رابع كلوريد الكربون (CCl4) هيكل ، والخصائص ، والاستخدامات ، والسمية

ال رابع كلوريد الكربون إنه سائل عديم اللون ، ذو رائحة حلوة بعض الشيء ، يشبه رائحة الأثير وكلوروفورم. الصيغة الكيميائية هي CCl₄, ويشكل مركبًا تساهميًا ومتطايرًا ، يكون بخاره أعلى كثافة من الهواء ؛ أنها لا تؤدي إلى الكهرباء ولا قابلة للاشتعال.

توجد في الجو ، مياه الأنهار ، البحر ورواسب السطح البحري. من المعتقد أن رابع كلوريد الكربون الموجود في الطحالب الحمراء يتم تصنيعه بنفس الكائن الحي.

في الغلاف الجوي ينتج عن تفاعل الكلور والميثان. يدخل رابع كلوريد الكربون المنتج صناعيًا إلى المحيط ، عبر واجهة البحر - الهواء بشكل أساسي. تم تقدير أن التدفق الجوي => المحيط هو 1.4 × 10¹⁰ جم / سنة ، أي ما يعادل 30 ٪ من إجمالي رابع كلوريد الكربون في الغلاف الجوي.

مؤشر

• 1 الخصائص الرئيسية
• 2 هيكل
• 3 الخواص الفيزيائية والكيميائية
• 4 الاستخدامات
  • 4.1 التصنيع الكيميائي
  • 4.2 صناعة المبردات
  • 4.3 قمع النار
  • 4.4 التنظيف
  • 4.5 التحليل الكيميائي
  • 4.6 التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء والرنين المغناطيسي النووي
  • 4.7 المذيبات
  • 4.8 استخدامات أخرى
• 5 السمية
  • 5.1 آليات تسمم الكبد
  • 5.2 الآثار السامة على الجهاز الكلوي والجهاز العصبي المركزي
  • 5.3 آثار التعرض البشري
  • 5.4 التفاعلات السمية
• 6 التفاعلات بين الجزيئات
• 7 المراجع

الخصائص الرئيسية

يتم إنتاج رابع كلوريد الكربون صناعيًا عن طريق المعالجة بالكلور الحراري للميثان ، مع تفاعل الميثان بغاز الكلور عند درجة حرارة تتراوح بين 400 درجة مئوية و 430 درجة مئوية. أثناء التفاعل ، يتم إنتاج منتج خام ، بمنتج ثانوي من حمض الهيدروكلوريك.

كما يتم إنتاجه صناعيًا بواسطة طريقة ثاني كبريتيد الكربون. يتفاعل الكلور وثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة من 90 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية ، باستخدام الحديد كمحفز. بعد ذلك ، يخضع المنتج الخام للتفتيت ، التحييد والتقطير.

CCl₄ كان له استخدامات متعددة ، من بين أمور أخرى: المذيبات من الدهون والزيوت والورنيش ، وما إلى ذلك ؛ التنظيف الجاف للملابس مبيدات الآفات ، في التبخير الزراعي ومبيدات الفطريات وتصنيع النايلون. ومع ذلك ، على الرغم من فائدته الكبيرة ، فقد تم استبعاده جزئيًا بسبب السمية العالية.

في البشر ، فإنه يولد آثارا سامة على الجلد والعينين والجهاز التنفسي. لكن آثاره الضارة تحدث في عمل الجهاز العصبي المركزي والكبد والكلى. ربما يكون تلف الكلى هو السبب الرئيسي للوفيات التي تعزى إلى العمل السام لرابع كلوريد الكربون.

هيكل

في الصورة ، يمكنك رؤية هيكل رابع كلوريد الكربون ، وهو عبارة عن هندسة رباعية السطوح. لاحظ أن ذرات Cl (الكرات الخضراء) ، موجهة في الفضاء المحيط بالكربون (الكرة السوداء) من خلال رسم رباعي الاسطح.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه نظرًا لأن جميع رؤوس رباعي السطوح متطابقة ، فإن الهيكل متماثل ؛ أي أنه لا يهم كيف يتم تدوير جزيء CCl₄, سيكون دائما هو نفسه. ثم ، منذ رباعي السطوح الخضراء من CCl₄ غير متناظرة ، ونتيجة لذلك عدم وجود لحظة ثنائي القطب دائم.

لماذا؟ لأنه على الرغم من أن روابط C-Cl قطبية بسبب زيادة القدرة الكهربية لـ Cl فيما يتعلق C ، يتم إلغاء هذه اللحظات vectorially. لذلك ، هو مركب عضوي مكلور أبولار.

الكربون مكلور بالكامل في CCl₄, ما يعادل الأكسدة العالية (يمكن أن يشكل الكربون أربعة روابط مع الكلور كحد أقصى). لا يميل هذا المذيب إلى فقد الإلكترونات ، فهو خالي من النشاط (لا يحتوي على الهيدروجين) ، ويمثل وسيلة نقل وتخزين صغير للكلور..

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

صيغة

لجنة علم المناخ₄

الوزن الجزيئي

153،81 جم / مول.

المظهر الجسدي

إنه سائل عديم اللون. تتبلور في شكل بلورات أحادية الميل.

رائحة

يقدم الرائحة المميزة الموجودة في المذيبات المكلورة الأخرى. الرائحة عطرية وحلوة إلى حد ما ، تشبه رائحة رباعي كلورو الإيثيلين والكلوروفورم.

نقطة الغليان

170.1 فهرنهايت (76.8 درجة مئوية) إلى 760 مم زئبق.

نقطة انصهار

-9 فهرنهايت (-23 درجة مئوية).

الذوبان في الماء

قابل للذوبان في الماء: 1.16 ملغ / مل عند 25 درجة مئوية و 0.8 ملغ / مل في 20 درجة مئوية. لماذا؟ لأن الماء ، وهو جزيء ذو قطب شديد ، لا "يشعر" بألفة لرابع كلوريد الكربون ، وهو عبارة عن فقر.

الذوبان في المذيبات العضوية

بسبب تماثل تركيبها الجزيئي ، فإن رابع كلوريد الكربون مركب غير قطبي. لذلك ، يمكن خلطه مع الكحول والبنزين والكلوروفورم والأثير وثاني كبريتيد الكربون والإيثر النفطي والنفتا. وبالمثل ، فهو قابل للذوبان في الإيثانول والأسيتون.

كثافة

في الحالة السائلة: 1.59 جم / مل عند 68 درجة فهرنهايت و 1.594 جم / مل عند 20 درجة مئوية.

في الحالة الصلبة: 1.831 جم / مل عند -186 درجة مئوية و 1.809 جم / مل في -80 درجة مئوية.

استقرار

خامل عموما.

عمل تآكل

يهاجم بعض أشكال البلاستيك والمطاط والطلاء.

نقطة الاشتعال

يعتبر غير قابل للاشتعال للغاية ، مما يشير إلى أن نقطة الاشتعال أقل من 982 درجة مئوية.

الاشتعال التلقائي

982 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت ؛ 1255 كلفن).

كثافة البخار

5.32 فيما يتعلق بالهواء ، تؤخذ كقيمة مرجعية تساوي 1.

ضغط البخار

91 مم زئبق عند 68 درجة فهرنهايت ؛ 113 مم زئبق عند 77 درجة فهرنهايت و 115 مم زئبق عند 25 درجة مئوية.

التحلل

في وجود النار أشكال كلوريد والفوسجين ، مركب شديد السمية. وبالمثل ، في ظل نفس الظروف ، يتحلل إلى كلوريد الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. في وجود الماء في درجات حرارة عالية ، يمكن أن يسبب حمض الهيدروكلوريك.

لزوجة

2.03 × 10^-3 باسكال

رائحة العتبة

21.4 جزء في المليون.

معامل الانكسارηD)

1.4607.

تطبيقات

تصنيع المواد الكيميائية

-إنه يعمل كعامل مكلور و / أو مذيب في تصنيع الكلور العضوي. وبالمثل ، يتدخل باعتباره مونومر في صناعة النايلون.

-يعمل كمذيب في صناعة الأسمنت المطاطي والصابون ومبيدات الحشرات.

-يتم استخدامه في صناعة وقود الدفع بالكلوروفلوروكربون.

-بسبب عدم وجود روابط C-H ، فإن رابع كلوريد الكربون لا يخضع لتفاعلات جذرية حرة ، لذلك فهو مذيب مفيد لعمليات الهلوجين ، إما عن طريق الهالوجين الأولي أو كاشف الهلوجين مثل N-bromosuccinimide.

صناعة المبردات

تم استخدامه في إنتاج مركبات الكربون الكلورية فلورية ، المبردات R-11 و trichlorofluoromethane ، المبردات R-12. هذه المبردات تدمر طبقة الأوزون ، ولهذا السبب أوصوا بوقف استخدامها ، وفقًا لتوصيات بروتوكول مونتريال.

قمع النار

في بداية القرن العشرين ، بدأ استخدام رابع كلوريد الكربون كمطفئ للحريق ، بناءً على مجموعة من خصائص المجمع: إنه متقلب ؛ بخارها أثقل من الهواء. انها ليست موصل كهربائي وأنها ليست قابلة للاشتعال للغاية.

عند تسخينه ، يصبح رابع كلوريد الكربون بخارًا ثقيلًا يغطي منتجات الاحتراق ، ويعزلها عن الأكسجين الموجود في الهواء ويسبب الحريق. انها مناسبة لمكافحة حرائق النفط والأجهزة.

ومع ذلك ، في درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية ، يمكن لرابع كلوريد الكربون أن يتفاعل مع الماء ، مما تسبب في الفوسجين ، وهو مركب سام ، لذلك يجب الانتباه إلى التهوية أثناء الاستخدام. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتفاعل بشكل متفجر مع الصوديوم المعدني ، وتجنب استخدامه في الحرائق مع وجود هذا المعدن.

تنظيف

تم استخدام رابع كلوريد الكربون في التنظيف الجاف للملابس وغيرها من المواد للاستخدام في المنزل. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه كمزيل شحوم صناعي للمعادن ، وهو ممتاز في إذابة الشحوم والزيت.

التحليل الكيميائي

يستخدم للكشف عن البورون ، البروميد ، الكلوريد ، الموليبدينوم ، التنغستن ، الفاناديوم ، الفوسفور والفضة.

التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء والرنين المغناطيسي النووي

-يتم استخدامه كمذيب في التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء ، لأن رابع كلوريد الكربون لا يمتص امتصاصًا كبيرًا في نطاقات> 1600 سم^-1.

-تم استخدامه كمذيب في الرنين المغناطيسي النووي ، لأنه لم يتداخل مع هذه التقنية لأنه لا يمتلك هيدروجين (وهو غير مسبب للشهوة الجنسية). ولكن بسبب سميته ، ولأن قوته منخفضة في المذيبات ، فقد تم استبدال رابع كلوريد الكربون بمذيبات مضغوطة..

أرق

إن خاصية كونه مركب غير قطبي يسمح باستخدام رابع كلوريد الكربون كمذيب للزيوت والدهون واللك والورنيش والشمع المطاطي والراتنجات. يمكن أن يحل أيضا اليود.

استخدامات أخرى

-إنه عنصر مهم في مصابيح الحمم البركانية ، لأنه بسبب كثافته ، يضيف رابع كلوريد الكربون وزناً للشمع.

-يستخدمه جامعو الطوابع لأنه يكشف عن علامات مائية على الطوابع دون التسبب في أضرار.

-وقد استخدم كمبيد للآفات ومبيدات الفطريات وفي رش الحبوب للتخلص من الحشرات.

-في عملية القطع المعدنية يتم استخدامه كمواد تشحيم.

-تم استخدامه في الطب البيطري باعتباره مادة مخدرة في علاج اللفافة ، التي تسببها Fasciola hepatica في الأغنام.

سمية

-يمكن امتصاص رابع كلوريد الكربون من خلال مسارات الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والعين والجلد. يعتبر الابتلاع والاستنشاق خطرين للغاية لأنه يمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة طويلة المدى للمخ والكبد والكليتين.

-يؤدي التلامس مع الجلد إلى تهيج ويمكن أن يسبب التهاب الجلد على المدى الطويل. بينما ملامسة العينين يسبب تهيج.

آليات تسمم الكبد

الآليات الرئيسية التي تسبب تلف الكبد هي الإجهاد التأكسدي وتغيير توازن الكالسيوم..

الإجهاد التأكسدي هو اختلال بين إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية وقدرة الجسم على توليد بيئة مختزلة ، داخل خلاياهم ، تتحكم في العمليات المؤكسدة.

يمكن أن يسبب عدم التوازن في حالة الأكسدة الطبيعية آثارًا سامة عن طريق إنتاج البيروكسيدات والجذور الحرة التي تلحق الضرر بجميع مكونات الخلايا.

يتم استقلاب رابع كلوريد الكربون لإنتاج الجذور الحرة: Cl₃C^. (trichloromethyl جذري) و Cl₃COO^. (جذري trichloromethylperoxide). هذه الجذور الحرة تنتج تسمم الدهون ، والذي يسبب إصابة الكبد وكذلك الرئة.

تتسبب الجذور الحرة أيضًا في تمزق غشاء البلازما في خلايا الكبد. ينتج عن ذلك زيادة في تركيز الكالسيوم في الخلوي وانخفاض في آلية عزل الكالسيوم داخل الخلايا..

الزيادة داخل الخلايا من الكالسيوم ينشط إنزيم فسفوليباز أ₂ الذي يعمل على الفوسفورية في الغشاء ، مما يؤدي إلى تفاقم تأثيره. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تسلل من العدلات وإصابة الكبد. هناك انخفاض في التركيز الخلوي لـ ATP و الجلوتاثيون الذي يسبب إعاقة الإنزيمية وموت الخلايا.

الآثار السامة في الجهاز الكلوي والجهاز العصبي المركزي

تتجلى الآثار السامة لرابع كلوريد الكربون في الجهاز الكلوي مع انخفاض في إنتاج البول وتراكم ماء الجسم. خاصة في الرئتين وزيادة في تركيز النفايات الأيضية في الدم. هذا يمكن أن يسبب الموت.

على مستوى الجهاز العصبي المركزي ، هناك تورط في التوصيل المحوري للنبضات العصبية.

آثار التعرض البشري

مدة قصيرة

تهيج العينين ؛ الآثار على الكبد والكلى والجهاز العصبي المركزي ، قد يؤدي إلى فقدان الوعي.

مدة طويلة

التهاب الجلد والعمل المسرطنة المحتمل.

التفاعلات السمية

هناك علاقة بين العديد من حالات التسمم مع رابع كلوريد الكربون واستهلاك الكحول. تناول الكحول الزائد يسبب تلف الكبد ، مما يؤدي إلى تليف الكبد في بعض الحالات.

وقد لوحظ أن سمية رابع كلوريد الكربون تزداد مع الباربيتورات ، لأن هذه لها بعض الآثار السامة المماثلة.

على سبيل المثال ، على المستوى الكلوي ، تقلل الباربيتورات من إفراز البول ، وهذا الإجراء من الباربيتورات يتشابه مع التأثير السام لرابع كلوريد الكربون على وظيفة الكلى.

التفاعلات بين الجزيئات

CCl₄ ويمكن اعتباره رباعي الاسطح الأخضر. كيف تتفاعل مع الآخرين?

كونه جزيء apolar ، دون لحظة ثنائي القطب دائمة ، فإنه لا يمكن التفاعل من قبل قوات ثنائي القطب. لإبقاء جزيئاتها معًا في السائل ، يجب أن تتفاعل ذرات الكلور (قمم رباعي الاسطح) مع بعضها البعض بطريقة ما ؛ وقد نجحوا بفضل قوى التشتت بلندن.

تتحرك السحب الإلكترونية لذرات Cl ، ولحظات قصيرة ، تولِّد مناطق غنية وفقيرة من الإلكترونات ؛ أي أنها تولد ثنائيات أقطاب فورية.

تسبب المنطقة الغنية من الإلكترونات the ذرة Cl في جزيء مجاور لاستقطاب: Cl^δ-δ+وهكذا ، يمكن أن تعقد ذرتان Cl معًا لفترة محدودة.

ولكن ، وجود الملايين من جزيئات CCl₄, التفاعلات تصبح فعالة بما يكفي لتشكيل السائل في ظل الظروف العادية.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن Cl الأربعة المرتبطة تساهميًا بكل C يزيد بشكل كبير من عدد هذه التفاعلات ؛ لدرجة أنه يغلي عند 76.8 درجة مئوية ، وهي نقطة غليان عالية.

نقطة الغليان من CCl₄ لا يمكن أن يكون أعلى لأن رباعي الاسطح صغير نسبيًا مقارنة بالمركبات غير العضوية الأخرى (مثل الزيلين الذي يغلي عند درجة حرارة 144 مئوية).

مراجع

1. هاردينجر أ. ستيفن. (2017). مسرد مصور للكيمياء العضوية: رابع كلوريد الكربون. تم الاسترجاع من: chem.ucla.edu
2. كل سياولا. (بدون تاريخ). بين الجزيئات والقوات بين القوات الذرية. تم الاسترجاع من: siyavula.com
3. كاري ف. (2006). الكيمياء العضوية (الطبعة السادسة). مولودية جراو هيل.
4. ويكيبيديا. (2018). رابع كلوريد الكربون. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. بوب كيم. (2018). رابع كلوريد الكربون. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. كتاب الكيميائية. (2017). رابع كلوريد الكربون. تم الاسترجاع من: chemicalbook.com