Clorometano

Clorometano
formula di struttura
formula di struttura
Nome IUPAC
clorometano
Nomi alternativi
cloruro di metile
metilcloruro
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareCH3Cl
Massa molecolare (u)50,49 g/mol
Aspettogas incolore
Numero CAS74-87-3
Numero EINECS200-817-4
PubChem6327
SMILES
CCl
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m−3, in c.s.)0,915
Indice di rifrazione1,3389
Solubilità in acqua9 g/L (20 °C)
Coefficiente di ripartizione 1-ottanolo/acqua1,113
Temperatura di fusione−97 °C (176 K)
Temperatura di ebollizione−24 °C (249 K) (1013 hPa)
Indicazioni di sicurezza
Limiti di esplosione19%
Temperatura di autoignizione632 °C (905 K)
Simboli di rischio chimico
tossico a lungo termine estremamente infiammabile gas compresso
pericolo
Frasi H220 - 280 - 351 - 373
Consigli P210 - 281 - 410+403
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Il cloruro di metile (o metil cloruro), nome IUPAC clorometano, noto anche con le sigle commerciali R-40 o HCC 40, è un composto chimico di formula molecolare CH3Cl. È un alometano e in particolare un alogenuro alchilico.

A temperatura ambiente si presenta in forma gassosa o gas liquefatto sotto pressione; è incolore, di lieve odore etereo dolce ed è riportato avere sapore dolce; è molto infiammabile e può formare miscele esplosive in aria.

In passato è stato utilizzato largamente come refrigerante, tuttavia i rischi connessi alla sua tossicità e la nocività per lo strato di ozono ne hanno ridotto l'impiego ed oggigiorno non è più utilizzato nei prodotti di largo consumo.

Il cloruro di metile, in quanto prodotto da processi biologici, è considerato un biomarker ed è stato trovato nel mezzo interstellare e nella cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Storia

Il cloruro di metile fu sintetizzato per la prima volta dai chimici francesi Jean Baptiste Dumas e Eugène-Melchior Péligot nel 1835, facendo bollire una miscela di metanolo, acido solforico e cloruro di sodio. Questa sintesi è tuttora alla base del metodo di preparazione odierno.

Proprietà e struttura molecolare

A temperatura ambiente il cloruro di metile è tecnicamente un vapore, la sua temperatura critica è infatti 143 °C; è più pesante dell'aria (≈ 1,8 volte) e moderatamente solubile in acqua (1% in massa a 25 °C) ma è solubile nei comuni solventi organici (es. acetone, alcool, etere, benzene, cloroformio) e negli oli minerali.

Il cloruro di metile è un composto termodinamicamente stabile, la sua formazione dagli elementi è esotermica: ΔHƒ° = -83,68 kJ/mol. La molecola CH3Cl è di tipo tetraedrico con simmetria C3v, con l'atomo di carbonio centrale ibridato sp3.

La molecola è notevolmente polare: il suo momento di dipolo è μ = 1,8974 D, appena superiore a quello di H2O (1,86 D) e a quello del fluoruro di metile CH3F (1,8584 D), che è una molecola analoga ed isoelettronica di valenza; il cloruro di etile (CH3CH2Cl), che è il suo omologo superiore, è lievemente più polare, μ = 2,04 D.

Da indagini spettroscopiche vibrazionali (infrarosso) è stato possibile ricavare, tra l'altro, distanze ed angoli di legame:

r(C–H) = 109,0 pm; r(C–Cl) = 178,5 pm;
∠(H-C-H) = 110,75°; ∠(H-C-Cl) = 108,16°.

Similmente a quanto accade per il fluoruro di metile, mentre i legami C–H hanno lunghezze praticamente normali (109 pm), il legame del carbonio con l'alogeno, qui C–Cl, è lievemente più lungo del normale (177 pm).

Gli angoli H-C-H sono lievemente maggiori di quello tetraedrico (109,5°) e quello H-C-Cl con il cloro è lievemente minore. Lo stesso andamento qualitativo si osserva per il fluoruro di metile. Queste differenze rispetto ai valori attesi per un'ibridazione sp3 del carbonio centrale, seppur lievi, si inquadrano nell'ambito della regola di Bent.

Questa prevede un minor carattere s per gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi più elettronegativi di altri, qui Cl rispetto ad H e, viceversa, un maggior carattere s per gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi meno elettronegativi di altri, qui H rispetto a Cl; ovviamente, a minor carattere s corrisponde un maggior carattere p, perché l'ibridazione complessiva dell'atomo di carbonio resta sp3. Un aumento del carattere s comporta un'apertura dell'angolo di legame rispetto all'angolo tetraedrico, come si evidenzia qui per l'angolo H-C-H, e viceversa per quello H-C-Cl.

Chimica ionica in fase gassosa

La molecola CH3Cl ha un potenziale di ionizzazione pari a 11,26 eV, un valore leggermente maggiore di quello del cloruro di etile (10,98 eV), ma significativamente minore di quello del CH3F (12,50 eV).

L'affinità protonica del cloruro di metile, che è una misura della sua basicità intrinseca, è pari a 647,3 kJ/mol; la reazione di protonazione, favorita sull'atomo di cloro, è illustrata di seguito:

H3C–Cl (g) + H+ (g) → [H3C–Cl–H]+ (g)

Questa affinità protonica è un ben maggiore di quella del fluoruro di metile (598,9 kJ/mol), ma minore di quella dell'acqua (691 kJ/mol), che quindi è più basica, ma molto maggiore rispetto al metano (543,5 kJ/mol), che quindi è molto meno basico. Sperimentalmente l'affinità protonica degli alogenuri di alchile aumenta all'aumentare del numero atomico dell'alogeno e quindi, rispetto a CH3Cl, è ancora maggiore in CH3Br e in CH3I. Oltre alla reazione di protonazione (con l'acido di Lewis H+), CH3Cl può subire una metilazione (reazione con l'acido di Lewis CH3+): la corrispondente affinità per il catione metile è molto più bassa, 259 kJ/mol; similmente, con il catione etile (C2H5+) si ha un valore ancora minore, 128 kJ/mol.

Per quanto riguarda l'acidità in fase gassosa, tuttavia, pur essendo il cloruro di metile più basico del fluoruro di metile, risulta essere contemporaneamente più acido: si liberano 1.672±10 kJ/mol per l'assunzione di un H+ da parte dell'anione CH2Cl− (base coniugata di CH3Cl) contro 1.756 ±19 kJ/mol per l'anione CH2F−.

Note

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