Tetrafluoroetene
| 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, o tetrafluoroetilene, un perfluoroalchene conosciuto anche con la sigla commerciale TFE, è un composto chimico binario insaturo del carbonio con il fluoro, avente formula molecolare C2F4 e formula semistrutturale F2C=CF2.[2][3]
È 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, quindi inferiore al massimo di +4 che raggiunge in CO2 e CF4.
Il tetrafluoroetene è il monomero che dà origine al politetrafluoroetilene (–CF2–)n, il noto Teflon, polimero perfluorurato dotato di notevole inerzia chimica[4] e di alto valore tecnologico.[5][6]
A temperatura ambiente si presenta come un gas incolore e inodore, infiammabile, più denso dell'aria (≈ 3,4 volte), reattivo, irritante e nocivo, con una solubilità in acqua molto limitata (43,1 mL/L a 20 °C).[7]
A rimarchevole differenza del tetracloroetene, composto analogo ed isoelettronico di valenza (e degli altri peralogenoeteni), che non si infiamma e anche scaldato non brucia,[8] il tetrafluoroetene è estremamente infiammabile e forma con l'aria miscele esplosive.[7]
Storia
[modifica | modifica wikitesto]Il tetrafluoroetene fu preparato per la prima volta dal chimico francese Camille Chabrié per riscaldamento del tetracloroetilene con il difluoruro di argento:
C2Cl4 + 2 AgF2 → C2F4 + 2 AgCl + Cl2
Venne allora chiamato "tetrafluoruro di dicarbonio", nome corrispondente alla sua composizione.[9]
Proprietà e struttura molecolare
[modifica | modifica wikitesto]In condizioni ambiente il tetrafluoroetene è gassoso, anche se tecnicamente è un vapore (Teb. = -76,4 °C, Tcr. = 34,3 °C).[10]
Il tetrafluoroetene è una molecola termodinamicamente parecchio stabile, ΔHƒ° = -658,56 kJ/mol.[11] Nonostante questo, cineticamente è alquanto meno stabile: sia verso il riscaldamento che verso un'eccessiva pressione, il composto mostra una certa instabilità: per riscaldamento e compressione, è incline a polimerizzare esotermicamente, possibilmente in maniera incontrollata, per cui viene commercializzato in presenza di stabilizzatori (limonene).[12] Per questo, dovrebbe essere mantenuto sotto a circa 27 bar.[8]
La molecola del tetrafluoroetene è instabile rispetto alla decomposizione in carbonio e tetrafluoruro di carbonio (CF4) e tende a formare perossidi esplosivi a contatto con l'aria.[13]
Geometria molecolare
[modifica | modifica wikitesto]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, dovendo formare solo tre legami sigma, sono ibridati sp2, come nell'etilene;[14] come in quest'ultimo, la simmetria della molecola appartiene al gruppo puntuale D2h, e quindi il suo momento dipolare è nullo.[15]
La struttura molecolare del tetrafluoroetene è stata indagata attraverso la tecnica della diffrazione elettronica in fase gassosa. Dall'analisi dei dati le lunghezze e gli angoli di legame in F2C=CF2 risultano i seguenti:[16]
r(C=C) = 131,1 pm; r(C–F) = 131,9 pm
[per confronto, in F2C=CH2: r(C=C) = 131,5 pm; r(C–F) = 132,3 pm]
∠(F-C-F) = 112,4°; ∠(F-C-C) = 123,8°
[per confronto: ∠(F-C-F) = 109,1° in F2C=CH2]
Si può notare come il legame C=C sia significativamente più corto del valore normale (134 pm[17]) e così anche il legame C–F, il cui valore normale è 135 pm;[17] la lunghezza C–F è anche lievemente minore rispetto all'analoga nel fluoruro di vinilidene (1,1-difluoroetene)[18] ed è confrontabile con quella presente in CF4 (131,5 pm[19]), 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 che rinforza il legame e quindi lo accorcia).[20] Almeno in parte, questo però deriva anche dal fatto che in C2F4 il carbonio si lega al fluoro usando un orbitale sp2, invece che uno sp3, come è nel CF4: l'aumento del carattere s dell'orbitale ibrido comporta anch'esso un accorciamento del raggio covalente e dei corrispondenti legami formati.[21]
Per quanto riguarda gli angoli di legame, quello F-C-F 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,[18] oltre che parecchio più stretto di quello H-C-H nell'etilene (117,6°[19]).
L'altro angolo, quello F-C-C, di conseguenza è un po' più ampio dei 120° normali.
Sintesi
[modifica | modifica wikitesto]Sono noti vari metodi sintetici per la preparazione del tetrafluoroetilene:[22]
2 CF3COOH --> CF2=CF2 + 2 HF + 2 CO2
- Riarrangiamento del tetrafluorometano in un arco elettrico.[24][25]
- Declorurazione del 1,2-dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano in presenza di zinco come riducente.[26]
Cl-CF2-CF2-Cl + Zn --> CF2=CF2 + ZnCl2
- 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
[modifica | modifica wikitesto]Il suo impiego principale è come materia prima per la sintesi di polimeri fluorurati, ad esempio il politetrafluoroetilene (più noto comeTeflon o PTFE). Viene usato anche per la produzione di intermedi fluorurati quali gli iodioperfluoroalcani.
Sicurezza
[modifica | modifica wikitesto]Il 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[27] a dare tetrafluoruro di carbonio e carbone secondo la reazione di disproporzione:
CF2=CF2 → CF4 (g) + C (s) ΔHr = -257 kJ/mol[28]
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[29] e può formare perossidi solidi in presenza di ossigeno.
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ↑ scheda del tetrafluoroetene su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
- ↑ tetrafluoroethene (CHEBI:38866), su www.ebi.ac.uk. URL consultato il 7 novembre 2025.
- ↑ (EN) TETRAFLUOROETHYLENE, su www.chemspider.com. URL consultato il 7 novembre 2025.
- ↑ 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.
- 1 2 GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- 1 2 GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ↑ C. Chabrié, General Method for the Preparation of Carbon Fluorides, in Journal - Chemical Society, Londra, 1890.
- ↑ (EN) NIST Office of Data and Informatics, Ethene, tetrafluoro-, su webbook.nist.gov. URL consultato il 16 ottobre 2025.
- ↑ (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.
- ↑ F. Gozzo e G. Camaggi, Oxidation reactions of tetrafluoroethylene and their products—I: Auto-oxidation, in Tetrahedron, vol. 22, n. 6, 1º gennaio 1966, pp. 1765–1770, DOI:10.1016/S0040-4020(01)82248-1. URL consultato il 16 ottobre 2025.
- ↑ (EN) 1.8: sp² Hybrid Orbitals and the Structure of Ethylene, su Chemistry LibreTexts, 23 luglio 2023. URL consultato il 16 ottobre 2025.
- ↑ Experimental data for C2F4 (Tetrafluoroethylene), su Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase. URL consultato il 16 ottobre 2025.
- ↑ (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.
- 1 2 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.
- 1 2 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.
- 1 2 CCCBDB Experimental Data page 1, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 18 febbraio 2023.
- ↑ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, 2ª ed., Piccin, 1999, p. A-30, ISBN 88-299-1470-3.
- ↑ Francis A. Carey e Richard J. Sundberg, Advanced organic chemistry, 5t, Springer, 2007, pp. 24-25, ISBN 978-0-387-44897-8.
- ↑ Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry
- ↑ USP 2894996, 1955
- ↑ USP 3081245, 1960
- ↑ USP 3133871, 1963
- ↑ US 2401897, 1946
- ↑ doi.org, 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, su scottecatalog.com (archiviato dall'url originale il 5 marzo 2016).
Altri progetti
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Collegamenti esterni
[modifica | modifica wikitesto]- (EN) tetrafluoroethylene, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
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