Difluorometano
# Difluorometano

Il difluorometano o fluoruro di metilene nella letteratura meno recente, e noto anche con le sigle freon-32 e R-32 come fluido refrigerante, è un alometano disostituito avente formula $CH_2F_2.$ Appartiene anche al gruppo degli idrofluorocarburi, insieme al fluoruro di metile $(CH_3F)$ e al fluoroformio $(CHF_3),$ ma che si differenzia da questi per avere il carbonio nello stato di ossidazione 0.

Il difluorometano è un composto molto stabile, $ΔH_ƒ°$ = -450,66 kJ/mol. A temperatura ambiente è un gas $(T_{eb}$ ≈ -52 °C) più denso dell'aria, inodore, parzialmente solubile in acqua (3,65 g/L a 25 °C), estremamente infiammabile in aria con la quale forma miscele esplosive a partire da concentrazioni del 12,7% in volume.

Non contenendo atomi di cloro o alogeni seguenti, il difluorometano non è ritenuto dannoso per la fascia di ozono nella stratosfera ed ha pertanto un valore di ODP pari a zero; è tuttavia una sostanza potenzialmente dannosa se liberata nell'ambiente a causa dell'elevato indice GWP, pari a 675 unità. Il difluorometano, in conformità al Regolamento Europeo Nr. 517/2014, viene usato come fluido refrigerante nei moderni sistemi di climatizzazione domestici, in cui ha inizialmente affiancato il più vecchio fluido R-410A (che a sua volta aveva sostituito il freon R-22, messo al bando dal 2002 per la carica di nuovi impianti e dal 2015 anche per la ricarica di impianti già esistenti), che sostituirà totalmente dal 2025, anno in cui le leggi europee vieteranno l'utilizzo di refrigeranti con GWP superiore a 750 unità nei condizionatori con carica di refrigerante inferiore ai 3 kg.

## Struttura molecolare e proprietà

La molecola $CH_2F_2$ è di tipo tetraedrico con simmetria $C_{2v},$ con l'atomo di carbonio centrale ibridato $sp^3.$ Il suo momento dipolare è notevole e risulta pari a 1,98 D (per $H_2O$ μ = 1,86 D), ed è maggiore che nel diclorometano (1,62 D), molecola analoga ed isoelettronica di valenza.

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

    r(C−H) = 108,40 pm; r(C−F) = 135,08 pm;
    ∠(HCH) = 112,800°; ∠(HCF) = 108,866°; ∠(FCF) = 108,490°.

Questi valori sono stati poi confermati con ottima approssimazione da indagini di spettroscopia rotazionale con trasformata di Fourier sul dimero del difuorometano in condizioni diffusive di raggi molecolari.

Mentre i legami hanno lunghezze praticamente normali (109 pm per C-H e 135 pm per C-F), come si può vedere l'angolo del C con gli idrogeni è maggiore di quello tetraedrico (109,5°) e quello con i fluori è minore. Questo comportamento, che è qualitativamente comune anche agli altri idrofluorometani, è un tipico esempio illustrato dalla regola di Bent che prevede in questi casi un minor carattere s per gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi più elettronegativi di altri, qui F (rispetto ad H), e un maggior carattere s per gli orbitali ibridi con cui il carbonio si lega ad atomi meno elettronegativi di altri, qui H (rispetto a F); ovviamente, a minor carattere s corrisponde un maggior carattere p, perché l'ibridazione complessiva dell'atomo di carbonio resta $sp^3.$ Un aumento del carattere s comporta un'apertura dell'angolo di legame rispetto all'angolo tetraedrico, come si evidenzia qui per l'angolo HCH, e viceversa per la sua diminuzione, come qui si vede per l'angolo FCF. L'andamento descritto per $CH_2F_2$ si ripete qualitativamente, sebbene in maniera appena percettibile, nel $CH_2Cl_2$ (diclorometano).

### Chimica ionica in fase gassosa

La molecola $CH_2F_2$ ha un'energia di ionizzazione pari a 12,71 eV, significativamente maggiore di quella del diclorometano (11,33 eV).

L'affinità protonica del difluorometano, che è una misura della sua basicità intrinseca, è pari a 620,5 kJ/mol:

    $H_2CF_2$ $_{(g)}$ + $H^+$ $_{(g)}$ → $[H_2FC–F-H]^+$ $_{(g)}$

Secondo dei calcoli quantomeccanici, nello ione molecolare che così si produce il protone si unisce ad uno dei due atomi di fluoro. L'affinità protonica del difluorometano è un po' minore di quella del diclorometano (628±8 kJ/mol) e minore di quella dell'acqua (691 kJ/mol), ma il valore è decisamente maggiore rispetto al metano (543,5 kJ/mol), che quindi è molto meno basico. Anche il catione litio $(Li^+)$ si lega in fase gassosa al difluorometano esotermicamente ma, come atteso, l'energia liberata è molto minore che con il protone, circa un sesto: ΔH° = -111 kJ/mol.

Tuttavia, pur essendo il difluorometano meno basico del diclorometano, risulta essere anche meno acido: si liberano 1628±15 kJ/mol per l'assunzione di un $H^+$ da parte dell'anione $CHF_2^−$ contro 1572±9 kJ/mol per l'anione $CHCl_2^−.$

## Sintesi

Il difluorometano può essere sintetizzato dal diclorometano per reazione con acido fluoridrico:

    $CH_2Cl_2$ + 2 HF → $CH_2F_2$ + 2 HCl

La reazione necessita di clorofluoruri di Sb(V), cioè $SbF_nCl_{5–n}$ (con $SbF_3Cl_2$ come specie predominante nella miscela) per far procedere la stessa a velocità accettabili e con buone rese. Di questa sintesi è apparsa recentemente una versione migliorata sotto vari aspetti.

