Tetrafluoroetene
Il tetrafluoroetene, o tetrafluoroetilene, conosciuto anche con la sigla commerciale TFE, è un composto chimico binario del fluoro con il carbonio, insaturo, avente formula bruta C2F4 o F2C=CF2. È un perfluoroalchene e la più semplice olefina perfluorurata: al posto dei quattro atomi di idrogeno nella molecola dell'etene qui abbiamo altrettanti atomi di fluoro. Il carbonio è qui allo stato di ossidazione +2, inferiore al massimo di +4 che raggiunge in CO2 e CF4.
| Tetrafluoroetene | |
|---|---|
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| Nome IUPAC | |
| tetrafluoroetene | |
| Nomi alternativi | |
| tetrafluoroetilene perfluoroetene perfluoroetilene TFE CFC 1114 | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | C2F4 |
| Massa molecolare (u) | 100,02 |
| Aspetto | gas incolore |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 204-126-9 |
| PubChem | 8301 |
| SMILES | C(=C(F)F)(F)F |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (kg·m−3, in c.s.) | 4,22 |
| Solubilità in acqua | 0,043 vol/vol a 20 °C, 1 atm |
| Temperatura di fusione | −143 °C (130 K) |
| Temperatura di ebollizione | −75,6 °C (197,4 K) |
| Punto critico | 306,4 K (33,3 °C) 3,952 × 106 Pa |
| Tensione di vapore (Pa) a 298 K | 3,2 × 106 Pa |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol−1) | −658,9 |
| S0m(J·K−1mol−1) | 300,1 |
| C0p,m(J·K−1mol−1) | 80,5 |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Limiti di esplosione | 11 - 60% vol. |
| Temperatura di autoignizione | 180 °C (453 K) |
| Simboli di rischio chimico | |
  
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| pericolo | |
| Frasi H | 220 - 280 - 350 - 371 |
| Consigli P | 210 - 410+403 - 260 - 281 [1] |
Il tetrafluoroetene è il monomero che dà origine al politetrafluoroetilene (–CF2–)n, il noto Teflon, polimero perfluorurato dotato di notevole inerzia chimica[2] e di alto valore tecnologico.[3][4]
A temperatura ambiente si presenta come un gas[5] incolore e inodore, più denso dell'aria, reattivo, irritante e nocivo, con una solubilità in acqua molto limitata (43,1 mL/L a 20 °C).[6]
A rimarchevole differenza del tetracloroetene, composto analogo ed isoelettronico di valenza (e degli altri peralogenoeteni), che non si infiamma e anche scaldato non brucia,[7] il tetrafluoroetene è estremamente infiammabile e forma con l'aria miscele esplosive.[6]
Proprietà e struttura molecolare
modificaIl tetrafluoroetene è una molecola termodinamicamente parecchio stabile, ΔHƒ° = -658,56 kJ/mol.[8] Tuttavia, cineticamente lo è di meno, e il composto mostra una certa instabilità, sia verso il riscaldamento, che verso un'eccessiva pressione e dovrebbe essere mantenuto sotto a circa 27 bar;[7] comunque, è incline a polimerizzare esotermicamente, possibilmente in maniera incontrollata, per riscaldamento e compressione, per cui viene commercializzato in presenza di stabilizzatori (limonene).[9]
La molecola del tetrafluoroetilene è planare, gli atomi F sono legati al carbonio con legami semplici, mentre i due atomi di C formano tra loro un doppio legame (σ + π) e sono ibridati sp2. La simmetria della molecola appartiene al gruppo puntuale D2h, e quindi il suo momento dipolare è nullo.
La struttura molecolare del tetrafluoroetene è stata indagata attraverso la tecnica della diffrazione elettronica in fase gassosa. Dall'analisi dei dati le lunghezze di legame e gli angoli in F2C=CF2 risultano i seguenti:[10]
r(C=C) = 131,1 pm; r(C–F) = 131,9 pm [per confronto: r(C=C) = 131,5 pm; r(C–F) = 132,3 pm in F2C=CH2]
∠(FCF) = 112,4°; ∠(FCC) = 123,8° [per confronto: ∠(FCF) = 109,1° in F2C=CH2]
Si può notare come il legame C=C sia significativamente più corto del valore normale (134 pm[11]) e così anche il legame C–F (135 pm[11]); la lunghezza C–F è anche lievemente minore rispetto all'analoga nel fluoruro di vinilidene (1,1-difluoroetene)[12] ed anche appena più corta rispetto a quella presente in CF4 (131,5 pm[13]), che pure è quella più corta nella serie dei fluorometani (CH4-nFn) per il crescere della parziale carica positiva del carbonio al crescere degli atomi di fluoro presenti (aumento del carattere ionico nei legami covalenti); questo però deriva, almeno in parte, anche dal fatto che in C2F4 il C si lega a F usando un orbitale sp2, invece che uno sp3, come è nel CF4.
Per quanto riguarda gli angoli di legame, quello FCF è qui decisamente più stretto di 120°, cioè del valore previsto per l'ibridazione sp2 del carbonio, ma lievemente maggiore che nel fluoruro di vinilidene,[12] oltre che parecchio più stretto di quello HCH nell'etilene (117,6°[13]).
L'altro angolo, quello FCC, è un po' più largo dei 120° normali.
Sintesi
modificaSono noti vari metodi sintetici per la preparazione del tetrafluoroetilene:[14]
2 CF3COOH --> CF2=CF2 + 2 HF + 2 CO2
- Riarrangiamento del tetrafluorometano in un arco elettrico.[16][17]
- Declorurazione del 1,2-dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano in presenza di zinco come riducente.[18]
Cl-CF2-CF2-Cl + Zn --> CF2=CF2 + 2 ZnCl
- pirolisi del clorodifluorometano a 600-800 °C
2 CHF2Cl --> CF2=CF2 + 2 HCl
- pirolisi del trifluorometano a 600-800 °C
2 CHF3 --> CF2=CF2 + 2 HF
In particolari condizioni è possibile che la sintesi per pirolisi porti alla formazione di tracce di difluorocarbene, il quale reagisce con il tetrafluoroetilene liberando perfluoropropene e perfluoroisobutene.
Impieghi
modificaIl suo impiego principale è come materia prima per la sintesi di polimeri fluorurati, ad esempio il politetrafluoroetilene (più noto come PTFE o Teflon). Viene usato anche per la produzione di intermedi fluorurati quali gli iodioperfluoroalcani.
Sicurezza
modificaIl TFE è una molecola estremamente reattiva: è soggetto a polimerizzazione spontanea con conseguente liberazione di una grande quantità di energia.
Al di sopra di una certa temperatura il TFE si decompone in maniera incontrollata[19] a dare tetrafluoruro di carbonio e carbone secondo la reazione di disproporzione:
CF2=CF2 --> CF4 (g) + C (s) ΔHr = -257 kJ/mol[20]
Allo scopo di prevenire incidenti il TFE viene movimentato in bombole a bassa pressione e stoccato in presenza di inibitori di polimerizzazione quali terpeni e limonene.
Il TFE è cancerogeno[21] e può formare perossidi solidi in presenza di ossigeno.
Note
modifica- ^ scheda del tetrafluoroetene su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
- ^ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Carbon, in Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 303-304, ISBN 0-7506-3365-4.
- ^ (EN) D. Peter Carlson e Walter Schmiegel, Fluoropolymers, Organic, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 15 giugno 2000, pp. a11_393, DOI:10.1002/14356007.a11_393, ISBN 978-3-527-30673-2. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ (EN) 7 - Manufacturing Polytetrafluoroethylene, William Andrew Publishing, 1º gennaio 2013, pp. 91-124, DOI:10.1016/b978-1-4557-7442-5.00007-3, ISBN 978-1-4557-7442-5. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ Anche se è tecnicamente un vapore al di sotto di 33,3 °C.
- ^ a b GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ a b GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ (EN) Ethene, tetrafluoro-, su webbook.nist.gov. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ (EN) PubChem, Tetrafluoroethylene, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ (EN) Jose L. Carlos, Robert R. Karl e Simon H. Bauer, Gas phase electron diffraction study of six fluoroethylenes, in Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 2: Molecular and Chemical Physics, vol. 70, n. 0, 1º gennaio 1974, pp. 177-187, DOI:10.1039/F29747000177. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ a b J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, Piccin, 1999, pp. A-25 - A-33, ISBN 88-299-1470-3.
- ^ a b Victor W. Laurie e Dallas T. Pence, Microwave Spectra and Structures of Difluoroethylenes, in The Journal of Chemical Physics, vol. 38, n. 11, 1º giugno 1963, pp. 2693-2697, DOI:10.1063/1.1733575. URL consultato il 22 luglio 2022.
- ^ a b CCCBDB Experimental Data page 1, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ^ Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry
- ^ USP 2894996, 1955
- ^ USP 3081245, 1960
- ^ USP 3133871, 1963
- ^ US 2401897, 1946
- ^ https://doi.org/10.1002/prs.10174
- ^ Copia archiviata (PDF), su icheme.org. URL consultato il 28 maggio 2018 (archiviato dall'url originale il 29 maggio 2018).
- ^ MSDS Sheet Search from Scott Specialty Gases for TETRAFLUOROETHENE Archiviato il 5 marzo 2016 in Internet Archive.
Altri progetti
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Collegamenti esterni
modifica- (EN) tetrafluoroethylene, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
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