Химические свойства фторуглеродов

Из свойств насыщенных фторуглеродов наиболее характерны резко выраженная химическая инертность и высокая термическая устойчивость. Объяснение этих особенностей следует искать в природе фторуглеродной связи. Валентные электроны фтора при обобщении с электронами атомов углерода образуют прочную связь, чрезвычайно трудно подвергающуюся изменениям. Разложение фторуглеродов, связанное с отделением атомов фтора от углерода, требует гораздо больших затрат энергии, чем соответствующее разложение углеводородов. Энергия связи С - F составляет 104-116, С - Н - 93, а С - С - 85 ккал/моль.

Необычайно высокую стабильность фторуглеродов можно понять, если сравнить их молекулы с молекулами углеводородов. Вследствие малой величины водородных атомов (ковалентный радиус 0,32 Å) оболочки из этих атомов, окружающие молекулу углеводорода, не экранируют внутреннее силовое поле, более же крупные атомы фтора (ковалентный радиус 0,64 Å), по-видимому, создают эффективный экран, защищающий углеродный скелет молекулы фторуглерода от воздействия какой-либо вторгающейся молекулы. Другой причиной устойчивости фторуглеродов является тот факт, что атомы углерода, связанные с фтором, находятся в состоянии крайней степени окисления и, естественно, не обнаруживают склонности взаимодействовать с кислородом. Атомы водорода в углеводороде, наоборот, проявляют тенденцию подвергаться действию кислорода и других окислителей.

Для фторуглеродов известно сравнительно небольшое число реакций, причем большинство из них осуществляются только при высоких температурах. Все они характеризуются высокой энергией активации. Расщепление углерод-углеродных связей удается осуществить при нагревании перфторуглеродов до 900-950°С в присутствии хлора и брома.

Наиболее инертными в химическом отношении оказались перфторалканы. Из них наибольшей устойчивостью обладает перфторметан CF₄. Нержавеющая сталь и вольфрам вступают в реакцию с ним только при 1000°С, окись углерода - при температуре вольтовой дуги (с образованием карбонилфторида).

Начиная с перфторэтана и далее, т. е. с увеличением числа атомов углерода в соединении, прочность фторалканов хотя и незначительно, но уменьшается. Моноциклические фторуглероды химически более устойчивы, чем ациклические.