Тетрахлорэтилен

Тетрахлорэтилен (перхлорэтилен) — бесцветная жидкость с резким запахом, хлорорганический растворитель. Широкое применение находит в химчистке и обезжиривании металлов.

Тетрахлорэтилен[1][2][3][4]
Общие
Систематическое наименование	1,1,2,2-​тетрахлорэтен
Традиционные названия	перхлорэтилен
Хим. формула	C2Cl4
Рац. формула	C2Cl4
Физические свойства
Состояние	бесцветная жидкость
Молярная масса	165,83 г/моль
Плотность	1,6230 г/см³
Динамическая вязкость	0,88·10-3 Па·с
Энергия ионизации	9,32 эВ[5][6]
Термические свойства
Температура
• плавления	−22,4 °C
• кипения	121 °C
• вспышки	45 °C[7]
Критическая точка
• температура	340 °C
• давление	44,3 атм
Уд. теплоёмк.	858 Дж/(кг·К)
Энтальпия
• образования	−51,1 кДж/моль
• кипения	34,7 кДж/моль
Давление пара	1,86 кПа (20 °С)
Химические свойства
Растворимость
• в воде	0,015 г/100 мл
Диэлектрическая проницаемость	2,20
Оптические свойства
Показатель преломления	1,5044
Структура
Дипольный момент	0 Кл·м[7]
Классификация
Рег. номер CAS	127-18-4
PubChem	31373
Рег. номер EINECS	204-825-9
SMILES	Cl/C(Cl)=C(/Cl)Cl
InChI	InChI=1S/C2Cl4/c3-1(4)2(5)6 CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N
RTECS	KX3850000
ChEBI	17300
Номер ООН	1897
ChemSpider	13837281
Безопасность
Предельная концентрация	10 мг/м3
Токсичность	При длительном контакте оказывает токсическое действие на ЦНС и печень
Фразы риска (R)	R40, R51/53
Фразы безопасности (S)	R23, R36/37, R61
Краткие характер. опасности (H)	H351, H411
Меры предостор. (P)	P273, P281
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 2 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Получение

Впервые тетрахлорэтилен был получен М. Фарадеем при термическом разложении гексахлорэтана^[4].

${\displaystyle {\ce {CCl3-CCl3->[t]CCl2=CCl2 +Cl2}}}$

В промышленности тетрахлорэтилен получают несколькими способами. Первый метод, игравший важное промышленное значение в прошлом, заключается в получении тетрахлорэтилена из ацетилена через трихлорэтилен. Хлорирование трихлорэтилена в жидкой фазе при температуре 70—110 °С в присутствии FeCl₃ (0,1—1% масс.) даёт пентахлорэтан, который затем подвергают жидкофазному (80—120 °С, Ca(OH)₂) или каталитическому термическому крекингу (170—330 °С, активированный уголь). Общий выход достигает 90—94% по ацетилену. Однако после повышения цен на ацетилен этот метод утратил своё значение^[8].

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{2}+2Cl_{2}}}\rightarrow {\mathsf {C_{2}H_{2}Cl_{4}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{2}Cl_{4}}}\rightarrow {\mathsf {C_{2}HCl_{3}+HCl}}}$

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}HCl_{3}+Cl_{2}}}\rightarrow {\mathsf {C_{2}HCl_{5}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}HCl_{5}}}\rightarrow {\mathsf {C_{2}Cl_{4}+HCl}}}$

Главным методом получения тетрахлорэтилена является окислительное хлорирование этилена или 1,2-дихлорэтана. Субстрат, кислород и хлор реагируют в присутствии катализатора (хлорид калия, хлорид меди(II) на силикагеле) при 420—460 °С. В результате серии реакций происходит образование трихлорэтилена и тетрахлорэтилена. Выход по хлору составляет 90—98%. Побочным процессом является окисление этилена до оксидов углерода, который ускоряется при превышении оптимальной температуры процесса. Продукты разделяются и очищаются перегонкой. Соотношение продуктов можно регулировать соотношением реагентов^[9].

${\displaystyle {\mathsf {CH_{2}{=}CH_{2}+CH_{2}Cl{-}CH_{2}Cl+2,5Cl_{2}+1,75O_{2}}}\rightarrow {\mathsf {CHCl{=}CCl_{2}+CCl_{2}{=}CCl_{2}+3,5H_{2}O}}}$

Высокотемпературное хлорирование углеводородов C₁—C₃ или их хлорпроизводных является вторым по важности источником тетрахлорэтилена. Он не требует чистого сырья и позволяет использовать отходы производства^[10].

В 1985 году производство тетрахлорэтилена в США составило 380 тыс. тонн, в Европе — 450 тыс. тонн. Из-за оптимизации процесса химчистки и уменьшения выбросов вещества в атмосферу, а также по причине ужесточающихся экологических требований производство тетрахлорэтилена сокращалось с конца 1970-х годов. Уже в 1993 году объёмы производства в США оценивались в 123 тыс. тонн в год и 74 тыс. тонн в ФРГ^[11].

Физические свойства

Тетрахлорэтилен негорюч, невзрывоопасен и не самовоспламеняется^[1]. Он смешивается с большинством органических растворителей. С некоторыми растворителями тетрахлорэтилен образует азеотропные смеси.

Состав и температуры кипения азеотропных смесей тетрахлорэтилена^[4]

Второй компонент	Массовая доля тетрахлорэтилена	Т. кип. азеотропной смеси при 101,3 кПа, °С
вода	15,9	87,1
метанол	63,5	63,8
этанол	63,0	76,8
пропанол-1	48,0	94,1
пропанол-2	70,0	81,7
бутанол-1	29,0	109,0
бутанол-2	40,0	103,1
муравьиная кислота	50,0	88,2
уксусная кислота	38,5	107,4
пропионовая кислота	8,5	119,2
изомасляная кислота	3,0	120,5
ацетамид	2,6	120,5
пиррол	19,5	113,4
1,1,2-трихлорэтан	43,0	112,0
1-хлор-2,3-эпоксипропан	51,5	110,1
этиленгликоль	6,0	119,1

Химические свойства

Тетрахлорэтилен является самым устойчивым соединением из всех хлорпроизводных этана и этилена. Он устойчив к гидролизу и меньше способствует коррозии, чем другие хлорсодержащие растворители^[4].

Окисление
Окисление тетрахлорэтилена на воздухе даёт трихлорацетилхлорид и фосген, процесс протекает под действием УФ-излучения:

${\displaystyle {\mathsf {2CCl_{2}{=}CCl_{2}+1,5O_{2}{\xrightarrow[{}]{[hv]}}CCl_{3}{-}COCl+2COCl_{2}}}}$

Этот процесс может быть замедлен при использовании аминов и фенолов в качестве стабилизаторов (обычно применяют N-метилпиррол и N-метилморфолин). Процесс, однако, может использоваться для производства трихлорацетилхлорида^[4].

Хлорирование
При реакции тетрахлорэтилена с хлором в присутствии небольшого количества хлорида железа(III) FeCl₃ (0,1 %) в качестве катализатора при 50-80 °С образуется гексахлорэтан^[12]:

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{2}{=}CCl_{2}+Cl_{2}{\xrightarrow[{}]{[FeCl_{3}]}}CCl_{3}{-}CCl_{3}}}}$

По реакции тетрахлорэтилена с хлором и HF в присутствии SbF₅ синтезируют фреон-113^[1].

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{2}{=}CCl_{2}+3HF+Cl_{2}{\xrightarrow[{}]{[SbF_{5}]}}CClF_{2}{-}CCl_{2}F+3HCl}}}$

Гидролиз
Происходит только при нагревании в кислой среде (лучше всего с серной кислотой):

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{2}{=}CCl_{2}+H_{2}O{\xrightarrow[{}]{[t,H_{2}SO_{4}]}}CCl_{3}{-}COOH+HCl}}}$

при этом образуется трихлоруксусная кислота.

Восстановление
Тетрахлорэтилен может быть частично или полностью восстановлен в газовой фазе в присутствии таких катализаторов как: никель, палладий, платиновая чернь и др.:

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{2}{=}CCl_{2}+2H_{2}{\xrightarrow[{}]{[t,kat:Ni,Pd,PtO_{2}]}}2C+4HCl}}}$

Применение

Около 60 % всего расходуемого тетрахлорэтилена находит применение как растворитель в химчистке. Тетрахлорэтилен заменил все другие растворители в этой области, поскольку он не горюч и может быть безопасно использован без особых мер предосторожности. Из-за своей устойчивости тетрахлорэтилен содержит низкий процент стабилизаторов и по этой же причине используется наряду с трихлорэтиленом и 1,1,1-трихлорэтаном для обезжиривания металлов, особенно, алюминия. В меньших количествах тетрахлорэтилен применяется в текстильной промышленности и производстве фреона-113^[13][1].

В нефтепереработке тетрахлорэтилен наряду с дихлорэтаном применяется в процессе оксихлорирования (для восстановления активности) биметаллических катализаторов на установках каталитического риформинга и низкотемпературной изомеризации^[14].

Токсичность

Перхлорэтилен токсичен.^[15] При незначительном вдыхании паров перхлорэтилена появляется головокружение, после чего могут возникнуть признаки тошноты, склонность ко сну, падение артериального давление видимая припухлость надбровных дуг и щек, першение в горле, общая усталость, мнимое ощущение нехватки воздуха. При длительном воздействии паров перхлорэтилена возможен обморок. При попадании на кожу перхлорэтилен оставляет ожог, и возникают трещины на месте воздействия, при длительном воздействии может развиться атопический дерматит. При попадании в глаза необходимо промыть водой и обратиться в токсикологический центр.

Концентрация паров перхлорэтилена так же влияет на вкусовые рецепторы.

А так же, запрещено принимать пищу, держать продукты в непосредственной близости от источника, так как они могут пропитаться парами растворителя.