Tetrafluoruro de carbono

tetrafluorometano, también conocido como tetrafluoruro de carbono o R-14, es el perfluorocarbono más simple (CF₄). Como indica su nombre IUPAC, el tetrafluorometano es la contraparte perfluorada del hidrocarburo metano. También se puede clasificar como haloalcano o halometano. El tetrafluorometano es un refrigerante útil pero también un potente gas de efecto invernadero. Tiene una fuerza de unión muy alta debido a la naturaleza del enlace carbono-flúor.

Vínculo

Debido a los múltiples enlaces carbono-flúor y a la alta electronegatividad del flúor, el carbono en el tetrafluorometano tiene una carga parcial positiva significativa que fortalece y acorta los cuatro enlaces carbono-flúor proporcionando un carácter iónico adicional. Los enlaces carbono-flúor son los enlaces simples más fuertes en la química orgánica. Además, se fortalecen a medida que se añaden más enlaces carbono-flúor al mismo carbono. En los compuestos organofluorados de un carbono representados por moléculas de fluorometano, difluorometano, trifluorometano y tetrafluorometano, los enlaces carbono-flúor son más fuertes en el tetrafluorometano. Este efecto se debe al aumento de las atracciones culombicas entre los átomos de flúor y el carbono porque el carbono tiene una carga parcial positiva de 0,76.

Preparación

El tetrafluorometano es el producto que se produce cuando cualquier compuesto de carbono, incluido el carbono mismo, se quema en una atmósfera de flúor. Con los hidrocarburos, el fluoruro de hidrógeno es un coproducto. Se informó por primera vez en 1926. También se puede preparar mediante la fluoración de dióxido de carbono, monóxido de carbono o fosgeno con tetrafluoruro de azufre. Comercialmente se fabrica mediante la reacción de fluoruro de hidrógeno con diclorodifluorometano o clorotrifluorometano; también se produce durante la electrólisis de fluoruros metálicos MF, MF₂ utilizando un electrodo de carbono.

Aunque puede elaborarse a partir de una gran variedad de precursores y flúor, el flúor elemental es caro y difícil de manipular. En consecuencia, CF
₄ se prepara a escala industrial utilizando fluoruro de hidrógeno:

CCl₂F₂ + 2 HF → CF₄ + 2 HCl

Síntesis de laboratorio

El tetrafluorometano y el tetrafluoruro de silicio se pueden preparar en el laboratorio mediante la reacción del carburo de silicio con flúor.

SiC + 4 F₂ → CF₄ + SiF₄

Reacciones

El tetrafluorometano, al igual que otros fluorocarbonos, es muy estable debido a la fuerza de sus enlaces carbono-flúor. Los enlaces del tetrafluorometano tienen una energía de enlace de 515 kJ⋅mol⁻¹. Como resultado, es inerte a ácidos e hidróxidos. Sin embargo, reacciona explosivamente con los metales alcalinos. La descomposición térmica o combustión del CF₄ produce gases tóxicos (fluoruro de carbonilo y monóxido de carbono) y, en presencia de agua, también produce fluoruro de hidrógeno.

Es muy ligeramente soluble en agua (aproximadamente 20 mg⋅L^-1), pero miscible con disolventes orgánicos.

Usos

A veces se utiliza tetrafluorometano como refrigerante de baja temperatura (R-14). Se utiliza en microfabricación electrónica solo o en combinación con oxígeno como grabador de plasma para silicio, dióxido de silicio y nitruro de silicio. También tiene usos en detectores de neutrones.

Efectos ambientales

El tetrafluorometano es un potente gas de efecto invernadero que contribuye al efecto invernadero. Es muy estable, tiene una vida atmosférica de 50.000 años y un alto potencial de calentamiento de efecto invernadero 6.500 veces mayor que el del CO₂.

El tetrafluorometano es el perfluorocarbono más abundante en la atmósfera, donde se denomina PFC-14. Su concentración atmosférica está creciendo. A partir de 2019, los gases artificiales CFC-11 y CFC-12 siguen contribuyendo a un forzamiento radiativo más fuerte que el PFC-14.

Aunque estructuralmente similar a los clorofluorocarbonos (CFC), el tetrafluorometano no agota la capa de ozono porque el enlace carbono-flúor es mucho más fuerte que el que existe entre el carbono y el cloro.

Las principales emisiones industriales de tetrafluorometano, además del hexafluoroetano, se producen durante la producción de aluminio mediante el proceso Hall-Héroult. El CF₄ también se produce como producto de la descomposición de compuestos más complejos como los halocarbonos.

Riesgos para la salud

Debido a su densidad, el tetrafluorometano puede desplazar el aire, creando un peligro de asfixia en áreas con ventilación inadecuada. De lo contrario, normalmente es inofensivo debido a su estabilidad.