Διφθορομεθάνιο
Το διφθορομεθάνιο[2] (αγγλικά: difluoromethane) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και φθόριο, με χημικό τύπο CH2F2. Με βάση το σύστημα κωδικής ονομασίας που ξεκίνησε με τους φθοροχλωραάθρακες έχει τον κωδικό HFC-32 ή R-32. Ανήκει στην ομόλογη σειρά των διαλαλκανίων, δηλαδή των άκυκλων, κορεσμένων αλυδρογονανθράκων με δυο (2) άτομα αλογόνου (όχι απαραίτητα το ίδιο αλογόνο) ανά μόριο. Θεωρητικά προκύπτει από το μεθάνιο, αν αντικατασταθούν δύο (2) άτομα υδρογόνου από δύο (2) άτομα φθορίου. Το χημικά καθαρό διφθορομεθάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και πίεση 1 atm, είναι ένα αέριο.
| Διφθορομεθάνιο | |||
|---|---|---|---|
 | |||
 | |||
| Γενικά | |||
| Όνομα IUPAC | Διφθορομεθάνιο | ||
| Άλλες ονομασίες | Μεθυλενοδιφθορίδιο | ||
| Χημικά αναγνωριστικά | |||
| Χημικός τύπος | CH2F2 | ||
| Μοριακή μάζα | 52,02 amu | ||
| Σύντομος συντακτικός τύπος | CH2F2 | ||
| Συντομογραφίες | HFC-32 R-32 | ||
| Αριθμός CAS | 75-10-5 | ||
| SMILES | FCF | ||
| InChI | 1S/CH2F2/c2-1-3/h1H2 | ||
| Αριθμός EINECS | 200-839-4 | ||
| Αριθμός RTECS | PA8537500 | ||
| PubChem CID | 6345 | ||
| ChemSpider ID | 6105 | ||
| Δομή | |||
| Μήκος δεσμού | C-H: 106 pm C-F: 139 pm | ||
| Είδος δεσμού | C-H: σ (2sp3-1s) σ (2sp3-2sp3) | ||
| Πόλωση δεσμού | C--H+: 3% C+-F-: 43% | ||
| Γωνία δεσμού | 109° 28' | ||
| Μοριακή γεωμετρία | τετραεδρική | ||
| Ισομέρεια | |||
| Φυσικές ιδιότητες | |||
| Σημείο τήξης | -136,8 °C | ||
| Σημείο βρασμού | -51,6 °C | ||
| Πυκνότητα | 2,163 kg/m3 (21,1 °C) 2,72 kg/m3 (15 °C) | ||
| Διαλυτότητα στο νερό | 3,65 kg/m3 (20 °C)[1] | ||
| Τάση ατμών | 1.518,92 kPa (21,1 °C) | ||
| Εμφάνιση | Άχρωμο αέριο | ||
| Χημικές ιδιότητες | |||
| Σημείο αυτανάφλεξης | 648 °C | ||
| Επικινδυνότητα | |||
 | |||
| Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+) | |||
| Φράσεις κινδύνου | R12 | ||
| Φράσεις ασφαλείας | S9, S16, S23 | ||
| Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). | |||
Ονοματολογία
Η ονομασία «διφθορομεθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «μεθ-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες που έχουν χαρακτηριστικές καταλήξεις. Το αρχικό πρόθεμα «διφθορο-» δηλώνει την παρουσία δύο (2) ατόμων φθορίου ανά μόριο της ένωσης.
Ο κωδικός HFC-32 παράγεται ως εξής: Το HFC προέρχεται από την αγγλόφωνη λέξη HydroFluoroCarbon. Το πρώτο ψηφίο (3) σημαίνει ότι η ένωση περιέχει 3 - 1 = 2 άτομα υδρογόνου (ανά μόριο). Τέλος, το τελευταίο ψηφίο (2), σημαίνει ότι η ένωση περιέχει δύο (2) άτομα φθορίου.
Μοριακή δομή
Η μοριακή δομή του είναι τετραεδρική, με το άτομο του άνθρακα στο κέντρο κσι τα υπόλοιπα στις κορυφές, αλλά βέβαια, το νοητό τετράεδρο που σχηματίζεται δεν είναι ακριβώς κανονικό, γιατί το μήκος δεσμού C-F είναι λίγο μεγαλύτερο από τα μήκη δεσμού C-H.
Η ενέργεια δεσμού C-F ανέρχεται σε 552 kJ/mol. Η ειδική θερμοχωρητικότητά του είναι Cp = 38,171 J/(mole·K) στους 25 °C. Ο δεσμός αυτός είναι πολύ σταθερός και έχει μεγάλη πολικότητα, αγγίζοντας τα όρια ετεροπολικού δεσμού.
| Δεσμοί[3] | ||||
| Δεσμός | τύπος δεσμού | ηλεκτρονική δομή | Μήκος δεσμού | Ιονισμός |
|---|---|---|---|---|
| C-H | σ | 2sp3-1s | 109 pm | 3% C- H+ |
| C-F | σ | 2sp3-2sp3 | 139 pm | 43% C+ F- |
| Κατανομή φορτίων σε ουδέτερο μόριο | ||||
| F | -0,43 | |||
| H | +0,03 | |||
| C | +0,80 | |||
Παραγωγή
Με υποκατάσταση χλωρίου από φθόριο
Το διφθορομεθάνιο μπορεί να παραχθεί με επίδραση φθοριούχου υφυδραργύρου (Hg2F2) σε διχλωρομεθάνιο[4]:
Χημικές ιδιότητες
Υποκατάσταση από χλώριο
Με επίδραση χλωριούχου ασβεστίου σε διφθορομεθάνιο αρχικά παράγεται φθοροχλωρομεθάνιο, και στη συνέχεια διχλωρομεθάνιο:
Υποκατάσταση από φαινύλιο
Με επίδραση τύπου Friedel-Crafts σε βενζολίου παράγεται προπυλοβενζόλιο[5]:
Περιφθορίωση
Το διφθορομεθάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου. Έτσι παράγεται (κυρίως) τετραφθοράνθρακας[6]:
Αναγωγή
1. Με LiAlH4, παράγεται μεθάνιο[7]:
2. Με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ, παράγεται αρχικά φθορομεθάνιο, και στη συνέχεια μεθάνιο[8]:
3. Με σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου, παράγεται μεθάνιο[9]:
4. Με αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο, παράγεται μεθάνιο. Π.χ.[10]:
Αντιδράσεις προσθήκης
1. Σε αλκένια. Π.χ. με αιθένιο (CH2=CH2) παράγει 1,3-διφθοροπροπάνιο[11]:
2. Σε αλκίνια. Π.χ. με αιθίνιο (HC≡CH) παράγει 1,3-διφθοροπροπένιο[12]:
3. Σε κυκλοαλκάνια που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με κυκλοπροπάνιο παράγει 1,4-διφθοροβουτάνιο[13]:
4. Σε αλκαδιένια. Π.χ. με 1,3-βουταδιένιο παράγει, με 1,4-προσθήκη, 1,5-διφθορο-2-πεντένιο[14]:
5. Σε ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν τριμελή ή τετραμελή δακτύλιο. Π.χ. με οξιράνιο παράγει 2-φθορο-1-φθορομεθοξυαιθάνιο[15]:
Παραγωγή και χρήση καρβενίων
Με επίδραση πυκνού διαλύματος υδροξείδιου του καλίου (ΚΟΗ) αποσπάται υδροφθόριο παράγοντας φθορομεθυλένιο[16]:
- Το ασταθές φθορομεθυλένιο στη συνέχεια συμπεριφέρεται σα δίριζα και παρεμβάλλεται σε δεσμούς C-Η ή προσθέτεται σε πολλαπλούς δεσμούς, σχηματίζοντας τριμελή δακτύλιο. Με επίδραση σε βενζολικό δακτύλιο σχηματίζει παράγωγα του κυκλοεπτατριενίου. Παραδείγματα:
1. Παρεμβολή στον εαυτό του. Παράγεται 1,1,2-τριφθοραιθάνιο:
2. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθένιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθοροπροπένιο και φθοροκυκλοπροπάνιο:
3. Παρεμβολή και προσθήκη στο αιθίνιο. Παράγεται μίγμα από 3-φθοροπροπίνιο και 3-φθοροκυκλοπροπένιο:
4. Παρεμβολή και προσθήκη στο βενζόλιο. Παράγεται μίγμα από φθορομεθυλοβενζόλιο και 7-φθοροκυκλοεπτατριένιο:
5. Παρεμβολή και προσθήκη στη μεθανάλη. Παράγεται μίγμα από φθοραιθανάλη και φθοροξιράνιο:
Εφαρμογές
Το διφθορομεθάνιο είναι ένα ψυκτικό που έχει μηδενικό δυναμικό καταστροφής του στρατοσφαιρικού όζοντος. Το διφθορομεθάνιο, σε ένα ζεοτροπικό 50%/50% m/m[17] μίγμα με πενταφθοραιθάνιο (R-125), είναι γνωστό ως R-410Α, ένα συνηθισμένο υποκατάστατο για διάφορους φθοροχλωράνθρακες, γνωστούς ως φρεόν, στα νέα ψυκτικά συστήματα, και ιδιαίτερα στα κλιματιστικά. Υπάρχουν και άλλα ψυκτικά ζεοτροπικά μίγματα, που περιέχουν διφθορομεθάνιο, πενταφθοραιθάνιο και 1,1,1,2-τετραφθοραιθάνιο, γνωστά ως R-407Α - R-407E, όπου το γράμμα εξαρτάται από τη σύνθεση. Ομοίως, χρησιμοποιείται και το αζεοτροπικό μίγμα 48,2%/51,8% m/m με τριφθοροχλωρομεθάνιο (R13). Ως ψυκτικό μέσο, το διφθορομεθάνιο ταξινομείται ως A2L, δηλαδή ως ελάχιστα εύφλεκτο[18]. Ωστόσο δεν είναι και τόσο οικολογικό, γιατί αν και δε διασπά το όζον, έχει υψηλό δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης, 675 φορές μεγαλύτερο από εκείνο του διοξειδίου του άνθρακα[19][20].
Περιβάλλον
Το διφθορομεθάνιο είναι ένα αέριο του φαινομένου του θερμοκηπίου και μάλιστα έχει σχετικό δυναμικό 675 φορές ισχυρότερο από εκείνο του διοξειδίου του άνθρακα[21]. Αλλά σε αντίθεση με τις ουσίες που αναφέρονται γενικά ως φθοροχλωράνθρακες (CFCs), δεν είναι βλαβερό για το στρατοσφαιρικό όζον. Στο Πρωτόκολλο του Κιότο αναφέρεται με τη γενικότερη περιγραφή «...φθοράνθρακας που περιέχει υδρογόνο...», και περιλαμβάνεται έτσι στις ουσίες των οποίων οι εκπομπές στην ατμόσφαιρα πρέπει να μειωθούν.
Δείτε επίσης
Σημειώσεις και αναφορές
Πηγές
- Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
- Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
- SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
- Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
- Flammability Measurements of Difluoromethane in Air at 100 °C Αρχειοθετήθηκε 2016-09-20 στο Wayback Machine.
- Difluoromethane at Gas Encyclopaedia Αρχειοθετήθηκε 2016-03-03 στο Wayback Machine.
- IR absorption spectra Αρχειοθετήθηκε 2006-10-13 στο Wayback Machine.
- [1] Αρχειοθετήθηκε 2004-08-25 στο Wayback Machine..