine umană, mai ales ca agenți frigorifici, solvenți, propulsori și fumiganți. Multe, inclusiv clorofluorocarburile , au atras atenția largă, deoarece devin active atunci când sunt expuse la lumina ultravioletă care se găsește la altitudini mari și distrug stratul protector de ozon al Pământului .

Structură și proprietăți

La fel ca metanul în sine, halometanii sunt molecule tetraedrice. Atomii de halogen diferă foarte mult ca mărime și încărcare de hidrogen și unul de celălalt. În consecință, majoritatea halometanilor se abat de la simetria tetraedrică perfectă a metanului.

Proprietățile fizice ale halometanilor depind de numărul și identitatea atomilor de halogen din compus. În general, halometanii sunt volatili, dar mai puțin decât metanul din cauza polarizabilității halogenurilor. Polarizabilitatea halogenurilor și polaritatea moleculelor le fac utile ca solvenți. Halometanii sunt mult mai puțin inflamabili decât metanul. În linii mari, reactivitatea compușilor este cea mai mare pentru ioduri și cea mai mică pentru fluoruri.

Producție

Trasee industriale

Halometanii sunt produși pe scară masivă din precursori abundenți, adică gaze naturale sau metanol și din halogeni sau halogenuri. De obicei, acestea sunt pregătite prin una din cele trei metode.

  • Clorurarea radicalilor liberi a metanului:
CH 4 + Cl 2 (+ UV) → CH 3 Cl + HCI

Această metodă este utilă pentru producerea CH 4-x Cl x (x = 1, 2, 3 sau 4). Principalele probleme cu această metodă sunt că cogenerează HCl și produce amestecuri de produse diferite. Folosind CH 4 în exces mare generează în principal CH 3 Cl și utilizând Cl 2 , în mare exces generează în primul rând CCl 4 , dar amestecurile de alte produse vor fi încă prezente.

  • Halogenarea metanolului. Această metodă este utilizată pentru producerea de mono-clorură, -bromură și -iodură.
CH 3 OH + HCI → CH 3 Cl + H 2 O
4 CH 3 OH + 3 Br 2 + S → 4 CH 3 Br + H 2 SO 4 + 2 HBr
3 CH 3 OH + 3 I 2 + P → 3 CH 3 I + HPO (OH) 2 + 3 HI
  • Schimb de halogeni. Metoda este utilizată în principal pentru a produce derivați fluorurați din cloruri.
CH 3 Cl + HF → CH 3 F + HCI
CH 2 Cl 2 + HF → CH 2 FCl + HCI
CH 2 Cl 2 + 2 HF → CH 2 F 2 + 2 HCI
CH 2 Cl 2 + F 2 → CH 2 F 2 + Cl 2
HCCl 3 + HF → HCFCl 2 + HCI
HCCl 3 + 2 HF → HCF 2 Cl + 2 HCI
HCCl 3 + F 2 → HCF 2 Cl + Cl 2
HCCl 3 + 3 HF → HCF 3 + 3 HCI
HCCl 3 + F 2 + HF → HCF 3 + Cl 2 + HCI
CCl 4 + HF → CFCI 3 + HCI
CCl 4 + 2 HF → CF 2 Cl 2 + 2 HCI
CCl 4 + F 2 → CF 2 Cl 2 + Cl 2
CCl 4 + 3 HF → CF 3 Cl + 3 HCI
CCl 4 + F 2 + HF → CF 3 Cl + Cl 2 + HCI
CCl 4 + 4 HF → CF 4 + 4 HCI
CCl 4 + F 2 + 2 HF → CF 4 + Cl 2 + 2 HCI
CCl 4 + 2 F 2 → CF 4 + 2 Cl 2
CH 4 + ClOH → CH 3 Cl + H 2 O
CH 3 OH + ClOH → CH 3 Cl + H 2 O 2

Urmele de halometani din atmosferă apar prin introducerea altor materiale industriale non-naturale.

În natură

Multe organisme marine biosintetizează halometanii, în special compușii care conțin brom. Cantități mici de clorometan apar din interacțiunea surselor de clor cu diverși compuși de carbon. Biosinteza acestor halometani este catalizată de enzimele cloroperoxidază și respectiv bromoperoxidază . O ecuație idealizată este:

CH 4 + Cl - + 1/2 O 2 → CH 3 Cl + OH -

Clase de compuși

Halonii sunt de obicei definiți ca hidrocarburi în care atomii de hidrogen au fost înlocuiți cu brom, împreună cu alți halogeni. Acestea sunt menționate de un sistem de numere de cod similar cu (dar mai simplu decât) sistemul utilizat pentru freoni. Prima cifră specifică numărul de atomi de carbon din moleculă, a doua este numărul de atomi de fluor, a treia este atomii de clor, iar a patra este numărul de atomi de brom. Dacă numărul include a cincea cifră, al cincilea număr indică numărul de atomi de iod (deși iodul în halon este rar). Orice legături care nu sunt preluate de atomii de halogen sunt apoi alocate atomilor de hidrogen.

De exemplu, luați în considerare Halon 1211: CF Cl Br 1 2 1 1

Halonul 1211 are un atom de carbon, doi atomi de fluor, un atom de clor și un atom de brom. Un singur carbon are doar patru legături, toate fiind preluate de atomii de halogen, deci nu există hidrogen. Astfel, formula sa este CF 2 BrCl, iar numele său IUPAC este, prin urmare, bromoclorodifluormetan.

ANSI / ASHRAE Standard 34-1992

Sistemul de denumire a agentului frigorific este utilizat în principal pentru alcanii scurți fluorurați și clorurați folosiți ca agenți frigorifici. În Statele Unite, standardul este specificat în standardul ANSI / ASHRAE 34-1992, cu suplimente anuale suplimentare. Prefixele ANSI / ASHRAE specificate erau FC (fluorocarbon) sau R (agent frigorific), dar astăzi majoritatea sunt prefixate printr-o clasificare mai specifică:

Sistemul de decodare pentru CFC-01234a este:

  • 0 = Număr de obligațiuni duble (omise dacă zero)
  • 1 = atomi de carbon -1 (omis dacă zero)
  • 2 = atomi de hidrogen +1
  • 3 = Atomi de fluor
  • 4 = Înlocuit cu brom (a fost adăugat prefixul "B")
  • a = Scrisoare adăugată pentru identificarea izomerilor, izomerul „normal” din orice număr are cea mai mică diferență de masă pe fiecare carbon și a, b sau c sunt adăugați pe măsură ce masele diferă de normal.

Sunt utilizate și alte sisteme de codificare.

Compuși hidrofluorici (HFC)

Hidrofluorocarburile (HFC) nu conțin clor. Acestea sunt compuse în întregime din carbon, hidrogen și fluor. Nu au efecte cunoscute asupra stratului de ozon; fluorul în sine nu este toxic pentru ozon. Cu toate acestea, HFC și perfluorocarbonele (PFC) sunt gaze cu efect de seră , care provoacă încălzirea globală . Două grupuri de haloalcani, hidrofluorocarburi (HFC) și perfluorocarburi , sunt ținte ale Protocolului de la Kyoto . Allan Thornton, președintele Agenției de Investigare a Mediului , un caine de supraveghere neguvernamental, spune că HFC sunt de până la 12.500 de ori mai puternici decât dioxidul de carbon în încălzirea globală. Potențialul de încălzire globală mai mare are două cauze: HFC rămân în atmosferă perioade lungi de timp și au mai multe legături chimice decât CO 2 , ceea ce înseamnă că sunt capabili să absoarbă mai multă energie solară pe moleculă decât dioxidul de carbon. Țările bogate se limitează la aceste gaze. Thornton spune că multe țări produc inutil aceste substanțe chimice doar pentru a obține credite de carbon. Astfel, ca urmare a regulilor de comercializare a carbonului în temeiul Protocolului de la Kyoto, aproape jumătate din creditele din țările în curs de dezvoltare provin din HFC, China obținând miliarde de dolari din capturarea și distrugerea HFC care ar fi în atmosferă ca subproduse industriale.

Prezentare generală a principalilor halometani

Majoritatea permutațiilor de hidrogen, fluor, clor, brom și iod pe un atom de carbon au fost evaluate experimental.

Privire de ansamblu asupra Halomethanes
Numele sistematic
Numele comune / banale		 Cod Utilizare Chem. formulă
Tetraclorometan Tetraclorură de carbon , Freon 10

( Freonul este o denumire comercială pentru un grup de clorofluorocarburi utilizate în principal ca agent frigorific . Principala substanță chimică utilizată sub această marcă este diclorodifluormetan. Cuvântul Freon este o marcă înregistrată aparținând DuPont .)

CFC-10 Fost în stingătoare CCl 4
Tetrabrometan Tetrabromură de carbon CBr 4
Tetraiodometan Tetraiodură de carbon CI 4
Tetrafluormetan Tetrafluorură de carbon, Freon 14 PFC-14
(CFC-14 și HF-14 sunt de asemenea utilizate, deși formal sunt incorecte) 		CF 4
Clorometan Clorură de metil Agent de metilare; de exemplu, pentru metil triclorosilan CH 3 Cl
Diclorometan Clorură de metilen Solvent CH 2 Cl 2
Triclorometan Cloroform Solvent CHCI 3
Triclorofluormetan Freon-11, R-11 CFC-11 CCl 3 F
Diclorodifluormetan Freon-12, R-12 CFC-12 CCl 2 F 2
Clorotrifluormetan CFC-13 CClF 3
Clorodifluormetan R-22 HCFC-22 CHCIF 2
Trifluormetan Fluoroform HFC-23 În industria semiconductoarelor, agentul frigorific 3 CHF
Clorofluormetan Freonul 31 Agent frigorific (eliminat treptat) CH 2 ClF
Difluormetan HFC-32 Agent frigorific cu potențial de reducere a ozonului zero CH 2 F 2
Fluorometan Fluorură de metil HFC-41 Fabricarea semiconductoarelor CH 3 F
Bromometan Bromura de metil Sterilizant și fumigant pentru sol, în prezent fiind eliminat treptat. Acesta epuizează puternic stratul de ozon și este extrem de toxic. CH 3 fr
Dibrometan Bromură de metilen Solvent și intermediar chimic. CH 2 Br 2
Tribromometan Bromoform Pentru separarea mineralelor grele CHBr 3
Bromoclorometan Halon 1011 Fost în stingătoare CH 2 BrCI
Bromoclorodifluormetan BCF, Halon 1211 BCF sau Freon 12B1 Halon 1211 CBrClF 2
Bromotrifluormetan BTM, Halon 1301 BTM sau Freon 13BI Halon 1301 CBrF 3
Trifluoroiodometan Iodură de trifluorometil Freonul 13T1 Sinteza organică CF 3 I
Iodometan Iodură de metil Sinteza organică CH 3 I

Aplicații

Deoarece au multe aplicații și sunt ușor de preparat, halometanii au avut un interes comercial intens.

Solvenți

Diclorometanul este cel mai important solvent pe bază de halometan. Volatilitatea sa, inflamabilitatea redusă și capacitatea de a dizolva o gamă largă de compuși organici fac din acest lichid incolor un solvent util. Este utilizat pe scară largă ca decapant de vopsea și degresant . În industria alimentară , a fost folosită anterior pentru decofeinizarea cafelei și ceaiului , precum și pentru prepararea extractelor de hamei și alte arome . Volatilitatea sa a dus la utilizarea sa ca agent de propulsie cu aerosoli și ca agent de suflare pentru spumele poliuretanice .

Propulsori

O utilizare majoră a CFC-urilor a fost propulsorii aerosolilor , inclusiv inhalatoarele cu doze măsurate pentru medicamentele utilizate pentru tratarea astmului . Conversia acestor dispozitive și tratamente din CFC în propulsori care nu au același efect asupra stratului de ozon este aproape completă. Producția și importul sunt acum interzise în Statele Unite.

Stingerea incendiilor

Sistem de stingere a incendiilor bazat pe halon în interiorul Diefenbunker , un buncăr nuclear de cădere în Canada.

La temperaturi ridicate, halonii se descompun pentru a elibera atomi de halogen care se combină ușor cu atomi de hidrogen activi, stingând reacțiile de propagare a flăcării chiar și atunci când rămâne combustibil, oxigen și căldură adecvate. Reacția chimică într - o flacără continuă ca un radical liber de reacție în lanț ; prin sechestrarea radicalilor care propagă reacția, halonii sunt capabili să oprească focul la concentrații mult mai mici decât sunt cerute de supresorii de incendiu folosind metodele mai tradiționale de răcire, lipsa de oxigen sau diluarea combustibilului.

De exemplu, sistemele de inundații totale Halon 1301 sunt utilizate în mod obișnuit la concentrații care nu depășesc 7% din volum în aer și pot suprima multe incendii la 2,9% v / v. Spre deosebire, sistemele de inundații de suprimare a incendiilor cu dioxid de carbon funcționează de la o concentrație în volum de 34% (combustie lichidă numai la suprafață) până la 75% (capcane de praf). Dioxidul de carbon poate provoca suferință severă la concentrații de 3-6% și a cauzat moartea prin paralizie respiratorie în câteva minute la o concentrație de 10%. Halonul 1301 provoacă doar o ușoară vertij la concentrația sa efectivă de 5% și chiar și la 15% cei expuși rămân conștienți, dar afectați și nu suferă efecte pe termen lung. (Animalele experimentale au fost, de asemenea, expuse la concentrații de 2% de Halon 1301 timp de 30 de ore pe săptămână timp de 4 luni, fără efecte discernabile asupra sănătății.) Halon 1211 are, de asemenea, o toxicitate scăzută, deși este mai toxic decât Halon 1301 și, prin urmare, este considerat inadecvat pentru sisteme de inundații.

Cu toate acestea, suprimarea focului Halon 1301 nu este complet netoxică; flacără cu temperatură foarte ridicată sau contactul cu metalul roșu poate provoca descompunerea Halon 1301 la subproduse toxice. Prezența unor astfel de produse secundare este ușor detectată, deoarece acestea includ acid bromhidric și acid fluorhidric , care sunt intens iritante. Halonii sunt foarte eficienți pentru incendii din clasa A (solide organice), B (lichide și gaze inflamabile) și C (electrice), dar sunt nepotrivite pentru incendii din clasa D (metal), deoarece nu vor produce doar gaze toxice și nu vor opriți incendiul, dar în unele cazuri prezintă un risc de explozie. Halonii pot fi folosiți la focurile de clasă K (uleiuri și grăsimi de bucătărie), dar nu oferă avantaje față de spumele specializate.

Halonul 1301 este comun în sistemele de inundații totale. În aceste sisteme, băncile de cilindri cu halon sunt menținute sub presiune la aproximativ 4  MPa (600  psi ) cu azot comprimat , iar o rețea de conducte fixă ​​duce la incinta protejată. La declanșare, întregul conținut măsurat al unuia sau mai multor cilindri este descărcat în incintă în câteva secunde, prin duze concepute pentru a asigura o amestecare uniformă în toată camera. Cantitatea aruncată este pre-calculată pentru a atinge concentrația dorită, de obicei 3-7% v / v. Acest nivel este menținut pentru o perioadă de timp, de obicei cu cel puțin zece minute și uneori până la douăzeci de minute de „înmuiere”, pentru a se asigura că toate articolele s-au răcit, astfel încât este puțin probabil să se producă reanimarea, apoi aerul din incintă este purificat, în general printr-un sistem de purjare fix care este activat de autoritățile competente. În acest timp, incinta poate fi introdusă de persoanele care poartă SCBA . (Există un mit comun că acest lucru se datorează faptului că halonul este extrem de toxic; de fapt, se poate datora faptului că poate provoca vertij și ușor afectarea percepției și din cauza riscului de produse secundare de ardere.)

Extinctoare portabile pe bază de halon

Sistemele de inundații pot fi acționate manual sau declanșate automat de un VESDA sau alt sistem de detectare automată. În acest din urmă caz, o sirenă de avertizare și o lampă stroboscopică vor fi activate mai întâi timp de câteva secunde pentru a avertiza personalul să evacueze zona. Descărcarea rapidă a halonului și răcirea rapidă consecventă umple aerul cu ceață și este însoțită de un zgomot puternic și dezorientant.

Din motive de mediu, se desfășoară alternative.

Halon 1301 este, de asemenea, utilizat în luptătorul F-16 pentru a preveni vaporii de combustibil din rezervoarele de combustibil să devină explozivi; când aeronava intră într-o zonă cu posibilitate de atac, Halon 1301 este injectat în rezervoarele de combustibil pentru o singură utilizare. Din motive de mediu, trifluoroiodometanul (CF 3 I) este considerat o alternativă.

Halonul 1211 este de obicei utilizat în stingătoarele manuale, în care un utilizator de halon lichid este direcționat către un incendiu mai mic. Fluxul se evaporă sub presiune redusă, producând o răcire locală puternică, precum și o concentrație ridicată de halon în imediata apropiere a focului. În acest mod, focul se stinge prin răcire și lipsa de oxigen la miezul focului, precum și prin stingerea radicală pe o zonă mai mare. După suprimarea focului, halonul se difuzează, fără a lăsa reziduuri.

Blocuri chimice

Clorometanul și brometanul sunt folosiți pentru a introduce grupări metil în sinteza organică . Clorodifluormetanul este principalul precursor al tetrafluoretilenei , care este precursorul monomeric al teflonului .

Siguranță

Haloalcanii au diverse proprietăți, îngreunând generalizările. Puțini sunt extrem de toxici, dar mulți prezintă riscuri din cauza expunerii prelungite. Unele aspecte problematice includ carcinogenitatea (de exemplu, iodura de metil) și afectarea ficatului (de exemplu, tetraclorura de carbon). În anumite condiții de ardere, clorometanii se transformă în fosgen , care este foarte toxic.

Vezi si

Referințe

linkuri externe