Diclorodifluorometano

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Diclorodifluorometano
Nome IUPAC
Diclorodifluorometano
Nomi alternativi
Freon-12
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareCCl2F2
Massa molecolare (u)120,91 g/mol
Aspettogas incolore dal lieve odore etereo
Numero CAS75-71-8
Numero EINECS200-893-9
PubChem6391
SMILES
C(F)(F)(Cl)Cl
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/l, in c.s.)1,486 g/mL ( liq. a -29,8 °C)
Solubilità in acqua0,286 g/L a 20 °C
Temperatura di fusione−157,7 °C, 115 K, -252 °F
Temperatura di ebollizione−29,8 °C, 243 K, -22 °F
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
gas compresso irritante
attenzione
Frasi H280 - 420
Consigli P---[1]
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Il diclorodifluorometano, noto commercialmente con le sigle Freon-12, o R-12, è un membro dei tetraalogenometani, molecole in cui l'atomo di carbonio è unito 4 atomi di alogeno ed è quindi allo stato di ossidazione +4, come anche in CF4 e CCl4, che ad esso sono isoelettronici di valenza. Appartiene alla famiglia dei clorofluorocarburi (CFC).

Sintetizzato da Thomas Midgley nel 1931, questo gas è stato impiegato come propellente nelle bombolette spray e soprattutto come fluido refrigerante fino agli anni 1990, per poi essere gradualmente vietato a seguito del protocollo di Montréal, sia come carica di impianti di climatizzazione nuovi sia per la ricarica di impianti esistenti, a causa della sua pericolosità nei confronti dell'ozono stratosferico, connesso alla formazione del buco nell'ozono. È stato sostituito dall'1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a), che possiede comprimibilità pressoché uguale e non è dannoso per l'ozonosfera.[2]

Proprietà e Struttura molecolare

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Il diclorodifluorometano è un composto molto stabile, ΔHƒ° = -491,62 kJ/mol. L'atomo di carbonio, ibridato sp3, è al centro di un tetraedro distorto i cui vertici sono occupati dai due atomi di cloro e dai due atomi di fluoro, per cui la simmetria della molecola si abbassa da Td (tetraedro perfetto) a C2v.[3] In conseguenza di ciò la molecola presenta una modesta polarità (μ = 0,51 D).[4]

A temperatura e pressione ambiente si presenta in forma gassosa, ma è tecnicamente un vapore (Teb = -29,8 °C, Tcr = 112,0 °C), incolore e di odore etereo molto lieve, non infiammabile e non combustibile. Viene venduto liquefatto sotto pressione.[5][6]

Da indagini spettroscopiche rotazionali (microonde) è stato possibile ricavare le lunghezze di legame e angoli di legame; dall'analisi dei dati si trovano i seguenti parametri:[7]

r(C–F)) = 134,5 pm; r(C–Cl) = 177,4 pm;
∠(FCF) = 106,23°; ∠(FCCl) = 109,46°; ∠(ClCCl) = 112,55°.

Il legame C–F è appena più corto del normale (135 pm[8]), ma un po' più lungo che in CF4 (131,5 pm[9]) mentre quello C–Cl è appena più corto del normale (177 pm[8]), ma appena più lungo che in CCl4 (176,7 pm[9]). La distanza tra gli atomi di fluoro è di 215,16 pm, mentre la distanza attesa per l'interazione di non legame tra due atomi fluoro sarebbe 2 rvdW, cioè l'intervallo 300-320 pm;[10] qualitativamente questo fenomeno si riscontra anche negli altri clorofluorometani, CClF3, CCl3F, ed anche in CF4. Similmente accade anche per la distanza tra gli atomi di cloro (290,10 pm),[11] mentre quella attesa sarebbe 2 rvdW, cioè l'intervallo 340-380 pm.[10]

L'angolo tra i legami carbonio-fluoro (∠FCF) è un po' minore dell'angolo tetraedrico (109,5°), quello tra i legami del C con F e Cl è praticamente uguale all'angolo tetraedrico e quello ClCCl ne è un po' maggiore.

Questo comportamento, che è qualitativamente simile a quello che si trova in altri clorofluorometani e idrofluorometani, è un tipico esempio illustrato dalla regola di Bent,[12][13] la quale prevede una diversa ripartizione del carattere s per gli orbitali ibridi in base alle diverse elettronegatività: un minor carattere s è previsto in orbitali con cui il carbonio si lega ad atomi più elettronegativi di altri, qui F rispetto a Cl, e un maggior carattere s in gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi meno elettronegativi di altri, qui Cl rispetto a F. A minor carattere s corrisponde ovviamente un maggior carattere p, perché l'ibridazione complessiva dell'atomo di carbonio resta sp3.[14] Un aumento del carattere s comporta un'apertura dell'angolo di legame rispetto all'angolo tetraedrico, e viceversa per la sua diminuzione,[14] come qui si osserva dalla struttura molecolare.

Preparazione

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Il diclorodifluorometano viene ottenuto facendo reagire il tetracloruro di carbonio con acido fluoridrico anidro in presenza di piccole quantità di SbFCl4 come catalizzatore:

CCl4 + 2 HF → CCl2F2 + 2 HCl

Da questo tipo reazione si possono anche ottenere il triclorofluorometano (CCl3F), il clorotrifluorometano (CClF3) e il tetrafluorometano (CF4).[15]

Note

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  1. ^ Scheda del composto su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive. consultata il 14.02.2014
  2. ^ World Meteorological Organization, United States. National Oceanic and Atmospheric Administration e United States. National Aeronautics and Space Administration, Scientific assessment of ozone depletion : 2018., 2019, ISBN 978-1-7329317-1-8, OCLC 1126543869. URL consultato il 13 luglio 2022.
  3. ^ T. Shimanouchi, Tables of Molecular Vibrational Frequencies Consolidated Volume II, vol. 6, n. 3, 1972, pp. 993–1102. URL consultato il 13 luglio 2022.
  4. ^ dichlorodifluoromethane, su www.stenutz.eu. URL consultato il 13 luglio 2022.
  5. ^ GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  6. ^ (EN) PubChem, Dichlorodifluoromethane, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  7. ^ (EN) Harutoshi Takeo e Chi Matsumura, The Microwave Spectrum of Dichlorodifluoromethane, in Bulletin of the Chemical Society of Japan, vol. 50, n. 3, 1977-03, pp. 636–640, DOI:10.1246/bcsj.50.636. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  8. ^ 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.
  9. ^ a b CCCBDB Experimental Data page 1, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 20 febbraio 2023.
  10. ^ a b J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chemical Forces, in Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, 2ª ed., Piccin, 1999, p. 300, ISBN 88-299-1470-3.
  11. ^ CCCBDB Experimental Data page 1, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 10 marzo 2023.
  12. ^ 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.
  13. ^ A. F. Holleman, E. Wiberg e N. Wiberg, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2016, pp. 398-399, ISBN 978-3-11-026932-1.
  14. ^ 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.
  15. ^ (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth-Heinemann, 1997, p. 304, ISBN 0-7506-3365-4.

Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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