Галометан - Halomethane

Галометан қосылыстар. туындылары болып табылады метан (CH4) бірімен немесе бірнешеуімен сутегі атомдармен ауыстырылды галоген атомдар (F, Cl, Br, немесе Мен ). Галометандар табиғи түрде де, әсіресе теңіз орталарында да, сондай-ақ техногендік, ең алдымен, салқындатқыштар, еріткіштер, жанармайлар және фумиганттар ретінде кездеседі. Көптеген, соның ішінде хлорфторкөміртектері, көпшіліктің назарын аударды, өйткені олар әсер еткенде белсенді болады ультрафиолет биіктікте кездеседі және Жерді қорғайды озон қабаты.

Құрылымы және қасиеттері

Метанның өзі сияқты галометандар да тетраэдрлік молекулалар. Галогендік атомдар мөлшері мен заряды бойынша сутектен және бір-бірінен айтарлықтай ерекшеленеді. Демек, әртүрлі галометандар метанның керемет тетраэдрлік симметриясынан ауытқиды.[1]

Галометандардың физикалық қасиеттері қосылыстағы галоген атомдарының саны мен идентификациясына байланысты. Жалпы галогенидтердің поляризациялануына байланысты галометандар ұшпа, бірақ метанға қарағанда азырақ. Галогенидтердің поляризациясы және молекулалардың полярлығы оларды еріткіш ретінде пайдалы етеді. Галометандар метанға қарағанда әлдеқайда аз жанғыш. Жалпы түрде қосылыстардың реактивтілігі йодидтер үшін ең үлкен, ал фторидтер үшін ең аз.

Өндіріс

Өндірістік маршруттар

Галометандар мол масштабта мол прекурсорлардан өндіріледі, яғни. табиғи газ немесе метанол, және бастап галогендер немесе галогенидтер. Олар әдетте үш әдістің бірімен дайындалады.[2]

  • Метанды бос радикалды хлорлау:
CH4 + Cl2 (+ Ультрафиолет) → CH3Cl + HCl

Бұл әдіс CH өндірісі үшін пайдалы4 − xClх (х = 1, 2, 3 немесе 4). Бұл әдістің негізгі проблемалары оның HCl-ді когеренттейтіндігінде және ол әртүрлі өнімдердің қоспаларын шығаруда. CH пайдалану4 артық мөлшерде бірінші кезекте CH түзеді3Cl және Cl қолданады2 артық мөлшерде ең алдымен CCl түзеді4, бірақ басқа өнімдердің қоспалары әлі де болады.

  • Галогендеу метанол. Бұл әдіс монохлорид, -бромид және -иодид өндірісінде қолданылады.
CH3OH + HCl → CH3Cl + H2O
4 CH3OH + 3 Br2 + S → 4 CH3Br + H2СО4 + 2 HBr
3 CH3OH + 3 I2 + P → 3 CH3I + HPO (OH)2 + 3 HI
  • Галогендік алмасу. Әдіс негізінен хлоридтерден фторланған туындылар алу үшін қолданылады.
CH3Cl + HF → CH3F + HCl
CH2Cl2 + HF → CH2FCl + HCl
CH2Cl2 + 2 HF → CH2F2 + 2 HCl
CH2Cl2 + F2 → CH2F2 + Cl2
HCCl3 + HF → HCFCl2 + HCl
HCCl3 + 2 HF → HCF2Cl + 2 HCl
HCCl3 + F2 → HCF2Cl + Cl2
HCCl3 + 3 HF → HCF3 + 3 HCl
HCCl3 + F2 + HF → HCF3 + Cl2 + HCl
CCl4 + HF → CFCl3 + HCl
CCl4 + 2 HF → CF2Cl2 + 2 HCl
CCl4 + F2 → CF2Cl2 + Cl2
CCl4 + 3 HF → CF3Cl + 3 HCl
CCl4 + F2 + HF → CF3Cl + Cl2 + HCl
CCl4 + 4 HF → CF4 + 4 HCl
CCl4 + F2 + 2 HF → CF4 + Cl2 + 2 HCl
CCl4 + 2 F2 → CF4 + 2 Cl2
CH4 + ClOH → CH3Cl + H2O
CH3OH + ClOH → CH3Cl + H2O2

Галометандардың іздері атмосферада басқа табиғи емес, өндірістік материалдарды енгізу арқылы пайда болады.

Табиғатта

Көптеген теңіз организмдері биосинтездейді галометандар, әсіресе құрамында бром бар қосылыстар.[3] Хлорметанның аз мөлшері хлор көздерінің әр түрлі көміртек қосылыстарымен әрекеттесуінен пайда болады. Осы галометандардың биосинтездерін катализдейді хлоропероксидаза және бромопероксидаза сәйкесінше ферменттер. Идеалданған теңдеу:

CH4 + Cl− + 1/2 O2 → CH3Cl + OH−

Қосылыстар класы

Галондар әдетте сутегі атомдары басқа галогендермен бірге броммен алмастырылған көмірсутектер деп аталады.[4] Оларды фреондар үшін қолданылатын жүйеге ұқсас (бірақ қарапайым) код нөмірлері жүйесі деп атайды. Бірінші цифр молекуладағы көміртек атомдарының санын, екіншісі - фтор атомдарының санын, үшіншісі - хлор атомдарын, төртіншісі - бром атомдарының санын анықтайды. Егер санға бесінші цифр кіретін болса, бесінші сан йод атомдарының санын көрсетеді (бірақ галондағы йод сирек кездеседі). Галоген атомдары қабылдамаған кез-келген байланыстар кейіннен сутек атомдарына бөлінеді.

Мысалы, Halon 1211 қарастырайық: C F Cl Br1 2 1 1

Галон 1211 бір көміртек атомы, екі фтор атомы, бір хлор атомы және бір бром атомы бар. Бір көміртектің тек төрт байланысы бар, олардың барлығын галоген атомдары алады, сондықтан сутегі болмайды. Осылайша оның формуласы CF болады2BrCl, және оның IUPAC атауы - бромхлордифторметан.

ANSI / ASHRAE стандарты 34-1992

Салқындатқышты атау жүйесі негізінен салқындатқыш ретінде қолданылатын фторланған және хлорланған қысқа алкандар үшін қолданылады. Америка Құрама Штаттарында стандарт ANSI / ASHRAE 34-1992 стандартында көрсетілген, оған қосымша жылдық қоспалар қосылады.[5] Көрсетілген ANSI / ASHRAE префикстері FC (фторокарбон) немесе R (салқындатқыш) болды, бірақ бүгінде олардың көпшілігі нақты классификациямен толықтырылған:

CFC-01234a үшін декодтау жүйесі:

  • 0 = Қос байланыстың саны (нөлге тең болмайды)
  • 1 = Көміртегі атомдары -1 (нөлге тең жоқ болса)
  • 2 = сутегі атомдары +1
  • 3 = Фтор атомдары
  • 4 = Броммен ауыстырылды («В» префиксі қосылды)
  • а = Изомерлерді анықтау үшін қосылған әріп, кез-келген сандағы «қалыпты» изомердің әр көміртегідегі масса айырмашылығы ең аз болады, ал а, b немесе с массалар нормадан алшақтаған сайын қосылады.

Басқа кодтау жүйелері де қолданылуда.

Гидрофторлы қосылыстар (HFC)

Гидрофторкөміртегілерде (ХФК) хлор болмайды. Олар толығымен көміртегі, сутегі және фтордан тұрады. Олар озон қабатына белгілі әсер етпейді; фтордың өзі озон-улы емес.[6][7]Алайда, HFC және перфторкөміртегі (PFC) болып табылады парниктік газдар себеп болады ғаламдық жылуы. Галоалкандардың екі тобы, гидрофторкөміртектер (HFC) және перфторкөміртегі, -ның мақсаттары болып табылады Киото хаттамасы.[8] Аллан Торнтон, Президент Экологиялық тергеу агенттігі, үкіметтік емес, қоршаған ортаны қадағалаушы орган HFC ғаламдық жылынуда көмірқышқыл газынан 12 500 есе күшті екенін айтады.[9] Неғұрлым жоғары болса ғаламдық жылыну әлеуеті екі себебі бар: HFC атмосферада ұзақ уақыт бойы сақталады және оларда СО-ға қарағанда химиялық байланыс көп2демек, олар көмірқышқыл газына қарағанда бір молекулаға күн энергиясын көбірек сіңіруге қабілетті. Бай елдер бұл газдарды қысып жатыр. Торнтон көптеген елдер бұл химиялық заттарды көміртегі несиесін алу үшін қажетсіз шығарады дейді. Осылайша, Киото хаттамасы бойынша көміртегі сауда ережелерінің нәтижесінде дамушы елдердің несиелерінің жартысына жуығы ХҚК несиелеріне ие, Қытай өнеркәсіптік қосалқы өнім ретінде атмосферада болатын HFC-ді аулау мен жоюдан миллиардтаған доллар жинады.[10]

Негізгі галометандарға шолу

Сутектің, фтордың, хлордың, бромның және йодтың бір көміртегі атомына көп ауысуы эксперименталды түрде бағаланды.

Галометанға шолу
Жүйелік атауЖалпы / тривиальды
аты (-лары)		КодПайдаланыңызХим. формула
ТетрахлорметанТөртхлорлы көміртек, Фреон 10

(Фреон негізінен а ретінде қолданылатын хлорофторкөміртектер тобының сауда атауы салқындатқыш. Бұл сауда маркасында қолданылатын негізгі химиялық зат - дихлордифторметан. Сөз Фреон тіркелген болып табылады сауда маркасы тиесілі DuPont.)

CFC-10Бұрын өрт сөндіргіштерде болғанCCl4
ТетрабромометанКөміртекті тетрабромидCBr4
ТетраиодометанКөміртекті тетраиодидCI4
ТетрафторметанКөміртекті тетрафторид, фреон 14PFC-14
(Формальды түрде қате болса да, CFC-14 және HF-14 қолданылады)		CF4
ХлорметанМетилхлоридМетилдеу агенті; мысалы, трихлорсилан метиліне арналғанCH3Cl
ДихлорметанМетилен хлоридіЕріткішCH2Cl2
ТрихлорметанХлороформЕріткішCHCl3
ТрихлорфторметанФреон-11, R-11CFC-11CCl3F
ДихлордифторметанФреон-12, R-12CFC-12CCl2F2
ХлортрифторметанCFC-13CClF3
ХлородифторметанR-22HCFC-22CHClF2
ТрифторметанФторформHFC-23Жартылай өткізгіштік салада, салқындатқышCHF3
ХлорфторметанФреон 31Салқындатқыш (біртіндеп шығарылады)CH2ClF
ДифторметанHFC-32Нөлі бар салқындатқыш озон қабатының бұзылу әлеуетіCH2F2
ФторометанФтор метиліHFC-41Жартылай өткізгіштер өндірісіCH3F
БрометанБромды метилТопырақ стерилденген және фумигантты, қазіргі уақытта жойылады. Ол озон қабатын қатты бұзады және өте улы.CH3Br
ДибромометанБромді метиленЕріткіш және химиялық аралық.CH2Br2
ТриброметанБромоформАуыр минералдарды бөлуге арналғанCHBr3
БромхлорметанГалон 1011Бұрын өрт сөндіргіштерде болғанCH2BrCl
БромхлордифторметанBCF, Halon 1211 BCF немесе Freon 12B1Галон 1211CBrClF2
БромтрифторметанBTM, Halon 1301 BTM немесе Freon 13BIГаллон 1301CBrF3
ТрифторийодометанТрифторометил йодидіФреон 13T1Органикалық синтезCF3Мен
ЙодометанМетил йодидіОрганикалық синтезCH3Мен

Қолданбалар

Олар көптеген қосымшаларға ие және оңай дайындалатындықтан, галометандар коммерциялық қызығушылық тудырды.

Еріткіштер

Дихлорметан галометан негізіндегі ең маңызды еріткіш. Оның құбылмалылығы, төмен тұтанғыштығы және көптеген органикалық қосылыстарды еріту қабілеті бұл түссіз сұйықтықты пайдалы еріткішке айналдырады.[2] Ол а ретінде кеңінен қолданылады бояу стриптизер және а майсыздандырғыш. Ішінде тамақ өнеркәсібі, ол бұрын үйреніп қалған кофеинсіздендіру кофе және шай сығындыларын дайындауға арналған құлмақ және басқа да хош иістендіргіштер.[11] Оның құбылмалылығы оны ретінде қолдануға әкелді аэрозольді тозаңдатқыш және а үрлеу агенті үшін полиуретан көбік.

Жанармай

CFC-ді пайдаланудың бір маңызды әдісі отын ретінде қолданылған аэрозольдер, соның ішінде емдеуге қолданылатын дәрілік заттарға арналған мөлшерленген ингаляторлар астма. Бұл қондырғылар мен емдеу әдістерін CFC-ден озон қабатына бірдей әсер етпейтін отынға айналдыру іс жүзінде аяқталды. Қазір АҚШ-та өндіріс пен импортқа тыйым салынған.

Өрт сөндіру

Ішінде галон негізіндегі өрт сөндіру жүйесі Диефенбанкер, Канададағы ядролық құлдырау бункері.

Жоғары температурада галондар бөліну үшін ыдырайды галоген белсенді оттегі, оттегі және жылу қалғанда да жалынның таралу реакциясын сөндіріп, белсенді сутек атомдарымен оңай қосылатын атомдар. The химиялық реакция ішінде жалын а түсімі бос радикал тізбекті реакция; реакцияны тарататын радикалдардың секвестрі арқылы галондар отты әлдеқайда төмен деңгейде тоқтата алады концентрациялары салқындатудың дәстүрлі әдістерін, оттегінің жетіспеушілігін немесе отынды сұйылтуды қолдана отырып, өрт сөндіргіштер талап еткеннен гөрі.

Мысалға, Галлон 1301 жалпы су тасқыны жүйелері, әдетте, ауадағы көлемінің 7% -дан аспайтын концентрацияда қолданылады және көптеген өртті т / в 2,9% -да сөндіре алады. Керісінше, Көмір қышқыл газы су тасқыны жүйелері өрттің 34% -дан концентрациядан (сұйық отынның тек жер үсті жануы) 75% -ке дейін жұмыс істейді (шаң ұстағыштар). Көмірқышқыл газы 3-6% концентрациясында қатты күйзеліске әкелуі мүмкін және бірнеше минут ішінде 10% концентрацияда тыныс алу параличімен өлімге әкеледі. Halon 1301 өзінің тиімді концентрациясы 5% шамасында ғана жұмсақтықты тудырады, тіпті 15% -да әсер етушілер есінде қалады, бірақ нашарлайды және ұзақ мерзімді әсер етпейді. (Тәжірибелік жануарлар сонымен қатар 4 ай ішінде аптасына 30 сағат ішінде 2% Halon 1301 концентрациясына ұшырады, денсаулыққа ешқандай әсер етпейді.) Галон 1211 сонымен қатар, Halon 1301-ге қарағанда улылығы жоғары, сондықтан су басу жүйелеріне жарамсыз болып саналса да, уыттылығы төмен.

Алайда, Halon 1301 өртті сөндіру толығымен улы емес; өте жоғары температурадағы жалын немесе қызыл металмен жанасу Halon 1301-нің улы субөнімдерге ыдырауын тудыруы мүмкін. Мұндай қосалқы өнімнің болуы оларды анықтайтындықтан оңай анықталады гидробром қышқылы және фторлы қышқыл, олар қатты тітіркендіреді. Галондар А класындағы (органикалық қатты заттар), В (тұтанғыш сұйықтықтар мен газдар) және С (электрлік) өрттерге өте тиімді, бірақ олар D (металл) класына сәйкес келмейді, өйткені олар улы газ шығарып қана қоймайды және өртті тоқтатыңыз, бірақ кейбір жағдайларда жарылыс қаупі бар. Галондарды К класындағы (ас үй майлары мен майлары) өрт кезінде қолдануға болады, бірақ мамандандырылған көбікке қарағанда артықшылықтары жоқ.

Галлон 1301 жалпы су тасқыны жүйелерінде кең таралған. Бұл жүйелерде галонды цилиндрлердің банктері 4-ке дейін қысыммен ұсталадыМПа (600 psi ) сығылған азот, және бекітілген құбыр желісі қорғалған қоршауға әкеледі. Іске қосу кезінде бір немесе бірнеше цилиндрдің барлық өлшенген мазмұны қорапқа бірнеше секунд ішінде жіберіледі, саптамалар бүкіл бөлмеде біркелкі араласуды қамтамасыз етуге арналған. Қажетті концентрацияға жету үшін, демпингтің мөлшері алдын-ала есептеледі, әдетте оның көлемі 3-7%. Бұл деңгей барлық заттардың салқындауын қамтамасыз ету үшін, әдетте, ең аз дегенде он минут, ал кейде жиырма минуттық «сіңдіру» уақытында сақталады, сондықтан биліктің пайда болуы екіталай, содан кейін қоршаудағы ауа тазартылады, әдетте тиісті органдар іске қосатын бекітілген тазарту жүйесі арқылы. Осы уақыт ішінде қоршауда киінген адамдар болуы мүмкін SCBA. (Галонның өте улы екендігі туралы кең таралған аңыз бар; шын мәнінде, бұл нәзіктік пен қабылдаудың әлсіреуін тудыруы мүмкін және жану өнімдерінің жану қаупіне байланысты.)

Галон негізіндегі қолдан жасалған өрт сөндіргіштер

Су тасқыны жүйелері қолмен басқарылуы немесе автоматты түрде іске қосылуы мүмкін VESDA немесе басқа автоматты анықтау жүйесі. Екінші жағдайда, ескерту сиренасы мен строб шамы алдымен персоналды аймақты эвакуациялауды ескерту үшін бірнеше секундқа қосылады. Галонның тез разряды және соның салдарынан тез салқындату ауаны толтырады тұман, және қатты, бағдарсыз шуылмен бірге жүреді.

Экологиялық мәселелерге байланысты баламалар енгізілуде.[12]

Halon 1301 сонымен қатар F-16 жанармай буларын болдырмау үшін сөндіргіш жанармай бактары жарылғыш заттан; әуе кемесі шабуыл жасау мүмкін аймаққа кірген кезде, Halon 1301 бір реттік пайдалану үшін жанармай бактарына құйылады. Экологиялық мәселелерге байланысты, трифторийодометан (CF3I) балама ретінде қарастырылуда.[13]

Галон 1211 әдетте сұйық галон ағыны пайдаланушының кішігірім отына бағытталған қол сөндіргіштерінде қолданылады. Ағын төмендетілген қысыммен буланып, күшті жергілікті салқындатуды, сонымен қатар галонның өрттің жақын жерінде жоғары концентрациясын шығарады. Бұл режимде өрт салқындату және өрттің өзегіндегі оттегі жетіспеушілігі, сондай-ақ үлкен аумақты радикалды сөндіру арқылы сөндіріледі. Өрт сөндірілгеннен кейін галон диффузияланып, қалдық қалмайды.

Химиялық құрылыс блоктары

Хлорметан мен бромометан енгізу үшін қолданылады метил топтар органикалық синтез. Хлородифторометан - оның негізгі ізашары тетрафторэтилен, бұл мономериялық ізашар Тефлон.[1]

Қауіпсіздік

Галоалкандар қасиеттері бойынша әр түрлі, жалпылауды қиындатады. Өткір уытты, бірақ олардың көпшілігі ұзақ уақыт әсер ету қаупін тудырады. Кейбір проблемалық аспектілерге жатады канцерогенділік (мысалы, метилдиодид) және бауырдың зақымдануы (мысалы, төрт хлорлы көміртек). Жанудың белгілі бір жағдайында хлорметандар айналады фосген, бұл өте улы.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б Гюнтер Сигемунд, Вернер Швертфегер, Эндрю Фейринг, Брюс Смарт, Фред Бер, Хервард Фогель, Блейн МакКусик “Фтор қосылыстары, органикалық” Ульманның өндірістік химия энциклопедиясы, Вили-ВЧ, Вайнхайм, 2002. дои:10.1002 / 14356007.a11_349
  2. ^ а б Манфред Россберг, Вильгельм Лендл, Герхард Пфлейдерер, Адольф Төгел, Эберхард-Людвиг Дрехер, Эрнст Лангер, Хайнц Рассаэрт, Питер Кляйншмидт, Хайнц Страк, Ричард Кук, Уве Бек, Карл-Август Липпер, Теодор Р. Торкельсон, Экк Бьютель, Тревор Манн «Хлорланған көмірсутектер» Ульманның өнеркәсіптік химия энциклопедиясында 2006, Wiley-VCH, Weinheim. дои:10.1002 / 14356007.a06_233.pub2.
  3. ^ Гордон В.Гриббл (1998). «Табиғи түрде кездесетін органогалогенді қосылыстар». Acc. Хим. Res. 31 (3): 141–152. дои:10.1021 / ar9701777.
  4. ^ Джон Дейнтит (2008). Химияның Оксфорд сөздігі. Оксфорд университетінің баспасы. ISBN  978-0-19-920463-2.
  5. ^ «ASHRAE кітап дүкені». Архивтелген түпнұсқа 2006-06-15. Алынған 2009-10-07.
  6. ^ «Озон қабатын қорғау». АҚШ EPA. 14 қазан, 2020.
  7. ^ Tressaud, Alain (2006). «Фтор атмосферада». ScienceDirect.
  8. ^ Лернер және К.Ли Лернер, Бренда Уилмот (2006). «Экологиялық мәселелер: маңызды бастапқы көздер». Томсон Гейл. Алынған 2006-09-11.
  9. ^ АҚШ EPA, OAR (15 ақпан, 2013). «Озон қабатын қорғау». АҚШ EPA.
  10. ^ Барлығы қарастырылды, NPR жаңалықтары, 17 желтоқсан, 2007 жыл, 11 желтоқсан.
  11. ^ Қоршаған ортадағы денсаулыққа қауіптілікті бағалау басқармасы (қыркүйек 2000). «Дихлорметан» (PDF). Ауыз судағы химиялық заттарға арналған денсаулық сақтаудың мақсаттары. Калифорния қоршаған ортаны қорғау агенттігі. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2009-10-09 ж.
  12. ^ 3-III-2 HALON 1301 ауыстыру Мұрағатталды 2008-04-19 Wayback Machine
  13. ^ «Несиелік карта бостандығы | Қызыл смутини детокс және десерт фотосуреттері». www.afrlhorizons.com. Архивтелген түпнұсқа 11 шілде 2007 ж.

Сыртқы сілтемелер