할로메탄

Halomethane

할로메탄 화합물은 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Cl, Br 또는 I)로 대체된 메탄(CH4)의 파생물이다. 할로메탄은 특히 해양 환경에서 자연적으로 발생하며, 가장 두드러지게 냉매, 용매, 추진제, 훈증제 등 인간이 만든 것이다. 클로로플루오로카본스를 포함한 많은 사람들이 높은 고도에서 발견되는 자외선에 노출되면 활동하게 되고 지구의 보호 오존층을 파괴하기 때문에 많은 관심을 끌었다.

구조 및 특성

메탄 그 자체처럼 할로메탄은 사면체 분자다. 할로겐 원자는 크기와 전하가 수소와 서로 크게 다르다. 결과적으로, 대부분의 할로메탄은 메탄의 완벽한 사면 대칭에서 벗어난다.[1]

할로메탄의 물리적 특성은 화합물 내 할로겐 원자의 수와 정체에 따라 달라진다. 일반적으로 할로메탄은 휘발성이 있지만 할로겐화물의 편광성 때문에 메탄보다 적다. 할로겐화물의 편광성과 분자의 극성은 그것들을 용매로서 유용하게 만든다. 할로메탄은 메탄보다 훨씬 덜 가연성이 있다. 대체로, 화합물의 반응성은 요오드화물에 가장 크고 불소에 대해서는 가장 낮다.

생산

산업 노선

할로메탄은 풍부한 전구체, 즉 천연가스나 메탄올, 할로겐이나 할로겐이나 할로겐에서 대량으로 생산된다. 그것들은 보통 세 가지 방법 중 하나로 준비된다.[2]

  • 메탄의 자유 급진적 염소 처리:
CH4 + Cl2 (+ UV) → CH3Cl + HCl

이 방법은 CHCl4−xx (x = 1, 2, 3, 4)의 생산에 유용하다. 이 방법의 주요 문제점은 HCl을 열병합발전시키고 다른 제품들의 혼합물을 생산한다는 것이다. CH를4 많이 사용하면 주로 CHCl이3 생성되고 Cl을2 많이 사용하면 CCl이4 생성되지만 다른 제품의 혼합물은 여전히 존재할 것이다.

  • 메탄올의 할로겐화. 이 방법은 모노염소화합물, -브로미드, -iodide의 생산에 사용된다.
CH3OH + HCl → CH3Cl + H2O
4 CH3OH + 3 Br2 + S → 4 CH3Br + H2SO4 + 2 HBr
3 CH3OH + 3 I2 + P → 3 CH3I + HPO(OH)2 + 3 HI
  • 할로겐 교환. 이 방법은 주로 염화물에서 불소화 유도체를 생산하는 데 사용된다.
CH3Cl + HF → CH3F + HCl
CH2Cl2 + HF → CH2FCl + HCl
CHCl22 + 2HF → CHF22 + 2HCl
CH2Cl2 + F2 → CH2F2 + Cl2
HCCl3 + HF → HCFCl2 + HCl
HCCl3 + 2HF → HCFCl2 + 2HCl
HCCl3 + F2 → HCF2Cl + Cl2
HCCl3 + 3HF → HCF3 + 3HCl
HCCl3 + F2 + HF → HCF3 + Cl2 + HCl
CCl4 + HF → CFCl3 + HCl
CCl4 + 2HF → CFCl22 + 2HCl
CCl4 + F2 → CF2Cl2 + Cl2
CCl4 + 3HF → CFCl3 + 3HCl
CCl4 + F2 + HF → CF3Cl + Cl2 + HCl
CCl4 + 4HF → CF4 + 4HCl
CCl4 + F2 + 2 HF → CF4 + Cl2 + 2 HCl
CCl4 + 2F2 → CF4 + 2Cl2
CH4 + ClOH → CH3Cl + H2O
CH3OH + ClOH → CH3Cl + H2O2

대기 중 할로메탄의 흔적은 다른 자연적이지 않은 산업 재료의 도입을 통해 발생한다.

자연에서

많은 해양 유기체들이 생합체 크기의 할로메탄, 특히 브롬을 함유하고 있는 화합물들.[3] 소량의 클로로메탄은 다양한 탄소 화합물과 염소 공급원의 상호작용으로 발생한다. 이들 할로메탄의 생합성 물질은 각각 클로로페록시디아제와 브로모페록시디아제 효소에 의해 촉매된다. 이상화된 방정식은 다음과 같다.

CH4 + Cl− + 1/2 O2 → CH3Cl + OH−

화합물 등급

할론은 보통 다른 할로겐과 함께 수소 원자가 브롬으로 대체된 탄화수소로 정의된다.[4] 그것들은 프리온에 사용되는 시스템과 유사하지만 간단한 코드 번호의 시스템에 의해 언급된다. 첫 번째 숫자는 분자 내 탄소 원자의 수를 명시하고, 두 번째 숫자는 불소 원자의 수, 세 번째 숫자는 염소 원자, 네 번째 숫자는 브롬 원자의 수이다. 숫자에 다섯 번째 숫자를 포함하면 다섯 번째 숫자는 요오드 원자의 수를 나타낸다(할론의 요오드는 드물지만). 할로겐 원자가 차지하지 않는 결합은 수소 원자에 할당된다.

예를 들어 Halon 1211: C F Cl Br 1 2 1을 고려하십시오.

할론 1211은 탄소 원자 1개, 불소 원자 2개, 염소 원자 1개, 브롬 원자 1개를 가지고 있다. 탄소 1개에는 4개의 결합만 있을 뿐, 모두 할로겐 원자에 의해 취하므로 수소가 없다. 따라서 그것의 공식은 CFBrCl이고2, IUPAC의 이름은 따라서 브롬클로디플루오로메탄이다.

ANSI/ASHRAE 표준 34-1992

냉매 명명 시스템은 주로 냉매로 사용되는 불소화 및 염화 쇼트 알칸에 사용된다. 미국에서는 이 표준이 ANSI/ASHRAE 표준 34–1992에 명시되어 있으며 추가적인 연간 보충제가 포함되어 있다.[5] 지정된 ANSI/ASHRAE 접두사는 FC(불화탄소) 또는 R(불화탄소)이었지만 오늘날 대부분의 접두사는 보다 구체적인 분류에 의해 접두사가 된다.

CFC-01234a의 디코딩 시스템은 다음과 같다.

  • 0 = 이중 본드 수(0인 경우 입력)
  • 1 = 탄소 원자 -1 (0일 경우 omentated)
  • 2 = 수소 원자 +1
  • 3 = 불소 원자
  • 4 = Bromine으로 대체("B" 접두사 추가)
  • a = 등가물을 식별하기 위해 추가된 문자로서, 어떤 숫자의 "정상" 등가체는 각 탄소에서 가장 작은 질량 차이를 가지고 있으며, 질량이 정상에서 이탈함에 따라 a, b 또는 c가 추가된다.

다른 코딩 시스템도 또한 사용되고 있다.

하이드로불화화합물(HFC)

탄화수소(HFCs)는 염소를 함유하지 않는다. 그것들은 전적으로 탄소, 수소, 불소로 구성되어 있다. 그것들은 오존층에 대한 알려진 영향은 없다; 불소 자체는 오존 독성이 아니다.[6][7] 그러나 HFC와 과불화탄소(PFCs)는 온실가스로 지구온난화를 일으킨다. 할로알카인(Hydrofuloocarbons, HFCs)과 과불화탄소(perfluorocarbons)의 두 집단이 교토 의정서의 대상이다.[8] 비정부 환경감시기구인 환경조사국의 앨런 손튼 사장은 HFC가 지구온난화에서 이산화탄소보다 1만2500배 더 강력하다고 말한다.[9] 지구온난화 잠재력이 높을수록 두 가지 원인이 있는데, HFC는 대기 중에 장기간 남아 있고, CO보다2 화학적 결합이 많아 이산화탄소보다 분자당 태양에너지를 더 많이 흡수할 수 있다는 것이다. 부유한 나라들이 이 가스들을 단속하고 있다. 손튼은 많은 나라들이 탄소 배출권만을 얻기 위해 불필요하게 이 화학물질을 생산하고 있다고 말한다. 따라서 교토 의정서에 따른 탄소 거래 규칙의 결과, 개발도상국들로부터의 거의 절반의 크레딧이 HFCs에서 나왔으며, 중국은 산업 부산물로 대기 중에 있을 HFC를 잡아서 파괴함으로써 수십억 달러를 벌어들였다.[10]

주요 할로메탄의 개요

하나의 탄소 원자에 수소, 불소, 염소, 브롬, 요오드의 순열은 대부분 실험적으로 평가되었다.

할로메타네스 개요
체계명 공통/비교
이름 		코드 사용하다 화학 공식
테트라클로로메탄 테트라클로라이드 탄소, 프레온 10

(프론은 주로 냉매로 사용되는 클로로플루오로카본 그룹의 상표명이다. 이 상표로 사용되는 주요 화학 물질은 디클로로디플루오로메탄이다. Freon이라는 단어는 DuPont에 속하는 등록 상표다.)

CFC-10 이전 소화기 CCL4
테트라브로메탄 사트라브로마이드 탄소 CBr4
테트라오도메탄 사차화탄소 CI4
테트라플루오로메탄 사화탄소, 프레온 14 PFC-14
(CFC-14 및 HF-14도 사용되었지만, 공식적으로 잘못됨) 		CF4
클로로메탄 염화 메틸 메틸 트리클로실로실레인용 메틸화제 CH3Cl
디클로로메탄 염화메틸렌 용제 CH2Cl2
트리클로로메탄 클로로포름 용제 CHCl3
트리클로로플로로메탄 프레온-11, R-11 CFC-11 CCLF3
디클로로디플루오로메탄 프레온-12, R-12 CFC-12 CCLF22
클로로트리플루오로메탄 CFC-13 CCLF3
클로로디플루오로메탄 R-22 HCFC-22 CHClF2
트리플루오로메탄 형광체 HFC-23 반도체 산업에서는 냉매 CHF3
클로로플루오로메탄 프레온 31 냉매(빠져 나온 상태 CH2ClF
디플루오로메탄 HFC-32 오존 파괴 가능성이 0인 냉매 CH2F2
플루오메탄 플루오르화 메틸 HFC-41 반도체 제조 CH3F
브로모메탄 브롬화 메틸 토양 살균제와 훈증제, 현재 단계적으로 폐지되고 있다. 그것은 오존층을 강하게 파괴하고 독성이 강하다. CH3Br
디브로모메탄 브롬화 메틸렌 용매 및 화학 중간. CH2Br2
트리브로모메탄 브로모폼 중광물 분리용 CHBr3
브로모클로로메탄 할론 1011년 이전 소화기 CH2BrCl
브로모클로로디플루오로메탄 BCF, Halon 1211 BCF 또는 Freon 12B1 할론 1211년 CBrClF2
브로모트리플루오로메탄 BTM, Halon 1301 BTM 또는 Freon 13BI 할론 1301 CBRF3
트라이플루오로오도메탄 요오드화 트리플루오로메틸 프레온 13T1 유기합성 CF3I
요오드메탄 요오드화 메틸 유기합성 CI3

적용들

어플리케이션이 많고 쉽게 준비되기 때문에 할로메탄은 상업적으로 큰 관심을 받아왔다.

용제

디클로로메탄은 할로메탄에 기초한 가장 중요한 용매다. 그것의 변동성, 낮은 인화성, 그리고 광범위한 유기 화합물을 녹이는 능력은 이 무색의 액체를 유용한 용제로 만든다.[2] 페인트 스트리퍼와 그리스 제거제로 널리 사용된다. 식품업계에서는 이전에 커피와 차를 탈피하는 것은 물론 홉 등의 추출물이나 다른 향료를 준비하는 데 사용되었다.[11] 그 변동성으로 인해 에어로졸 분무 추진체와 폴리우레탄 거품용 송풍제로 사용하게 되었다.

추진제

CFC의 주요 사용 중 하나는 천식을 치료하기 위해 사용되는 약물에 대한 계량 흡입기를 포함하여 에어로졸의 추진제로서 사용되어 왔다. 이러한 기기와 치료법을 CFC에서 오존층에 동일한 영향을 미치지 않는 추진체로 전환하는 작업은 거의 완료되었다. 현재 미국에서는 생산과 수입이 금지되어 있다.

소화

캐나다의 핵낙진 벙커인 디펜벙커 내부의 할론 기반 소화 시스템.

고온에서 할로겐은 분해되어 활성 수소 원자와 쉽게 결합되는 할로겐 원자를 방출하며, 적절한 연료, 산소, 열이 남아 있어도 불꽃 확산 반응을 잠재운다. 불꽃 속의 화학 반응은 자유 급진적인 연쇄 반응으로 진행된다; 그 반응을 전파하는 활성산소를 격리시킴으로써 할로윈은 보다 전통적인 냉각, 산소 부족 또는 연료 희석 방법을 사용하여 화재 억제제가 요구하는 것보다 훨씬 낮은 농도로 불을 멈출 수 있다.

예를 들어, Halon 1301 총 홍수 시스템은 일반적으로 공기 부피별로 7% 이하 농도에서 사용되며, 2.9% v/v로 많은 화재를 진압할 수 있다. 반면 이산화탄소 화재진압 홍수계통은 부피별 34% 농도(액체연료 표면만 연소)에서 최대 75%(먼지 트랩)까지 작동한다. 이산화탄소는 3~6%의 농도에서 심각한 고통을 유발할 수 있으며, 10% 농도에서 몇 분 만에 호흡기 마비로 사망하게 되었다. 할론 1301은 유효농도 5%로 약간의 현기증만 일으키며, 15%의 피폭자도 의식은 있으나 장애가 있고 장기적 영향을 받지 않는다.(실험동물도 4개월 동안 주 30시간 동안 2% 농도의 할론 1301에 노출되어 건강상의 영향이 없다.)[citation needed] 할론 1211도 할론 1301보다 독성이 강하지만 독성이 낮아서 홍수계통에 부적합하다고 판단된다.

그러나 할론 1301의 화재 억제는 완전히 무독성이며, 매우 고온의 화염, 즉 빨갛게 달아오른 금속과의 접촉은 할론 1301을 독성 부산물로 분해시킬 수 있다. 이러한 부산물의 존재는 쉽게 감지되는데, 이는 극도로 자극적인 하이드로브롬산과 불산이 포함되어 있기 때문이다. 할론은 A등급(유기농 고형분), B등급(가연성 액체와 가스), C등급(전기) 화재에 매우 효과적이지만 유독가스를 생산해 불길을 막지 못할 뿐만 아니라 경우에 따라 폭발 위험이 있어 D등급(금속) 화재에 부적합하다. Halon은 등급 K 화재에 사용될 수 있지만, 특별한 거품보다 이점은 없다.

Halon 1301은 총 홍수 시스템에서 흔하다. 이러한 시스템에서 할론 실린더의 뱅크는 압축 질소로 약 4 MPa(600 psi)까지 가압되어 있으며, 고정 배관망은 보호 외장장치로 이어진다. 트리거링 시 하나 이상의 실린더의 측정된 전체 내용물은 실내 전체에 균일한 혼합을 보장하도록 설계된 노즐을 통해 몇 초 안에 인클로저로 방출된다. 폐기된 양은 원하는 농도(일반적으로 3-7% v/v)를 달성하기 위해 미리 계산된다. 이 수준은 일반적으로 최소 10분에서 최대 20분까지 유지되며, 모든 항목이 냉각되어 재점화가 발생하지 않도록 하기 위해 일정 시간 동안 유지되며, 그 후 일반적으로 적절한 당국이 활성화하는 고정된 퍼지 시스템을 통해 인클로저 내의 공기가 정화된다. 이 기간 동안 인클로저는 SCBA를 착용한 사람들에 의해 입력될 수 있다. (할론이 매우 독성이 강하기 때문이라는 일반적인 속설이 존재한다. 사실, 그것은 기디움과 경미한 인식 저하를 야기할 수 있고 연소 부산물의 위험성 때문이다.)

할론 기반 휴대용 소화기

홍수 시스템은 수동으로 작동하거나 VESDA 또는 기타 자동 감지 시스템에 의해 자동으로 작동될 수 있다. 후자의 경우 우선 경고 사이렌과 스트로보 램프가 작동해 직원들에게 대피를 경고한다. 할론의 빠른 방출과 그에 따른 급속한 냉각은 공기를 안개로 가득 채우며, 크고 방향 감각을 흐트러뜨리는 소음을 동반한다.

환경적인 우려 때문에 대안이 전개되고 있다.[12]

할론 1301은 연료탱크 내 연료증기가 폭발하는 것을 막기 위해 F-16 전투기에도 사용된다. 환경적인 우려 때문에, 그 대안으로 삼불화오도메탄(CFI3)이 검토되고 있다.[13]

할론 1211은 일반적으로 휴대용 소화기에 사용되는데, 액체 할론 줄기가 사용자에 의해 작은 화재를 향하게 된다. 하천은 압력이 낮아지면 증발해 강한 국부 냉각은 물론 화재 바로 근처에 높은 농도의 할로겐이 생성된다. 이 모드에서는 화재의 중심부에서 냉각과 산소 부족에 의해 불이 꺼지고, 더 넓은 지역에 걸쳐 급진적인 진화가 이루어진다. 화재 진압 후 할론이 확산되면서 잔류물이 남지 않는다.

화학구축블록

클로로메탄과 브로모메탄은 유기합성에 메틸 그룹을 도입하는 데 사용된다. 클로로디플루오로메탄은 테트라플루오로에틸렌의 주요 전구체로 테플론의 단조 전구체다.[1]

안전

할로알카인은 성질이 다양해 일반화가 어렵다. 극소수만이 급성 독성을 가지고 있지만, 많은 수가 장기간 노출되어 위험을 내포하고 있다. 문제가 되는 측면으로는 발암성(예: 요오드화 메틸)과 간 손상(예: 탄소 테트라클로라이드)이 있다. 특정 연소 조건에서 클로로메탄은 포스겐으로 전환되는데, 이 포스겐은 독성이 강하다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b Günter Siegemund, Werner Schwertfeger, Andrew Feiring, Bruce Smart, Fred Behr, Herward Vogel, Blaine McKusick “Fluorine Compounds, Organic” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2002. doi:10.1002/14356007.a11_349
  2. ^ a b 만프레드 로스베르크, 빌헬름 렌들, 게르하르트 프레이더러, 아돌프 툴레르, 에베르하르트-루드비히 드레어, 에른스트 랑게르, 하인츠 라세르트, 피터 클린슈미트, 하인즈 스트랙, 리처드 쿡, 우베크, 카를 아우구스트 리퍼, 테오도르 R. 토르켈슨, 에크하르트 뢰저, 클라우스 K. Beutel, Trevor Mann "염소화 탄화수소" 2006년 울만 산업 화학 백과사전 Wiley-VCH, Weinheim의 "Beutel, Trevor Mann". doi:10.1002/14356007.a06_233.pub2.
  3. ^ Gordon W. Gribble (1998). "Naturally Occurring Organohalogen Compounds". Acc. Chem. Res. 31 (3): 141–152. doi:10.1021/ar9701777.
  4. ^ John Daintith (2008). Oxford Dictionary of Chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920463-2.
  5. ^ "ASHRAE Bookstore". Archived from the original on 2006-06-15. Retrieved 2009-10-07.
  6. ^ "Ozone Layer Protection". US EPA. October 14, 2020.
  7. ^ Tressaud, Alain (2006). "Fluorine in the Atmosphere". Advances in Fluorine Science. 1: 1–32. doi:10.1016/S1872-0358(06)01001-3.
  8. ^ Lerner & K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth (2006). "Environmental issues : essential primary sources". Thomson Gale. Retrieved 2006-09-11.
  9. ^ US EPA, OAR (February 15, 2013). "Ozone Layer Protection". US EPA.
  10. ^ NPR 뉴스, 2007년 12월 11일 오후 5시 24분.
  11. ^ Office of Environmental Health Hazard Assessment (September 2000). "Dichloromethane" (PDF). Public Health Goals for Chemicals in Drinking Water. California Environmental Protection Agency. Archived from the original (PDF) on 2009-10-09.
  12. ^ 3-II-2 HALON 1301 교체 웨이백 기계에 2008-04-19 보관
  13. ^ "Credit Card Freedom Red Smoothie Detox & Dessert Photographs". www.afrlhorizons.com. Archived from the original on July 11, 2007.

외부 링크