Тетрахлорметан

Тетрахлорид углерода (четырёххло́ристый углеро́д, фрео́н-10, асорди́н, хладо́н-10) — хлорорганическое соединение с химической формулой CCl₄, галогеноалкан, бесцветная тяжёлая жидкость, по запаху напоминающая хлороформ (при сравнительно высокой концентрации имеет неприятный запах хлора). Негорюч и невзрывоопасен. Плохо растворяется в воде, смешивается с большинством органических растворителей.

Тетрахлорид углерода
Общие
Систематическое наименование	Тетрахлорметан, перхлорметан, хлорид углерода​(IV)​, тетрахлорид углерода
Сокращения	ЧХУ
Традиционные названия	четырёххлористый углерод, асордин
Хим. формула	CCl4
Рац. формула	CCl4
Физические свойства
Состояние	жидкость с неприятным запахом
Молярная масса	153,83 г/моль
Плотность	1,5954 (при 20 °C)
Поверхностное натяжение	26,43 ± 0,01 мН/м[1]
Энергия ионизации	11,47 ± 0,01 эВ[2][3]
Термические свойства
Температура
• плавления	−22,87 °C
• кипения	76,75 °C
• вспышки	не воспламеняется °C
Критическая точка	283,2 °C / 45 бар
Энтальпия
• образования	−139,3 (298 К) кДж/моль
Давление пара	91 ± 1 мм рт.ст.[2] и 11,6 кПа
Химические свойства
Растворимость
• в воде	0,08 г/100 мл (25 °C)
Оптические свойства
Показатель преломления	1,4607 (20 °C, для D-линии натрия)
Структура
Дипольный момент	0 Д
Классификация
Рег. номер CAS	56-23-5
PubChem	5943
Рег. номер EINECS	200-262-8
SMILES	C(Cl)(Cl)(Cl)Cl
InChI	InChI=1S/CCl4/c2-1(3,4)5 VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N
RTECS	FG4900000
ChEBI	27385
Номер ООН	1846
ChemSpider	5730
Безопасность
Предельная концентрация	20 мг/м³
ЛД50	203 мг/кг (крысы, перорально)
Токсичность	токсичен
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 3 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Неагрессивен по отношению к алюминию и нержавеющей стали. Токсичен➤, токсичность выражена существенно сильнее, чем у гомологичного тетрафторметана.

Свойства

Тяжёлая бесцветная жидкость, имеющая резкий сладковатый запах. Молярная масса составляет 153,83 г/моль, плавится при −22,96 °C, кипит при 76,7 °C. Образует азеотроп с водой, в котором его содержится 95,9 %, имеющий температуру кипения 66 °C^[4].

Тетрахлорметан химически инертен и не реагирует с воздухом, устойчив к воздействию света. При нагревании с водой до 250 °C происходит гидролиз: при недостатке воды образуется фосген, при избытке — хлор. В условиях нагрева до 500 °C превращается в смесь тетрахлорэтилена и гексахлорэтана с выделением свободного хлора^[4].

При окислении кислородом на никелевом катализаторе при 250 °С превращается в фосген:

${\displaystyle {\ce {2CCl4 + O2 -> 2COCl2 + 2Cl2}}}$

Не реагирует с концентрированной серной кислотой, но взаимодействует с олеумом с образованием фосгена. Может быть восстановлен до хлороформа цинком и до метана металлами восьмой группы^[4].

Гидролизуется водой при комнатной температуре в присутствии катализатора (Fe):

${\displaystyle {\ce {CCl4 + 2H2O -> CO2 + 4HCl}}}$

В кипящей концентрированной щёлочи превращается в две соли — карбонат и хлорид:

${\displaystyle {\ce {CCl4 + 6NaOH -> Na2CO3 + 4NaCl + 3H2O}}}$

В реакции с галогенидами (бромидом или иодидом) алюминия происходит обмен галогенами — основной способ получения тетрабромметана и тетраиодметана:

${\displaystyle {\ce {3CCl4 + 4AlX3 -> 4AlCl3 + 3CX4}}}$

Получение

В промышленности тетрахлорметан производят хлорированием, например, метана или хлорметана, нагревая их смесь с хлором до температуры 400—500 °C. При этой температуре происходит серия химических реакций, постепенно превращающих метан или метилхлорид в соединения с большим содержанием хлора:

${\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}Cl+HCl}}}$

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}\rightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl}}}$

${\displaystyle {\mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\rightarrow CHCl_{3}+HCl}}}$

${\displaystyle {\mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}\rightarrow CCl_{4}+HCl}}}$

Общая реакция:

${\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+4Cl_{2}\rightarrow CCl_{4}+4HCl}}}$

Результатом процесса является смесь, состоящая из метилхлорида, дихлорметана, хлороформа и тетрахлорметана. Разделение веществ осуществляется ректификацией.

Основные сферы использования

Применяется как растворитель (жиров, смол, каучука и др.), для получения фреонов. С переменным успехом применялся как экстрагент, а также в медицинской практике.

Тетрахлорметан квалификации «эвс» используется для анализа водных сред на нефтепродукты методом инфракрасной спектроскопии.

Тетрахлорметан с 1930-х годов широко использовался в качестве наполнителя ручных и стационарных огнетушителей для военной, авиационной и другой техники (так называемый «тетрахлорный огнетушитель», в том числе с ручным приводом насоса), особенно до широкого распространения углекислотных, фреоновых и порошковых систем. Пары́ и продукты разложения тетрахлоруглерода не поддерживают горения, как тушащий агент он имеет много достоинств: жидкий при нормальных условиях, легко испаряется, при этом значительно охлаждая зону горения, неэлектропроводен, не требует для хранения сосудов высокого давления, не вызывает коррозии медных и лужёных сосудов, относительно инертен к обрабатываемым поверхностям (для использования в холодное время требуется добавка низкозамерзающих растворителей). Однако из-за токсичности продуктов разложения в гражданских системах применения не получил. Ручное тушение пожара в машине или в военной технике требовалось выполнять в противогазах — при попадании тетрахлоруглерода на горячие поверхности происходила химическая реакция частичного замещения хлора атмосферным кислородом с образованием фосгена — сильнодействующего ядовитого вещества удушающего действия.

Ранее применялся в качестве хладагента, но был запрещён к использованию для этой цели Монреальским протоколом 1987 года из-за разрушающего воздействия на озоновый слой^[4].

Безопасность

При высоких температурах на воздухе он разлагается или горит, образуя ядовитый фосген. Это было распространённой проблемой, когда четырёххлористый углерод использовался в качестве огнетушителя^[5] и сообщалось о смертях, вызванных его превращением в фосген.^[6]

Четырёххлористый углерод предположительно является канцерогеном для человека, но достаточных доказательств его канцерогенности для человека нет.^[7] Всемирная организация здравоохранения сообщает, что четыреххлористый углерод может вызывать гепатоцеллюлярную карциному (гепатомы) у мышей и крыс. Дозы, вызывающие опухоли печени у мышей и крыс, выше, чем дозы, вызывающие клеточную токсичность.^[8] Международное агентство по изучению рака (МАИР) отнесло это соединение к группе 2B, «возможно канцерогенное для человека».^[9]

Тетрахлорметан является одним из самых сильнодействующих гепатотоксинов (ядов для печени), настолько сильнодействующих, что он широко используется в научных исследованиях для оценки гепатопротекторных средств.^[10][11] Воздействие высоких концентраций тетрахлорметана (в том числе паров) может повлиять на центральную нервную систему и привести к дегенерации печени^[11] и почек,^[12] а длительное воздействие может привести к коме или смерти.^[13] Хроническое воздействие тетрахлорметана может вызвать поражение печени^[14][15] и почек, а также привести к раку.^[16][17]

Употребление алкоголя усиливает токсическое действие тетрахлорметана и может вызвать более серьёзные повреждения органов, такие как острая почечная недостаточность, у людей, злоупотребляющих алкоголем. Дозы, которые могут вызвать лёгкое отравление у тех, кто не употребляет алкоголь, могут быть смертельными для тех, кто злоупотребляет алкоголем.^[18]

Воздействие тетрахлорметана на здоровье человека и окружающую среду было оценено в рамках REACH в 2012 году в контексте оценки этого вещества во Франции.^[19]

В 2008 году исследование распространённых чистящих средств выявило наличие тетрахлорметана в «очень высоких концентрациях» (до 101 мг/м³) в результате смешивания производителями поверхностно-активных веществ или мыла с гипохлоритом натрия (отбеливателем).^[20]

Тетрахлорметан также является озоноразрушающим веществом^[21] и парниковым газом.^[22] Однако с 1992 года^[23] его концентрация в атмосфере снижается по причинам, описанным выше (см. графики концентрации в атмосфере в галерее). CCl₄ имеет время жизни в атмосфере 85 лет.^[24]

Галерея

• 
  CCl₄ был измерён в рамках Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE) в нижних слоях атмосферы (тропосфере) на станциях по всему миру. Распространенность представлена в виде среднемесячных молевых долей без загрязнения в частях на триллион
• 
  Средние концентрации CCl₄ в масштабах полушария и в глобальном масштабе (NOAA/ESRL).
• 
  Временные ряды атмосферных концентраций CCl₄ (Walker et al., 2000).