Tetrafluoroetene

Tetrafluoroetene
Nome IUPAC
tetrafluoroetene
Nomi alternativi
tetrafluoroetilene perfluoroetene perfluoroetilene TFE CFC 1114
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	C2F4
Massa molecolare (u)	100,02
Aspetto	gas incolore
Numero CAS	116-14-3
Numero EINECS	204-126-9
PubChem	8301
SMILES	C(=C(F)F)(F)F
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m−3, in c.s.)	4,22
Solubilità in acqua	0,043 vol/vol a 20 °C, 1 atm
Temperatura di fusione	−143 °C (130 K)
Temperatura di ebollizione	−75,6 °C (197,4 K)
Punto critico	306,4 K (33,3 °C) 3,952 × 106 Pa
Tensione di vapore (Pa) a 298 K	3,2 × 106 Pa
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	−658,9
S0m(J·K−1mol−1)	300,1
C0p,m(J·K−1mol−1)	80,5
Indicazioni di sicurezza
Limiti di esplosione	11 - 60% vol.
Temperatura di autoignizione	180 °C (453 K)
Simboli di rischio chimico
pericolo
Frasi H	220 - 280 - 350 - 371
Consigli P	210 - 410+403 - 260 - 281

Il tetrafluoroetene, o tetrafluoroetilene, conosciuto anche con la sigla commerciale TFE, è un composto chimico binario del fluoro con il carbonio, insaturo, avente formula bruta C₂F₄ o F₂C=CF₂. È un perfluoroalchene e 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, 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, più denso dell'aria, 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.

Proprietà e struttura molecolare

Il tetrafluoroetene è una molecola termodinamicamente parecchio stabile, ΔH_ƒ° = -658,56 kJ/mol. Tuttavia, cineticamente lo è di meno, e il composto mostra una certa instabilità, sia verso il riscaldamento, che verso un'eccessiva pressione e dovrebbe essere mantenuto sotto a circa 27 bar; comunque, è incline a polimerizzare esotermicamente, possibilmente in maniera incontrollata, per riscaldamento e compressione, per cui viene commercializzato in presenza di stabilizzatori (limonene).

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 sono ibridati sp². La simmetria della molecola appartiene al gruppo puntuale D_2h, 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 di legame e gli angoli in F₂C=CF₂ risultano i seguenti:

r(C=C) = 131,1 pm; r(C–F) = 131,9 pm [per confronto: r(C=C) = 131,5 pm; r(C–F) = 132,3 pm in F₂C=CH₂]

∠(FCF) = 112,4°; ∠(FCC) = 123,8° [per confronto: ∠(FCF) = 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 (135 pm); la lunghezza C–F è anche lievemente minore rispetto all'analoga nel fluoruro di vinilidene (1,1-difluoroetene) ed anche appena più corta rispetto a quella presente in CF₄ (131,5 pm), che pure è quella più corta nella serie dei fluorometani (CH_4-nF_n) per il crescere della parziale carica positiva del carbonio al crescere degli atomi di fluoro presenti (aumento del carattere ionico nei legami covalenti); questo però deriva, almeno in parte, anche dal fatto che in C₂F₄ il C si lega a F usando un orbitale sp², invece che uno sp³, come è nel CF₄.

Per quanto riguarda gli angoli di legame, quello FCF 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 HCH nell'etilene (117,6°).

L'altro angolo, quello FCC, è un po' più largo dei 120° normali.

Sintesi

Sono noti vari metodi sintetici per la preparazione del tetrafluoroetilene:

• Pirolisi dell'acido trifluoroacetico.

2 CF3COOH --> CF2=CF2 + 2 HF + 2 CO2

• Riarrangiamento del tetrafluorometano in un arco elettrico.
• Declorurazione del 1,2-dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano in presenza di zinco come riducente.

Cl-CF2-CF2-Cl + Zn --> CF2=CF2 + 2 ZnCl

• 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 come PTFE o Teflon). 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 --> CF_4(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.

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Collegamenti esterni

• (EN) Tetrafluoroetene, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.