فلوروكربون

تتميز مركبات البيرفلورو ألكانات بثباتها العالي نظرًا لقوة الرابطة بين الكربون والفلور ، وهي من أقوى الروابط في الكيمياء العضوية. ^{[ 4 ]} وتعود قوتها إلى السالبية الكهربية للفلور التي تُضفي عليه صفة أيونية جزئية من خلال الشحنات الجزئية على ذرات الكربون والفلور، مما يُقصر الرابطة ويُقويها (مقارنةً بروابط الكربون والهيدروجين) عبر تفاعلات تساهمية مواتية . إضافةً إلى ذلك، تُعزز روابط الكربون-فلور المتعددة قوة واستقرار روابط الكربون-فلور المجاورة الأخرى على ذرة الكربون نفسها ، نظرًا لارتفاع الشحنة الجزئية الموجبة للكربون. [ ^{1 ] علاوةً} على ذلك، تُقوي روابط الكربون-فلور المتعددة أيضًا روابط الكربون-كربون "الهيكلية" بفعل التأثير الحثي . ^{[ 1 ]} لذلك، تُعد مركبات الفلوروكربون المشبعة أكثر استقرارًا كيميائيًا وحراريًا من نظائرها من الهيدروكربونات، بل ومن أي مركب عضوي آخر. وهي عرضة للهجوم بواسطة عوامل اختزال قوية جدًا، مثل اختزال بيرش ، ومركبات عضوية فلزية متخصصة للغاية. ^{[ 5 ]}

مركبات الفلوروكربون عديمة اللون وذات كثافة عالية، تصل إلى أكثر من ضعف كثافة الماء. وهي غير قابلة للامتزاج مع معظم المذيبات العضوية (مثل الإيثانول والأسيتون وأسيتات الإيثيل والكلوروفورم)، ولكنها قابلة للامتزاج مع بعض الهيدروكربونات (مثل الهكسان في بعض الحالات). تتميز هذه المركبات بانخفاض ذوبانها في الماء، كما أن ذوبانها في الماء منخفض للغاية (في حدود 10 جزء في المليون). ولها معامل انكسار منخفض .

${\displaystyle {\ce {{\overset {\delta+}{C}}-{\overset {\delta-}{F}}}}}$

الشحنات الجزئية في الرابطة المستقطبة بين الكربون والفلور

بما أن السالبية الكهربية العالية للفلور تقلل من استقطابية الذرة، ^{[ 1 ]} فإن مركبات الفلوروكربون تتأثر بشكل طفيف فقط بالثنائيات القطبية العابرة التي تشكل أساس قوة تشتت لندن . ونتيجة لذلك، تتميز مركبات الفلوروكربون بقوى تجاذب بين جزيئية منخفضة، وهي كارهة للدهون بالإضافة إلى كونها كارهة للماء وغير قطبية . وانعكاسًا لضعف القوى بين الجزيئية، تُظهر هذه المركبات لزوجة منخفضة مقارنةً بالسوائل ذات نقاط الغليان المماثلة، وتوتر سطحي منخفض ، وحرارة تبخر منخفضة . كما أن قوى التجاذب المنخفضة في سوائل الفلوروكربون تجعلها قابلة للانضغاط ( معامل حجمي منخفض ) وقادرة على إذابة الغازات بشكل جيد نسبيًا. وتتميز مركبات الفلوروكربون الأصغر حجمًا بتقلبها الشديد . ^{[ 1 ]} توجد خمسة غازات من مركبات البيرفلورو ألكان: رباعي فلورو الميثان (نقطة غليانه -128  درجة مئوية)، وسداسي فلورو الإيثان (نقطة غليانه -78.2  درجة مئوية)، وثماني فلورو البروبان (نقطة غليانه -36.5  درجة مئوية)، وبيرفلورو-ن-بيوتان (نقطة غليانه -2.2  درجة مئوية)، وبيرفلورو-أيزو-بيوتان (نقطة غليانه -1  درجة مئوية). جميع مركبات البيرفلورو ألكان الأخرى تقريبًا سوائل؛ والاستثناء الأبرز هو بيرفلوروسيكلوهكسان ، الذي يتسامى عند 51  درجة مئوية. ^{[ 6 ]} تتميز مركبات البيرفلورو كربون أيضًا بانخفاض طاقة سطحها وارتفاع قوى عزلها الكهربائي . ^{[ 1 ]}

• بيرفلورو ألكانات
• 
  رابع فلوريد الكربون ، أبسط أنواع البيرفلورو ألكان
• 
  بيرفلوروكتان ، بيرفلورو ألكان خطي
• 
  بيرفلورو-2-ميثيل بنتان ، وهو بيرفلورو ألكان متفرع
• 
  بيرفلورو-1،3-ثنائي ميثيل سيكلوهكسان ، وهو بيرفلورو ألكان حلقي
• 
  بيرفلوروديكالين ، بيرفلورو ألكان متعدد الحلقات

في ستينيات القرن العشرين، ازداد الاهتمام بمركبات الفلوروكربون كمخدرات. لم تُسفر الأبحاث عن إنتاج أي مخدرات، لكنها شملت اختبارات حول قابلية الاشتعال، وأظهرت أن مركبات الفلوروكربون المختبرة غير قابلة للاشتعال في الهواء بأي نسبة، على الرغم من أن معظم الاختبارات أُجريت في الأكسجين النقي أو أكسيد النيتروز النقي (وهما غازان مهمان في التخدير). ^{[ 7 ] [ 8 ]}

في عام 1993، نظرت شركة 3M في استخدام مركبات الفلوروكربون كبديل لمركبات الكلوروفلوروكربون في إطفاء الحرائق. ^{[ 9 ]} يُعزى هذا التأثير المُطفئ إلى سعتها الحرارية العالية ، التي تمتص الحرارة من النار. وقد اقتُرح أن وجود نسبة كبيرة من مركبات الفلوروكربون في جو محطة فضائية أو ما شابهها من شأنه أن يمنع الحرائق تمامًا. ^{[ 10 ] [ 11 ]} عند حدوث الاحتراق، تنتج أبخرة سامة، بما في ذلك فلوريد الكربونيل ، وأول أكسيد الكربون ، وفلوريد الهيدروجين .

تذيب مركبات البيرفلوروكربون كميات كبيرة نسبياً من الغازات. ويعزى ارتفاع قابلية ذوبان الغازات إلى ضعف التفاعلات بين الجزيئات في هذه السوائل الفلورية. ^{[ 12 ]}

يُظهر الجدول قيم الكسر المولي، x ₁ ، للنيتروجين المذاب، المحسوبة من معامل توزيع الدم والغاز ، عند 298.15  كلفن (25  درجة مئوية)، 0.101325  ميجا باسكال. ^{[ 13 ]}

تزامن تطور صناعة مركبات الفلوروكربون مع الحرب العالمية الثانية . ^{[ 14 ]} قبل ذلك، كانت مركبات الفلوروكربون تُحضّر بتفاعل الفلور مع الهيدروكربون، أي الفلورة المباشرة. ولأن روابط الكربون-كربون تنكسر بسهولة بفعل الفلور، فإن الفلورة المباشرة تُنتج في الغالب مركبات فلوروكربون أصغر، مثل رباعي فلورو الميثان، وسداسي فلورو الإيثان، وثماني فلورو البروبان. ^{[ 15 ]}

تعتبر الفلوروألكانات بشكل عام مواد خاملة وغير سامة. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

لا تُعدّ مركبات الفلورو ألكان من المواد المستنفدة للأوزون ، إذ لا تحتوي على ذرات الكلور أو البروم، وتُستخدم أحيانًا كبديل للمواد الكيميائية المستنفدة للأوزون. ^{[ 19 ]} يُستخدم مصطلح "الفلوروكربون" بشكل فضفاض ليشمل أي مادة كيميائية تحتوي على الفلور والكربون، بما في ذلك مركبات الكلوروفلوروكربون ، وهي مواد مستنفدة للأوزون.

تُطرح مركبات البيرفلورو ألكان المستخدمة في الإجراءات الطبية بسرعة من الجسم، بشكل أساسي عن طريق الزفير، ويتناسب معدل الإخراج مع ضغط البخار؛ ويبلغ نصف عمر الأوكتافلوروبروبان أقل من دقيقتين، ^{[ 20 ]} مقارنة بحوالي أسبوع للبيرفلوروديكالين. ^{[ 21 ]}

تُعدّ مركبات البيرفلورو ألكانات منخفضة الغليان من غازات الدفيئة القوية ، ويعود ذلك جزئيًا إلى عمرها الطويل جدًا في الغلاف الجوي، ويغطي بروتوكول كيوتو استخدامها . ^{[ 22 ]} يمكن الاطلاع على إمكانية الاحترار العالمي (مقارنة بثاني أكسيد الكربون) للعديد من الغازات في التقرير التقييمي الخامس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، ^{[ 23 ]} مع مقتطف أدناه لبعض مركبات البيرفلورو ألكانات.

لطالما شكلت صناعة صهر الألومنيوم مصدراً رئيسياً لمركبات الكربون المشبعة بالفلور في الغلاف الجوي ( وخاصة رباعي فلورو الميثان وسداسي فلورو الإيثان )، والتي تنتج كمنتج ثانوي لعملية التحليل الكهربائي. ^{[ 24 ]} ومع ذلك، فقد انخرطت هذه الصناعة بنشاط في خفض الانبعاثات في السنوات الأخيرة. ^{[ 25 ]}

نظراً لكونها خاملة، فإن مركبات البيرفلورو ألكانات لا تُستخدم كيميائياً بشكل أساسي، ولكن خصائصها الفيزيائية أدت إلى استخدامها في العديد من التطبيقات المتنوعة. وتشمل هذه التطبيقات ما يلي:

• متتبع بيرفلوروكربون
• عازل سائل
• الترسيب الكيميائي للبخار
• دورة رانكين العضوية
• التحفيز ثنائي الطور الفلوري ^{[ 26 ]}
• مستحضرات التجميل
• شمع التزلج

بالإضافة إلى العديد من الاستخدامات الطبية:

• الموجات فوق الصوتية المعززة بالتباين
• العلاج بالأكسجين
• بديل الدم
• التنفس السائل
• جراحة العيون ^{[ 27 ]}
• إزالة الوشم ^{[ 28 ]}

تتفاعل مركبات الفلوروألكين بشكل أكثر طاردًا للحرارة من الألكينات العادية. ^{[ 1 ]} تتميز مركبات الفلوروكربون غير المشبعة بقوة دافعة نحو التهجين sp3 ^نظرًا لسعي ذرات الفلور ذات السالبية الكهربية العالية إلى الحصول على حصة أكبر من إلكترونات الترابط ذات الخاصية s المنخفضة في المدارات. ^{[ 1 ]} يُعد رباعي فلورو الإيثيلين أشهر أفراد هذه الفئة ، ويُستخدم في تصنيع متعدد رباعي فلورو الإيثيلين (PTFE)، المعروف تجاريًا باسم التفلون .

تُعدّ الفلوروألكينات والألكاينات المفلورة موادّ تفاعلية، والعديد منها سامّ، مثل بيرفلوروأيزوبوتين . ^{[ 29 ] [ 30 ]} ولإنتاج متعدد رباعي فلورو الإيثيلين، تُستخدم موادّ خافضة للتوتر السطحي مفلورة مختلفة ، في عملية تُعرف باسم بلمرة المستحلب ، ويمكن أن تتراكم المادة الخافضة للتوتر السطحي الموجودة في البوليمر بيولوجيًا.