Difluorometano
Difluorometano | |
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Nome IUPAC | |
Difluorometano | |
Nomi alternativi | |
Fluoruro di metilene, Freon 32 R-32 | |
Caratteristiche generali | |
Formula bruta o molecolare | CH2F2 |
Massa molecolare (u) | 52,02 g/mol |
Aspetto | gas incolore |
Numero CAS | |
Numero EINECS | 200-839-4 |
PubChem | 6345 |
SMILES | C(F)F |
Proprietà chimico-fisiche | |
Densità (g/cm3, in c.s.) | 0,959 g/cm³ |
Solubilità in acqua | 3,65 g/l a 25 °C |
Temperatura di fusione | −136 °C, 137 K, −213 °F |
Temperatura di ebollizione | −52 °C, 221 K, −62 °F |
Tensione di vapore (Pa) a 25 °C K | 1,69 MPa |
Indicazioni di sicurezza | |
Temperatura di autoignizione | 648 °C |
Simboli di rischio chimico | |
Frasi H | 220 - 221 - 280 |
Consigli P | 210 - 377 - 381 - 403 - 410+403 |
Il difluorometano o fluoruro di metilene nella letteratura meno recente,[1][2] e noto anche con le sigle freon-32 e R-32 come fluido refrigerante, è un alometano disostituito avente formula CH2F2. Appartiene anche al gruppo degli idrofluorocarburi, insieme al fluoruro di metile (CH3F) e al fluoroformio (CHF3), ma che si differenzia da questi per avere il carbonio nello stato di ossidazione 0.
Il difluorometano è un composto molto stabile, ΔHƒ° = -450,66 kJ/mol.[3] A temperatura ambiente è un gas (Teb ≈ -52 °C) più denso dell'aria, inodore, parzialmente solubile in acqua (3,65 g/L a 25 °C),[4] estremamente infiammabile in aria con la quale forma miscele esplosive a partire da concentrazioni del 12,7% in volume.[4]
Non contenendo atomi di cloro o alogeni seguenti, il difluorometano non è ritenuto dannoso per la fascia di ozono nella stratosfera ed ha pertanto un valore di ODP pari a zero; è tuttavia una sostanza potenzialmente dannosa se liberata nell'ambiente a causa dell'elevato indice GWP, pari a 675 unità. Il difluorometano, in conformità al Regolamento Europeo Nr. 517/2014[5], viene usato come fluido refrigerante nei moderni sistemi di climatizzazione domestici, in cui ha inizialmente affiancato il più vecchio fluido R-410A (che a sua volta aveva sostituito il freon R-22, messo al bando dal 2002 per la carica di nuovi impianti e dal 2015 anche per la ricarica di impianti già esistenti), che sostituirà totalmente dal 2025, anno in cui le leggi europee vieteranno l'utilizzo di refrigeranti con GWP superiore a 750 unità nei condizionatori con carica di refrigerante inferiore ai 3 kg[6].
Struttura molecolare e proprietà
[modifica | modifica wikitesto]La molecola CH2F2 è di tipo tetraedrico con simmetria C2v,[7] con l'atomo di carbonio centrale ibridato sp3. Il suo momento dipolare è notevole e risulta pari a 1,98 D[8] (per H2O μ = 1,86 D), ed è maggiore che nel diclorometano (1,62 D), molecola analoga ed isoelettronica di valenza.[9]
Da indagini spettroscopiche roto-vibrazionali (microonde e infrarosso) è stato possibile ricavare, tra l'altro, distanze ed angoli di legame:[10]
- r(C−H) = 108,40 pm; r(C−F) = 135,08 pm;
- ∠(HCH) = 112,800°; ∠(HCF) = 108,866°; ∠(FCF) = 108,490°.
Questi valori sono stati poi confermati con ottima approssimazione da indagini di spettroscopia rotazionale con trasformata di Fourier sul dimero del difuorometano in condizioni diffusive di raggi molecolari.[11]
Mentre i legami hanno lunghezze praticamente normali (109 pm per C-H e 135 pm per C-F),[12] come si può vedere l'angolo del C con gli idrogeni è maggiore di quello tetraedrico (109,5°) e quello con i fluori è minore. Questo comportamento, che è qualitativamente comune anche agli altri idrofluorometani, è un tipico esempio illustrato dalla regola di Bent[13][14] che prevede in questi casi 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 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.[15] Un aumento del carattere s comporta un'apertura dell'angolo di legame rispetto all'angolo tetraedrico, come si evidenzia qui per l'angolo HCH, e viceversa per la sua diminuzione, come qui si vede per l'angolo FCF.[15] L'andamento descritto per CH2F2 si ripete qualitativamente, sebbene in maniera appena percettibile, nel CH2Cl2 (diclorometano).[9]
Chimica ionica in fase gassosa
[modifica | modifica wikitesto]La molecola CH2F2 ha un'energia di ionizzazione pari a 12,71 eV,[16] significativamente maggiore di quella del diclorometano (CH2Cl2, isoelettronico di valenza), pari a 11,33 eV.[17]
L'affinità protonica del difluorometano, che è una misura della sua basicità intrinseca, è pari a 620,5 kJ/mol:[18]
- H2CF2 (g) + H+ (g) → [H2FC–F-H]+ (g)
Secondo dei calcoli quantomeccanici, nello ione molecolare che così si produce il protone si unisce ad uno dei due atomi di fluoro.[19] L'affinità protonica del difluorometano è un po' minore di quella del diclorometano (628±8 kJ/mol), che è quindi più basico,[20] e minore di quella dell'acqua (691 kJ/mol),[21] ma il valore è decisamente maggiore rispetto al metano (543,5 kJ/mol), che quindi è molto meno basico.[22] Oltre al protone H+, anche il catione litio (Li+) può legarsi esotermicamente al difluorometano in fase gassosa ma, come atteso, l'energia liberata è molto minore che con il protone, circa un sesto: ΔH° = -111 kJ/mol.[23]
Tuttavia, pur essendo il difluorometano meno basico del diclorometano, risulta essere anche meno acido: si liberano 1628±15 kJ/mol per l'assunzione di un H+ da parte dell'anione CHF2−[24] contro 1572±9 kJ/mol per l'anione CHCl2−.[25]
Sintesi
[modifica | modifica wikitesto]Il difluorometano può essere sintetizzato dal diclorometano per reazione con acido fluoridrico:
- CH2Cl2 + 2 HF → CH2F2 + 2 HCl
La reazione necessita di clorofluoruri di Sb(V), cioè SbFnCl5–n (con SbF3Cl2 come specie predominante nella miscela) per far procedere la stessa a velocità accettabili e con buone rese.[26] Di questa sintesi è apparsa recentemente una versione migliorata sotto vari aspetti.[27]
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ^ (EN) Ashutosh Misra, Jeremiah D. Hogan e Russell Chorush, Methylene Fluoride (CH 2 F 2 ), John Wiley & Sons, Inc., 15 luglio 2002, pp. mis119, DOI:10.1002/0471263850.mis119, ISBN 978-0-471-26385-2. URL consultato il 30 giugno 2022.
- ^ (EN) M. Carlotti, G. D. Nivellini e F. Tullini, The far-infrared spectrum of methylene fluoride, in Journal of Molecular Spectroscopy, vol. 132, n. 1, 1º novembre 1988, pp. 158–165, DOI:10.1016/0022-2852(88)90065-3. URL consultato il 30 giugno 2022.
- ^ (EN) Difluoromethane, su webbook.nist.gov. URL consultato il 30 giugno 2022.
- ^ a b GESTIS-Stoffdatenbank, su gestis.dguv.de. URL consultato il 30 giugno 2022.
- ^ Regolamento (UE) n. 517/2014 del Parlamento europeo e del Consiglio, del 16 aprile 2014 , sui gas fluorurati a effetto serra e che abroga il regolamento (CE) n. 842/2006 Testo rilevante ai fini del SEE, 32014R0517, 20 maggio 2014. URL consultato il 26 luglio 2018.
- ^ NES, R32: Il gas refrigerante amico dell’ambiente, in Nes - Nuovi Sistemi Energetici. URL consultato il 26 luglio 2018.
- ^ CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 30 luglio 2022.
- ^ (EN) Isothermal Properties for Methane, difluoro- (R32), su webbook.nist.gov. URL consultato il 30 giugno 2022.
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- ^ (EN) Susana Blanco, Juan C López e Alberto Lesarri, A molecular-beam Fourier transform microwave study of difluoromethane dimer, in Journal of Molecular Structure, vol. 612, n. 2, 17 luglio 2002, pp. 255–260, DOI:10.1016/S0022-2860(02)00096-0. URL consultato il 30 giugno 2022.
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- ^ A. F. Holleman, E. Wiberg e N. Wiberg, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2016, pp. 398-399, ISBN 978-3-11-026932-1.
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- ^ (EN) Tao Shen, Xin Ge e Hengjun Zhao, A safe and efficient process for the preparation of difluoromethane in continuous flow, in Chinese Journal of Chemical Engineering, vol. 28, n. 7, 2020-07, pp. 1860–1865, DOI:10.1016/j.cjche.2020.02.024. URL consultato il 27 dicembre 2022.
Voci correlate
[modifica | modifica wikitesto]Altri progetti
[modifica | modifica wikitesto]- Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su difluorometano
Collegamenti esterni
[modifica | modifica wikitesto]- Air Liquide Gas Encyclopaedia, su encyclopedia.airliquide.com. URL consultato il 3 marzo 2013 (archiviato dall'url originale il 3 marzo 2016).
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