هالوميثان

يتم إنتاج الهالوميثانات على نطاق صناعي من مواد أولية وفيرة مثل الغاز الطبيعي أو الميثانول ، ومن الهالوجينات أو الهاليدات . وعادة ما يتم تحضيرها بإحدى ثلاث طرق. ^{[ 2 ]}

• الكلورة الجذرية الحرة للميثان (تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ):

CH ₄ + Cl ₂ → CH ₃ Cl + HCl

_تُعدّ هذه الطريقة مفيدة لإنتاج CH₄⁻ⁿClⁿ ( _حيث n = 1 أو 2 أو 3 أو 4 ₎ . وتتمثل أبرز مشاكل هذه الطريقة في أنها تُنتج HCl بالتزامن مع CH₄، بالإضافة إلى إنتاجها مخاليط من نواتج مختلفة. فعند استخدام _CH₄ بكمية زائدة كبيرة، ينتج CH₃Cl بشكل أساسي _، بينما عند استخدام Cl₂ بكمية زائدة كبيرة، ينتج CCl₄ بشكل أساسي _، ولكن _ستظل مخاليط من نواتج أخرى موجودة.

• هَلْجَنَة الميثانول. تُستخدم هذه الطريقة لإنتاج أحادي الكلوريد، وأحادي البروميد، وأحادي اليوديد.

CH₃OH + _HCl → _CH₃Cl + _H₂O

4 CH3OH ₊ 3 Br2 + _S → 4 _CH3Br + _H2SO4 + ₂ HBr

3 CH₃OH ₊ 3 I₂ ₊ P → 3 CH₃I ₊ HPO(OH) _₂ + 3 HI

• تبادل الهالوجين. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لإنتاج مشتقات مفلورة من الكلوريدات.

CH₃Cl + HF → _CH₃F + _HCl

CH₂Cl₂ + _HF → _CH₂FCl + _HCl

CH₂Cl₂ + _2HF → _{CH₂F₂ +} 2HCl_​​

CH₂Cl₂ + _F₂ → _CH₂F₂ + _Cl₂​​_​​_​

CHCl ₃ + HF → CHFCl ₂ + HCl

CHCl ₃ + 2 HF → CHF ₂ Cl + 2 HCl

CHCl ₃ + F ₂ → CHF ₂ Cl + Cl ₂

CHCl₃ + ₃ HF → CHF₃ ₊ 3 HCl

CHCl₃ ₊ F₂ + _HF → CHF₃ ₊ Cl₂ ₊ HCl

CCl₄ + HF → _CFCl₃ + _HCl

CCl₄ + 2 HF → _CF₂Cl₂ + _{2 HCl}

CCl₄ + _F₂ → _CF₂Cl₂ + Cl₂_​​​

CCl₄ + 3 HF → _CF₃Cl + 3 _HCl

CCl₄ + F₂ ₊ HF → _CF₃Cl + _Cl₂ + _HCl

CCl₄ + ₄ HF → CF₄ ₊ 4 HCl

CCl₄ + F₂ ₊ 2 HF → CF₄ ₊ Cl₂ _{+ 2} HCl

CCl₄ + 2 _{F₂ →} CF₄ ₊ 2 _Cl₂

• تفاعل الميثان مع حمض الهيبوكلوروس ، مما ينتج عنه الماء.

CH ₄ + HOCl → CH ₃ Cl + H ₂ O

• تفاعل الميثانول مع حمض الهيبوكلوروس، مما ينتج عنه بيروكسيد الهيدروجين .

CH ₃ OH + HOCl → CH ₃ Cl + H ₂ O ₂

تنشأ آثار الهالوميثانات في الغلاف الجوي من خلال إدخال مواد صناعية أخرى غير طبيعية.

تُنتج العديد من الكائنات البحرية هالو الميثانات حيويًا ، وخاصة المركبات المحتوية على البروم. ^{[ 3 ]} وتنتج كميات ضئيلة من كلور الميثانات من تفاعل مصادر الكلور مع مركبات كربونية مختلفة. ويتم تحفيز التخليق الحيوي لهذه الهالو الميثانات بواسطة إنزيمي الكلوروبيروكسيداز والبروموبيروكسيداز ، على التوالي. معادلة مثالية هي:

2 CH₄ ₊ 2 Cl⁻ ⁺ O₂ _→ 2 CH₃Cl ₊ 2 ^OH⁻

يُستخدم نظام تسمية المبردات بشكل أساسي للألكانات القصيرة المفلورة والمكلورة المستخدمة كمبردات. في الولايات المتحدة، يُحدد المعيار في معيار ANSI/ASHRAE رقم 34-1992، مع ملاحق سنوية إضافية. ^{[ 5 ]} كانت البادئات المحددة في معيار ANSI/ASHRAE هي FC (فلوروكربون) أو R (مبرد)، ولكن اليوم تُسبق معظمها بتصنيف أكثر تحديدًا.

• مركبات الكلوروفلوروكربون (CFC) - قائمة مركبات الكلوروفلوروكربون
• مركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFC) - قائمة مركبات الهيدروكلوروفلوروكربون
• مركبات الهيدروفلوروكربون (HFC) - قائمة مركبات الهيدروفلوروكربون
• FC — قائمة مركبات الفلوروكربون
• PFC — قائمة مركبات الكربون المشبعة بالفلور (المفلورة بالكامل)

نظام فك التشفير الخاص بـ CFC-01234a هو:

• 0 = عدد الروابط المزدوجة (يتم حذفه إذا كان العدد صفرًا)
• 1 = ذرات الكربون -1 (يتم حذفها إذا كانت صفرًا)
• 2 = ذرات الهيدروجين +1
• 3 = ذرات الفلور
• 4 = تم استبداله بالبروم ("تمت إضافة البادئة "ب")
• a = حرف مضاف لتحديد المتماكبات، المتماكب "العادي" في أي عدد له أصغر فرق في الكتلة على كل ذرة كربون، ويتم إضافة a أو b أو c عندما تتباعد الكتل عن الوضع الطبيعي.

تُستخدم أنظمة ترميز أخرى أيضاً.

لا تحتوي مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) على الكلور، فهي تتكون بالكامل من الكربون والهيدروجين والفلور. وليس لها أي تأثيرات معروفة على طبقة الأوزون، فالفلور نفسه ليس سامًا للأوزون. ^{[ 6 ] [ 7 ]} ومع ذلك، تُعد مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) ومركبات البيرفلوروكربون (PFCs) من غازات الدفيئة التي تُسبب ظاهرة الاحتباس الحراري . وتُعد مجموعتا الهالو ألكانات، مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) ومركبات البيرفلوروكربون ، من أهداف بروتوكول كيوتو . ^{[ 8 ]} ويقول آلان ثورنتون، رئيس وكالة التحقيقات البيئية ، وهي منظمة غير حكومية تُعنى بمراقبة البيئة، إن مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) أقوى من ثاني أكسيد الكربون بما يصل إلى 12500 مرة في التسبب في الاحتباس الحراري. ^{[ 9 ]} ويعود ارتفاع قدرة مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) على إحداث الاحتباس الحراري إلى سببين: أولهما، بقاء مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) في الغلاف الجوي لفترات طويلة، وثانيهما، احتواؤها على روابط كيميائية أكثر من _ثاني أكسيد الكربون ، مما يعني قدرتها على امتصاص طاقة شمسية أكبر لكل جزيء مقارنةً بثاني أكسيد الكربون. تُشدد الدول الغنية قبضتها على هذه الغازات. ويقول ثورنتون إن العديد من الدول تُنتج هذه المواد الكيميائية بلا داعٍ لمجرد الحصول على أرصدة الكربون. ونتيجةً لقواعد تداول الكربون بموجب بروتوكول كيوتو، فإن ما يقرب من نصف أرصدة الكربون من الدول النامية مصدرها مركبات الهيدروفلوروكربون، حيث تجني الصين مليارات الدولارات من جمع وتدمير هذه المركبات التي كانت ستنتشر في الغلاف الجوي كمنتجات ثانوية صناعية. ^{[ 10 ]}

تم تقييم معظم تباديل الهيدروجين والفلور والكلور والبروم واليود على ذرة كربون واحدة تجريبياً.

يُعد ثنائي كلورو الميثان أهم المذيبات القائمة على هاليدات الميثان. فتقلباته، وانخفاض قابليته للاشتعال، وقدرته على إذابة طيف واسع من المركبات العضوية، تجعل هذا السائل عديم اللون مذيبًا مفيدًا. ^{[ 2 ]} ويُستخدم على نطاق واسع كمزيل للطلاء ومزيل للشحوم . وفي صناعة الأغذية ، كان يُستخدم سابقًا لإزالة الكافيين من القهوة والشاي ، وكذلك لتحضير مستخلصات نبات الجنجل ونكهات أخرى . ^{[ 11 ]} وقد أدى تقلبه إلى استخدامه كدافع في بخاخات الرذاذ وكعامل نفخ لرغوة البولي يوريثان .

كان أحد الاستخدامات الرئيسية لمركبات الكلوروفلوروكربون هو استخدامها كوقود دافع في البخاخات ، بما في ذلك أجهزة الاستنشاق ذات الجرعات المقننة لأدوية علاج الربو . وقد اكتمل تقريبًا تحويل هذه الأجهزة والعلاجات من استخدام مركبات الكلوروفلوروكربون إلى وقود دافع لا يستنزف طبقة الأوزون. وقد حُظر إنتاجها واستيرادها في الولايات المتحدة.

عند درجات الحرارة العالية، تتحلل الهالونات لتطلق ذرات الهالوجين التي تتحد بسهولة مع ذرات الهيدروجين النشطة، مما يُخمد تفاعلات انتشار اللهب حتى في وجود كميات كافية من الوقود والأكسجين والحرارة. يحدث التفاعل الكيميائي في اللهب كسلسلة تفاعلات جذرية حرة ؛ ومن خلال عزل الجذور التي تُحفز التفاعل، تستطيع الهالونات إيقاف الحريق بتركيزات أقل بكثير من تلك المطلوبة لمثبطات الحريق التي تستخدم الطرق التقليدية للتبريد أو نقص الأكسجين أو تخفيف الوقود. ( اعتبارًا من عام ٢٠٢٣)بسبب مشاكل استنزاف طبقة الأوزون ، تم حظر طفايات الحريق التي تعمل بالهالون إلى حد كبير في بعض البلدان، ويقوم الجيش الأمريكي بنشر بدائل لها. ^{[ 12 ]}

تُستخدم أنظمة إخماد الحرائق بالهالون 1301 عادةً بتركيزات لا تتجاوز 7% حجميًا في الهواء، ويمكنها إخماد العديد من الحرائق بتركيز 2.9% حجميًا. في المقابل، تعمل أنظمة إخماد الحرائق بثاني أكسيد الكربون بتركيزات تتراوح من 34% حجميًا (احتراق سطحي فقط للوقود السائل) إلى 75% (مصائد الغبار). يمكن أن يُسبب ثاني أكسيد الكربون ضائقة شديدة بتركيزات تتراوح بين 3 و6%، وقد تسبب في الوفاة نتيجة شلل الجهاز التنفسي في غضون دقائق قليلة عند تركيز 10%. أما الهالون 1301، فيُسبب دوارًا طفيفًا فقط عند تركيزه الفعال البالغ 5%، وحتى عند تركيز 15%، يبقى المُعرَّضون له واعين ولكنهم يعانون من ضعف في القدرات ولا يُعانون من أي آثار طويلة الأمد. (كما تم تعريض حيوانات التجارب لتركيزات بنسبة 2% من هالون 1301 لمدة 30 ساعة أسبوعيًا لمدة 4 أشهر، دون أي آثار صحية ملحوظة. ) يتميز هالون 1211 أيضًا بانخفاض سميته، على الرغم من أنه أكثر سمية من هالون 1301، وبالتالي يعتبر غير مناسب لأنظمة الفيضانات.

مع ذلك، فإنّ استخدام غاز هالون 1301 لإخماد الحرائق ليس خالياً تماماً من السمية؛ إذ قد يؤدي اللهب ذو درجة الحرارة العالية جداً، أو ملامسته للمعادن المتوهجة، إلى تحلّل هالون 1301 وتكوين نواتج ثانوية سامة. يسهل الكشف عن وجود هذه النواتج الثانوية لاحتوائها على حمض الهيدروبروميك وحمض الهيدروفلوريك ، وهما مادتان مهيّجتان للغاية. يُعدّ الهالون فعالاً جداً في إخماد حرائق الفئات أ (المواد الصلبة العضوية)، ب (السوائل والغازات القابلة للاشتعال)، وج (الكهرباء)، ولكنه غير مناسب لحرائق الفئة د (المعادن)، لأنه لا يُنتج غازاً ساماً فحسب، بل يفشل أيضاً في إخماد الحريق، وقد يُشكّل في بعض الحالات خطر الانفجار. يمكن استخدام الهالون في إخماد حرائق الفئة ك (زيوت وشحوم المطابخ)، ولكنه لا يُقدّم أي مزايا إضافية مقارنةً بالرغوات المتخصصة.

يُعدّ غاز هالون 1301 شائع الاستخدام في أنظمة الإطفاء بالغمر الكامل. في هذه الأنظمة، تُحفظ مجموعات من أسطوانات الهالون مضغوطة عند حوالي 4 ميجا باسكال (600 رطل لكل بوصة مربعة ) باستخدام النيتروجين المضغوط ، وتتصل بها شبكة أنابيب ثابتة داخل الحجرة المحمية. عند التشغيل، تُفرغ محتويات أسطوانة واحدة أو أكثر بالكامل داخل الحجرة في غضون ثوانٍ قليلة، عبر فوهات مصممة لضمان خلط متجانس في جميع أنحاء الغرفة. تُحسب كمية الغاز المُفرغة مسبقًا لتحقيق التركيز المطلوب، والذي يتراوح عادةً بين 3 و7% حجم/حجم. يُحافظ على هذا المستوى لفترة من الزمن، عادةً لمدة لا تقل عن عشر دقائق، وأحيانًا تصل إلى عشرين دقيقة كفترة "نقع"، لضمان تبريد جميع العناصر وتقليل احتمالية إعادة الاشتعال، ثم يُفرغ الهواء من الحجرة، عادةً عبر نظام تفريغ ثابت تُفعّله السلطات المختصة. خلال هذه الفترة، يُسمح بدخول الحجرة للأشخاص الذين يرتدون أجهزة التنفس ذات الدائرة المغلقة (SCBA) . (هناك خرافة شائعة مفادها أن ذلك يرجع إلى أن الهالون شديد السمية؛ في الواقع، يرجع ذلك إلى أنه يمكن أن يسبب الدوار وضعفًا طفيفًا في الإدراك، وإلى خطر نواتج الاحتراق الثانوية.)  

قد تُشغَّل أنظمة الإغراق يدويًا أو تلقائيًا بواسطة نظام كشف آلي مثل VESDA . في الحالة الأخيرة، يُفعَّل صفير إنذار ومصباح وامض لبضع ثوانٍ لتنبيه الأفراد لإخلاء المنطقة. يؤدي التفريغ السريع للهالون وما يتبعه من تبريد سريع إلى انتشار الضباب في الجو ، مصحوبًا بصوت عالٍ ومُربك.

يُستخدم غاز هالون 1301 أيضًا في نظام التخميل الخاص بمقاتلة إف-16 لمنع أبخرة الوقود في خزانات الوقود من الانفجار؛ فعندما تدخل الطائرة منطقة يُحتمل تعرضها للهجوم، يُحقن هالون 1301 في خزانات الوقود لاستخدامه لمرة واحدة. ونظرًا لاستنزاف طبقة الأوزون، ^يُنظر إلى ثلاثي فلورو يوديد الميثان ( CF3I ) كبديل. ^[ ₁₃ ^]

يُستخدم هالون 1211 عادةً في طفايات الحريق اليدوية، حيث يقوم المستخدم بتوجيه تيار من الهالون السائل نحو حريق صغير. يتبخر التيار تحت ضغط منخفض، مما يُنتج تبريدًا موضعيًا قويًا، بالإضافة إلى تركيز عالٍ من الهالون في محيط الحريق مباشرةً. في هذه الحالة، يُخمد الحريق عن طريق التبريد ونقص الأكسجين في مركزه، فضلًا عن إخماده جذريًا على مساحة أوسع. بعد إخماد الحريق، ينتشر الهالون دون أن يترك أي بقايا.

يُستخدم كلورو الميثان وبروم الميثان لإدخال مجموعات الميثيل في التخليق العضوي . يُعد كلورو ثنائي فلورو الميثان السلف الرئيسي لرباعي فلورو الإيثيلين ، وهو السلف الأحادي للتفلون . ^{[ 1 ]}