Τετραφθοράνθρακας

Δεσμολογία

Οι δεσμοί C-F είναι οι ισχυρότεροι που υπάρχουν στην οργανική χημεία. Επιπρόσθετα, οι συγκεκριμένοι δεσμοί του τετραφθοράνθρακα, ενισχύονται ακόμη περισσότερο από το γεγονός ότι συνδέονται και οι τέσσερεις στο ίδιο άτομο άνθρακα. Έτσι, ο τετραφθοράνθρακαας έχει τους ισχυρότερους δεσμούς ανάμεσα στα υπόλοιπα φθορομεθάνια, δηλαδή το φθορομεθάνιο, το διφθορομεθάνιο και το τριφθορομεθάνιο. Αυτό είναι αποτέλεσμα της αυξημένης ηλεκτροστατικής έλξης μεταξύ των μερικώς αρνητικά φορτισμένων ατόμων φθορίου και του μερικώς θετικά φορτισμένου ατόμου άνθρακα, του οποίου το ηλεκτροστατικό φορτίο στον τετραφθοράνθρακα είναι + 0,76.

Βιομηχανική

O τετραφθοράνθρακας είναι το προϊόν που παράγεται όταν οποιαδήποτε ανθρακούχα ένωση, ή ανθρακούχα στοιχειακή αλλομορφή του άνθρακα, καίγεται σε ατμόσφαιρα (στοιχειακού) φθορίου:
Στην περίπτωση των υδρογονανθράκων, το υδροφθόριο είναι ένα άλλο προϊόν μιας τέτοιας καύσης (δηλαδή σε ατμόσφαιρα στοιχειακού φθορίου). Η παραγωγή του αναφέρθηκε για πρώτη φορά το 1926. Μπορεί να παραχθεί ακόμη και με φθορίωση διοξειδίου του άνθρακα, μονοξειδίου του άνθρακα ή φωσγενίου, με την επίδραση τετραφθοριούχου θείου:
Εμπορικά, ο τετραφθοράνθρακας παράγονταν με χημική αντίδραση φθορίου ή υδροφθορίου με διφθοροδιχλωρομεθάνιο ή με τριφθοροχλωρομεθάνιο. Παράγεται ακόμη με ηλεκτρόλυση φθοριούχων μετάλλων, γενικού τύπου MF ή MF₂, χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδιο άνθρακα. Παρόλο που είναι διαθέσιμες πολυάριθμες μέθοδοι παραγωγής του, από μυριάδες πρόδρομες ύλες και στοιχειακό φθόριο, επειδή το στοιχειακό φθόριο είναι ακριβό και δύσχρηστο, ο τετραφθοράνθρακας παράγεται βιομηχανικά με χρήση υδροφθορίου:

Εργαστηριακή μέθοδος

Ο τετραφθοράνθρακας μπορεί να παραχθεί στο χημικό εργαστήριο με αντίδραση καρβιδίου του πυριτίου με (στοιχειακό) φθόριο:

Ιδιότητες

Ο τετραφθοράνθρακας, όπως και οι άλλοι φθοράνθρακες, είναι πολύ σταθεροί, εξαιτίας της ισχύος των δεσμών C-F, που περιέχουν. Οι δεσμοί αυτοί, στον τετραφθοράνθρακα, έχουν δεσμική ενέργεια 515 kJ/mol. Ως αποτέλεσμα, ο τετραφθοράνθρακας είναι αδρανής έναντι σε οξέα και σε υδροξείδια. Ωστόσο, αντιδρά εκρηκτικά με αλκαλιμέταλλα. Η θερμική διάσπασή του, παρουσία οξυγόνου, παράγει δυο τοξικά αέρια προϊόντα, το καρβονυλοφθορίδιο (COF₂) και το μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Αν η θερμική διάσπαση γίνει παρουσία και νερού παράγεται επίσης υδροφθόριο. Είναι πολύ ελάχιστα διαλυτό στο νερό, αλλά είναι αναμίξειμο με οργανικούς διαλύτες, όπως το βενζόλιο και το χλωροφόρμιο.

Εφαρμογές

Ο τετραφθοράνθρακας, μερικές φορές χρησιμοποιήθηκε ως ψυκτικό χαμηλής θερμοκρασίας. Επίσης χρησιμοποιήθηκε σε μικροκατασκευές ηλεκτρονικών, μόνο του ή σε συνδυασμό με οξυγόνο, σε χαρακτική πλάσματος για πυρίτιο, διοξείδιο του πυριτίου, και αζωτούχο πυρίτιο. Τέλος χρησιμοποιήθηκε και σε ανιχνευτές νετρονίων.

Επιπτώσεις στο περιβάλλον

Παρόλο που δομικά είναι παρόμοιος με τους φθοροχλωράνθρακες, ο τετραφθοράνθρακας δεν καταστρέφει το στρώμα του όζοντος. Αυτό συμβαίνει γιατί η καταστροφή του όζοντος προκαλείται από τα άτομα χλωρίου (ή βρωμίου), γιατί αυτά αποσπούνται από τα μόρια με την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Οι δεσμοί C-F είναι ισχυρότεροι και γι' αυτό είναι πολύ λιγότερο πιθανό να διασπαστούν.
Ο τετραφθοράνθρακας είναι ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου και συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Είναι πολύ σταθερό, με ατμοσφαιρική διάρκεια ζωής 50.000 χρόνια, και δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης 6.500 (υπολογισμένο μάλιστα μόνο για τα πρώτα 100 χρόνια της ατμοσφαιρικής «ζωής» του. Υπενθυμίζεται ότι το γνωστότερο αέριο του θερμοκηπίου, το διοξείδιο του άνθρακα έχει δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης μόλις 1. Σύμφωνα με μια άλλη εκτίμηση, το δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης του τετραφθοράνθρακα ανέρχεται σε 7.390). Ωστόσο, η συνολική ποσότητα που εκλύθηκε στην ατμόσφαιρα είναι χαμηλή και γι' αυτό έχει χαμηλή συνολική συνεισφορά στην ανακλαστική δύναμη της ατμόσφαιρας της Γης. Σύμφωνα με το βιβλίο Γκίνες, ο τετραφθοράνθρακας είναι το πιο «επίμονο» αέριο του θερμοκηπίου.

Κίνδυνοι υγείας

Εξαρτώμενη από τη συγκέντρωση, η εισπνοή τετραφθοράνθρακα μπορεί να προκαλέσει πονοκέφαλο, ναυτία, ζαλάδα και βλάβη στο καρδιαγγειακό σύστημα (κυρίως στην καρδιά. Η μακροχρόνια έκθεση σε τετραφθοράνθρακα μπορεί να προκαλέσει σοβαρή βλάβη στην καρδιά. Εξαιτίας της πυκνότητάς του, ο τετραφθοράνθρακας μπορεί να εκτοπίσει τον αέρα, προκαλώντας κίνδυνο ασφυξίας σε ανεπαρκώς αεριζόμενους χώρους.