المعرفة

فلوروكربون

(تم التحويل من Fluorocarbon)

مركبات الفلوروكربون Fluorocarbons، أو الپرفلوروكربون perfluorocarbons (الكربون المشبع بالفلور)، أو اختصاراً PFCs، هي مركبات فلور عضوي، صيغتها الكيميائية CxFy، أي أنها تحتوي فقط على الكربون والفلور،[1] على الرغم من عدم اتباع المصطلحات بدقة.[2] المركبات ذات السابقة پرفلورو- perfluoro، تعني "المشبعة بالفلور"، وهي هيدروكربونات، وتشمل المركبات ذات الذرات الغير متجانسة، حيث جميع روابط الكربون-هيدروجين قد استبدلت بروابط الفلور-كربون.[3]

Beaker with two layers of liquid, goldfish and crab in top, coin sunk in the bottom
طبقتان، العليا من الماء الملوّن غير قابلة للامتزاج و السفلى من پرفلوروهپتان الأكثف كثيراً في كوب زجاجي؛ السمكة الذهبية والكابوريا لا يستطيعان اختراق الحد؛ عملات ربع دولار تستقر في القاع.

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.[4]

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.[2] علاوة على ذلك، فإن روابط الكربون-فلور المتعددة تقوي أيضاً روابط الكربون-كربون "الهيكلية" عن طريق التأثير الحثي.[2] بناءً على ذلك، فإن الفلوروكربونات المشبعة تكون أكثر استقراراً من الناحية الكيميائية والحرارية عن نظيراتها الهيدروكربونية المقابلة، بل أكثر من أي مركب عضوي آخر. وهي عرضة لهجوم المختزلات بالغة القوة، مثل مختزل بريتش والمركبات الفلزية العضوية شديدة التخصص.[5]

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 أن السلبية الكهربية المرتفعة للفلور تخفض قابلية الاستقطاب الذري،[2] 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.

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 أن مركبات الفلوروكربون المختبرة ليست قابلة للاشتعال في الهواء بأي نسبة، على الرغم من أن معظمها خالي من الأكسجين وخالي من أكسيد النيتروز (غازات هامة في التخدير).[6][7]

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 التركيز، mM
الماء 0.118 0.65
الإيثانول 3.57 6.12
الأسيتون 5.42 7.32
رباعي هيدرو فوران 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.[8] 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.[9]

عملية فاولر

كان الاختراق الكبير الذي سمح بإنتاج واسع النطاق من الفلوروكربونات هو عملية 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) (تُعرف أيضاً بعملية سيمونز) وتتضمن التحليل الكهربائي للركيزة الذائبة في فلوريد الهيدروجين. حيث أن 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.[10][11][12]

مركبات الفلوروكربون لا تستنفد الأوزون، حيث أنها لا تحتوي على ذرات الكلور أو البروم، وتستخدم أحياناً كبديل للمواد الكيماوية التي تستنفد الأوزون.[13] يستخدم مصطلح الفلوروكربون بشكل فضفاض إلى حد ما ليشمل أي مادة كيميائية تحتوي على الفلور والكربون، بما في ذلك الكلوروفلوروكربونات، التي تستنفد الأوزون. يُخلط أحياناً بين الفلوروألكانات وfluorosurfactants، التي تتراكم حيوياً بشكل كبير.[بحاجة لمصدر]

لا تتراكم مركبات الپرفلوروألكانات حيوياً؛[بحاجة لمصدر] فالمستخدم منها طبياً يخرج من الجسم بشكل سريع، وخاصة عند انقضاء معدل الإخراج كدالة لضغط البخر، نصف عمر ثماني الفلوروپروپان أقل من دقيقتين،[14] مقارنة بنصف عمر يقارب الأسبوع للپرفلورودكالين.[15]

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.[بحاجة لمصدر][16]

كانت صناعة صهر الألومنيوم مصدراً رئيسياً لمركبات الفلوروكربون المترسبة بالغلاف الجوي (ثلاثي فلوروميثان وسداسي فلوروميثان بشكل خاص)، التي تتكون كمنتج ثانوي لعملية التحليل الكهربائي.[17] ومع ذلك، فقد شاركت الصناعة بشكل فعال في خفض الانبعاثات في السنوات الأخيرة.[18]

التطبيقات

لأن الپرفلوروألكانات خاملة، فليس لها استخدامات كيميائية أساسية، لكن خصائصها تؤدي إلى استخدامها في العديد من التطبيقات المتنوعة. وتشمل:

بالإضافة للعديد من الاستخدامات الطبية:

الفلوروألكينات والفلوروألكاينات

الفلوروكربونات الغير مشبعة أكثر تفاعلية عن الفلوروألكانات. على الرغم من أن ثنائي الفلوروستيالين غير مستقر (كما هو الحال بالنسبة للألكانات ذات العلاقة، انظر ثنائي الكلوروستايلين)،[2] فإن سداسي الفلورو-2-بيوتين والألكاينات المفلورة المتعلقة معروفة جيداً.

الپلمرة

پلمرة الفلوروألكينات أكثر طرداً للحرارة من الألكينات العادية.[2] تتمتع الفلوروكربونات الغير مشبعة بقوة دافعة نحو sp3 التهجين بسبب ذرات الفلور الكهربية الساعية إلى الحصول على حصة أكبر من الإلكترونات الرابطة ذات حرف s منخفض في المدارات.[2] 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.[بحاجة لمصدر] الفلوروألكينات لا تُنضب الأوزون، حيث لا تحتوي على ذرات كلور أو بروم. وي شديدة التفاعل لتكون من غازات الاحتباس الحراري.[بحاجة لمصدر] لإنتاج الپولي‌تترافلوروإثيلين تُستخدم عدة فاعلات سطحية مفلورة، التي تتراكم حيوياً.[بحاجة لمصدر]

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.


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[23]
النفثالين 80.2 217.9

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "fluorocarbons".
  2. ^ أ ب ت ث ج ح خ Lemal DM (January 2004). "Perspective on fluorocarbon chemistry". J. Org. Chem. 69 (1): 1–11. doi:10.1021/jo0302556. PMID 14703372.
  3. ^ Murphy WJ (March 1947). "Fluorine Nomenclature... A statement by the Editors". Ind. Eng. Chem. 39 (3): 241–242. doi:10.1021/ie50447a004.
  4. ^ 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.
  5. ^ 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.
  6. ^ Larsen ER (1969). "Fluorine Compounds in Anesthesiology: VI Flammability". Fluorine Chem. Rev. 3: 22–27.
  7. ^ قالب:Cite techreport
  8. ^ McBee ET (March 1947). "Fluorine Chemistry". Ind. Eng. Chem. 39 (3): 236–237. doi:10.1021/ie50447a002.
  9. ^ 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
  10. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2015-09-24. Retrieved 2014-05-19. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)CS1 maint: archived copy as title (link)
  11. ^ "HPV Robust Summaries and Test Plan" (PDF). Internet Archive. Archived from the original (PDF) on 2012-12-02. Retrieved 2019-01-03. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
  12. ^ Yamanouchi K; Yokoyama K (1975). "Proceedings of the Xth International Congress for Nutrition: Symposium on Perfluorochemical Artificial Blood, Kyoto": 91. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  13. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2014-05-19. Retrieved 2014-05-19. {{cite web}}: Unknown parameter |dead-url= ignored (|url-status= suggested) (help)CS1 maint: archived copy as title (link)
  14. ^ Platts DG; Fraser JF (2011). "Critical Care and Resuscitation". 13 (1): 44–55. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  15. ^ Geyer RP (1975). "Proc. Xth Intern. Congress for Nutr.: Symp on Perfluorochemical Artif. Blood, Kyoto": 3–19. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  16. ^ Change, United Nations Framework Convention on Climate. "Kyoto Protocol". unfccc.int. Retrieved 2017-09-27.
  17. ^ "The Anode Effect". aluminum-production.com.
  18. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2013-02-16. Retrieved 2014-05-20. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)CS1 maint: archived copy as title (link) climatevision.gov
  19. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-02-07. Retrieved 2014-05-19. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)CS1 maint: archived copy as title (link)
  20. ^ Ralph Hill. "Flourinated Oils in Cosmetics". beautymagonline.com.
  21. ^ 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.
  22. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-05-19. Retrieved 2014-05-19. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)CS1 maint: archived copy as title (link)
  23. ^ "Octafluoronaphthalene". ChemSpider.

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=فلوروكربون&oldid=2102639"