Halometan

Halometanföreningar är derivat av metan ( CH 4 ) med en eller flera av väteatomerna ersatta med halogenatomer ( F , Cl , Br eller I ). Halometaner är både naturligt förekommande, särskilt i marina miljöer, och av människan, framför allt som köldmedier, lösningsmedel, drivmedel och desinfektionsmedel. Många, inklusive klorfluorkolväten , har väckt stor uppmärksamhet eftersom de blir aktiva när de utsätts för ultraviolett ljus som finns på höga höjder och förstör jordens skyddande ozonskikt .

Struktur och egenskaper

Liksom metan i sig är halometaner tetraedriska molekyler. Halogenatomerna skiljer sig mycket i storlek och laddning från väte och från varandra. Följaktligen avviker de flesta halometaner från den perfekta tetraedriska symmetrin hos metan.

De fysikaliska egenskaperna hos halometaner beror på antalet och identiteten av halogenatomerna i föreningen. I allmänhet är halometaner flyktiga men mindre än metan på grund av halogenidernas polariserbarhet. Halidernas polariserbarhet och molekylernas polaritet gör dem användbara som lösningsmedel. Halometanerna är mycket mindre brandfarliga än metan. I stort sett är föreningarnas reaktivitet störst för jodiderna och lägst för fluoriderna.

Produktion

Industrivägar

Halometanerna framställs i industriell skala från rikliga prekursorer som naturgas eller metanol och från halogener eller halogenider . De framställs vanligtvis med en av tre metoder.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

Denna metod är användbar för framställning av CH4 - nCln ( . n = 1, 2, 3 eller 4) De största problemen med denna metod är att den samgenererar HCl och den producerar blandningar av olika produkter. Användning av CH 4 i stort överskott genererar primärt CH 3 Cl och användning av Cl 2 i stort överskott genererar primärt CCl 4 , men blandningar av andra produkter kommer fortfarande att finnas närvarande.

  • Halogenering av metanol. Denna metod används för framställning av monokloriden, -bromiden och -jodiden.
CH 3 OH + HCl → 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
  • Halogenbyte. Metoden används främst för att framställa fluorerade derivat av kloriderna.
CH 3 Cl + HF → CH 3 F + HCl
CH 2 Cl 2 + HF → CH 2 FCl + HCl
CH 2 Cl 2 + 2 HF → CH 2 F 2 + 2 HCl
CH 2 Cl 2 + F 2 → CH 2 F 2 + Cl 2
CHCl 3 + HF → CHFCl 2 + HCl
CHCl 3 + 2 HF → CHF 2 Cl + 2 HCl
CHCl 3 + F 2 → CHF 2 Cl + Cl 2
CHCl 3 + 3 HF → CHF 3 + 3 HCl
CHCl 3 + F 2 + HF → CHF 3 + Cl 2 + HCl
CCl 4 + HF → CFCl 3 + HCl
CCl 4 + 2 HF → CF 2 Cl 2 + 2 HCl
CCl 4 + F 2 → CF 2 Cl 2 + Cl 2
CCl 4 + 3 HF → CF 3 Cl + 3 HCl
CCl 4 + F 2 + HF → CF 3 Cl + Cl 2 + HCl
CCl 4 + 4 HF → CF 4 + 4 HCl
CCl 4 + F 2 + 2 HF → CF 4 + Cl 2 + 2 HCl
CCl 4 + 2 F 2 → CF 4 + 2 Cl 2
CH 4 + HOCl → CH 3 Cl + H 2 O
  • Reaktion av metanol med underklorsyrlighet, vilket ger väteperoxid .
CH3OH + HOCl → CH3Cl + H2O2 _

Spår av halometaner i atmosfären uppstår genom införandet av andra icke-naturliga, industriella material.

I naturen

Många marina organismer biosyntetiserar halometaner, särskilt bromhaltiga föreningar. Små mängder klormetaner uppstår från växelverkan mellan klorkällor och olika kolföreningar. Biosyntesen av dessa halometaner katalyseras av enzymerna klorperoxidas respektive bromperoxidas . En idealiserad ekvation är:

2 CH 4 + 2 Cl − + O 2 → 2 CH 3 Cl + 2 OH −

Klasser av föreningar

Haloner definieras vanligtvis som kolväten där väteatomerna har ersatts av brom, tillsammans med andra halogener. De hänvisas till med ett system med kodnummer som liknar (men enklare än) systemet som används för freoner. Den första siffran anger antalet kolatomer i molekylen, den andra är antalet fluoratomer, den tredje är kloratomerna och den fjärde är antalet bromatomer. Om numret innehåller en femte siffra, indikerar den femte siffran antalet jodatomer (även om jod i halon är sällsynt). Eventuella bindningar som inte tas upp av halogenatomer allokeras sedan till väteatomer.

Tänk till exempel på Halon 1211. Denna halon har nummer 1211 i sitt namn, vilket säger att den har 1 kolatom, 2 fluoratomer, 1 kloratom och 1 bromatom. Ett enda kol har bara fyra bindningar, som alla tas av halogenatomerna, så det finns inget väte. Sålunda är dess formel CF2ClBr bromklordifluormetan . , därav dess IUPAC-namn är

ANSI/ASHRAE Standard 34-1992

Köldmedienamnsystemet används främst för fluorerade och klorerade korta alkaner som används som köldmedier. I USA är standarden specificerad i ANSI/ASHRAE Standard 34–1992, med ytterligare årliga tillägg. De angivna ANSI/ASHRAE-prefixen var FC (fluorkol) eller R (köldmedium), men idag har de flesta prefixet av en mer specifik klassificering:

Avkodningssystemet för CFC-01234a är:

  • 0 = Antal dubbelbindningar (utelämnas om noll)
  • 1 = Kolatomer -1 (utelämnas om noll)
  • 2 = Väteatomer +1
  • 3 = Fluoratomer
  • 4 = Ersatt av brom ("B"-prefix har lagts till)
  • a = Bokstav läggs till för att identifiera isomerer, den "normala" isomeren i valfritt antal har den minsta massaskillnaden på varje kol, och a, b eller c läggs till när massorna avviker från det normala.

Andra kodningssystem används också.

Hydrofluoroföreningar (HFC)

Fluorväten (HFC) innehåller inget klor. De består helt av kol, väte och fluor. De har inga kända effekter på ozonskiktet; Fluor i sig är inte ozongiftigt. HFC och perfluorkolväten (PFC) är dock växthusgaser som orsakar global uppvärmning . Två grupper av haloalkaner, fluorkolväten (HFC) och perfluorkolväten , är mål för Kyotoprotokollet . Allan Thornton, ordförande för Environmental Investigation Agency , en icke-statlig miljöövervakningshund, säger att HFC är upp till 12 500 gånger så potenta som koldioxid vid global uppvärmning. Den högre globala uppvärmningspotentialen har två orsaker: HFC finns kvar i atmosfären under långa perioder, och de har fler kemiska bindningar än CO 2 , vilket gör att de kan absorbera mer solenergi per molekyl än koldioxid. Rika länder håller på att slå ner på dessa gaser. Thornton säger att många länder i onödan producerar dessa kemikalier bara för att få koldioxidkrediterna. Som ett resultat av reglerna för handel med koldioxid enligt Kyotoprotokollet kommer nästan hälften av krediterna från utvecklingsländerna från HFC, där Kina får miljarder dollar för att fånga och förstöra HFC som skulle finnas i atmosfären som industriella biprodukter.

Översikt över huvudsakliga halometaner

De flesta permutationer av väte, fluor, klor, brom och jod på en kolatom har utvärderats experimentellt.

Översikt över Halometaner
Systematiskt namn
Vanliga/triviala namn 		Koda Använda sig av Kemisk formel
Tetraklormetan Koltetraklorid , Freon 10

( Freon är ett handelsnamn för en grupp klorfluorkolväten som främst används som köldmedium . Den huvudsakliga kemikalien som används under detta varumärke är diklordifluormetan. Ordet Freon är ett registrerat varumärke som tillhör DuPont .)

CFC-10 Tidigare i brandsläckare CCl 4
Tetrabrommetan Koltetrabromid CBr 4
Tetrajodmetan Koltetrajodid CI 4
Tetrafluormetan Koltetrafluorid, Freon 14
PFC-14 (CFC-14 och HF-14 används också, även om det är formellt felaktigt) 		CF 4
Klorometan Metylklorid Metyleringsmedel; t.ex. för metyltriklorsilan CH3Cl _ _
Diklorometan Metylenklorid Lösningsmedel CH2Cl2 _ _ _
Triklormetan Kloroform Lösningsmedel CHCl3 _
Triklorfluormetan Freon-11, R-11 CFC-11 CCl3F _ _
Diklordifluormetan Freon-12, R-12 CFC-12 CCl2F2 _ _ _
Klortrifluormetan CFC-13 CClF 3
Klordifluormetan R-22 HCFC-22 CHClF 2
Trifluormetan Fluoroform HFC-23 Inom halvledarindustrin, köldmedium CHF 3
Klorfluormetan Freon 31 Köldmedium (fasas ut) CH2ClF _ _
Difluormetan HFC-32 Köldmedium med noll ozonnedbrytningspotential CH 2 F 2
Fluormetan Metylfluorid HFC-41 Tillverkning av halvledare CH 3 F
Brommetan Metylbromid Jordsteriliseringsmedel och gasningsmedel, som för närvarande fasas ut. Det bryter ner ozonskiktet kraftigt och är mycket giftigt. CH3 Br _
Dibrommetan Metylenbromid Lösningsmedel och kemisk mellanprodukt. CH 2 Br 2
Tribrommetan Bromoform För avskiljning av tunga mineraler CHBr 3
Bromklormetan Halon 1011 Tidigare i brandsläckare CH2BrCl _ _
Bromklordifluormetan BCF, Halon 1211 BCF eller Freon 12B1 Halon 1211 CBrClF 2
Bromtrifluormetan BTM, Halon 1301 BTM eller Freon 13BI Halon 1301 CBrF 3
Trifluorjodmetan Trifluormetyljodid Freon 13T1 Organisk syntes CF 3 I
Jodmetan Metyljodid Organisk syntes CH3I _ _

Ansökningar

Eftersom de har många användningsområden och är lätta att framställa, har halometaner varit av intensivt kommersiellt intresse.

Lösningsmedel

Diklormetan är det viktigaste halometanbaserade lösningsmedlet. Dess flyktighet, låga brandfarlighet och förmåga att lösa upp ett brett spektrum av organiska föreningar gör denna färglösa vätska till ett användbart lösningsmedel. Det används ofta som färgborttagningsmedel och avfettningsmedel . Inom livsmedelsindustrin användes det tidigare för att ta bort koffein från kaffe och te samt för att bereda extrakt av humle och andra smakämnen . Dess flyktighet har lett till att den används som aerosolspraydrivmedel och som jäsmedel för polyuretanskum .

Drivmedel

En viktig användning av CFC har varit som drivmedel för aerosoler , inklusive inhalatorer med uppmätta doser för läkemedel som används för att behandla astma . Omvandlingen av dessa anordningar och behandlingar från CFC till drivmedel som inte bryter ned ozonskiktet är nästan klar. Tillverkning och import är nu förbjuden i USA.

Brandsläckning

Halonbaserat brandsläckningssystem inuti Diefenbunker , en kärnkraftsbunker i Kanada.

Vid höga temperaturer sönderdelas haloner för att frigöra halogenatomer som lätt kombineras med aktiva väteatomer, vilket dämpar flamutbredningsreaktioner även när tillräckligt med bränsle, syre och värme finns kvar. Den kemiska reaktionen i en låga fortskrider som en kedjereaktion av fria radikaler ; genom att binda de radikaler som sprider reaktionen kan haloner stoppa branden vid mycket lägre koncentrationer än vad som krävs av branddämpande medel som använder de mer traditionella metoderna för kylning, syrebrist eller bränsleutspädning. Från och med 2023, på grund av ozonnedbrytning, är halonbrandsläckare till stor del förbjudna i vissa länder och alternativ används av den amerikanska militären.

Halon 1301 totala översvämningssystem används vanligtvis i koncentrationer som inte är högre än 7 volymprocent i luft och kan undertrycka många bränder med 2,9 volymprocent. Däremot fungerar översvämningssystem för koldioxidbrand från 34 % koncentration i volym (förbränning endast på ytan av flytande bränslen) upp till 75 % (dammfällor) . Koldioxid kan orsaka allvarliga besvär vid koncentrationer på 3–6 %, och har orsakat dödsfall genom andningsförlamning på några minuter vid 10 % koncentration. Halon 1301 orsakar endast lätt yrsel vid sin effektiva koncentration på 5 %, och även vid 15 % förblir de exponerade vid medvetande men nedsatt och lider inte av några långtidseffekter. (Försöksdjur har också exponerats för 2 % koncentrationer av Halon 1301 i 30 timmar per vecka i 4 månader, utan några märkbara hälsoeffekter. [ citat behövs ] , ) Halon 1211 har också låg toxicitet, även om det är mer giftigt än Halon 1301 och anses därför vara olämplig för översvämningssystem.

Halon 1301 brandsläckning är dock inte helt giftfritt; låga med mycket hög temperatur, eller kontakt med glödhet metall, kan orsaka nedbrytning av Halon 1301 till giftiga biprodukter. Närvaron av sådana biprodukter kan lätt detekteras eftersom de inkluderar bromvätesyra och fluorvätesyra , som är intensivt irriterande. Haloner är mycket effektiva på klass A (organiska fasta ämnen), B (antändliga vätskor och gaser) och C (elektriska) bränder, men de är olämpliga för klass D (metall) bränder, eftersom de inte bara producerar giftig gas och misslyckas med att stoppa branden, men i vissa fall utgöra explosionsrisk. Haloner kan användas på eld av klass K (köksoljor och fetter), men ger inga fördelar jämfört med specialskum.

Halon 1301 är vanlig i totala översvämningssystem. I dessa system hålls grupper av haloncylindrar trycksatta till cirka 4 MPa (600 psi ) med komprimerat kväve , och ett fast rörnät leder till den skyddade inneslutningen. Vid utlösning töms hela det uppmätta innehållet i en eller flera cylindrar in i kapslingen på några sekunder, genom munstycken utformade för att säkerställa jämn blandning i hela rummet. Den dumpade mängden är förberäknad för att uppnå önskad koncentration, typiskt 3–7 % v/v. Denna nivå bibehålls under en tid, vanligtvis med minst tio minuter och ibland upp till en tjugo minuters "blötläggningstid", för att säkerställa att alla föremål har svalnat så att återantändning är osannolikt, sedan rensas luften i inneslutningen, i allmänhet via ett fast rensningssystem som aktiveras av behöriga myndigheter. Under denna tid kan höljet komma in av personer som bär SCBA . (Det finns en vanlig myt att detta beror på att halon är mycket giftigt; i själva verket beror det på att det kan orsaka yrsel och lätt försämrad uppfattning, och på grund av risken för förbränningsbiprodukter.)

Halonbaserade handbrandsläckare

Översvämningssystem kan manövreras manuellt eller automatiskt triggas av ett VESDA eller annat automatiskt detekteringssystem. I det senare fallet kommer en varningssiren och blixtljus först att aktiveras under några sekunder för att varna personal att evakuera området. Den snabba utsläppen av halon och den åtföljande snabba kylningen fyller luften med dimma och åtföljs av ett högt, desorienterande ljud.

Halon 1301 används också i F-16 jaktplan för att förhindra att bränsleångorna i bränsletankarna blir explosiva; när flygplanet går in i ett område med möjlighet till attack sprutas Halon 1301 in i bränsletankarna för engångsbruk. På grund av ozonnedbrytning övervägs trifluorjodmetan ( CF 3 I ) som ett alternativ.

Halon 1211 används vanligtvis i handsläckare, i vilka en ström av flytande halon riktas mot en mindre brand av en användare. Strömmen avdunstar under reducerat tryck, vilket ger stark lokal kylning, samt en hög koncentration av halon i omedelbar närhet av branden. I detta läge släcks elden genom kylning och syrebrist i kärnan av branden, samt radikal släckning över ett större område. Efter brandsläckning diffunderar halonen och lämnar inga rester.

Kemiska byggstenar

Klorometan och brommetan används för att introducera metylgrupper i organisk syntes . Klordifluormetan är den huvudsakliga prekursorn till tetrafluoreten , som är den monomera prekursorn till teflon .

Säkerhet

Haloalkaner har olika egenskaper, vilket gör generaliseringar svåra. Få är akut giftiga, men många utgör risker vid långvarig exponering. Några problematiska aspekter inkluderar cancerframkallande egenskaper (t.ex. metyljodid) och leverskador (t.ex. koltetraklorid). Under vissa förbränningsförhållanden omvandlas klormetaner till fosgen , som är mycket giftigt.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Halomethane&oldid=1141051928 "