Tìm hiểu về Carbon Tetrachloride (CCl₄) | Đặc điểm, tính chất, ứng dụng

Chu Văn An

Carbon tetrachloride (CCl₄) là một hợp chất hóa học quan trọng, từng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Tuy nhiên, do ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe và môi trường nên việc sử dụng nó hiện bị hạn chế ở nhiều quốc gia. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu mọi khía cạnh của cacbon tetraclorua, từ cấu trúc, tính chất đến ứng dụng và rủi ro.

1. Carbon tetrachloride là gì?

Carbon tetrachloride, còn được gọi là tetrachloromethane, là một hợp chất hóa học vô cơ có công thức phân tử CCl₄. Đây là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có mùi hăng đặc trưng.

Cấu trúc của CCl₄ bao gồm một nguyên tử carbon liên kết với bốn nguyên tử clo thông qua liên kết cộng hóa trị. Do cấu trúc đối xứng của nó, nó là một phân tử không phân cực.

2. Tính chất hóa lý của Carbon Tetrachloride

2.1. Tính chất vật lý

• Trạng thái: Chất lỏng không màu, dễ bay hơi.
• Điểm sôi: 76,7°C.
• Điểm nóng chảy: -22,92°C.
• Mật độ: 1,586 g/cm³ ở 20°C.
• Độ hòa tan: Không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong các dung môi hữu cơ như benzen, toluene và cloroform.

2.2. Tính chất hóa học

• Tính ổn định: CCl₄ rất ổn định về mặt hóa học, không dễ bị phân hủy trong điều kiện bình thường.
• Không cháy: Vì không chứa hydro nên CCl₄ không cháy và được sử dụng làm chất chữa cháy.
• Tương tác với kim loại: CCl₄ có thể phản ứng với các kim loại mạnh như nhôm hoặc magie trong điều kiện nhiệt độ cao, tạo ra các hợp chất độc hại.

3. Ứng dụng của cacbon tetraclorua

3.1. Sản xuất dung môi công nghiệp

Carbon tetrachloride là một dung môi hiệu quả, đặc biệt trong việc hòa tan các hợp chất không phân cực như dầu mỡ, sáp và nhựa. Trước đây, nó được sử dụng rộng rãi trong:

• Làm sạch thiết bị: CCl₄ được sử dụng để loại bỏ dầu mỡ và bụi bẩn khỏi các bộ phận cơ khí và thiết bị công nghiệp.
• Chiết xuất hóa học: Khả năng hòa tan của CCl₄ cho phép nó được sử dụng trong quá trình chiết xuất và tinh chế.
• Loại bỏ vết bẩn: Carbon tetrachloride từng là thành phần chính trong các sản phẩm giặt khô. Tuy nhiên, mối nguy hiểm độc hại của nó đã khiến nó bị loại bỏ dần trong ngành giặt là.

3.2. Sản xuất chất làm lạnh

Carbon tetrachloride là nguyên liệu chính để sản xuất chất làm lạnh thuộc nhóm CFC (chlorofluorocarbon), như Freon-11 và Freon-12. Những chất này được sử dụng trong:

• Tủ lạnh và điều hòa không khí: CCl₄ đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống làm lạnh thế hệ cũ.
• Bình xịt: Được sử dụng làm chất đẩy trong các sản phẩm bình xịt.

Tuy nhiên, CFC đã bị cấm hoặc hạn chế do tác động nghiêm trọng của chúng đến tầng ozone theo Nghị định thư Montreal.

Dùng trong sản xuất chất làm lạnh

3.3. Chất chữa cháy

Nhờ đặc tính không cháy nên cacbon tetraclorua được sử dụng rộng rãi trong:

• Bình chữa cháy cầm tay: CCl₄ có khả năng dập tắt nhanh các đám cháy, đặc biệt là các đám cháy nhỏ do dầu mỡ hoặc điện gây ra.
• Hệ thống chữa cháy tự động: Được lắp đặt trong các nhà máy công nghiệp và máy bay quân sự.

Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khí độc do CCl₄ tạo ra khi tiếp xúc với nhiệt độ cao có thể gây tử vong, dẫn đến việc ngừng sử dụng trong lĩnh vực này.

3.4. Ứng dụng trong phân tích hóa học

Carbon tetrachloride vẫn được sử dụng trong một số quy trình phân tích hóa học do tính chất không phân cực và độ ổn định cao:

• Dung môi trong quang phổ hồng ngoại (IR Spectroscopy): CCl₄ là dung môi lý tưởng để phân tích các hợp chất hữu cơ nhờ tính trong suốt đối với tia hồng ngoại.
• Hòa tan các chất hữu cơ không hòa tan: Trong nghiên cứu hóa học, cacbon tetraclorua được dùng để pha chế các dung dịch thử.

Ứng dụng trong phân tích hóa học

3.5. Bảo quản mẫu hóa chất và sinh học

Carbon tetrachloride có đặc tính ổn định và khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật, giúp bảo quản các mẫu hóa học, sinh học. Tuy nhiên, các lựa chọn an toàn hơn như ethanol hoặc glycerin hiện đã thay thế phần lớn ứng dụng này.

3.6. Công cụ trong nghiên cứu khoa học

Trong nghiên cứu khoa học, CCl₄ được dùng để:

• Độc tính mô phỏng: Carbon tetrachloride được sử dụng trong nghiên cứu y học để mô phỏng tổn thương gan ở động vật thí nghiệm, để hiểu cơ chế chữa bệnh và phát triển các loại thuốc mới.
• Phản ứng hóa học: CCl₄ là môi trường lý tưởng cho nhiều phản ứng hóa học nhờ tính không phân cực và độ ổn định cao.

7. Rủi ro sức khỏe khi tiếp xúc với CCl₄

• Hô hấp: Hít phải hơi CCl₄ gây buồn nôn, chóng mặt, bất tỉnh và tổn thương phổi.
• Gan và thận: Gây viêm gan, xơ gan, suy gan và tổn thương thận nặng.
• Da và mắt: Kích ứng da, viêm da, đỏ mắt và rát mắt.
• Ung thư: Tăng nguy cơ ung thư gan và phổi khi tiếp xúc lâu dài.
• Hệ thần kinh: Gây mất khả năng phối hợp, lú lẫn và suy giảm chức năng thần kinh.

8. Lưu ý an toàn

Thiết bị thông gió và bảo vệ

• Sử dụng hệ thống thông gió cục bộ hoặc tủ hút hóa chất để giảm hơi CCl₄ trong không khí.
• Lắp đặt thiết bị giám sát khí độc để phát hiện nồng độ CCl₄.

Thiết bị bảo hộ cá nhân

• Đeo găng tay, kính bảo hộ và khẩu trang chống hóa chất khi tiếp xúc với CCl₄.
• Mặc quần áo bảo hộ để tránh tiếp xúc với da.

Những lưu ý khi bảo quản và xử lý

• Bảo quản CCl₄ trong hộp kín, chống rò rỉ ở nơi mát, tránh ánh sáng và nhiệt độ cao.
• Xử lý chất thải CCl₄ theo quy định về hóa chất độc hại để tránh ô nhiễm môi trường.

Đào tạo và quy trình làm việc

• Cung cấp hướng dẫn và đào tạo về an toàn cho nhân viên làm việc với CCl₄.
• Luôn tuân thủ quy trình vận hành tiêu chuẩn (SOP) để đảm bảo an toàn.

Carbon Tetrachloride là một hợp chất hóa học mang lại lợi ích đáng kể trong công nghiệp và nghiên cứu. Tuy nhiên, những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường đã khiến việc sử dụng CCl₄ trở thành một thách thức lớn. Hiện tại, các ứng dụng của CCl₄ đang được kiểm soát chặt chẽ và các giải pháp thay thế an toàn hơn đang dần được phát triển.