Fluorometano: differenze tra le versioni

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Il '''fluorometano''' o '''fluoruro di metile'''<ref>{{Cita libro|autore=Paula Yurkanis Bruice|titolo=Organic Chemistry|url=https://archive.org/details/organicchemistry0000brui_p7p6|ed=7|anno=2014|editore=Pearson Education|pp=[https://archive.org/details/organicchemistry0000brui_p7p6/page/104 104]-105|capitolo=3.4 - The Nomenclature of Alkyl Halides|ISBN=0-321-80322-1}}</ref> è un [[alometano]] monosostituito e in particolare un [[Alogenuri alchilici|alogenuro alchilico]], avente formula CH<sub>3</sub>F. È anche il più semplice degli idrofluorocarburi e può essere considerato l'estere [[Metile|metilico]] dell'[[acido fluoridrico]]. Come [[fluido refrigerante]] è commercialmente noto anche con le sigle Freon-41 e HFC-41.<ref name=":0">{{Cita web|url=https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/11638|titolo=Fluoromethane|autore=PubChem|sito=pubchem.ncbi.nlm.nih.gov|lingua=en|accesso=2022-08-02}}</ref>
Il '''fluorometano''' o '''fluoruro di metile'''<ref>{{Cita libro|autore=Paula Yurkanis Bruice|titolo=Organic Chemistry|url=https://archive.org/details/organicchemistry0000brui_p7p6|ed=7|anno=2014|editore=Pearson Education|pp=[https://archive.org/details/organicchemistry0000brui_p7p6/page/104 104]-105|capitolo=3.4 - The Nomenclature of Alkyl Halides|ISBN=0-321-80322-1}}</ref> è un [[alometano]] monosostituito e in particolare un [[Alogenuri alchilici|alogenuro alchilico]], avente formula CH<sub>3</sub>F e il primo dei fluoruri alchilici. È anche il più semplice degli idrofluorocarburi e può essere considerato l'estere [[Metile|metilico]] dell'[[acido fluoridrico]]. Come [[fluido refrigerante]] è commercialmente noto anche con le sigle Freon-41 e HFC-41.<ref name=":0">{{Cita web|url=https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/11638|titolo=Fluoromethane|autore=PubChem|sito=pubchem.ncbi.nlm.nih.gov|lingua=en|accesso=2022-08-02}}</ref>


A temperatura ambiente si presenta come un gas incolore, dall'odore etereo molto tenue; è lievemente più denso dell'aria e facilmente liquefacibile ([[Temperatura critica|T<sub>cr</sub>]] = 44,6&nbsp;°C); è estremamente [[Infiammabilità|infiammabile]] e, se rilasciato in aria, può formare con essa miscele esplosive.<ref>{{Cita web|url=https://gestis.dguv.de/data?name=490961|titolo=GESTIS-Stoffdatenbank|sito=gestis.dguv.de|accesso=2022-08-02}}</ref><ref name=":0" /> È moderatamente solubile in acqua (0,667&nbsp;mol/L).<ref>{{Cita web|url=https://comptox.epa.gov/dashboard/chemical/properties/DTXSID6060474|titolo=CompTox Chemicals Dashboard|sito=comptox.epa.gov|accesso=2022-08-02}}</ref> Non è classificato come tossico, ma può avere effetti [[Narcotico|narcotici]] se inalato in concentrazioni elevate.<ref name=":0" />
A temperatura ambiente si presenta come un gas incolore, dall'odore etereo molto tenue; è lievemente più denso dell'aria e facilmente liquefacibile ([[Temperatura critica|T<sub>cr</sub>]] = 44,6&nbsp;°C); è estremamente [[Infiammabilità|infiammabile]] e, se rilasciato in aria, può formare con essa miscele esplosive.<ref>{{Cita web|url=https://gestis.dguv.de/data?name=490961|titolo=GESTIS-Stoffdatenbank|sito=gestis.dguv.de|accesso=2022-08-02}}</ref><ref name=":0" /> È moderatamente solubile in acqua (0,667&nbsp;mol/L).<ref>{{Cita web|url=https://comptox.epa.gov/dashboard/chemical/properties/DTXSID6060474|titolo=CompTox Chemicals Dashboard|sito=comptox.epa.gov|accesso=2022-08-02}}</ref> Non è classificato come tossico, ma può avere effetti [[Narcotico|narcotici]] se inalato in concentrazioni elevate.<ref name=":0" />
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== Struttura molecolare e proprietà ==
== Struttura molecolare e proprietà ==
Il fluoruro di metile è un composto molto stabile: [[Entalpia standard di formazione|Δ''H<sub>ƒ</sub>''°]] = -234,30&nbsp;k[[Joule|J]]/[[Mole|mol]].<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C593533&Units=SI&Mask=1#Thermo-Gas|titolo=Methyl fluoride|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=2022-08-02}}</ref>La molecola CH<sub>3</sub>F è di tipo [[Tetraedro|tetraedrico]] con [[Simmetria molecolare|simmetria]] ''C''<sub>3v</sub>,<ref>{{Cita web|url=https://cccbdb.nist.gov/pglist.asp|titolo=CCCBDB list all species by point group|sito=cccbdb.nist.gov|accesso=2022-08-02}}</ref> con l'atomo di [[carbonio]] centrale [[Ibridizzazione|ibridato]] ''sp''<sup>3</sup>. Il suo [[Dipolo elettrico|momento dipolare]] è notevole e risulta pari a 1,8584&nbsp;[[Debye|D]],<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Mark D.|cognome=Marshall|nome2=J. S.|cognome2=Muenter|data=1980-10-01|titolo=The electric dipole moment of methyl fluoride|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=83|numero=2|pp=279–282|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1016/0022-2852(80)90051-X|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/002228528090051X}}</ref> praticamente uguale a quello di H<sub>2</sub>O (1,86&nbsp;D), ed è leggermente minore che nel [[Clorometano|cloruro di metile]] (1,8974&nbsp;D),<ref>{{Cita pubblicazione|nome=G.|cognome=Wlodarczak|nome2=F.|cognome2=Herlemont|nome3=J.|cognome3=Demaison|data=1985-08-01|titolo=Combined subdoppler laser-Stark and millimeter-wave spectroscopies: Analysis of the ν6 band of CH335Cl|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=112|numero=2|pp=401–412|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1016/0022-2852(85)90171-7|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022285285901717}}</ref> molecola analoga ed [[Isoelettronico|isoelettronica di valenza]].
Il fluoruro di metile è un composto molto stabile: [[Entalpia standard di formazione|Δ''H<sub>ƒ</sub>''°]] = -234,30&nbsp;k[[Joule|J]]/[[Mole|mol]].<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C593533&Units=SI&Mask=1#Thermo-Gas|titolo=Methyl fluoride|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=2022-08-02}}</ref>La molecola CH<sub>3</sub>F è di tipo [[Tetraedro|tetraedrico]] con distorsione trigonale: [[Simmetria molecolare|simmetria]] ''C''<sub>3v</sub>,<ref>{{Cita web|url=https://cccbdb.nist.gov/pglist.asp|titolo=CCCBDB list all species by point group|sito=cccbdb.nist.gov|accesso=2022-08-02}}</ref> con l'atomo di [[carbonio]] centrale [[Ibridizzazione|ibridato]] ''sp''<sup>3</sup>. Il suo [[Dipolo elettrico|momento dipolare]] è notevole e risulta pari a 1,8584&nbsp;[[Debye|D]],<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Mark D.|cognome=Marshall|nome2=J. S.|cognome2=Muenter|data=1980-10-01|titolo=The electric dipole moment of methyl fluoride|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=83|numero=2|pp=279–282|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1016/0022-2852(80)90051-X|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/002228528090051X}}</ref> praticamente uguale a quello di H<sub>2</sub>O (1,86&nbsp;D), ed è leggermente minore che nel [[Clorometano|cloruro di metile]] (1,8974&nbsp;D),<ref>{{Cita pubblicazione|nome=G.|cognome=Wlodarczak|nome2=F.|cognome2=Herlemont|nome3=J.|cognome3=Demaison|data=1985-08-01|titolo=Combined subdoppler laser-Stark and millimeter-wave spectroscopies: Analysis of the ν6 band of CH335Cl|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=112|numero=2|pp=401–412|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1016/0022-2852(85)90171-7|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022285285901717}}</ref> molecola analoga ed [[Isoelettronico|isoelettronica di valenza]].


Da indagini [[Spettroscopia rotazionale|spettroscopiche roto]]-[[Spettroscopia infrarossa|vibrazionali]] ([[microonde]] e [[Radiazione infrarossa|infrarosso]]) è stato possibile ricavare, tra l'altro, [[Lunghezza di legame|distanze]] ed [[Angolo di legame|angoli]] di legame:<ref>{{Cita pubblicazione|nome=J.|cognome=Demaison|nome2=J.|cognome2=Breidung|nome3=W.|cognome3=Thiel|data=1999-04-01|titolo=The Equilibrium Structure of Methyl Fluoride|rivista=Structural Chemistry|volume=10|numero=2|pp=129–133|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1023/A:1022085314343|url=https://doi.org/10.1023/A:1022085314343}}</ref>
Da indagini [[Spettroscopia rotazionale|spettroscopiche roto]]-[[Spettroscopia infrarossa|vibrazionali]] ([[microonde]] e [[Radiazione infrarossa|infrarosso]]) è stato possibile ricavare, tra l'altro, [[Lunghezza di legame|distanze]] (''r'') ed [[Angolo di legame|angoli]] (∠) di legame:<ref>{{Cita pubblicazione|nome=J.|cognome=Demaison|nome2=J.|cognome2=Breidung|nome3=W.|cognome3=Thiel|data=1999-04-01|titolo=The Equilibrium Structure of Methyl Fluoride|rivista=Structural Chemistry|volume=10|numero=2|pp=129–133|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1023/A:1022085314343|url=https://doi.org/10.1023/A:1022085314343}}</ref>


''r''(C–H)) = 108,7 [[Metro|pm]]; ''r''(C–F) = 138,3 pm;
''r''(C–H)) = 108,7 [[Metro|pm]]; ''r''(C–F) = 138,3 pm;
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∠(HCH) = 110,2°; ∠(HCF) = 108,73° (calcolato<ref>{{Cita web|url=https://cccbdb.nist.gov/exp2x.asp?casno=593533&charge=0|titolo=CCCBDB listing of experimental data page 2|sito=cccbdb.nist.gov|accesso=2022-08-04}}</ref>).
∠(HCH) = 110,2°; ∠(HCF) = 108,73° (calcolato<ref>{{Cita web|url=https://cccbdb.nist.gov/exp2x.asp?casno=593533&charge=0|titolo=CCCBDB listing of experimental data page 2|sito=cccbdb.nist.gov|accesso=2022-08-04}}</ref>).


I legami C–H hanno lunghezze praticamente normali (109&nbsp;pm<ref name=":02">{{Cita libro|autore=J. E. Huheey|autore2=E. A. Keiter|autore3=R. L. Keiter|titolo=Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività|edizione=|anno=1999|editore=Piccin|pp=A-25 - A-33|ISBN=88-299-1470-3}}</ref>), il legame C–F è lievemente più lungo del normale (135&nbsp;pm<ref name=":02" />).
I legami C–H hanno lunghezze praticamente normali (109&nbsp;pm<ref name=":02">{{Cita libro|autore=J. E. Huheey|autore2=E. A. Keiter|autore3=R. L. Keiter|titolo=Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività|edizione=|anno=1999|editore=Piccin|pp=A-25 - A-33|ISBN=88-299-1470-3}}</ref>), il legame C–F è apprezzabilmente più lungo del normale (135&nbsp;pm<ref name=":02" />).


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&nbsp;pm<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Eizi|cognome=Hirota|data=1978-06|titolo=Anharmonic potential function and equilibrium structure of methylene fluoride|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=71|numero=1-3|pp=145–159|lingua=en|accesso=30 giugno 2022|doi=10.1016/0022-2852(78)90079-6|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0022285278900796}}</ref> in CH<sub>2</sub>F<sub>2</sub> e 132,84&nbsp;pm<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Yoshiyuki|cognome=Kawashima|nome2=A. Peter|cognome2=Cox|data=1978-09-01|titolo=Microwave l-type resonance transitions of the v6 = 1 state in CHF3 and CDF3: Accidental degeneracy and molecular structure|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=72|numero=3|pp=423–429|lingua=en|accesso=2022-07-30|doi=10.1016/0022-2852(78)90140-6|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022285278901406}}</ref> in CHF<sub>3</sub>.
Ne fluorometani, al crescere della carica parziale positiva che ci si può attendere sul carbonio centrale all'aumento del numero dei fluori, questo legame con il fluoro parzialmente negativo diviene via via più corto: 135,08&nbsp;pm<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Eizi|cognome=Hirota|data=1978-06|titolo=Anharmonic potential function and equilibrium structure of methylene fluoride|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=71|numero=1-3|pp=145–159|lingua=en|accesso=30 giugno 2022|doi=10.1016/0022-2852(78)90079-6|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0022285278900796}}</ref> in CH<sub>2</sub>F<sub>2</sub> e 132,84&nbsp;pm<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Yoshiyuki|cognome=Kawashima|nome2=A. Peter|cognome2=Cox|data=1978-09-01|titolo=Microwave l-type resonance transitions of the v6 = 1 state in CHF3 and CDF3: Accidental degeneracy and molecular structure|rivista=Journal of Molecular Spectroscopy|volume=72|numero=3|pp=423–429|lingua=en|accesso=2022-07-30|doi=10.1016/0022-2852(78)90140-6|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022285278901406}}</ref> in CHF<sub>3</sub> e diviene 131,5&nbsp;pm in CF<sub>4</sub>.<ref>{{Cita pubblicazione|data=1998|titolo=Structure of Free Polyatomic Molecules|rivista=SpringerLink|curatore=K. Kuchitsu|lingua=en|accesso=2023-10-26|doi=10.1007/978-3-642-45748-7|url=http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-45748-7}}</ref>


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 ''sp''<sup>3</sup> del carbonio centrale, seppur lievi, sono comuni agli altri idrofluorometani ([[Difluorometano|CH<sub>2</sub>F<sub>2</sub>]] e [[Trifluorometano|CHF<sub>3</sub>]]) e si inquadrano nell'ambito della [[regola di Bent]].<ref name=":022">{{Cita libro|autore=J. E. Huheey|autore2=E. A. Keiter|autore3=R. L. Keiter|titolo=Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività|edizione=2|anno=1999|editore=Piccin|pp=231-236|ISBN=88-299-1470-3}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=A. F. Holleman|autore2=E. Wiberg|autore3=N. Wiberg|titolo=Anorganische Chemie|ed=103|anno=2016|editore=De Gruyter|pp=398-399|ISBN=978-3-11-026932-1}}</ref>
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 ''sp''<sup>3</sup> del carbonio centrale, seppur lievi, sono comuni agli altri idrofluorometani ([[Difluorometano|CH<sub>2</sub>F<sub>2</sub>]] e [[Trifluorometano|CHF<sub>3</sub>]]) e si inquadrano nell'ambito della [[regola di Bent]].<ref name=":022">{{Cita libro|autore=J. E. Huheey|autore2=E. A. Keiter|autore3=R. L. Keiter|titolo=Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività|edizione=2|anno=1999|editore=Piccin|pp=231-236|ISBN=88-299-1470-3}}</ref><ref>{{Cita libro|autore=A. F. Holleman|autore2=E. Wiberg|autore3=N. Wiberg|titolo=Anorganische Chemie|ed=103|anno=2016|editore=De Gruyter|pp=398-399|ISBN=978-3-11-026932-1}}</ref>
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: H<sub>3</sub>CF <sub>(g)</sub> + H<sup>+</sup> <sub>(g)</sub> → [H<sub>3</sub>C–F-H]<sup>+</sup> <sub>(g)</sub>
: H<sub>3</sub>CF <sub>(g)</sub> + H<sup>+</sup> <sub>(g)</sub> → [H<sub>3</sub>C–F-H]<sup>+</sup> <sub>(g)</sub>


Questa affinità protonica è un ben minore di quella del cloruro di metile (647,3&nbsp;kJ/mol)<ref name=":3" /> e molto minore di quella dell'[[acqua]] (691&nbsp;kJ/mol),<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7732185&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Water|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=30 giugno 2022}}</ref> entrambi più basici di CH<sub>3</sub>F, ma il valore è maggiore rispetto al [[metano]] (543,5&nbsp;kJ/mol), che quindi è meno basico.<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C74828&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Methane|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=30 giugno 2022}}</ref> Questa affinità protonica del fluoruro di metile è però la più piccola nella serie degli idrofluorometani: 620,5&nbsp;kJ/mol<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Edward P. L.|cognome=Hunter|nome2=Sharon G.|cognome2=Lias|data=1998-05|titolo=Evaluated Gas Phase Basicities and Proton Affinities of Molecules: An Update|rivista=Journal of Physical and Chemical Reference Data|volume=27|numero=3|pp=413–656|lingua=en|accesso=30 giugno 2022|doi=10.1063/1.556018|url=http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.556018}}</ref> per CH<sub>2</sub>F<sub>2</sub> e 619,5&nbsp;kJ/mol<ref name=":12">{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C75467&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Fluoroform|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=2 luglio 2022}}</ref> per CHF<sub>3</sub>.
Questa affinità protonica è un ben minore di quella del cloruro di metile (647,3&nbsp;kJ/mol)<ref name=":3" /> e molto minore di quella dell'[[acqua]] (691&nbsp;kJ/mol),<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7732185&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Water|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=30 giugno 2022}}</ref> che sono entrambe molecole più basiche di CH<sub>3</sub>F, ma il valore è maggiore rispetto al [[metano]] (543,5&nbsp;kJ/mol), che quindi è meno basico.<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C74828&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Methane|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=30 giugno 2022}}</ref> Questa affinità protonica del fluoruro di metile è però la più piccola nella serie degli idrofluorometani: 620,5&nbsp;kJ/mol<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Edward P. L.|cognome=Hunter|nome2=Sharon G.|cognome2=Lias|data=1998-05|titolo=Evaluated Gas Phase Basicities and Proton Affinities of Molecules: An Update|rivista=Journal of Physical and Chemical Reference Data|volume=27|numero=3|pp=413–656|lingua=en|accesso=30 giugno 2022|doi=10.1063/1.556018|url=http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.556018}}</ref> per CH<sub>2</sub>F<sub>2</sub> e 619,5&nbsp;kJ/mol<ref name=":12">{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C75467&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Fluoroform|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=2 luglio 2022}}</ref> per CHF<sub>3</sub> ma, passando al tetrafluorometano (CF<sub>4</sub>), si ha un'inversione di tendenza e si arriva a 529,3kJ/mol,<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C75730&Units=SI&Mask=20#Ion-Energetics|titolo=Tetrafluoromethane|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=2023-03-11}}</ref> un valore anche inferiore a quello di CH<sub>3</sub>F.


Anche il [[catione]] [[litio]] (Li<sup>+</sup>) si lega in fase gassosa al fluoruro di metile esotermicamente ma, come atteso, l'energia liberata è molto minore che con il protone (H<sup>+</sup>): Δ''H''°&nbsp;=&nbsp;-130&nbsp;kJ/mol.<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C593533&Units=SI&Mask=40#Ion-Cluster|titolo=Methyl fluoride|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=2022-08-02}}</ref>
Anche il [[catione]] [[litio]] (Li<sup>+</sup>) in fase gassosa si lega al fluoruro di metile esotermicamente ma, come atteso, l'energia liberata è molto minore che con il protone (H<sup>+</sup>): Δ''H''°&nbsp;=&nbsp;-130&nbsp;kJ/mol.<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C593533&Units=SI&Mask=40#Ion-Cluster|titolo=Methyl fluoride|sito=webbook.nist.gov|lingua=en|accesso=2022-08-02}}</ref>


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&nbsp;kJ/mol per l'assunzione di un [[Protone|H<sup>+</sup>]] da parte dell'[[anione]] CH<sub>2</sub>F<sup>−</sup><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Nicola J.|cognome=Rogers|nome2=Matthew J.|cognome2=Simpson|nome3=Richard P.|cognome3=Tuckett|data=2010-09-01|titolo=Vacuum-UV negative photoion spectroscopy of CH3F, CH3Cl and CH3Br|rivista=Physical Chemistry Chemical Physics|volume=12|numero=36|pp=10971–10980|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1039/C0CP00234H|url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/cp/c0cp00234h}}</ref> contro 1672±10&nbsp;kJ/mol per l'anione CH<sub>2</sub>Cl<sup>−</sup>.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=P. M.|cognome=Hierl|nome2=M. J.|cognome2=Henchman|nome3=J. F.|cognome3=Paulson|data=1992-09-01|titolo=Threshold energies for the reactions OH− + CH3X → CH3OH + X− (X = Cl, Br) measured by tandem mass spectrometry: deprotonation energies (acidities) of CH3Cl and CH3Br|rivista=International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes|volume=117|pp=475–485|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1016/0168-1176(92)80109-E|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/016811769280109E}}</ref>
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&nbsp;kJ/mol per l'assunzione di un [[Protone|H<sup>+</sup>]] da parte dell'[[anione]] CH<sub>2</sub>F<sup>−</sup><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Nicola J.|cognome=Rogers|nome2=Matthew J.|cognome2=Simpson|nome3=Richard P.|cognome3=Tuckett|data=2010-09-01|titolo=Vacuum-UV negative photoion spectroscopy of CH3F, CH3Cl and CH3Br|rivista=Physical Chemistry Chemical Physics|volume=12|numero=36|pp=10971–10980|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1039/C0CP00234H|url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/cp/c0cp00234h}}</ref> contro 1672±10&nbsp;kJ/mol per l'anione CH<sub>2</sub>Cl<sup>−</sup>.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=P. M.|cognome=Hierl|nome2=M. J.|cognome2=Henchman|nome3=J. F.|cognome3=Paulson|data=1992-09-01|titolo=Threshold energies for the reactions OH− + CH3X → CH3OH + X− (X = Cl, Br) measured by tandem mass spectrometry: deprotonation energies (acidities) of CH3Cl and CH3Br|rivista=International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes|volume=117|pp=475–485|lingua=en|accesso=2022-08-02|doi=10.1016/0168-1176(92)80109-E|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/016811769280109E}}</ref>

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Fluorometano
formula di struttura
formula di struttura
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
estremamente infiammabile gas compresso
pericolo
Frasi H220 - 280
Consigli P210 - 377 - 381 - 403 [1]
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Il fluorometano o fluoruro di metile[2] è un alometano monosostituito e in particolare un alogenuro alchilico, avente formula CH3F e il primo dei fluoruri alchilici. 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]

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 proprietà

Il fluoruro di metile è un composto molto stabile: ΔHƒ° = -234,30 kJ/mol.[7]La molecola CH3F è di tipo tetraedrico con distorsione trigonale: 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 (r) 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 apprezzabilmente più lungo del normale (135 pm[13]).

Ne fluorometani, al crescere della carica parziale positiva che ci si può attendere sul carbonio centrale 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 e diviene 131,5 pm in CF4.[16]

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.[17][18]

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.[19] Un aumento del carattere s comporta un'apertura dell'angolo di legame rispetto all'angolo tetraedrico,[19] come si evidenzia qui per l'angolo HCH.

Chimica ionica in fase gassosa

La molecola CH3F ha un'energia di ionizzazione pari a 12,50 eV,[20] significativamente maggiore di quella del CH3Cl (11,26 eV).[21] 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:[20]

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)[21] e molto minore di quella dell'acqua (691 kJ/mol),[22] che sono entrambe molecole più basiche di CH3F, ma il valore è maggiore rispetto al metano (543,5 kJ/mol), che quindi è meno basico.[23] Questa affinità protonica del fluoruro di metile è però la più piccola nella serie degli idrofluorometani: 620,5 kJ/mol[24] per CH2F2 e 619,5 kJ/mol[25] per CHF3 ma, passando al tetrafluorometano (CF4), si ha un'inversione di tendenza e si arriva a 529,3kJ/mol,[26] un valore anche inferiore a quello di CH3F.

Anche il catione litio (Li+) in fase gassosa si lega al fluoruro di metile esotermicamente ma, come atteso, l'energia liberata è molto minore che con il protone (H+): ΔH° = -130 kJ/mol.[27]

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−[28] contro 1672±10 kJ/mol per l'anione CH2Cl−.[29]

Usi

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

Note

  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. ^ (EN) K. Kuchitsu (a cura di), Structure of Free Polyatomic Molecules, in SpringerLink, 1998, DOI:10.1007/978-3-642-45748-7. URL consultato il 26 ottobre 2023.
  17. ^ 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.
  18. ^ A. F. Holleman, E. Wiberg e N. Wiberg, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2016, pp. 398-399, ISBN 978-3-11-026932-1.
  19. ^ 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.
  20. ^ a b (EN) Methyl fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  21. ^ a b (EN) Chloromethane, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  22. ^ (EN) Water, su webbook.nist.gov. URL consultato il 30 giugno 2022.
  23. ^ (EN) Methane, su webbook.nist.gov. URL consultato il 30 giugno 2022.
  24. ^ (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.
  25. ^ (EN) Fluoroform, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 luglio 2022.
  26. ^ (EN) Tetrafluoromethane, su webbook.nist.gov. URL consultato l'11 marzo 2023.
  27. ^ (EN) Methyl fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato il 2 agosto 2022.
  28. ^ (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.
  29. ^ (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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