Fosgene
# Fosgene

Il fosgene (o cloruro di carbonile) a temperatura ambiente è un gas incolore estremamente tossico e aggressivo, dal tipico odore di fieno ammuffito; la sua formula chimica è $COCl_2.$

Da un punto di vista sistematico, è il dicloruro dell'acido carbonico.

È un prodotto di sintesi, ma piccole quantità possono formarsi in natura dalla decomposizione e dalla combustione di composti organici contenenti cloro.

Durante la prima guerra mondiale è stato impiegato come arma chimica.

Il fosgene è un veleno particolarmente insidioso perché non provoca effetti immediati: in genere, i sintomi si manifestano tra le 24 e le 72 ore dopo l'esposizione. Combinandosi con l'acqua contenuta nei tessuti del tratto respiratorio, il fosgene si decompone in anidride carbonica e acido cloridrico; quest'ultimo dissolve le membrane delle cellule esposte, facendo sì che le vie respiratorie si riempiano di liquido; la morte sopraggiunge per combinazione di emorragie interne, shock e insufficienza respiratoria; a differenza di altri gas, il fosgene non viene assorbito attraverso la pelle e il suo effetto si produce solo per inalazione.

## Storia

Il fosgene è stato sintetizzato per la prima volta dal chimico John Davy nel 1812 il quale lo battezzò così dal greco φῶς (fos, luce) e γεννάω (ghennào, genero), perché lo ottenne esponendo alla luce del sole una miscela di CO e $Cl_2$ (reazione fotochimica). Inizialmente fu usato come arma chimica, durante la prima guerra mondiale, dai francesi nel 1915; dapprima i tedeschi iniziarono ad aggiungerne piccole quantità al cloro per aumentarne la tossicità per poi usarlo al 50% con il cloro per ridurre la densità del fosgene alle basse temperature che ne rendeva difficile la propagazione in forma di nube.

Si calcola che nella prima guerra mondiale i morti dovuti all'uso del fosgene siano stati circa 100.000.

Il Regio Esercito ha utilizzato il fosgene in Libia e durante la guerra d'Etiopia sia contro militari sia contro civili.

## Struttura molecolare e proprietà

La molecola $COCl_2$ è qualitativamente molto simile a $COF_2:$ è planare, con il carbonio centrale ibridato $sp^2,$ ma la simmetria molecolare è soltanto $C_{2v}$ (non $D_{3h}$ come $BF_3$ o lo ione nitrato $NO_3^–):$ oltre al fatto che i tre atomi attorno all'atomo centrale non sono uguali, anche gli angoli differiscono dal valore normale di 120°. Da indagini combinate di diffrazione elettronica e spettroscopia rotazionale nella regione delle microonde si sono potuti trovare i parametri strutturali seguenti:

    r(C=O)) = 117,56 pm; r(C–Cl) = 173,81 pm
    ∠(ClCCl) = 111,79°; ∠(ClCO) = 124,11°

Nel fosgene il legame C=O è significativamente più corto rispetto a quello nell'acetone (121,5 pm) e nella formaldeide (120,78 pm), e quasi uguale a quello in $COF_2$ (117,17 pm). Anche il legame C–Cl è un po' più corto del normale, cioè 177 pm per $C(sp^3)-Cl(sp^3),$ ma non tanto, considerando l'ibridazione $sp^2$ del carbonio che tende a far accorciare il legame.

L'angolo ClCCl è molto più stretto rispetto al valore atteso di 120° per l'ibridazione $sp^2$ dell'atomo centrale. La teoria VSEPR prevede che un doppio legame occupi più spazio angolare rispetto ad un legame semplice (quindi ∠(ClCCl) < ∠(ClCO)) e lo stesso andamento qualitativo si osserva per il fluorofosgene $(COF_2),$ l'acetone e la formaldeide.

## Produzione e utilizzi

Industrialmente il fosgene è prodotto facendo fluire ossido di carbonio e cloro gassosi su un letto di carbone ad alta porosità che agisce da catalizzatore.

La reazione che avviene è

    ${\ce {CO + Cl2 -> COCl2}}$

La reazione è esotermica, ovvero avviene con sviluppo di calore, quindi il reattore deve essere raffreddato continuamente per allontanare il calore che viene prodotto. In genere la reazione viene condotta a temperature comprese tra 50 °C e 150 °C; sopra 200 °C il fosgene torna a decomporsi in cloro e monossido di carbonio.

Un'altra reazione in cui viene prodotto fosgene è quella in fase gassosa tra tetracloruro di carbonio e vapor d'acqua ad alte temperature:

    ${\ce {CCl4 + H2O -> COCl2 +2HCl}}$

Per via dei problemi di sicurezza legati al suo trasporto e alla sua conservazione, quasi sempre il fosgene è prodotto e utilizzato nello stesso impianto chimico.

La luce, in presenza di ossigeno atmosferico, è in grado di convertire il cloroformio in fosgene, per questa ragione il cloroformio è sempre conservato in boccette ambrate e ben tappato. Talvolta le soluzioni di cloroformio vengono stabilizzate utilizzando dell'etanolo che inibirebbe la formazione di fosgene.

Il fosgene è principalmente impiegato come materia prima nella produzione di polimeri, tra cui i poliuretani, i policarbonati e le poliuree, oltre che nella produzione del kevlar.

Viene usato anche per produrre isocianati e cloruri acilici, intermedi nelle produzioni di pesticidi, coloranti e molecole di interesse farmaceutico.

Tramite l'uso del fosgene è possibile isolare dai loro minerali alcuni metalli, tra cui alluminio e uranio, ma si tratta di processi poco usati per via della pericolosità della sostanza.

