Halometano

Los halometanos se producen a escala industrial a partir de precursores abundantes como el gas natural o el metanol , y de halógenos o haluros . Generalmente se preparan mediante uno de tres métodos. ^{[ 2 ]}

• Cloración de metano por radicales libres (bajo luz ultravioleta ):

CH₄ + _Cl₂ → _CH₃Cl + _HCl

Este método es útil para la producción de CH₄ _{− nCln} ( n = 1, ₂ , 3 o 4). Los principales problemas de este método son que genera HCl de forma conjunta y produce mezclas de diferentes productos. El uso de CH₄ _en gran exceso genera principalmente CH₃Cl , y el uso de _{Cl₂ en} gran exceso genera principalmente CCl₄ , pero _también estarán presentes mezclas de otros productos.

• Halogenación del metanol. Este método se utiliza para la producción de monocloruro, bromuro y yoduro.

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

• Intercambio de halógenos. Este método se utiliza principalmente para producir derivados fluorados a partir de cloruros.

CH₃Cl + HF → _CH₃F + _HCl

CH₂Cl₂ + _HF → _CH₂FCl + _HCl

CH₂Cl₂ + ₂ HF → _CH₂F₂ + _{2 HCl}

CH₂Cl₂ + _F₂ → _CH₂F₂ + _Cl₂​​_​​_​

CHCl₃ + HF → _CHFCl₂ + _HCl

CHCl₃ + 2 HF → CHF₂Cl ₊ 2 _HCl

CHCl₃ + _F₂ → _{CHF₂Cl +} Cl₂_​

CHCl₃ + ₃ HF → CHF₃ ₊ 3 HCl

CHCl₃ + F₂ ₊ HF → _CHF₃ + _Cl₂ + _HCl

CCl₄ + HF → _CFCl₃ + _HCl

CCl₄ + 2 HF → _CF₂Cl₂ + _{2 HCl}

CCl ₄ + F ₂ → CF ₂ Cl ₂ + Cl ₂

CCl₄ + 3 HF → _CF₃Cl + 3 _HCl

CCl₄ + F₂ ₊ HF → _CF₃Cl + _Cl₂ + _HCl

CCl₄ + 4 HF → CF₄ ₊ 4 _HCl

CCl₄ + F₂ ₊ 2 HF → CF₄ ₊ Cl₂ ₊ 2 _HCl

CCl₄ + 2 _F₂ → _CF₄ + _{2 Cl₂}

• Reacción del metano con ácido hipocloroso , produciendo agua.

CH4 + _HOCl → _CH3Cl + _H2O

• Reacción del metanol con ácido hipocloroso, produciendo peróxido de hidrógeno .

CH3OH ₊ HOCl → _CH3Cl + _H2O2​

La presencia de trazas de halometanos en la atmósfera se produce por la introducción de otros materiales industriales no naturales.

Muchos organismos marinos biosintetizan halometanos, especialmente compuestos que contienen bromo. ^{[ 3 ]} Pequeñas cantidades de clorometanos surgen de la interacción de fuentes de cloro con diversos compuestos de carbono. La biosíntesis de estos halometanos es catalizada por las enzimas cloroperoxidasa y bromoperoxidasa , respectivamente. Una ecuación idealizada es:

2 CH ₄ + 2 Cl ⁻ + O ₂ → 2 CH ₃ Cl + 2 OH ⁻

El sistema de nomenclatura de refrigerantes se utiliza principalmente para alcanos cortos fluorados y clorados empleados como refrigerantes. En Estados Unidos, la norma se especifica en la norma ANSI/ASHRAE 34-1992, con suplementos anuales adicionales. ^{[ 5 ]} Los prefijos ANSI/ASHRAE especificados eran FC (fluorocarbono) o R (refrigerante), pero hoy en día la mayoría llevan como prefijo una clasificación más específica:

• CFC — lista de clorofluorocarbonos
• HCFC — lista de hidroclorofluorocarbonos
• HFC — lista de hidrofluorocarbonos
• FC — lista de fluorocarbonos
• PFC — lista de perfluorocarbonos (completamente fluorados)

El sistema de decodificación para CFC-01234a es:

• 0 = Número de enlaces dobles (se omite si es cero)
• 1 = Átomos de carbono -1 (se omite si es cero)
• 2 = átomos de hidrógeno +1
• 3 = Átomos de flúor
• 4 = Sustituido por bromo (se añade el prefijo "B")
• a = Letra añadida para identificar isómeros, el isómero "normal" en cualquier número tiene la menor diferencia de masa en cada carbono, y se añaden a, b o c a medida que las masas divergen de lo normal.

También se utilizan otros sistemas de codificación.

Los hidrofluorocarbonos (HFC) no contienen cloro. Están compuestos enteramente de carbono, hidrógeno y flúor. No tienen efectos conocidos sobre la capa de ozono; el flúor en sí mismo no es tóxico para el ozono. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Sin embargo, los HFC y los perfluorocarbonos (PFC) son gases de efecto invernadero , que causan el calentamiento global . Dos grupos de haloalcanos, los hidrofluorocarbonos (HFC) y los perfluorocarbonos , son objetivos del Protocolo de Kioto . ^{[ 8 ]} Allan Thornton, presidente de la Agencia de Investigación Ambiental , un organismo de control ambiental no gubernamental, dice que los HFC son hasta 12 500 veces más potentes que el dióxido de carbono en el calentamiento global. ^{[ 9 ]} El mayor potencial de calentamiento global tiene dos causas: los HFC permanecen en la atmósfera durante largos períodos de tiempo y tienen más enlaces químicos que _el CO₂ , lo que significa que pueden absorber más energía solar por molécula que el dióxido de carbono. Los países ricos están tomando medidas enérgicas contra estos gases. Thornton afirma que muchos países producen innecesariamente estos productos químicos solo para obtener créditos de carbono. Así, como resultado de las normas de comercio de carbono del Protocolo de Kioto, casi la mitad de los créditos de los países en desarrollo provienen de HFC, y China obtiene miles de millones de dólares por la captura y destrucción de HFC que, de otro modo, estarían en la atmósfera como subproductos industriales. ^{[ 10 ]}

La mayoría de las permutaciones de hidrógeno, flúor, cloro, bromo y yodo en un átomo de carbono se han evaluado experimentalmente.

El diclorometano es el disolvente a base de halometanos más importante. Su volatilidad, baja inflamabilidad y capacidad para disolver una amplia gama de compuestos orgánicos hacen de este líquido incoloro un disolvente útil. ^{[ 2 ]} Se utiliza ampliamente como decapante de pintura y desengrasante . En la industria alimentaria , se utilizaba anteriormente para descafeinar café y té, así como para preparar extractos de lúpulo y otros aromatizantes . ^{[ 11 ]} Su volatilidad ha propiciado su uso como propulsor de aerosoles y como agente espumante para espumas de poliuretano .

Uno de los principales usos de los CFC ha sido como propelentes de aerosoles , incluidos los inhaladores de dosis medida para medicamentos utilizados en el tratamiento del asma . La sustitución de estos dispositivos y tratamientos por propelentes que no dañen la capa de ozono está prácticamente completa. Su producción e importación están prohibidas en Estados Unidos.

A altas temperaturas, los halones se descomponen liberando átomos de halógeno que se combinan fácilmente con átomos de hidrógeno activos, extinguiendo las reacciones de propagación de la llama incluso cuando hay suficiente combustible, oxígeno y calor. La reacción química en una llama se produce como una reacción en cadena de radicales libres ; al secuestrar los radicales que propagan la reacción, los halones pueden detener el fuego a concentraciones mucho menores que las requeridas por los agentes extintores que utilizan los métodos más tradicionales de enfriamiento, privación de oxígeno o dilución de combustible. ( Datos de 2023)Debido a los problemas de agotamiento de la capa de ozono , los extintores de incendios de halón están prohibidos en gran medida en algunos países y el ejército estadounidense está desplegando alternativas. ^{[ 12 ]}

Los sistemas de inundación total con halón 1301 se utilizan normalmente a concentraciones no superiores al 7 % en volumen en el aire, y pueden suprimir muchos incendios al 2,9 % v/v. Por el contrario, los sistemas de inundación para la supresión de incendios con dióxido de carbono operan desde una concentración del 34 % en volumen (combustión superficial de combustibles líquidos) hasta el 75 % (trampas de polvo). El dióxido de carbono puede causar graves problemas de salud a concentraciones del 3 % al 6 %, y ha provocado la muerte por parálisis respiratoria en pocos minutos a una concentración del 10 %. El halón 1301 provoca solo un ligero mareo a su concentración efectiva del 5 %, e incluso al 15 %, las personas expuestas permanecen conscientes pero con facultades mermadas y no sufren efectos a largo plazo. (También se ha expuesto a animales de experimentación a concentraciones del 2 % de halón 1301 durante 30 horas semanales durante 4 meses, sin efectos perceptibles en la salud ) . El halón 1211 también tiene baja toxicidad, aunque es más tóxico que el halón 1301, por lo que se considera inadecuado para sistemas de inundación.

Sin embargo, la extinción de incendios con Halón 1301 no es completamente no tóxica; las llamas a muy alta temperatura o el contacto con metal al rojo vivo pueden provocar su descomposición en subproductos tóxicos. La presencia de estos subproductos se detecta fácilmente, ya que incluyen ácido bromhídrico y ácido fluorhídrico , que son altamente irritantes. Los halones son muy eficaces en incendios de clase A (sólidos orgánicos), B (líquidos y gases inflamables) y C (eléctricos), pero no son adecuados para incendios de clase D (metálicos), ya que no solo producen gases tóxicos y no logran extinguir el fuego, sino que en algunos casos presentan riesgo de explosión. Los halones pueden utilizarse en incendios de clase K (aceites y grasas de cocina), pero no ofrecen ventajas sobre las espumas especializadas.

El halón 1301 es común en sistemas de inundación total. En estos sistemas, los bancos de cilindros de halón se mantienen presurizados a aproximadamente 4 MPa (600 psi ) con nitrógeno comprimido , y una red fija de tuberías conduce al recinto protegido. Al activarse, todo el contenido medido de uno o más cilindros se descarga en el recinto en pocos segundos, a través de boquillas diseñadas para asegurar una mezcla uniforme en toda la sala. La cantidad descargada se calcula previamente para lograr la concentración deseada, típicamente 3–7% v/v. Este nivel se mantiene durante un tiempo, generalmente con un mínimo de diez minutos y a veces hasta un tiempo de "reposo" de veinte minutos, para asegurar que todos los elementos se hayan enfriado y así sea improbable que se produzca una reignición, luego se purga el aire del recinto, generalmente a través de un sistema de purga fijo que es activado por las autoridades competentes. Durante este tiempo, las personas que usan SCBA pueden ingresar al recinto . (Existe el mito común de que esto se debe a que el halón es altamente tóxico; de hecho, se debe a que puede causar mareos y una leve alteración de la percepción, y al riesgo de subproductos de la combustión).  

Los sistemas de detección de inundaciones pueden ser operados manualmente o activados automáticamente por un VESDA u otro sistema de detección automática. En este último caso, primero se activarán una sirena de advertencia y una luz estroboscópica durante unos segundos para alertar al personal sobre la evacuación de la zona. La rápida descarga de halón y el consiguiente enfriamiento brusco llenan el aire de niebla y se acompañan de un ruido fuerte y desorientador.

El halón 1301 también se utiliza en el sistema de inertización del caza F-16 para evitar que los vapores de combustible en los tanques se vuelvan explosivos; cuando la aeronave entra en una zona con posibilidad de ataque, se inyecta halón 1301 en los tanques de combustible para un solo uso. Debido al agotamiento de la capa de ozono, ^se está considerando el trifluoroyodometano ( CF₃I ) como alternativa. ^[ ₁₃ ^]

El halón 1211 se utiliza habitualmente en extintores portátiles, donde el usuario dirige un chorro de halón líquido hacia un incendio pequeño. El chorro se evapora a presión reducida, produciendo un enfriamiento localizado intenso, así como una alta concentración de halón en las inmediaciones del fuego. De esta forma, el fuego se extingue por enfriamiento y privación de oxígeno en el núcleo, además de la extinción radical en una zona más amplia. Tras la extinción, el halón se dispersa sin dejar residuos.

El clorometano y el bromometano se utilizan para introducir grupos metilo en la síntesis orgánica . El clorodifluorometano es el principal precursor del tetrafluoroetileno , que es el precursor monomérico del teflón . ^{[ 1 ]}