Tetracloruro de carbono
Los nombres comerciales incluyen; Carbon-Tet, Katharin (Alemania, década de 1890), Benzinoform, Carbona y Thawpit en la industria de limpieza, Halón-104 en extinción de incendios, Refrigerante-10 en HVACR, y Necatorina y Seretin como medicamento.
Propiedades
En la molécula de tetracloruro de carbono, cuatro átomos de cloro se colocan simétricamente como esquinas en una configuración tetraédrica unidos a un átomo de carbono central mediante enlaces covalentes simples. Debido a esta geometría simétrica, CCl4 no es polar. El gas metano tiene la misma estructura, lo que hace que el tetracloruro de carbono sea un halometano. Como solvente, es muy adecuado para disolver otros compuestos no polares como grasas y aceites. También puede disolver yodo. Es volátil y emite vapores con un olor característico de otros solventes clorados, algo similar al olor a tetracloroetileno que recuerda a las tintorerías. tiendas
El tetraclorometano sólido tiene dos polimorfos: cristalino II por debajo de -47,5 °C (225,6 K) y cristalino I por encima de -47,5 °C. A −47,3 °C tiene una estructura cristalina monoclínica con grupo espacial C2/c y constantes de red a = 20,3, b = 11,6, c = 19,9 (0,10−1 nm), β = 111°.
Con una gravedad específica superior a 1, el tetracloruro de carbono estará presente como una fase líquida densa no acuosa si se derraman cantidades suficientes en el medio ambiente.
Historia y síntesis
El tetracloruro de carbono fue sintetizado originalmente por Michael Faraday, quien lo denominó "protocloruro de carbono" en 1820 mediante la descomposición del hexacloroetano ("percloruro de carbono") que sintetizó mediante la cloración del etileno. El protocloruro de carbono se ha identificado previamente erróneamente como tetracloroetileno debido a que se hizo con la misma reacción del hexacloroetano. Más tarde, en el siglo XIX, el nombre protocloruro de carbono se utilizó para el tetracloroetileno y el tetracloruro de carbono se denominó "bicloruro de carbono".
Antes de la década de 1950, el tetracloruro de carbono se fabricaba mediante la cloración del disulfuro de carbono a una temperatura de 105 a 130 °C:
- CS2 + 3Cl2 → CCl4 + S2Cl2
Pero ahora se produce principalmente a partir de metano:
- CH4 + 4 Cl2 → CCl4 + 4 HCl
La producción a menudo utiliza subproductos de otras reacciones de cloración, como las de la síntesis de diclorometano y cloroformo. Los clorocarbonos superiores también están sujetos a este proceso llamado "clorinólisis":
- C2Cl6 + Cl2 → 2 CCl4
La producción de tetracloruro de carbono ha disminuido drásticamente desde la década de 1980 debido a preocupaciones ambientales y la disminución de la demanda de CFC, que se derivan del tetracloruro de carbono. En 1992, la producción en EE. UU./Europa/Japón se estimó en 720.000 toneladas.
Seguridad
A altas temperaturas en el aire, se descompone o se quema para producir fosgeno venenoso. Este era un problema común cuando se usaba tetracloruro de carbono como extintor de incendios: se han informado muertes debido a su conversión en fosgeno.
Se sospecha que el tetracloruro de carbono es un carcinógeno humano basado en evidencia suficiente de carcinogenicidad de estudios en animales de experimentación. La Organización Mundial de la Salud informa que el tetracloruro de carbono puede inducir carcinomas hepatocelulares (hepatomas) en ratones y ratas. Las dosis que inducen tumores hepáticos son más altas que las que inducen toxicidad celular. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) clasificó este compuesto en el Grupo 2B, "posiblemente cancerígeno para los humanos". El tetracloruro de carbono es una de las hepatotoxinas (tóxicas para el hígado) más potentes, tanto que se utiliza ampliamente en la investigación científica para evaluar los agentes hepatoprotectores. La exposición a altas concentraciones de tetracloruro de carbono (incluido el vapor) puede afectar el sistema nervioso central y degenerar el hígado y los riñones, y la exposición prolongada puede provocar coma o la muerte. La exposición crónica al tetracloruro de carbono puede causar daño hepático y renal y podría provocar cáncer. Ver fichas de datos de seguridad.
Los efectos del tetracloruro de carbono en la salud humana y el medio ambiente se evaluaron conforme a REACH en 2012 en el contexto de la evaluación de sustancias realizada por Francia.
En 2008, un estudio de productos de limpieza comunes encontró la presencia de tetracloruro de carbono en "concentraciones muy altas" (hasta 101 mg/m3) como resultado de las instrucciones de los fabricantes' mezcla de tensioactivos o jabón con hipoclorito de sodio (lejía).
El tetracloruro de carbono también agota la capa de ozono y es un gas de efecto invernadero. Sin embargo, desde 1992 sus concentraciones atmosféricas han ido en declive por las razones descritas anteriormente (ver gráficos de concentración atmosférica en la galería). CCl4 tiene una vida atmosférica de 85 años.
Usos
En química orgánica, el tetracloruro de carbono sirve como fuente de cloro en la reacción de Appel.
El tetracloruro de carbono hecho de cloro-37 pesado se ha utilizado en la detección de neutrinos.
Usos históricos
El tetracloruro de carbono se usaba mucho como disolvente de limpieza en seco, como refrigerante y en lámparas de lava. En el último caso, el tetracloruro de carbono es un ingrediente clave que agrega peso a la cera que de otro modo sería flotante.
Un uso especial del tetracloruro de carbono fue en la filatelia, para revelar las marcas de agua en los sellos postales sin dañarlos. Se coloca una pequeña cantidad del líquido en el reverso de un sello, reposando en una bandeja de vidrio negro u obsidiana. Las letras o el diseño de la marca de agua se pueden ver claramente. Hoy en día, esto se hace en mesas iluminadas sin utilizar tetracloruro de carbono.
El tetracloruro de carbono también se utilizó como alternativa al petróleo (gasolina) en champús secos, desde principios del siglo XX hasta 1913.
Usos médicos
El tetracloruro de carbono se usó brevemente como anestésico inhalatorio volátil y analgésico para dolores menstruales intensos y dolores de cabeza a mediados del siglo XIX. Fue presentado como una alternativa más segura al cloroformo por el doctor Protheroe Smith en 1864. En diciembre de 1865, el obstetra escocés que descubrió los efectos anestésicos del cloroformo en humanos, James Young Simpson, había experimentado con tetracloruro de carbono como anestésico. Simpson nombró al compuesto "clorocarbono" por su similitud con el cloroformo. Sus experimentos consistieron en inyectar tetracloruro de carbono en la vagina de dos mujeres. Simpson consumió tetracloruro de carbono por vía oral y describió que tenía "el mismo efecto que tragar una cápsula de cloroformo".
Debido a la mayor cantidad de átomos de cloro (en comparación con el cloroformo) en su molécula, el tetracloruro de carbono tiene un efecto anestésico más fuerte que el cloroformo y requiere una cantidad menor, su acción anestésica se comparó con el éter, en lugar del cloroformo más cercano. Es menos volátil que el cloroformo, por lo que era más difícil de aplicar y necesitaba agua tibia para evaporarse. Su olor ha sido descrito como 'afrutado', a membrillo y 'más agradable que el cloroformo', y tenía un 'sabor agradable'. El tetracloruro de carbono para uso anestésico se obtuvo mediante la cloración del disulfuro de carbono. Se utilizó en al menos 50 pacientes, de los cuales la mayoría eran mujeres en trabajo de parto. Durante la anestesia, el tetracloruro de carbono ha provocado violentas contracciones musculares y efectos negativos sobre el corazón en algunos pacientes que han tenido que ser sustituidos por cloroformo o éter. Tal uso fue experimental y el uso anestésico del tetracloruro de carbono nunca ganó popularidad debido a su potencial toxicidad.
Anuncio para Necatorina de Merck, Colombia, 1942
El médico veterinario Maurice Crowther Hall (1881-1938) descubrió en 1921 que el tetracloruro de carbono era increíblemente eficaz como antihelmíntico para erradicar la anquilostomiasis al ingerirlo. A partir de 1922, Merck comercializó cápsulas de tetracloruro de carbono puro con el nombre Necatorina (las variantes incluyen Neo-necatorina y Necatorine). La necatorina se usaba como medicamento contra enfermedades parasitarias en humanos. Este medicamento se usó con mayor frecuencia en los países de América Latina. Su toxicidad no se entendió bien en ese momento y los efectos tóxicos se atribuyeron a las impurezas en las cápsulas en lugar del tetracloruro de carbono en sí.
Disolvente
Alguna vez fue un solvente popular en la química orgánica, pero debido a sus efectos adversos para la salud, hoy en día rara vez se usa. A veces es útil como disolvente para la espectroscopia infrarroja, porque no hay bandas de absorción significativas por encima de 1600 cm−1. Debido a que el tetracloruro de carbono no tiene átomos de hidrógeno, históricamente se usó en la espectroscopia de RMN de protones. Además de ser tóxico, su poder de disolución es bajo. Su uso en espectroscopia de RMN ha sido reemplazado en gran medida por solventes deuterados (principalmente deuterocloroformo). El uso de tetracloruro de carbono en la determinación de aceite ha sido reemplazado por varios otros solventes, como el tetracloroetileno. Debido a que no tiene enlaces C-H, el tetracloruro de carbono no experimenta fácilmente reacciones de radicales libres. Es un disolvente útil para las halogenaciones, ya sea por el halógeno elemental o por un reactivo de halogenación como la N-bromosuccinimida (estas condiciones se conocen como bromación de Wohl-Ziegler).
Extinción de incendios
En 1910, Pyrene Manufacturing Company de Delaware presentó una patente para usar tetracloruro de carbono para extinguir incendios. El líquido fue vaporizado por el calor de la combustión y las llamas extinguidas, una forma temprana de supresión de incendios gaseosos. En ese momento se creía que el gas simplemente desplazaba el oxígeno en el área cercana al fuego, pero investigaciones posteriores descubrieron que el gas en realidad inhibía la reacción química en cadena del proceso de combustión.
En 1911, Pyrene patentó un pequeño extintor portátil que utilizaba el químico. El extintor consistía en una botella de latón con una bomba manual integrada que se utilizaba para expulsar un chorro de líquido hacia el fuego. Como el contenedor no estaba presurizado, podía volver a llenarse fácilmente después de su uso. El tetracloruro de carbono era adecuado para incendios de líquidos y eléctricos y los extintores a menudo se transportaban en aeronaves o vehículos de motor. Sin embargo, ya en 1920, hubo informes de muertes causadas por el químico cuando se usó para combatir un incendio en un espacio confinado.
En la primera mitad del siglo XX, otro extintor común era un globo de vidrio sellado de un solo uso conocido como "granada de fuego", lleno de tetracloruro de carbono o agua salada. La bombilla podría arrojarse a la base de las llamas para apagar el fuego. El tipo de tetracloruro de carbono también podría instalarse en un accesorio de pared cargado por resorte con una restricción a base de soldadura. Cuando la soldadura se derritiera a altas temperaturas, el resorte rompería el globo o lo lanzaría fuera del soporte, lo que permitiría que el agente extintor se dispersara automáticamente en el fuego.
Una marca muy conocida de granadas contra incendios era la "Red Comet", que fue fabricada de diversas formas con otros equipos de extinción de incendios en el área de Denver, Colorado, por Red Comet Manufacturing Company desde su fundación en 1919. hasta que se cerraron las operaciones de fabricación a principios de la década de 1980.
Dado que el tetracloruro de carbono se congela a –23 °C, los extintores contendrían solo un 89-90 % de tetracloruro de carbono y un 10 % de tricloroetileno (p.f. –85 °C) o cloroformo (p.f. –63 °C) para reducir su punto de congelación. Los extintores con un 10% de tricloroetileno contendrían un 1% de bisulfuro de carbono como estabilizador.
Refrigerantes
Antes del Protocolo de Montreal, se usaban grandes cantidades de tetracloruro de carbono para producir los refrigerantes de clorofluorocarbono R-11 (triclorofluorometano) y R-12 (diclorodifluorometano). Sin embargo, estos refrigerantes juegan un papel en el agotamiento del ozono y se han eliminado. El tetracloruro de carbono todavía se usa para fabricar refrigerantes menos destructivos.
Fumigante
El tetracloruro de carbono se usaba ampliamente como fumigante para matar plagas de insectos en el grano almacenado. Se empleó en una mezcla conocida como 80/20, que era 80% de tetracloruro de carbono y 20% de disulfuro de carbono. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos prohibió su uso en 1985.
Galería
CCl4 medido por el Experimento Avanzado de Gases Atmosféricos (AGAGE) en la atmósfera inferior (troposfera) en estaciones alrededor del mundo. Las abundancias se dan como fracciones de lunares mensuales libres de contaminación en partes por millón.
Concentraciones medias hemisféricas y globales de CCl4 (NOAA/ESRL).
Series temporales de concentraciones atmosféricas de CCl4 (Walker et al., 2000).
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