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Diclorodifluorometano

composto chimico
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Il diclorodifluorometano, noto commercialmente con le sigle Freon-12, o R-12, è un membro dei tetraalogenometani, molecole in cui l'atomo di carbonio è unito 4 atomi di alogeno ed è quindi allo stato di ossidazione +4, come anche in CF4 e CCl4, che ad esso sono isoelettronici di valenza. Appartiene alla famiglia dei clorofluorocarburi (CFC).

Diclorodifluorometano
Nome IUPAC
Diclorodifluorometano
Nomi alternativi
Freon-12
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareCCl2F2
Massa molecolare (u)120,91 g/mol
Aspettogas incolore dal lieve odore etereo
Numero CAS75-71-8
Numero EINECS200-893-9
PubChem6391
SMILES
C(F)(F)(Cl)Cl
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/l, in c.s.)1,486 g/mL ( liq. a -29,8 °C)
Solubilità in acqua0,286 g/L a 20 °C
Temperatura di fusione−157,7 °C, 115 K, -252 °F
Temperatura di ebollizione−29,8 °C, 243 K, -22 °F
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
gas compresso irritante
attenzione
Frasi H280 - 420
Consigli P---[1]

Sintetizzato da Thomas Midgley nel 1931, questo gas è stato impiegato come propellente nelle bombolette spray e soprattutto come fluido refrigerante fino agli anni 1990, per poi essere gradualmente vietato a seguito del protocollo di Montréal, sia come carica di impianti di climatizzazione nuovi sia per la ricarica di impianti esistenti, a causa della sua pericolosità nei confronti dell'ozono stratosferico, connesso alla formazione del buco nell'ozono. È stato sostituito dall'1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a), che possiede comprimibilità pressoché uguale e non è dannoso per l'ozonosfera.[2]

Proprietà e Struttura molecolare modifica

Il diclorodifluorometano è un composto molto stabile, ΔHƒ° = -491,62 kJ/mol. L'atomo di carbonio, ibridato sp3, è al centro di un tetraedro distorto i cui vertici sono occupati dai due atomi di cloro e dai due atomi di fluoro, per cui la simmetria della molecola si abbassa da Td (tetraedro perfetto) a C2v.[3] In conseguenza di ciò la molecola presenta una modesta polarità (μ = 0,51 D).[4]

A temperatura e pressione ambiente si presenta in forma gassosa, ma è tecnicamente un vapore (Teb = -29,8 °C, Tcr = 112,0 °C), incolore e di odore etereo molto lieve, non infiammabile e non combustibile. Viene venduto liquefatto sotto pressione.[5][6]

Da indagini spettroscopiche rotazionali (microonde) è stato possibile ricavare le lunghezze di legame e angoli di legame; dall'analisi dei dati si trovano i seguenti parametri:[7]

r(C–F)) = 134,5 pm; r(C–Cl) = 177,4 pm;
∠(FCF) = 106,23°; ∠(FCCl) = 109,46°; ∠(ClCCl) = 112,55°.

Il legame C–F è appena più corto del normale (135 pm[8]), ma un po' più lungo che in CF4 (131,5 pm[9]) mentre quello C–Cl è appena più corto del normale (177 pm[8]), ma appena più lungo che in CCl4 (176,7 pm[9]). La distanza tra gli atomi di fluoro è di 215,16 pm, mentre la distanza attesa per l'interazione di non legame tra due atomi fluoro sarebbe 2 rvdW, cioè l'intervallo 300-320 pm;[10] qualitativamente questo fenomeno si riscontra anche negli altri clorofluorometani, CClF3, CCl3F, ed anche in CF4. Similmente accade anche per la distanza tra gli atomi di cloro (290,10 pm),[11] mentre quella attesa sarebbe 2 rvdW, cioè l'intervallo 340-380 pm.[10]

L'angolo tra i legami carbonio-fluoro (∠FCF) è un po' minore dell'angolo tetraedrico (109,5°), quello tra i legami del C con F e Cl è praticamente uguale all'angolo tetraedrico e quello ClCCl ne è un po' maggiore.

Questo comportamento, che è qualitativamente simile a quello che si trova in altri clorofluorometani e idrofluorometani, è un tipico esempio illustrato dalla regola di Bent,[12][13] la quale prevede una diversa ripartizione del carattere s per gli orbitali ibridi in base alle diverse elettronegatività: un minor carattere s è previsto in orbitali con cui il carbonio si lega ad atomi più elettronegativi di altri, qui F rispetto a Cl, e un maggior carattere s in gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi meno elettronegativi di altri, qui Cl rispetto a F. A minor carattere s corrisponde ovviamente un maggior carattere p, perché l'ibridazione complessiva dell'atomo di carbonio resta sp3.[14] Un aumento del carattere s comporta un'apertura dell'angolo di legame rispetto all'angolo tetraedrico, e viceversa per la sua diminuzione,[14] come qui si osserva dalla struttura molecolare.

Preparazione modifica

Il diclorodifluorometano viene ottenuto facendo reagire il tetracloruro di carbonio con acido fluoridrico anidro in presenza di piccole quantità di SbFCl4 come catalizzatore:

CCl4 + 2 HF → CCl2F2 + 2 HCl

Da questo tipo reazione si possono anche ottenere il triclorofluorometano (CCl3F), il clorotrifluorometano (CClF3) e il tetrafluorometano (CF4).[15]

Note modifica

  1. ^ Scheda del composto su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive. consultata il 14.02.2014
  2. ^ World Meteorological Organization, United States. National Oceanic and Atmospheric Administration e United States. National Aeronautics and Space Administration, Scientific assessment of ozone depletion : 2018., 2019, ISBN 978-1-7329317-1-8, OCLC 1126543869. URL consultato il 13 luglio 2022.
  3. ^ T. Shimanouchi, Tables of Molecular Vibrational Frequencies Consolidated Volume II, vol. 6, n. 3, 1972, pp. 993–1102. URL consultato il 13 luglio 2022.
  4. ^ dichlorodifluoromethane, su www.stenutz.eu. URL consultato il 13 luglio 2022.
  5. ^ GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  6. ^ (EN) PubChem, Dichlorodifluoromethane, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  7. ^ (EN) Harutoshi Takeo e Chi Matsumura, The Microwave Spectrum of Dichlorodifluoromethane, in Bulletin of the Chemical Society of Japan, vol. 50, n. 3, 1977-03, pp. 636–640, DOI:10.1246/bcsj.50.636. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  8. ^ 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.
  9. ^ a b CCCBDB Experimental Data page 1, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  10. ^ a b J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chemical Forces, in Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, 2ª ed., Piccin, 1999, p. 300, ISBN 88-299-1470-3.
  11. ^ CCCBDB Experimental Data page 1, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 10 marzo 2023.
  12. ^ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, 2ª ed., Piccin, 1999, pp. 231-236, ISBN 88-299-1470-3.
  13. ^ A. F. Holleman, E. Wiberg e N. Wiberg, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2016, pp. 398-399, ISBN 978-3-11-026932-1.
  14. ^ a b J.B. Hendrickson, D.J. Cram e G.S. Hammond, CHIMICA ORGANICA, traduzione di A. Fava, 2ª ed., Piccin, 1973, pp. 57-61.
  15. ^ (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth-Heinemann, 1997, p. 304, ISBN 0-7506-3365-4.

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