Tetrafluormethan

Strukturformel
Keile zur Verdeutlichung der Geometrie
Allgemeines
Name	Tetrafluormethan
Andere Namen	Tetrafluorkohlenstoff Kohlenstofftetrafluorid Perfluormethan Freon 14 Halon 14 R-14
Summenformel	CF4
Kurzbeschreibung	geruch- und farbloses Gas<ref name="GESTIS" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 200-896-5 ECHA-InfoCard 100.000.815 PubChem 6393 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	88,01 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	3,72 kg·m−3 (15 °C, 1013 mbar)<ref name="airliquide">Datenblatt Tetrafluoromethane bei Air Liquide.</ref>
Schmelzpunkt	−184 °C<ref name="GESTIS">Eintrag zu Tetrafluormethan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref><ref name="airliquide" />
Siedepunkt	−128 °C<ref name="GESTIS" /><ref name="airliquide" />
Löslichkeit	schwer in Wasser (20 mg·l−1 bei 20 °C)<ref name="CF4_H2O" />
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="GESTIS" /> Gefahrensymbol Achtung H- und P-Sätze H: 280 P: 403<ref name="GESTIS" />
Treibhauspotential	7349 (bezogen auf 100 Jahre)<ref name="IPCC">G. Myhre, D. Shindell et al.: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Working Group I contribution to the IPCC Fifth Assessment Report. Hrsg.: Intergovernmental Panel on Climate Change. 2013, Chapter 8: Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, S. 24–39; Table 8.SM.16 (PDF). </ref>
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−933,6 kJ/mol<ref name="CRC90_5_19">David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-19.</ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Tetrafluormethan (auch Tetrafluorkohlenstoff) ist eine chemische Verbindung aus der Reihe der Fluorkohlenwasserstoffe. Bei ihm sind alle Wasserstoffatome des Methans durch Fluoratome substituiert. Beide Bezeichnungen sind nach der IUPAC-Nomenklatur korrekt, abhängig davon, ob die Verbindung als organische (Tetrafluormethan) oder anorganische (Tetrafluorkohlenstoff) Verbindung angesehen wird.

Geschichte

Die Verbindung wurde erstmals im Jahr 1926 von den französischen Chemikern Paul Lebeau und Augustin Damiens hergestellt<ref name="Soukup_anorg">Rolf Werner Soukup: Chemiegeschichtliche Daten anorganischer Substanzen, Version 2020, S. 85 pdf.</ref> und 1930 charakterisiert.<ref name="Lebeau1">P. Lebeau und A. Damiens, Comt. Rend. 182 (1926) 1340.</ref><ref name="Labeaus2">P. Lebeau und A. Damiens, Comt. Rend. 191 (1930) 939.</ref>

Vorkommen

Tetrafluormethan entsteht in der Atmosphäre bei der UV-Photolyse von Trifluoracetylfluorid, das wiederum ein Abbauprodukt von in der Atmosphäre vorhandener Halogenkohlenwasserstoffe ist.<ref>Aaron M. Jubb, Max R. McGillen, Robert W. Portmann, John S. Daniel, James B. Burkholder: An atmospheric photochemical source of the persistent greenhouse gas CF4. In: Geophysical Research Letters. Band 42, Nr. 21, 2015, S. 9505–9511, doi:10.1002/2015GL066193. </ref>

Große Mengen Tetrafluormethan werden bei der Aluminiumerzeugung freigesetzt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim Hall-Héroult-Prozess Graphit-Elektroden und Kryolith als Flussmittel (eutektische Schmelzpunkterniedrigung) zum Einsatz kommen – durch Reaktion des Fluors im Kryolith mit dem Kohlenstoff der Elektroden entsteht Tetrafluormethan.<ref name="Jürgen Feßmann, Helmut Orth">Jürgen Feßmann, Helmut Orth: Angewandte Chemie und Umwelttechnik für Ingenieure. ecomed, 2002, ISBN 978-3-609-68352-2, S. 95 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>

Darstellung

Tetrafluormethan kann einerseits durch Verbrennung von Kohlenstoff in Fluor, andererseits durch elektrische Entladung in einem Kohlenstoffmonoxid-Fluorgemisch dargestellt werden:<ref>G. Brauer (Hrsg.): Handbook of Preparative Inorganic Chemistry. 2. Auflage, Band 1, Academic Press 1963, S. 203–204.</ref>

<math>\mathrm{C + 2 \ F_2 \longrightarrow \ CF_4}</math>

<math>\mathrm{2 \ CO + 4 \ F_2 \longrightarrow 2 \ CF_4 + O_2}</math>

Eine weitere Methode ist die Umsetzung von Siliciumcarbid mit Fluor zu Tetrafluormethan und Siliciumtetrafluorid:<ref name="IS3"></ref>

<chem>SiC + 4 F2 -> CF4 + SiF4</chem>

Die Umsetzung ist nahezu quantitativ, und die gasförmige Siliciumverbindung kann aus dem Gasgemisch durch Waschen mit einer Natriumhydroxidlösung (Hydrolyse) entfernt werden.

Eigenschaften

Datei:Carbon-tetrafluoride-2D-dimensions.svg

Tetrafluormethan hat eine Bindungslänge von 132,3 pm

Physikalische Eigenschaften

Tetrafluormethan ist ein farb- und geruchloses Gas mit einem Schmelzpunkt von −184 °C und einem Siedepunkt von −128 °C. Tetrafluormethan ist in Wasser sehr schlecht (20 mg pro kg Wasser bei 20 °C<ref name="CF4_H2O">B. A. Cosgrove, J. Walkley: Solubilities of gases in H₂O and ²H₂O. in: J. Chromatogr. A 216, 1981, S. 161–167; doi:10.1016/S0021-9673(00)82344-4.</ref>) löslich, in Ethanol (ca. 80 mg pro kg Ethanol bei 25 °C<ref>Shiqing Bo, Rubin Battino, Emmerich Wilhelm: The Solubility of Gases in Liquids. 19. The Solubility of He, Ne, Ar, Kr, Xe, CH₄, CF₄, SF₆ in Normal 1-Alkanols n-C_IH_2I+1OH (1 ≤ I ≤ 11) at 298.15 K. In: J. Chem. Eng. Data Band 38, Nr. 4, 1993, S. 611–616; doi:10.1021/je00012a035.</ref>) und Benzol (ca. 64 mg pro kg Benzol bei 25 °C<ref>Graham Archer, Joel H. Hildebrand: The Solubility and Entropy of Solution of Carbon Tetrafluoride and Sulfur Hexafluoride in Nonpolar Solvents. In: J. Phys. Chem. Band 67, Nr. 9, 1963, S. 1830–1833; doi:10.1021/j100803a021.</ref>) etwas besser.

Chemische Eigenschaften

Tetrafluormethan ist sehr reaktionsträge und wird von Säuren und Laugen nicht angegriffen. Lediglich siedende Alkalimetalle und heiße Alkalimetalldämpfe vermögen es langsam anzugreifen.<ref name="IS3" /> Durch thermische Zersetzung mit (Luft-)Sauerstoff oberhalb 1000 °C entstehen giftige Stoffe (Carbonylfluorid, Kohlenstoffmonoxid), in Gegenwart von Wasser auch der aggressive Fluorwasserstoff.

Es besitzt ein Treibhauspotenzial von 7349<ref name="IPCC" /> und ist damit ein extrem starkes Treibhausgas.

Verwendung

Tetrafluormethan wird als Kältemittel verwendet, jedoch wegen seines kritischen Punktes von −45,5 °C nur für sehr tiefe Temperaturen eingesetzt.<ref name="Johann Kuprianoff, Rudolf Plank, Heinz Steinle">Johann Kuprianoff, Rudolf Plank, Heinz Steinle: Die Kältemittel. Springer Berlin Heidelberg, 2013, ISBN 978-3-642-86286-1, S. 363 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref> Es hat zwar keine abbauende Wirkung auf die Ozonschicht, aufgrund des hohen Treibhauspotenzials wird jedoch in der F-Gase-Verordnung festgelegt, dass Anlagen mit den entsprechenden Gasen möglichst geringe Leckmengen abgeben sollen.

In seltenen Fällen wird es in der Fahrzeugindustrie auch als Gas für hydropneumatische Federungen verwendet.<ref name="W. Bauer">W. Bauer: Hydropneumatische Federungssysteme. Springer Berlin Heidelberg, 2007, ISBN 978-3-540-73641-7, S. 106 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>

Tetrafluormethan wird auch beim Plasmaätzverfahren von Silicium in der Elektronikindustrie eingesetzt, wobei das Gas in einer Hochfrequenzentladung bei einem Druck von 0.1–1.0 hPa teilweise in CF₃⁻-Ionen und Fluor zersetzt wird.<ref name="Ralf Steudel">Ralf Steudel: Chemie der Nichtmetalle. De Gruyter, 2013, ISBN 978-3-11-030797-9, S. 268 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>

Toxikologie

Tetrafluormethan gilt als ungiftig. Es kann jedoch in geschlossenen Räumen durch Verdrängen der Luft zur Erstickung führen. Bei geringeren Konzentrationen ist eine narkotische Wirkung möglich.<ref name="airliquide" /> Da Tetrafluormethan dichter als Luft ist, sammelt es sich am tiefsten zugänglichen Punkt entsprechender Räume an.

Siehe auch

• Difluoracetylen

Weblinks

Commons: Tetrafluormethan – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

<references />

Vorlage:Klappleiste/Anfang Tetrafluormethan | Tetrachlormethan | Tetrabrommethan | Tetraiodmethan Vorlage:Klappleiste/Ende