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.
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 e di alto valore tecnologico.
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).
A rimarchevole differenza del tetracloroetene, composto analogo ed isoelettronico di valenza (e degli altri peralogenoeteni), che non si infiamma e anche scaldato non brucia, il tetrafluoroetene è estremamente infiammabile e forma con l'aria miscele esplosive.
Storia 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.
Proprietà e struttura molecolare In condizioni ambiente il tetrafluoroetene è gassoso, anche se tecnicamente è un vapore (Teb. = -76,4 °C, Tcr. = 34,3 °C).
Il tetrafluoroetene è una molecola termodinamicamente parecchio stabile, ΔHƒ° = -658,56 kJ/mol. 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). Per questo, dovrebbe essere mantenuto sotto a circa 27 bar.
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.
Geometria molecolare 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; come in quest'ultimo, 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 e gli angoli di legame in F2C=CF2 risultano i seguenti:
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) e così anche il legame C–F, il cui valore normale è 135 pm; la lunghezza C–F è anche lievemente minore rispetto all'analoga nel fluoruro di vinilidene (1,1-difluoroetene) ed è confrontabile con quella presente in CF4 (131,5 pm), 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). 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.
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, oltre che parecchio più stretto di quello H-C-H nell'etilene (117,6°).
L'altro angolo, quello F-C-C, di conseguenza è un po' più ampio dei 120° normali.
Sintesi Sono noti vari metodi sintetici per la preparazione del tetrafluoroetilene:Ullmann's Encyclopedia of industrial chemistry Pirolisi dell'acido trifluoroacetico.USP 2894996, 1955 2 CF3COOH --> CF2=CF2 + 2 HF + 2 CO2 Riarrangiamento del tetrafluorometano in un arco elettrico.USP 3081245, 1960USP 3133871, 1963 Declorurazione del 1,2-dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano in presenza di zinco come riducente.US 2401897, 1946 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 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 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 a dare tetrafluoruro di carbonio e carbone secondo la reazione di disproporzione:
CF2=CF2 → CF4 (g) + C (s) ΔHr = -257 kJ/mol
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 e può formare perossidi solidi in presenza di ossigeno.
Note
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Categoria:Organofluoruri Categoria:Fluidi refrigeranti