Os fluorocarbonetos são derivados de hidrocarbonetos pela substituição de flúor por alguns ou todos os átomos de hidrogênio. Os hidrocarbonetos nos quais alguns dos átomos de hidrogênio são substituídos por cloro ou bromo, além daqueles substituídos por flúor (por exemplo, clorofluorhidrocarbonetos, bromofluorhidrocarbonetos) são geralmente incluídos na classificação dos fluorcarbonos - por exemplo, bromoclorodifluorometano (CClBrF2).
O primeiro fluorocarbono economicamente importante foi o diclorodifluorometano (CCl2F2), que foi introduzido em 1931 como um refrigerante de toxicidade muito menor do que o dióxido de enxofre, amônia ou clorometano, que eram os refrigerantes populares atualmente.
Uso
No passado, os fluorocarbonetos eram usados como refrigerantes, propulsores de aerossóis, solventes, agentes de expansão de espuma, extintores de incêndio e polímeros intermediários. Conforme discutido abaixo, as preocupações sobre os efeitos dos clorofluorcarbonetos na destruição da camada de ozônio na atmosfera superior levaram à proibição desses produtos químicos.
Triclorofluorometano e dicloromonofluorometano anteriormente eram usados como propulsores de aerossóis. Triclorofluorometano atualmente funciona como agente de limpeza e desengorduramento, refrigerante e agente de expansão para espumas de poliuretano. Também é usado em extintores de incêndio e isolamento elétrico e como fluido dielétrico. O dicloromonofluormetano é usado na fabricação de garrafas de vidro, em fluidos de troca de calor, como refrigerante para máquinas centrífugas, como solvente e como agente de expansão.
Diclorotetrafluoretano é um solvente, diluente e agente de limpeza e desengorduramento para placas de circuito impresso. É usado como agente espumante em extintores de incêndio, refrigerante em sistemas de refrigeração e ar condicionado, bem como para refino de magnésio, para inibir a erosão de metais em fluidos hidráulicos e para fortalecer garrafas. Diclorodifluorometano também foi usado para fabricar garrafas de vidro; como aerossol para cosméticos, tintas e inseticidas; e para purificação de água, cobre e alumínio. Tetrafluoreto de carbono é um propulsor para foguetes e para orientação por satélite, e tetrafluoretileno é usado na preparação de propelentes para aerossóis de produtos alimentícios. Cloropentafluoroetano é um propulsor em preparações de alimentos em aerossol e um refrigerante para eletrodomésticos e condicionadores de ar móveis. Clorotrifluorometano, clorodifluorometano, trifluorometano, 1,1-difluoroetano e 1,1,-clorodifluoroetano também são refrigerantes.
Muitos dos fluorocarbonetos são usados como intermediários químicos e solventes em diversas indústrias, como têxteis, limpeza a seco, fotografia e plásticos. Além disso, alguns têm funções específicas como inibidores de corrosão e detectores de vazamentos. Teflon é utilizado na fabricação de plásticos de alta temperatura, roupas de proteção, tubos e chapas para laboratórios químicos, isoladores elétricos, disjuntores, cabos, fios e revestimentos antiaderentes. Clorotrifluorometano é usado para endurecer metais, e 1,1,1,2-tetracloro-2,2-difluoroetano e diclorodifluorometano são usados para detectar rachaduras superficiais e defeitos de metal.
Halotano, isoflurano e enflurano são usados como anestésicos inalatórios.
Perigos ambientais
Nas décadas de 1970 e 1980, acumulou-se evidência de que fluorocarbonetos estáveis e outros produtos químicos, como brometo de metila e 1,1,1-tricloroetano, se difundiriam lentamente para a estratosfera uma vez liberados, onde a intensa radiação ultravioleta poderia fazer com que as moléculas liberassem átomos de cloro livres. Esses átomos de cloro reagem com o oxigênio da seguinte maneira:
Cl + O3 = ClO + O2
ClO + O = Cl + O2
O + o3 = 2O2
Como os átomos de cloro são regenerados na reação, eles estariam livres para repetir o ciclo; o resultado líquido seria um esgotamento significativo do ozônio estratosférico, que protege a Terra da radiação ultravioleta solar prejudicial. O aumento da radiação ultravioleta resultaria no aumento do câncer de pele, afetaria o rendimento das colheitas e a produtividade florestal e afetaria o ecossistema marinho. Estudos da atmosfera superior mostraram áreas de destruição do ozônio na última década.
Como resultado dessa preocupação, a partir de 1979, quase todos os aerossóis contendo clorofluorcarbonetos foram banidos em todo o mundo. Em 1987, foi assinado um acordo internacional, o Protocolo de Montreal sobre Substâncias que Destroem a Camada de Ozônio. O Protocolo de Montreal controla a produção e o consumo de substâncias que podem causar a destruição da camada de ozônio. Estabeleceu como prazo até 1996 a eliminação total da produção e consumo de clorofluorcarbonos nos países desenvolvidos. Os países em desenvolvimento têm mais 10 anos para entrar em conformidade. Também foram estabelecidos controles para halons, tetracloreto de carbono, 1,1,1-tricloroetano (clorofórmio de metila), hidroclorofluorcarbonos (HCFCs), hidrobromofluorcarbonos (HBFCs) e brometo de metila. Alguns usos essenciais para esses produtos químicos são permitidos quando não há alternativas disponíveis técnica e economicamente viáveis.
Riscos
Os fluorocarbonetos são, em geral, menos tóxicos do que os correspondentes hidrocarbonetos clorados ou bromados. Esta menor toxicidade pode estar associada com a maior estabilidade da ligação CF, e talvez também com a menor lipossolubilidade dos materiais mais altamente fluorados. Devido ao seu baixo nível de toxicidade, foi possível selecionar fluorocarbonos que são seguros para os usos pretendidos. E por causa do histórico de uso seguro nessas aplicações, cresceu erroneamente a crença popular de que os fluorocarbonetos são completamente seguros sob todas as condições de exposição.
Até certo ponto, os fluorocarbonetos voláteis possuem propriedades narcóticas semelhantes, mas mais fracas do que as apresentadas pelos hidrocarbonetos clorados. Inalação aguda de 2,500 ppm de triclorotrifluoroetano induz intoxicação e perda da coordenação psicomotora em humanos; isso ocorre a 10,000 ppm (1%) com diclorodifluorometano. Se diclorodifluorometano é inalado a 150,000 ppm (15%) , resulta em perda de consciência. Mais de 100 fatalidades foram relatadas pela inalação de fluorocarbonetos pela pulverização de recipientes de aerossol contendo diclorodifluorometano como propulsor em um saco de papel e inalar. Na Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH) TLV de 1,000 ppm, os efeitos narcóticos não são experimentados por humanos.
Os efeitos tóxicos da exposição repetida, como danos hepáticos ou renais, não foram produzidos pelos fluorometanos e fluoroetanos. Os fluoroalcenos, como tetrafluoretileno, hexafluoropropileno or clorotrifluoretileno, pode produzir danos hepáticos e renais em animais experimentais após exposição prolongada e repetida a concentrações apropriadas.
Mesmo a toxicidade aguda dos fluoroalcenos é surpreendente em alguns casos. Perfluoroisobutileno é um exemplo notável. Com um LC50 de 0.76 ppm para exposições de 4 horas para ratos, é mais tóxico que o fosgênio. Como o fosgênio, produz um edema pulmonar agudo. Por outro lado, o fluoreto de vinila e o fluoreto de vinilideno são fluoroalcanos de baixíssima toxicidade.
Como muitos outros vapores de solventes e anestésicos cirúrgicos, os fluorocarbonos voláteis também podem produzir arritmia cardíaca ou parada cardíaca em circunstâncias em que uma quantidade anormalmente grande de adrenalina é secretada endogenamente (como raiva, medo, excitação, esforço intenso). As concentrações necessárias para produzir esse efeito estão bem acima das normalmente encontradas durante o uso industrial desses materiais.
Em cães e macacos, ambos clorodifluorometano e diclorodifluorometano causam depressão respiratória precoce, broncoconstrição, taquicardia, depressão miocárdica e hipotensão em concentrações de 5 a 10%. Clorodifluorometanoe, em comparação com diclorodifluorometano, não causa arritmias cardíacas em macacos (embora cause em camundongos) e não diminui a complacência pulmonar em macacos.
Medidas de segurança e saúde. Todos os fluorocarbonetos sofrerão decomposição térmica quando expostos a chamas ou metais incandescentes. Os produtos de decomposição dos clorofluorcarbonetos incluirão ácido fluorídrico e clorídrico, juntamente com quantidades menores de fosgênio e fluoreto de carbonila. O último composto é muito instável à hidrólise e muda rapidamente para ácido fluorídrico e dióxido de carbono na presença de umidade.
Os três fluorocarbonetos comercialmente mais importantes (triclorofluormetano, diclorodifluorometano e triclorotrifluoroetano) foram testados para mutagenicidade e teratogenicidade com resultados negativos. Clorodifluorometano, que recebeu alguma consideração como um possível propulsor de aerossol, foi considerado mutagênico em testes de mutagenicidade bacteriana. Os testes de exposição ao longo da vida deram alguma evidência de carcinogenicidade em ratos machos expostos a 50,000 ppm (5%), mas não a 10,000 ppm (1%). O efeito não foi observado em ratos fêmeas ou em outras espécies. A Agência Internacional de Pesquisa sobre Câncer (IARC) classificou-o no Grupo 3 (evidência limitada de carcinogenicidade em animais). ), e não houve evidência em coelhos até 50,000 ppm.
As vítimas de exposição ao fluorocarbono devem ser removidas do ambiente contaminado e tratadas sintomaticamente. Adrenalina não deve ser administrada, devido à possibilidade de induzir arritmias ou parada cardíaca.
Tetrafluoroetileno
Os principais perigos da tetrafluoretileno monômero são sua inflamabilidade em uma ampla gama de concentrações (11 a 60%) e potencial de explosividade. O tetrafluoretileno não inibido é passível de polimerização e/ou dimerização espontânea, sendo que ambas as reações são exotérmicas. O consequente aumento de pressão em um recipiente fechado pode resultar em explosão, e várias delas foram relatadas. Acredita-se que essas reações espontâneas sejam iniciadas por impurezas ativas, como o oxigênio.
O tetrafluoretileno não apresenta muito perigo tóxico agudo per se, o LC50 para 4 horas de exposição de ratos sendo 40,000 ppm. Ratos que morrem de exposições letais mostram não apenas danos aos pulmões, mas também alterações degenerativas nos rins, sendo estas últimas também exibidas por outros fluoroalcenos, mas não por fluoroalcanos.
Outro perigo refere-se às impurezas tóxicas formadas durante a preparação ou pirólise do tetrafluoretileno, particularmente octafluoroisobutileno, que tem uma concentração letal aproximada de apenas 0.76 ppm para 4 horas de exposição de ratos. Algumas fatalidades foram descritas pela exposição a esses “altos níveis de calor”. Devido aos perigos potenciais, experimentos casuais com tetrafluoretileno não devem ser realizados por pessoas não qualificadas.
Medidas de segurança e saúde. O tetrafluoretileno é transportado e embarcado em cilindros de aço sob alta pressão. Sob tais condições, o monômero deve ser inibido para prevenir a polimerização ou dimerização espontânea. Os cilindros devem ser equipados com dispositivos de alívio de pressão, embora não deva ser esquecido que tais dispositivos podem ficar obstruídos com polímero.
Teflon (politetrafluoretileno) é sintetizado pela polimerização do tetrafluoretileno com um catalisador redox. Teflon não é um perigo à temperatura ambiente. No entanto, se for aquecido a 300 a 500 °C, os produtos de pirólise incluem fluoreto de hidrogênio e octafluoroisobutileno. Em temperaturas mais altas, 500 a 800 °C, o fluoreto de carbonila é produzido. Acima de 650 °C, tetrafluoreto de carbono e dióxido de carbono são produzidos. Pode causar febre de fumaça de polímero, uma doença semelhante à gripe. A causa mais comum de doença é de cigarros acesos contaminados com pó de Teflon. Edema pulmonar também foi relatado.
Anestésicos fluorcarbonados. Halotano é um anestésico inalatório mais antigo, frequentemente usado em combinação com óxido nitroso. Isoflurano e enflurano estão se tornando mais populares porque têm menos efeitos colaterais relatados do que halotano.
O halotano produz anestesia em concentrações acima de 6,000 ppm. A exposição a 1,000 ppm por 30 minutos causa anormalidades nos testes comportamentais que não ocorrem a 200 ppm. Não há relatos de irritação ou sensibilização da pele, olhos ou vias respiratórias. Hepatite foi relatada em concentrações sub-anestésicas, e hepatite grave - às vezes fatal - ocorreu em pacientes repetidamente expostos a concentrações anestésicas. Toxicidade hepática não foi encontrada em exposições ocupacionais a isoflurano or enflurano. Ocorreu hepatite em pacientes expostos a 6,000 ppm de enflurano ou superior; também foram relatados casos de uso de isoflurano, mas seu papel não foi comprovado.
Um estudo animal de toxicidade hepática não encontrou efeitos tóxicos em ratos repetidamente expostos a 100 ppm de halotano no ar; outro estudo encontrou necrose cerebral, hepática e renal a 10 ppm, de acordo com observações de microscopia eletrônica. Nenhum efeito foi encontrado em camundongos expostos a 1,000 ppm de enflurano por 4 horas/dia por cerca de 70 dias; uma ligeira redução no ganho de peso corporal foi o único efeito encontrado quando eles foram expostos a 3,000 ppm por 4 horas/dia, 5 dias/semana por até 78 semanas. Em outro estudo, perda de peso severa e mortes com dano hepático foram encontradas em camundongos expostos continuamente a 700 ppm de enflurano por até 17 dias; no mesmo estudo, nenhum efeito foi observado em ratos ou porquinhos-da-índia expostos por 5 semanas. Com isoflurano, a exposição contínua de camundongos a 150 ppm e acima no ar causou redução no ganho de peso corporal. Efeitos semelhantes foram observados em porquinhos-da-índia, mas não em ratos, a 1,500 ppm. Nenhum efeito significativo foi observado em camundongos expostos 4 horas/dia, 5 dias/semana durante 9 semanas a até 1,500 ppm.
Nenhuma evidência de mutagenicidade ou carcinogenicidade foi encontrada em estudos animais de enflurano ou isoflurano, ou em estudos epidemiológicos de halotano. Estudos epidemiológicos iniciais sugerindo efeitos reprodutivos adversos do halotano e outros anestésicos inalatórios não foram verificados para a exposição ao halotano em estudos subsequentes.
Nenhuma evidência convincente de efeitos fetais foi encontrada em ratos com exposições de halotano de até 800 ppm, e nenhum efeito na fertilidade com exposições repetidas de até 1,700 ppm. Houve alguma fetotoxicidade (mas não teratogenicidade) a 1,600 ppm ou mais. Em camundongos, houve fetotoxicidade em 1,000 ppm, mas não em 500 ppm. Estudos reprodutivos de enflurano não encontraram efeitos sobre a fertilidade em camundongos em concentrações de até 10,000 ppm, com alguma evidência de anormalidade espermática em 12,000 ppm. Não houve evidência de teratogenicidade em camundongos expostos a até 7,500 ppm ou em ratos até 5,000 ppm. Houve ligeira evidência de embrião/fetotoxicidade em ratas grávidas expostas a 1,500 ppm. Com isoflurano, a exposição de camundongos machos a até 4,000 ppm por 4 horas/dia por 42 dias não teve efeito na fertilidade. Não houve efeitos fetotóxicos em camundongos grávidas expostos a 4,000 ppm por 4 horas/dia por 2 semanas; a exposição de ratas grávidas a 10,500 ppm produziu uma pequena perda de peso corporal fetal. Em outro estudo, diminuição do tamanho da ninhada e peso corporal fetal e efeitos no desenvolvimento foram encontrados em fetos de camundongos expostos a 6,000 ppm de isoflurano por 4 horas/dia nos dias 6 a 15 de gestação; nenhum efeito foi encontrado em 60 ou 600 ppm.
tabelas de fluorcarbonos
Mesa 1 - Informações químicas.
Mesa 2 - Riscos para a saúde.
Mesa 3 - Perigos físicos e químicos.
Mesa 4 - Propriedades físicas e químicas.