فلوروكربون
مركبات الفلوروكربون Fluorocarbons، أوالپرفلوروكربون perfluorocarbons (الكربون المشبع بالفلور)، أواختصاراً PFCs، هي مركبات فلور عضوي، صيغتها الكيميائية CxFy، أي أنها تحتوي فقط على الكربون والفلور، على الرغم من عدم اتباع المصطلحات بدقة. المركبات ذات السابقة پرفلورو- perfluoro، تعني "المشبعة بالفلور"، وهي هيدروكربونات، وتضم المركبات ذات الذرات الغير متجانسة، حيث جميع روابط الكربون-هيدروجين قد استبدلت بروابط الفلور-كربون.
مركبات الفلوروكربون قد تكون پرفلوروألكانات، فلوروألكينات وفلوروألكاينات والمركبات الحلقية المشبعة بالفلور. تستخدم الفلوروكربوات ومشتقاتها كپوليمرات فلورية، مثلجات، مذيبات، ومواد تخدير.
الپرفلوروألكانات
الخصائص الكيميائية
الپرفلوروألكانات هي مركبات مستقرة للغاية بسبب قوة رابطة الكربون-فلور، التي تعتبر من أقوى الروابط في الكيمياء العضوية.
قوتها ناتجة عن السلبية الكهربية للفلور الراجعة جزئياً لطابعها الأيوني من خلال الشحنات الجزئية على ذرات الكربون والفلور، التي تزداد قصراً وقوة من خلال التفاعلات التساهمية المناسبة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الروابط المتعددة بين الكربون والفلور تزيد من قوة واستقرار روابط الكربون-الفلور المجاورة على نفس الكربون الغير مستوي، حيث يتمتع الكربون بشحنة جزئية موجبة أعلى. علاوة على ذلك، فإن روابط الكربون-فلور المتعددة تقوي أيضاً روابط الكربون-كربون "الهيكلية" عن طريق التأثير الحثي. بناءً على ذلك، فإن الفلوروكربونات المشبعة تكون أكثر استقراراً من الناحية الكيميائية والحرارية عن نظيراتها الهيدروكربونية اللقاءة، بل أكثر من أي مركب عضوي آخر. وهي عرضة لهجوم المختزلات بالغة القوة، مثل مختزل بريتش والمركبات الفلزية العضوية شديدة المجال.
الفلوروكربونات هي مركبات عديمة اللون وذات كثافة عالية، أكثر مرتين من كثافة الماء. وهي قابلة للامتزاج مع معظم المذيبات العضوية (مثل الإيثانول، الأسيتون، أسيتات الإثيل، والكلوروفورم)، لكنها قابلة للامتزاج مع بعض الهيدروكربونات (مثل الهكسان في بعض الحالات). وهي ذات ذوبانية منخفضة للغاية في الماء، ويتمتع الماء بذوبانية منخفض للغاية فيها (10 جزء في المليون). وتمتع معاملات انكسار منخفضة للغاية.
|
الشحنات الجزئية في
رابطة كربون-فلور مستقطبة |
حيث حتى السلبية الكهربية المرتفعة للفلور تخفض قابلية الاستقطاب الذري، فإن الفلوروكربونات تتأثر بدرجة ضعيفة فقط لثنائيات القطب العابرة التي تشكل أساس قوة تشتت لندن. نتيجة لذلك، تتمتع الفلوروكربونات بقوى جذب منخفضة للغاية بين الجزئيات وهي كارهة للدهن فضلاً عن كونها كارهة للماء وغير قطبية. وتظهر القوى البين جزيئية الضعيفة لهذه المركبات لزوجة منخفضة بالمقارنة مع السوائل ذات نقاط الغليان المماثلة، توتر سطحي منخفض وحرارة تبخر منخفضة.
- پرفلوروألكين (ألكين مشبع بالفلور)
رابع فلوريد الكربون، أبسط پرفلوروألكين
Perfluorooctane، پرفلوروألكين خطي
Perfluoro-2-methylpentane، پرفلوروألكين متفرع
Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane، پرفلوروألكين حلقي
Perfluorodecalin، پرفلوروألكين متعدد الحلقات
القابلية للاشتعال
في الستينيات كان هناك الكثير من الاهتمام بمركبات الفلوروكربون في مجالات مثل التخدير. لم يفض البحث إلى شيء، ولكن بُذل الكثير من الجهد على قضية القابلية للاشتعال، وتبين حتى مركبات الفلوروكربون المختبرة ليست قابلة للاشتعال في الهواء بأي نسبة، على الرغم من حتى معظمها خالي من الأكسجين وخالي من أكسيد النيتروز (غازات هامة في التخدير).
| المركب | ظروف الاختبار | النتيجة |
|---|---|---|
| سداسي فلوروكربون | قابلية اشتعال منخفضة في الأكسجين | لا توجد |
| پيرفلوروپنتان | نقطة الوميض في الهواء | لا توجد |
| نقطة الوميط في الأكسجين | −6 °س | |
| نقطة وميض أكسيد النيتروز | −32 °س | |
| Perfluoromethylcyclohexane | قابلية اشتعال منخفضة في الهواء | لا توجد |
| قابلية اشتعال منخفضة في الأكسجين | 8.3% | |
| قابلية اشتعال منخفضة في الأكسجين (50 °س) | 7.4% | |
| قابلية اشتعال منخفضة في أكسيد النيتروز | 7.7% | |
| Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane | قابلية اشتعال منخفضة في الأكسجين (50 °س) | 5.2% |
| Perfluoromethyldecalin | اختبار الاشتعال العفوي في الأكجسين عند 127 بار |
لا يوجد اشتعال عند 500 °س |
| Spontaneous ignition in adiabatic shock wave in oxygen, 0.98 to 186 bar |
لا يوجد اشتعال | |
| Spontaneous ignition in adiabatic shock wave in oxygen, 0.98 to 196 bar |
يوجد اشتعال |
خصائص الانحلال الغازية
| السائل | 104 x1 | الهجريز، mM |
|---|---|---|
| الماء | 0.118 | 0.65 |
| الإيثانول | 3.57 | 6.12 |
| الأسيتون | 5.42 | 7.32 |
| رباعي هيدروفوران | 5.21 | 6.42 |
| Cyclohexane | 7.73 | 7.16 |
| Perfluoromethylcyclohexane | 33.1 | 16.9 |
| Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane | 31.9 | 14.6 |
الإنتاج
تطورت صناعة الفلوروكربون مع اندلاع الحرب العالمية الثانية. قبل ذلك، كانت مركبات الفلوروكربون تحضر بتفاعل الفلور مع الهيدروكربون، أي الفلورة المباشرة. لأن رابطة الكربون-كربون تنكسر بسرعة بالفلور، فإن الفلورة المباشرة تنتج بشكل أساسي پرفلوروكربونات أصغر، مثل ثلاثي فلوروميثان، سداسي فلوروميثان، وثماني فلوروپروبان.
عملية فاولر
كان الاختراق الكبير الذي جاز بإنتاج واسع النطاق من الفلوروكربونات هوعملية فاولر. في هه العملية، يستخدم فلوريد الكوبالت الثلاثي كمصدر للفلور.
- C6H14 + 28 CoF3 → C6F14 + 14 HF + 28 CoF2
- 2 CoF2 + F2 → 2 CoF3
الفلورة الكهروكيميائية
الفلورة الكهروكيميائية (ECF) (تُعهد أيضاً بعملية سيمونز) وتتضمن التحليل الكهربائي للركيزة الذائبة في فلوريد الهيدروجين. حيث حتى الفلور نفسه يصنع بواسطة التحليل الكهربائي لفلوريد الهيدروجين، فإن الفلورة الكهروكيميائية تأخذ مساراً مباشراً بدرجة أكبر للفلوروكربونات. تتم هذه العملية على تيار كهربي منخفض (5-6 ڤولت) ومن ثم فإن الفلور الحر لا يتحرر. اختيار الركيزة مقيد بأن تكون قابلة للذوبان في فلوريد الهيدروجين . عادة ما تستخدم الإثيرات والأمينات الثلاثية.
- N(C6H13)3 + 45 HF → 3 C6F14 + NF3 + 42 H2
مخاوف بيئية وصحية
بشكل عام، الفلوروكربونات مركبات خاملة وغير سامة.
مركبات الفلوروكربون لا تستنفد الأوزون، حيث أنها لا تحتوي على ذرات الكلور أوالبروم، وتستخدم أحياناً كبديل للمواد الكيماوية التي تستنفد الأوزون. يستخدم مصطلح الفلوروكربون بشكل فضفاض إلى حد ما ليضم أي مادة كيميائية تحتوي على الفلور والكربون، بما في ذلك الكلوروفلوروكربونات، التي تستنفد الأوزون. يُخلط أحياناً بين الفلوروألكانات وfluorosurfactants، التي تتراكم حيوياً بشكل كبير.[]
لا تتراكم مركبات الپرفلوروألكانات حيوياً؛[] فالمستخدم منها طبياً يخرج من الجسم بشكل سريع، وخاصة عند انقضاء معدل الإخراج كدالة لضغط البخر، نصف عمر ثماني الفلوروپروپان أقل من دقيقتين، مقارنة بنصف عمر يقارب الأسبوع للپرفلورودكالين.
مركبات الپرفلوروألكانات منخفضة الغليان هي غازات دفيئة محتملة، ويرجع السبب في ذلك جزئياً إلى فترة بقائها الطويلة للغاية في الغلاف الجوي، واستخدامها مقيد بموجب پروتوكول كيوتو.[]
كانت صناعة صهر الألومنيوم مصدراً رئيسياً لمركبات الفلوروكربون المترسبة بالغلاف الجوي (ثلاثي فلوروميثان وسداسي فلوروميثان بشكل خاص)، التي تتكون كمنتج ثانوي لعملية التحليل الكهربائي. ومع ذلك، فقد شاركت الصناعة بشكل فعال في خفض الانبعاثات في السنوات الأخيرة.
التطبيقات
لأن الپرفلوروألكانات خاملة، فليس لها استخدامات كيميائية أساسية، لكن خصائصها تؤدي إلى استخدامها في الكثير من التطبيقات المتنوعة. وتضم:
- كشاف الكربون المشبع بالفلور
- عازل سوائل
- ترسيب كيميائي للبخار
- دورة الرانكين العضوي
- التحفيز الفلوري ثنائي الطور
- مستحضرات التجميل
بالإضافة للعديد من الاستخدامات الطبية:
- تنفس السائل
- بديل الدم
- الموجات فوق الصوتية المحسنة المتباينة
- جراحة العيون
- إزالة الوشم
الفلوروألكينات والفلوروألكاينات
الفلوروكربونات الغير مشبعة أكثر تفاعلية عن الفلوروألكانات. على الرغم من حتى ثنائي الفلوروستيالين غير مستقر (كما هوالحال بالنسبة للألكانات ذات العلاقة، انظر ثنائي الكلوروستايلين)، فإن سداسي الفلورو-2-بيوتين والألكاينات المفلورة المتعلقة معروفة جيداً.
- فلوروكربونات غير مشبعة
پيرفلوروأيزوبوتين، غاز فلوروألكين نشط وشديد السمية.
تترافلوروإثيلين، مونومر مفلور هام.
سداسي فلوروپروپلين، پيرفلوروألكين آخر هام.
سداسي فلورو-2-بيوتين، پيرفلوروألكين.
الپلمرة
پلمرة الفلوروألكينات أكثر طرداً للحرارة من الألكينات العادية. تتمتع الفلوروكربونات الغير مشبعة بقوة دافعة نحوsp3 التهجين بسبب ذرات الفلور الكهربية الساعية إلى الحصول على حصة أكبر من الإلكترونات الرابطة ذات حرف s منخفض في المدارات. ومن أشهر مركبات هذه المجموعة، ثلاثي فلوروإثيلين، الذي يستخدم لتصنيع پوليتترافلوروإثيلين (PTFE)، المشهور تحت الاسم التجاري تفلون.
المخاوف البيئية والصحية
الفلوروألكينات والألكيانات المفلورة هي مواد تفاعلية والكثير منها سام، على سبيل المثال، الأيزوبوتين المشبع بالفلور.[] الفلوروألكينات لا تُنضب الأوزون، حيث لا تحتوي على ذرات كلور أوبروم. وي شديدة التفاعل لتكون من غازات الاحتباس الحراري.[] لإنتاج الپوليتترافلوروإثيلين تُستخدم عدة فاعلات سطحية مفلورة، التي تتراكم حيوياً.[]
المركبات الحلقية المشبعة بالفلور
المركبات الحلقية المشبعة بالفلور Perfluoroaromatic تحتوي فقط كربون وفلور، مثل الفلوروكربونات الأخرى، ولكنها تحتوي أيضاً حلقة عطرية. الأمثلة الثلاث الأكثر أهمية هم سداسي فلوروبنزين، وثماني فلوروتولوين، وثماني فلورونفتالين.
- المركبات الحلقية المشبعة بالفلور
سداسي افلوروبنزين
ترمب قرر تأجيل فرض العقوبات على الصين،
| المركبة | نقطة الانصهار، °س | نقطة الغليان، °س |
|---|---|---|
| سداسي فلوروبنزين | 5.3 | 80.5 |
| البنزين | 5.5 | 80.1 |
| ثماني فلوروتولين | <-70 | 102-103 |
| التولوين | -95 | 110.6 |
| (بنزين الإثيل)المشبع بالفلور | - | 114-115 |
| بنزين الإثيل | -93.9 | 136.2 |
| ثماني فلورونفثالين | 86-87 | 209 |
| النفثالين | 80.2 | 217.9 |
انظر أيضاً
- تصنيف:فلوروكربونات
- الصناعة الفلوروكيميائية
- فلوروگرافين
- Perfluorocycloalkene (PFCA)
المصادر
- ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "fluorocarbons".
- ^ Lemal DM (January 2004). "Perspective on fluorocarbon chemistry". J. Org. Chem. 69 (1): 1–11. doi:10.1021/jo0302556. PMID 14703372.
- ^ Murphy WJ (March 1947). "Fluorine Nomenclature... A statement by the Editors". Ind. Eng. Chem. 39 (3): 241–242. doi:10.1021/ie50447a004.
- ^ O'Hagan D (February 2008). "Understanding organofluorichemistry. An introduction to the C–F bond". Chem. Soc. Rev. 37 (2): 308–19. doi:10.1039/b711844a. PMID 18197347.
- ^ Kiplinger JL, Richmond TG, Osterberg CE (1994). "Activation of Carbon-Fluorine Bonds by Metal Complexes". Chem. Rev. 94 (2): 373–431. doi:10.1021/cr00026a005.
- ^ Larsen ER (1969). "Fluorine Compounds in Anesthesiology: VI Flammability". Fluorine Chem. Rev. 3: 22–27.
- ^ نطقب:Cite techreport
- ^ McBee ET (March 1947). "Fluorine Chemistry". Ind. Eng. Chem. 39 (3): 236–237. doi:10.1021/ie50447a002.
- ^ Siegemund G, Schwertfeger W, Feiring A, Smart B, Behr F, Vogel H, McKusick B "Fluorine Compounds, Organic" in "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry" 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a11_349
- ^ "Archived copy". Archived from the original on 2015-09-24. Retrieved 2014-05-19. CS1 maint: archived copy as title (link)
- ^ "HPV Robust Summaries and Test Plan" (PDF). Internet Archive. Archived from the original (PDF) on 2012-12-02. Retrieved 2019-01-03.
- ^ Yamanouchi K; Yokoyama K (1975). "Proceedings of the Xth International Congress for Nutrition: Symposium on Perfluorochemical Artificial Blood, Kyoto": 91.
- ^ "Archived copy". Archived from the original on 2014-05-19. Retrieved 2014-05-19. CS1 maint: archived copy as title (link)
- ^ Platts DG; Fraser JF (2011). "Critical Care and Resuscitation". 13 (1): 44–55.
- ^ Geyer RP (1975). "Proc. Xth Intern. Congress for Nutr.: Symp on Perfluorochemical Artif. Blood, Kyoto": 3–19.
- ^ Change, United Nations Framework Convention on Climate. "Kyoto Protocol". unfccc.int. Retrieved 2017-09-27.
- ^ "The Anode Effect". aluminum-production.com.
- ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2013-02-16. Retrieved 2014-05-20. CS1 maint: archived copy as title (link) climatevision.gov
- ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-02-07. Retrieved 2014-05-19. CS1 maint: archived copy as title (link)
- ^ Ralph Hill. "Flourinated Oils in Cosmetics". beautymagonline.com.
- ^ Imamura Y; Minami M; Ueki M; Satoh B; Ikeda T (2003). "Use of perfluorocarbon liquid during vitrectomy for severe proliferative diabetic retinopathy". Br J Ophthalmol. 87 (5): 563–566. doi:10.1136/bjo.87.5.563. PMC 1771679. PMID 12714393.
- ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-05-19. Retrieved 2014-05-19. CS1 maint: archived copy as title (link)
- ^ "Octafluoronaphthalene". ChemSpider.
وصلات خارجية
 |
مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Perfluorocarbons. |
- Fluorocarbons and Sulphur Hexafluoride, proposed by the European Fluorocarbons Technical Committee
- CFCs and Ozone Depletion Freeview video provided by the Vega Science Trust.
- Introduction to fluoropolymers
- Organofluorine chemistry by Graham Sandford[]
