Fluorkohlenwasserstoffe, die manchmal auf als perfluorocarbons oder PFCs verwiesen sind, sind Organofluorine-Zusammensetzungen, die nur Kohlenstoff und in starken Obligationen des Kohlenstoff-Fluors zusammengebundenes Fluor enthalten. Fluoroalkanes, die nur einzelne Obligationen enthalten, sind chemischer und thermisch stabil als alkanes. Jedoch sind Fluorkohlenwasserstoffe mit Doppelbindungen (fluoroalkenes) und besonders dreifachen Obligationen (fluoroalkynes) mehr reaktiv als ihre entsprechenden Kohlenwasserstoffe. Fluoroalkanes kann als oil-repellent/water-repellent fluoropolymers, Lösungsmittel, flüssige atmende Forschungsreagenzien und starke Treibhausgase dienen. Ungesättigte Fluorkohlenwasserstoffe neigen dazu, als Reaktionspartner verwendet zu werden.

Viele chemische Zusammensetzungen werden als Fluorkohlenwasserstoffe, perfluorinated, oder mit dem Präfix perfluoro-etikettiert, trotz Atome außer Kohlenstoff oder Fluor, wie chlorofluorocarbons und Perfluorinated-Zusammensetzungen zu enthalten; jedoch sind diese Moleküle Fluorkohlenwasserstoff-Ableitungen und nicht wahre Fluorkohlenwasserstoffe. Fluorkohlenwasserstoff-Ableitungen teilen viele der Eigenschaften von Fluorkohlenwasserstoffen, während sie auch neue Eigenschaften wegen der Einschließung von neuen Atomen besitzen. Zum Beispiel können Fluorkohlenwasserstoff-Ableitungen als fluoropolymers, Kühlmittel, Lösungsmittel, Narkosemittel, fluorosurfactants, und Ozon depletors fungieren.

Gebrauch des Begriffes

Die formelle IUPAC Definition eines Fluorkohlenwasserstoffs ist ein Molekül, das ganz aus dem Fluor und Kohlenstoff besteht. Jedoch hat anderer Fluorkohlenwasserstoff Moleküle gestützt, die nicht technisch sind, werden Fluorkohlenwasserstoffe allgemein Fluorkohlenwasserstoffe, wegen ähnlicher Strukturen und identischer Eigenschaften genannt. Zusammensetzungen mit Atomen außer Kohlenstoff und Fluor sind nicht wahre Fluorkohlenwasserstoffe, und sie werden als Fluorkohlenwasserstoff-Ableitungen in einer getrennten Abteilung unten betrachtet.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Fluorkohlenwasserstoff-Flüssigkeiten sind farblos. Sie haben hohe Speicherdichte, mehr als zweimal das mehr als Wassers wegen ihres hohen Molekulargewichtes. Niedrige zwischenmolekulare Kräfte geben den Flüssigkeiten niedrige Viskosität wenn im Vergleich zu Flüssigkeiten von ähnlichen Siedepunkten. Außerdem sind niedrige Oberflächenspannung, Hitze der Eindampfung und Refraktionsindizes bemerkenswert. Sie sind mit den meisten organischen Lösungsmitteln (z.B, Vinylalkohol, Azeton, Ethylacetat und Chloroform) nicht mischbar, aber sind mit einigen Kohlenwasserstoffen (z.B, hexane in einigen Fällen) mischbar. Sie haben sehr niedrige Löslichkeit in Wasser, und Wasser hat eine sehr niedrige Löslichkeit in ihnen (auf der Ordnung von 10 ppm). Die Zahl von Kohlenstoff-Atomen in einem Fluorkohlenwasserstoff-Molekül bestimmt größtenteils die meisten physikalischen Eigenschaften. Je größer die Zahl von Kohlenstoff-Atomen, desto höher der Siedepunkt, die Dichte, die Viskosität, die Oberflächenspannung, die kritischen Eigenschaften, der Dampf-Druck und der Brechungsindex. Gaslöslichkeitsabnahmen als Kohlenstoff-Atome nehmen zu, während Schmelzpunkt durch andere Faktoren ebenso bestimmt wird und so nicht sogleich vorausgesagt wird.

Londoner Streuung zwingt die Verminderung

Da die hohe Elektronegativität des Fluors die Polarisierbarkeit des Atoms reduziert, sind Fluorkohlenwasserstoffe nur gegen die flüchtigen Dipole schwach empfindlich, die die Basis der Londoner Streuungskraft bilden. Infolgedessen haben Fluorkohlenwasserstoffe niedrige zwischenmolekulare attraktive Kräfte und sind lipophobic zusätzlich dazu, hydrophob/nichtpolar zu sein. So finden Fluorkohlenwasserstoffe Anwendungen als Öl - Wasser - und Fleck-repellents in Produkten wie Gore-Tex und fluoropolymer Teppich-Überzüge. Die reduzierte Teilnahme in der Londoner Streuungskraft macht den festen polytetrafluoroethylene (PTFE) schlüpfrig, weil es einen sehr niedrigen Koeffizienten der Reibung hat. Außerdem machen die niedrigen attraktiven Kräfte in Fluorkohlenwasserstoff-Flüssigkeiten sie komprimierbar und Gas-auflösbar, während kleinere Fluorkohlenwasserstoffe äußerst flüchtig sind. Es gibt fünf fluoroalkane Benzin; tetrafluoromethane (bp 128 °C), hexafluoroethane (bp 78.2 °C), octafluoropropane (bp 36.5 °C), perfluoro-n-butane (bp 2.2 °C) und perfluoro-iso-butane (bp 1 °C). Fast alle anderen fluoroalkanes sind Flüssigkeiten mit Ausnahme von perfluorocyclohexane, der Subkalke an 51 °C. Infolge der hohen Gaslöslichkeit von Fluorkohlenwasserstoff-Flüssigkeiten sind sie das Thema der medizinischen Forschung als Bluttransportunternehmen wegen ihrer Sauerstoff-Löslichkeit gewesen. Fluorkohlenwasserstoffe haben auch niedrige Oberflächenenergien und hohe dielektrische Kräfte.

Stabilität von Fluoroalkane

Fluorkohlenwasserstoffe mit nur einzelnen Obligationen sind wegen der Kraft und Natur des Bandes des Kohlenstoff-Fluors sehr stabil. Es wird das stärkste Band in der organischen Chemie genannt. Seine Kraft ist ein Ergebnis der Elektronegativität des Fluors, das teilweisen ionischen Charakter durch teilweise Anklagen auf dem Kohlenstoff und den Fluor-Atomen gibt. Die teilweisen Anklagen verkürzen und stärken das Band durch günstige coulombic Wechselwirkungen. Zusätzlich vergrößern vielfache Obligationen des Kohlenstoff-Fluors die Kraft und Stabilität anderer nahe gelegener Obligationen des Kohlenstoff-Fluors auf demselben geminal Kohlenstoff, wie der Kohlenstoff eine höhere positive teilweise Anklage hat. Außerdem stärken vielfache Obligationen des Kohlenstoff-Fluors auch die "Skelett"-Obligationen des Kohlenstoff-Kohlenstoff von der induktiven Wirkung. Deshalb sind durchtränkte Fluorkohlenwasserstoffe chemischer und thermisch stabil als ihre entsprechenden Kohlenwasserstoff-Kollegen. Jedoch sind fluoroalkanes nicht träge. Sie sind gegen die Verminderung durch die Birke-Verminderung empfindlich.

Fluoroalkene und fluoroalkyne Reaktionsfähigkeit

Wenn Fluorkohlenwasserstoffe ungesättigt sind, sind sie weniger stabil und mehr reaktiv als fluoroalkanes oder vergleichbare Kohlenwasserstoffe wegen der Elektronegativität des Fluors. Die Reaktionsfähigkeit des einfachsten fluoroalkyne, difluoroacetylene, ist ein Beispiel dieser Instabilität; difluoroacetylene leicht polymerizes. Ein anderes Beispiel ist fluorofullerene, der schwächere und längere Obligationen des Kohlenstoff-Fluors hat als durchtränkte Fluorkohlenwasserstoffe. Es ist zu nucleophiles und hydrolyzes in der Lösung reaktiv. Zusätzlich ist der polymerization des fluoroalkene tetrafluoroethylene (der auf PTFE hinausläuft) mehr energisch günstig als dieses von Äthylen. Ungesättigte Fluorkohlenwasserstoffe haben eine treibende Kraft zur sp Kreuzung wegen der electronegative Fluor-Atome, einen größeren Anteil suchend, Elektronen mit dem reduzierten s Charakter in orbitals zu verpfänden.

Eine bemerkenswerte Ausnahme zu dieser Tendenz ist fluorobenzene, der durch seinen aromaticity stabilisiert wird.

Fertigung

Vor dem Zweiten Weltkrieg war der einzige bekannte Weg zu Fluorkohlenwasserstoffen durch die direkte Reaktion des Fluors mit dem Kohlenwasserstoff. Dieser hoch exotherme Prozess war nur dazu fähig, tetrafluoromethane, hexafluoroethane und octafluoropropane aufzubauen; größere Kohlenwasserstoffe haben sich in den äußersten Bedingungen zersetzt. Das Projekt von Manhattan hat das Bedürfnis nach einigen sehr robusten Chemikalien einschließlich einer breiteren Reihe von Fluorkohlenwasserstoffen gesehen, neue Produktionsmethoden verlangend. Die so genannte "katalytische" Methode hat reagierendes Fluor und Kohlenwasserstoff auf einem Bett von vergoldetem Kupfer turnings, dem Metall eingeschlossen, das die Hitze der Reaktion (so nicht wirklich entfernt, als ein Katalysator überhaupt handelnd), größeren Kohlenwasserstoffen erlaubend, den Prozess zu überleben. Jedoch war es der Prozess von Fowler, der die in großem Umfang Fertigung von für das Projekt von Manhattan erforderlichen Fluorkohlenwasserstoffen erlaubt hat.

Der Fowler-Prozess

Die Fowler bearbeiten Gebrauch-Kobalt-Fluorid, um die Reaktion zu mäßigen. Im Laboratorium wird das normalerweise in zwei Stufen, die erste Stufe getan, die fluorination Kobalt difluoride zu Kobalt trifluoride ist.

:2 CoF + F  2 CoF

Während der zweiten Bühne, in diesem Beispiel, um perfluorohexane zu machen, wird das Kohlenwasserstoff-Futter eingeführt und ist fluorinated durch das Kobalt trifluoride, der zurück zu Kobalt difluoride umgewandelt wird. Beide Stufen werden bei der hohen Temperatur durchgeführt.

:CH + 28 CoF  VGL + 14 HF + 28 CoF

Industriell werden beide Schritte zum Beispiel in der Fertigung der Reihe von Flutec von Fluorkohlenwasserstoffen mit einem vertikalen gerührten Bettreaktor mit dem Kohlenwasserstoff verbunden, der am Boden eingeführt ist, und Fluor hat Hälfte des Weges der Reaktor eingeführt. Der Fluorkohlenwasserstoff-Dampf wird von der Spitze wieder erlangt.

Elektrochemischer fluorination

Eine alternative Technik, elektrochemischer fluorination (ECF) (auch bekannt als der Prozess von Simons) schließt Elektrolyse eines im Wasserstofffluorid aufgelösten Substrats ein. Da Fluor selbst durch die Elektrolyse des Wasserstofffluorids verfertigt wird, ist das ein eher direkterer Weg zu Fluorkohlenwasserstoffen. Der Prozess wird an der niedrigen Stromspannung geführt (5 - 6 V), so dass freies Fluor nicht befreit wird. Die Wahl des Substrats wird als ideal eingeschränkt es sollte im Wasserstofffluorid auflösbar sein. Äther und tertiäre Amine werden normalerweise verwendet. Um perfluorohexane zu machen, wird trihexylamine zum Beispiel verwendet:

:2 N (CH) + 90 HF  6 VGL + 2 NF + 45 H

Das perfluorinated Amin wird auch erzeugt:

:N (CH) + 42 HF  2 N (VGL) + 21.

Beide dieser Produkte und anderer, werden durch 3M als ein Teil der Reihe von Fluorinert verfertigt.

Ableitungen

Fluorkohlenwasserstoff-Ableitungen sind hoch fluorinated Moleküle, die allgemein Fluorkohlenwasserstoffe genannt werden können. Sie sind wirtschaftlich nützlich, weil sie Teil oder fast alle Eigenschaften von Fluorkohlenwasserstoffen teilen. Einige Fluorkohlenwasserstoff-Ableitungen haben deutlich verschiedene Eigenschaften als Fluorkohlenwasserstoffe. Zum Beispiel, fluorosurfactants nehmen stark ab Oberflächenspannung durch das Konzentrieren an der flüssigen Luft verbinden wegen des lipophobicity von Fluorkohlenwasserstoffen wegen der polaren funktionellen zur Fluorkohlenwasserstoff-Kette hinzugefügten Gruppe. Andere Gruppen oder Atome für Fluorkohlenwasserstoff haben gestützt setzt das Sauerstoff-Atom zusammen, das in eine Äther-Gruppe für Narkosemittel und das Chlor-Atom für chlorofluorocarbons (CFCs) vereinigt ist. In einer scharfen Unähnlichkeit zu wahren Fluorkohlenwasserstoffen erzeugt das Chlor-Atom ein radikales Chlor, der Ozon erniedrigt.

Fluorosurfactants

• Säure von Perfluorooctanesulfonic (PFOS)
• Säure von Perfluorooctanoic (PFOA)
• Säure von Perfluorononanoic

Narkosemittel

• Methoxyflurane (enthält Chlor)
• Enflurane (enthält Chlor)
• Isoflurane (enthält Chlor)
• Sevoflurane
• Desflurane

Ableitungen von Halogenated

• Polychlorotrifluoroethylene ([CFClCF])
• Bromid von Perfluorooctyl (Perflubron)
• Dichlorodifluoromethane
• Chlorodifluoromethane

Hydrofluorkohlenwasserstoffe

• Fluorid von Polyvinylidene ([CHCF])
• Tetrafluoroethane

Umwelt- und Gesundheitssorgen

Trotz der Anwesenheit einiger natürlicher Fluorkohlenwasserstoffe wie tetrafluoromethane, der in Felsen berichtet worden ist, sind künstliche Fluorkohlenwasserstoffe starke Treibhausgase.

Ein anderer wichtiger Aspekt in Bezug auf Umweltsorgen, ist die bioaccumulative Eigenschaften der bestimmten Fluorkohlenwasserstoffe. Fluorkohlenwasserstoffe sind äußerst stabil und können in den Körpern sowohl von Menschen als auch von Tieren versorgt werden. Beispiele von schädlichen Fluorkohlenwasserstoffen schließen PFOA (perfluorooctanoic Säure) und PFOS (perfluorooctane sulfonate), oft anwesend in widerstandsfähigen Wassertextilwaren und Sprays ein, widerstandsfähige Wassereigenschaften zu Textilwaren zuteilend. Daten von Tierstudien von PFOA zeigen an, dass er mehrere Typen von Geschwülsten und Neugeborenentod verursachen kann und toxische Effekten auf das geschützte, die Leber und die endokrinen Systeme haben kann. Daten auf den menschlichen Gesundheitseffekten von PFOA sind jedoch spärlich.

Der Fluorkohlenwasserstoff, PFOA und PFOS sind für zahlreiche Untersuchungen durch die EU und die USA-Umweltbundesbehörde (EPA) bezüglich ihrer sowohl unterworfen gewesen, für die Umgebung schädlich seiend.

Siehe auch

• Trifluoromethyl
• Fluorographene
• Flüssigkeit, atmend

Links

• Fluorkohlenwasserstoffe und Schwefel Hexafluoride, der durch die europäischen Fluorkohlenwasserstoffe Technisches Komitee vorgeschlagen ist
• CFCs und Ozon-Erschöpfung Freeview Video durch das Wissenschaftsvertrauen von Vega zur Verfügung gestellt.
• Einführung in fluoropolymers
• Chemie von Organofluorine durch Graham Sandford