Fluorometano

composto chimico

Il fluorometano o fluoruro di metile[2] è un alometano monosostituito e in particolare un alogenuro alchilico, avente formula CH3F. È anche il più semplice degli idrofluorocarburi e può essere considerato l'estere metilico dell'acido fluoridrico. Come fluido refrigerante è commercialmente noto anche con le sigle Freon-41 e HFC-41.[3]

Fluorometano
formula di struttura
formula di struttura
Fluoromethane-3D-vdW.png
Nome IUPAC
Fluorometano
Nomi alternativi
Fluoruro di metile
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareCH3F
Massa molecolare (u)34,03
AspettoGas incolore
Numero CAS593-53-3
Numero EINECS209-796-6
PubChem11638
SMILES
CF
Proprietà chimico-fisiche
Solubilità in acqua2.295 g/l
Temperatura di fusione−141,8 °C (131,4 K)
Temperatura di ebollizione−78,2 °C (195,0 K)
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
infiammabile gas compresso
pericolo
Frasi H220 - 280
Consigli P210 - 377 - 381 - 403 [1]

A temperatura ambiente si presenta come un gas incolore, dall'odore etereo molto tenue; è lievemente più denso dell'aria e facilmente liquefacibile (Tcr = 44,6 °C); è estremamente infiammabile e, se rilasciato in aria, può formare con essa miscele esplosive.[4][3] È moderatamente solubile in acqua (0,667 mol/L).[5] Non è classificato come tossico, ma può avere effetti narcotici se inalato in concentrazioni elevate.[3]

Dato che il fluoruro di metile non contiene atomi di cloro o alogeni seguenti, non è ritenuto dannoso per la fascia di ozono nella stratosfera ed ha pertanto un valore di ODP nullo; è tuttavia una sostanza potenzialmente dannosa se liberata nell'ambiente a causa dell'elevato indice GWP, pari a 116 unità (AR 5).[6]

Struttura molecolare e proprietàModifica

Il fluoruro di metile è un composto molto stabile: ΔHƒ° = -234,30 kJ/mol.[7]La molecola CH3F è di tipo tetraedrico con simmetria C3v,[8] con l'atomo di carbonio centrale ibridato sp3. Il suo momento dipolare è notevole e risulta pari a 1,8584 D,[9] praticamente uguale a quello di H2O (1,86 D), ed è leggermente minore che nel cloruro di metile (1,8974 D),[10] molecola analoga ed isoelettronica di valenza.

Da indagini spettroscopiche roto-vibrazionali (microonde e infrarosso) è stato possibile ricavare, tra l'altro, distanze ed angoli di legame:[11]

r(C–H)) = 108,7 pm; r(C–F) = 138,3 pm;

∠(HCH) = 110,2°; ∠(HCF) = 108,73° (calcolato[12]).

I legami C–H hanno lunghezze praticamente normali (109 pm[13]), il legame C–F è lievemente più lungo del normale (135 pm[13]).

Negli altri idrofluorometani, al crescere della carica parziale positiva che ci si può attendere su C all'aumento del numero dei fluori, questo legame con il fluoro parzialmente negativo diviene via via più corto: 135,08 pm[14] in CH2F2 e 132,84 pm[15] in CHF3.

Gli angoli HCH sono lievemente maggiori di quello tetraedrico (109,5°) e quello HCF con il fluoro (108,73°) è lievemente minore. Queste differenze rispetto ai valori attesi per un'ibridazione sp3 del carbonio centrale, seppur lievi, sono comuni agli altri idrofluorometani (CH2F2 e CHF3) e si inquadrano nell'ambito della regola di Bent.[16][17]

Questa prevede un minor carattere s per gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi più elettronegativi di altri, qui F rispetto ad H e, viceversa, un maggior carattere s per gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi meno elettronegativi di altri, qui H rispetto a F; ovviamente, a minor carattere s corrisponde un maggior carattere p, perché l'ibridazione complessiva dell'atomo di carbonio resta sp3.[18] Un aumento del carattere s comporta un'apertura dell'angolo di legame rispetto all'angolo tetraedrico,[18] come si evidenzia qui per l'angolo HCH.

Chimica ionica in fase gassosaModifica

La molecola CH3F ha un'energia di ionizzazione pari a 12,50 eV,[19] significativamente maggiore di quella del CH3Cl (11,26 eV).[20] Anche qui si osserva un aumento all'aumentare degli atomi di fluoro negli idrofluorometani: 12,71 eV per CH2F2 e 13,86 per CHF3.

L'affinità protonica del fluoruro di metile, che è una misura della sua basicità intrinseca, è pari a 598,9 kJ/mol:[19]

H3CF (g) + H+ (g) → [H3C–F-H]+ (g)

Questa affinità protonica è un ben minore di quella del cloruro di metile (647,3 kJ/mol)[20] e molto minore di quella dell'acqua (691 kJ/mol),[21] entrambi più basici di CH3F, ma il valore è maggiore rispetto al metano (543,5 kJ/mol), che quindi è meno basico.[22] Questa affinità protonica del fluoruro di metile è però la più piccola nella serie degli idrofluorometani: 620,5 kJ/mol[23] per CH2F2 e 619,5 kJ/mol[24] per CHF3.

Anche il catione litio (Li+) si lega in fase gassosa al fluoruro di metile esotermicamente ma, come atteso, l'energia liberata è molto minore che con il protone (H+): ΔH° = -130 kJ/mol.[25]

Per quanto riguarda l'acidità in fase gassosa, tuttavia, pur essendo il fluoruro di metile meno basico del cloruro di metile, risulta essere anche meno acido: si liberano 1756 ±19 kJ/mol per l'assunzione di un H+ da parte dell'anione CH2F[26] contro 1672±10 kJ/mol per l'anione CH2Cl.[27]

UsiModifica

Questo composto è usato principalmente in connessione alla produzione di componenti elettronici e semiconduttori.

NoteModifica

  1. ^ Scheda del composto su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive. consultata il 24.12.2014
  2. ^ Paula Yurkanis Bruice, 3.4 - The Nomenclature of Alkyl Halides, in Organic Chemistry, 7ª ed., Pearson Education, 2014, pp. 104-105, ISBN 0-321-80322-1.
  3. ^ a b c (EN) PubChem, Fluoromethane, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  4. ^ GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 2 agosto 2022.
  5. ^ CompTox Chemicals Dashboard, su comptox.epa.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  6. ^ Global Warming Potential Values (PDF), su ghgprotocol.org.
  7. ^ (EN) Methyl fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  8. ^ CCCBDB list all species by point group, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  9. ^ (EN) Mark D. Marshall e J. S. Muenter, The electric dipole moment of methyl fluoride, in Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 83, n. 2, 1º ottobre 1980, pp. 279–282, DOI:10.1016/0022-2852(80)90051-X. URL consultato il 2 agosto 2022.
  10. ^ (EN) G. Wlodarczak, F. Herlemont e J. Demaison, Combined subdoppler laser-Stark and millimeter-wave spectroscopies: Analysis of the ν6 band of CH335Cl, in Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 112, n. 2, 1º agosto 1985, pp. 401–412, DOI:10.1016/0022-2852(85)90171-7. URL consultato il 2 agosto 2022.
  11. ^ (EN) J. Demaison, J. Breidung e W. Thiel, The Equilibrium Structure of Methyl Fluoride, in Structural Chemistry, vol. 10, n. 2, 1º aprile 1999, pp. 129–133, DOI:10.1023/A:1022085314343. URL consultato il 2 agosto 2022.
  12. ^ CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 4 agosto 2022.
  13. ^ 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.
  14. ^ (EN) Eizi Hirota, Anharmonic potential function and equilibrium structure of methylene fluoride, in Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 71, n. 1-3, 1978-06, pp. 145–159, DOI:10.1016/0022-2852(78)90079-6. URL consultato il 30 giugno 2022.
  15. ^ (EN) Yoshiyuki Kawashima e A. Peter Cox, Microwave l-type resonance transitions of the v6 = 1 state in CHF3 and CDF3: Accidental degeneracy and molecular structure, in Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 72, n. 3, 1º settembre 1978, pp. 423–429, DOI:10.1016/0022-2852(78)90140-6. URL consultato il 30 luglio 2022.
  16. ^ 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.
  17. ^ A. F. Hollemann, E. Wiberg e N. Wiberg, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2016, pp. 398-399, ISBN 978-3-11-026932-1.
  18. ^ 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.
  19. ^ a b (EN) Methyl fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  20. ^ a b (EN) Chloromethane, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  21. ^ (EN) Water, su webbook.nist.gov. URL consultato il 30 giugno 2022.
  22. ^ (EN) Methane, su webbook.nist.gov. URL consultato il 30 giugno 2022.
  23. ^ (EN) Edward P. L. Hunter e Sharon G. Lias, Evaluated Gas Phase Basicities and Proton Affinities of Molecules: An Update, in Journal of Physical and Chemical Reference Data, vol. 27, n. 3, 1998-05, pp. 413–656, DOI:10.1063/1.556018. URL consultato il 30 giugno 2022.
  24. ^ (EN) Fluoroform, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 luglio 2022.
  25. ^ (EN) Methyl fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  26. ^ (EN) Nicola J. Rogers, Matthew J. Simpson e Richard P. Tuckett, Vacuum-UV negative photoion spectroscopy of CH3F, CH3Cl and CH3Br, in Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 12, n. 36, 1º settembre 2010, pp. 10971–10980, DOI:10.1039/C0CP00234H. URL consultato il 2 agosto 2022.
  27. ^ (EN) P. M. Hierl, M. J. Henchman e J. F. Paulson, Threshold energies for the reactions OH− + CH3X → CH3OH + X− (X = Cl, Br) measured by tandem mass spectrometry: deprotonation energies (acidities) of CH3Cl and CH3Br, in International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes, vol. 117, 1º settembre 1992, pp. 475–485, DOI:10.1016/0168-1176(92)80109-E. URL consultato il 2 agosto 2022.

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