कार्बन टेट्राफ्लोराइड

टेट्राफ्लोरोमीथेन, जिसे कार्बन टेट्राफ्लोराइड या R-14 के रूप में भी जाना जाता है, सबसे सरल परफ्लोरोकार्बन (CF4) है। जैसा कि इसके आईयूपीएसी नाम से संकेत होता है, कि टेट्राफ्लरो मीथेन हाइड्रोकार्बन मीथेन का परफ्लुओरिनेटेड समकक्ष है। इसे हेलोएल्केन या हलोमीथेन के रूप में भी वर्गीकृत किया जा सकता है। टेट्राफ्लोरोमीथेन उपयोगी शीतलक है, किन्तु यह शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस भी है। कार्बन-फ्लोरीन की प्रकृति के कारण इसकी बंधन शक्ति अधिक होती है।

बॉन्डिंग
कई कार्बन-फ्लोरीन बांड और फ्लोरीन की उच्च वैद्युतीय ऋणात्मकता के कारण, टेट्राफ्लोरोमीथेन में कार्बन का महत्वपूर्ण सकारात्मक आंशिक आवेश होता है जो अतिरिक्त आयोनिक बंध चरित्र प्रदान करके चार कार्बन-फ्लोरीन बांड को शक्तिशाली और लघु करता है। कार्बनिक रसायन विज्ञान में कार्बन-फ्लोरीन बांड सबसे शक्तिशाली एकल बंधन हैं। इसके अतिरिक्त अधिक कार्बन-फ्लोरीन बांड एक ही कार्बन में जोड़े जाते हैं। फ्लोरोमेथेन, डीफ्लूओरो मीथेन, ट्राइ फ्लोरोमीथेन और टेट्राफ्लोरोमीथेन के अणुओं द्वारा दर्शाए गए कार्बन ऑर्गोफ्लोरीन यौगिकों में, कार्बन-फ्लोरीन बांड टेट्राफ्लोरोमीथेन में सबसे शक्तिशाली होते हैं। यह प्रभाव फ्लोरीन और कार्बन के मध्य बढ़े हुए कूलम्बिक आकर्षण के कारण होता है क्योंकि कार्बन का सकारात्मक आंशिक आवेश 0.76 होता है।

संपूर्णता
टेट्राफ्लोरोमीथेन वह उत्पाद है जब कार्बन यौगिक को फ्लोरीन के वातावरण में जलाया जाता है। हाइड्रोकार्बन के साथ, हाइड्रोजिन फ्लोराइड सह-उत्पाद है। यह प्रथम बार 1926 में प्रारम्भ किया गया था। यह सल्फर टेट्रा फ्लोराइड के साथ कार्बन डाईऑक्साइड, कार्बन मोनोआक्साइड या फॉस्जीन के फ्लोरिनेशन द्वारा भी तैयार किया जा सकता है। व्यावसायिक रूप से यह डाइक्लोरो डी फ्लोरोमेथेन या क्लोरोट्रिफ्लोरोमीथेन के साथ हाइड्रोजन फ्लोराइड की प्रतिक्रिया द्वारा निर्मित होता है; यह कार्बन इलेक्ट्रोड का उपयोग करके धातु फ्लोराइड्स MF, MF2 के इलेक्ट्रोलीज़ के समय भी उत्पन्न होता है।

यद्यपि इसे असंख्य अग्रदूतों और फ्लोरीन से बनाया जा सकता है, तात्विक फ्लोरीन का मूल्य अधिक होता है। फलस्वरूप, हाइड्रोजन फ्लोराइड का उपयोग करके औद्योगिक रूप में तैयार किया जाता है:

CCl2F2 + 2 HF → CF4 + 2 HCl

प्रयोगशाला संश्लेषण
फ्लोरीन के साथ सिलिकन कार्बाइड की प्रतिक्रिया से प्रयोगशाला में टेट्राफ्लोरोमीथेन और सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड तैयार किया जा सकता है।
 * SiC + 4 F2 → CF4 + SiF4

प्रतिक्रियाएं
टेट्राफ्लोरोमीथेन, अन्य फ्लोरोकार्बन के जैसे कार्बन-फ्लोरीन बांड की शक्ति के कारण अधिक स्थिर होते है। टेट्राफ्लोरोमीथेन के बांड में 515 kJ⋅mol-1 की बंधन ऊर्जा होती है। परिणाम स्वरुप, यह एसिड और हाइड्रॉक्साइड्स के लिए निष्क्रिय होते है। चूँकि, यह क्षार धातुओं के साथ विस्फोटक रूप से प्रतिक्रिया करता है। थर्मल अपघटन या CF4 का दहन जहरीली गैसें (कार्बोनिल फ्लोराइड और कार्बन मोनोऑक्साइड) उत्पन्न करता है और पानी की उपस्थिति में हाइड्रोजन फ्लोराइड भी उत्पन्न करता है।

यह पानी में अधिक अल्प घुलनशील है (लगभग 20 mg⋅L-1), किन्तु कार्बनिक विलायक के साथ मिश्रणीय है।

उपयोग
टेट्राफ्लोरोमीथेन का उपयोग कभी-कभी कम तापमान वाले शीतलक (आर-14) के रूप में किया जाता है। यह सिलिकॉन, सिलिकॉन डाइऑक्साइड, और सिलिकॉन नाइट्राइड के लिए प्लाज्मा वगैरह के रूप में या ऑक्सीजन के संयोजन में इलेक्ट्रानिक्स माइक्रोफैब्रिकेशन में प्रयोग किया जाता है। इसका उपयोग न्यूट्रॉन डिटेक्टरों में भी होता है।

पर्यावरणीय प्रभाव
टेट्राफ्लोरोमीथेन शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस है जो ग्रीनहाउस प्रभाव में योगदान करती है। यह अधिक स्थिर है, इसका वायुमंडलीय जीवनकाल 50,000 वर्षों का है, और CO2 की अपेक्षा में 6,500 गुना उच्च ग्रीनहाउस वार्मिंग क्षमता है। टेट्राफ्लोरोमीथेन वायुमंडल में सबसे प्रचुर मात्रा में परफ्लोरोकार्बन है, जहां इसे पीएफसी-14 के रूप में नामित किया गया है। इसकी वायुमंडलीय सांद्रता बढ़ रही है। 2019 तक, मानव निर्मित गैसें CFC-11 और CFC-12 PFC-14 की अपेक्षा में शक्तिशाली विकिरणकारी बल का योगदान प्रारम्भ करता है।

चूँकि संरचनात्मक रूप से क्लोरो फ्लोरोकार्बन (CFCs) के समान है, टेट्राफ्लोरोमीथेन ओजोन को नष्ट नहीं करता है क्योंकि कार्बन-फ्लोरीन बंधन कार्बन और क्लोरीन के मध्य की अपेक्षा में अधिक शक्तिशाली होता है।

हॉल-हेरॉल्ट प्रक्रिया का उपयोग करके अल्युमीनियम के उत्पादन के समय हेक्साफ्लोरोइथेन के अतिरिक्त टेट्राफ्लोरोमीथेन के मुख्य औद्योगिक उत्सर्जन का उत्पादन किया जाता है। CF4 का उत्पादन हेलोकर्बन जैसे अधिक जटिल यौगिकों के विखंडन के रूप में भी किया जाता है।

स्वास्थ्य संकट
इसके घनत्व के कारण, टेट्राफ्लोरोमीथेन वायु को विस्थापित कर सकता है, अपर्याप्त वायुदार क्षेत्रों में श्वासावरोध का संकट उत्पन्न कर सकता है। अन्यथा, इसकी स्थिरता के कारण यह सामान्य रूप से हानिरहित है।

यह भी देखें

 * ऑक्टाफ्लोरोप्रोपेन

बाहरी संबंध

 * National Pollutant Inventory – Fluoride and compounds fact sheet
 * Data from Air Liquide
 * Vapor pressure graph at Air Liquide
 * MSDS at Oxford University
 * Protocol for measurement of tetrafluoromethane and hexafluoroethane from primary aluminium production
 * Chemical and physical properties table
 * WebBook page for CF4
 * WebBook page for CF4