الكلوروفلوروكربون (CFC): ما هو ، الاستخدامات ، الآثار

مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFC) هي مركبات متطايرة مشتقة من الهيدروكربونات (عادةً الميثان والإيثان) ، حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بذرات الفلور أو الكلور. تسمى أيضًا مركبات الكربون الكلورية فلورية ، وعادة ما يشار إلى هذه المركبات بالاختصار CFC. تُعرف مركبات الكربون الكلورية فلورية بفاعلية منخفضة ، وحقيقة أنها غير قابلة للاشتعال ، ولها نقطة غليان منخفضة ، وعديمة الرائحة ، وعديمة الطعم ، وعديمة اللون ، وذات سمية منخفضة.

تُستخدم مركبات الكربون الكلورية فلورية بشكل أساسي كمبردات ، وقد بدأ الإنتاج في ثلاثينيات القرن الماضي بلغ ذروته في السبعينيات ، عندما تم إدراك أن هذه المركبات كانت مسؤولة عن استنفاد طبقة الأوزون في الستراتوسفير. منذ ذلك الحين ، وضع بروتوكول مونتريال قواعد صارمة لاستهلاكه واستيراده وتصديره ، مما يجعل استهلاك مركبات الكربون الكلورية فلورية أقل بكثير مما كان عليه منذ عقود.

اقرأ أيضا: أول أكسيد الكربون - مخاطر هذا الغاز عديم اللون والرائحة والسامة للغاية

مواضيع هذا المقال

• 1 - ملخص عن مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFC)
• 2 - ما هو الكلوروفلوروكربون؟
• 3 - صيغة CFC
• 4 - خصائص مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFC)
• 5 - أين تجد الكلوروفلوروكربون؟
• 6 - عواقب استخدام الكلوروفلوروكربون على البيئة
• 7- التحكم في مركبات الكلوروفلوروكربون في الغلاف الجوي
• 8 - كيف ظهرت مركبات الكربون الكلورية فلورية؟

ملخص عن مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFC)

• مركبات الكربون الكلورية فلورية أو مركبات الكربون الكلورية فلورية هي مشتقات متطايرة من الهيدروكربونات التي تحتوي على ذرات الكلور أو الفلور بدلاً من ذرات الهيدروجين.
• يشار إليها عادة بالمختصر CFC.
• مركبات الكربون الكلورية فلورية مستقرة كيميائياً ، وغير قابلة للاشتعال ، وعديمة الرائحة ، ولا طعم لها ، وعديمة اللون ، وذات سمية منخفضة ولها نقطة غليان منخفضة.
• تستخدم بشكل أساسي كمبردات وتم بيعها تحت الاسم التجاري الفريون.
• بدأ إنتاجها في ثلاثينيات القرن الماضي ، ووصلت إلى ذروتها في السبعينيات ، ومع ذلك ، فقد تم إدراك أن مثل هذه المركبات كانت مسؤولة عن تقليل طبقة الأوزون في الستراتوسفير.
• في نهاية السبعينيات ، تم إنشاء بروتوكول مونتريال ، الذي فرض رقابة صارمة على الاستهلاك ، إنتاج واستيراد وتصدير مركبات الكربون الكلورية فلورية ، مما يقلل بشكل كبير من استخدامها وتسويقها مجمعات سكنية.

ما هو الـ CFC؟

CFC هو اختصار لفئة مركبات تعرف باسم مركبات الكربون الكلورية فلورية (وتسمى أيضًا مركبات الكربون الكلورية فلورية أو مركبات الكربون الكلورية فلورية) ، وتتكون من مشتقات الهيدروكربونات المتطايرة (على العموم، الميثان والإيثان) ، حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بذرات فلور أو كلور.

لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الدعاية ؛)

صيغة CFC

عادة ما تحتوي مركبات الكربون الكلورية فلورية الصيغة العامة CCl_نF_4-ن، عندما تشتق من الميثان ، و C.₂Cl_نF_{6 ن}، عندما تشتق من الإيثان. في هذه الحالة ، لا يمكن أن تكون قيمة "n" صفرًا. مركبات الكلوروفلوروكربون معروفون أيضًا بتسمياتهم التجارية، والذي يستخدم أرقامًا للإشارة إلى CFC التي نشير إليها. الصيغة العامة لهذه التسمية هيالكلوروفلوروكربون- XY، حيث X هو عدد الهيدروجين زائد وحدة واحدة (H + 1) ، بينما Y تمثل عدد ذرات الفلور.

لا تظهر ذرات الكلور في هذه التسمية ، ولكن يمكن التعرف عليها بسهولة إذا تذكرنا ذرات الكربون فقط أربع روابط كيميائية. لذلك ، يحتوي CFC-11 على ذرة كربون واحدة ، ولا توجد ذرة هيدروجين (X = 1 ، لذلك H + 1 = 1 ، وبالتالي H = 0) وذرة فلور واحدة (Y = 1). نظرًا لأن الكربون يصنع 4 روابط ، وحتى الآن تم تحديد ذرة فلور واحدة فقط ، فهناك 3 ذرات كلور ، أي CFC-11 هو CCl₃F.

وبالمثل ، يحتوي CFC-22 على ذرة كربون واحدة ، وذرة هيدروجين واحدة ، وذرتان فلور ، ولأن الكربون يصنع 4 روابط كيميائية ، فإن ذرة كلور واحدة فقط ؛ لذلك ، CFC-22 هو CHClF₂.

ل مركبات الكربون الكلورية فلورية التي تحتوي على ذرتين أو أكثر من ذرات الكربون ، يتم اعتماد الصيغة العامة CFC-XYZ، على ماذا:

• X هو عدد ذرات الكربون التي تم طرحها من وحدة واحدة (C - 1).
• Y هو عدد الهيدروجين زائد وحدة واحدة (H + 1).
• Z هو عدد ذرات الفلور الموجودة.

وبالمثل ، تؤخذ ذرات الكلور بالاختلاف على أساس الروابط الأربعة لذرة الكربون. ومع ذلك ، تذكر أنه سيكون هناك رابطة كربون-كربون ، وبالتالي فإن العدد الإجمالي للوصلات يساوي ستة (تمامًا كما هو الحال في الإيثان).

على سبيل المثال ، يحتوي CFC-113 على X = 1 ، لذلك فهو يحتوي على ذرتين من الكربون (C - 1 = 1 ، C = 2) ؛ لديها Y = 1 ، لذلك لا يوجد بها ذرات هيدروجين (H + 1 = 1 ، H = 0) ؛ لديها Z = 3 ، لذا فهي تحتوي على 3 ذرات فلور. وبالتالي ، يمكننا القول أن CFC-113 هو C₂Cl₃F₃.

نرى أيضا: كيف يتم تعريف تسمية الهيدروكربونات

خصائص مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFCs)

مركبات الكربون الكلورية فلورية لها خصائص فيزيائية وكيميائية تبرر استخداماتها الصناعية والتجارية الرئيسية ، فهي / لديها:

• قابل للاشتعال.
• لا طعم له (لا طعم له) ؛
• عديم الرائحة (بدون رائحة) ؛
• سمية منخفضة
• استقرار كيميائي جيد
• تآكل منخفض أثناء الاستخدام ؛
• تكلفة منخفضة؛
• المواد المتطايرة (نقطة الغليان قريبة من 0 درجة مئوية) ؛
• تكلفة معقولة.

أين تستخدم مركبات الكربون الكلورية فلورية؟

تستخدم مركبات الكربون الكلورية فلورية كمبردات.

نظرًا لسلامتها وتقلبها وتكلفتها واستقرارها الكيميائي ، فقد أثبتت مركبات الكربون الكلورية فلورية أنها مركبات جيدة لاستخدامها مثل:

• المذيبات.
• طفايات الحريق؛
• الدوافع في علب الهباء الجوي (مثل رذاذ مزيل العرق) ؛
• كغازات تبريد (في الثلاجات والمجمدات وأجهزة التبريد) ؛
• كعوامل نفخ في إنتاج الرغوة ، مثل البولي يوريثين.

تم بيع مركبات الكربون الكلورية فلورية في السوق من قبل الصناعة الكيميائية دوبونت تحت الاسم المسجل فريون.

أين تجد الكلوروفلوروكربون؟

معظم مركبات الكربون الكلورية فلورية الموجودة على كوكب الأرض اليوم هي من أصل بشري (بشري). تثبت الدراسات ذلك كمية الكلوروفلوروكربون المشتقة من النشاط الطبيعي ضئيلة مقارنة بتلك التي ينتجها الإنسان. تشير قراءات الطبقات التي ليست أقل بكثير من الجليد إلى أنه في القرن التاسع عشر ، كان تركيز مركبات الكربون الكلورية فلورية في الغلاف الجوي صفرًا تقريبًا.

في الواقع ، بدأ إنتاج مركبات الكربون الكلورية فلورية في الثلاثينيات ، وبلغ ذروته في السبعينيات والثمانينيات ، والبيانات إثبات أن إنتاج CFC-11 و CFC-12 قد زاد من 100 طن في عام 1931 إلى 583 ألف طن في 1980. توقف إنتاجه فقط في نهاية الثمانينيات ، مع مؤسسة بروتوكول مونتريال. تهاجر معظم مركبات الكربون الكلورية فلورية المنتجة إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي، مثل الستراتوسفير ، والتي لها عواقب وخيمة على حياتنا على الأرض.

عواقب استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية على البيئة

أثر الاستخدام المكثف لمركبات الكربون الكلورية فلورية على طبقة الأوزون بشكل مفاجئ.

مركبات الكلوروفلوروكربون ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمشكلة تعرف باسمثقب في طبقة الأوزون، طبقة غنية الأوزون (O₃)، المسؤولة عن امتصاص جزء من الإشعاع الشمسي ، والتي تقع في طبقة الستراتوسفير (15-30 كم بالنسبة للتربة الأرضية).

على الرغم من كونها أكثر كثافة من الهواء ، إلا أن مركبات الكربون الكلورية فلورية مستقرة كيميائيًا و في نهاية المطاف يتم حملها من الطبقات السفلية من الغلاف الجوي (التروبوسفير) إلى الستراتوسفير نتيجة للاختلافات في الضغط ودرجة الحرارة. تنتهي آليات خلط الطبقة البينية هذه بأن تكون أسرع من الوقت المطلوب للعمليات الكيميائية لإزالة مركبات الكربون الكلورية فلورية من الهواء. ينتهي بهم الأمر في عبوات من الهواء والملوثات ، مثل الأشخاص الذين يتم حملهم في منطاد الهواء الساخن.

ليتم التخلص منه في طبقة التروبوسفير وعدم الوصول إلى طبقة الستراتوسفير ، هناك طريقتان فقط للتخلص من مركبات الكربون الكلورية فلورية:ترسب (بالمطر) أو رد فعل. يحدث أن تكون هذه المركبات ضعيفة الذوبان في الماء ، وبالتالي ، فإن المطر ليس آلية جيدة للتخلص من غازات الكلوروفلوروكربون. بقدر ما يتعلق الأمر بالتفاعلات ، فإن العوامل المؤكسدة مطلوبة ، مثل جذور الهيدروكسيل أو النترات أو الأوزون.

ومع ذلك ، بالنظر إلى الاستقرار والتفاعل المنخفض مع هذه الجذور المؤكسدة ، ينتهي الأمر بمركبات الكلوروفلوروكربون في الهواء لفترة طويلة وتصل بهدوء إلى الستراتوسفير. فقط من أجل المقارنة ، يحتاج جذر الهيدروكسيل إلى 80 عامًا للتفاعل مع مركبات الكربون الكلورية فلورية ، وهو أمر يستغرق حوالي 17 يومًا للتعامل مع الميثانول.

مرة واحدة في الستراتوسفير ، مركبات الكربون الكلورية فلورية قد يخضع لرد فعل التحلل الضوئي (يتكسر بفعل الضوء) ويطلق جذور الكلور. كمثال ، سوف نستخدم CFC-11 (CFCl₃) و CFC-12 (CF₂Cl₂):

• التحلل الضوئي لـ CFC: CFCl₃ (أو CF₂Cl₂) + ضوء → CFCl₂ (أو CF₂Cl) + Cl
• يا خسارة₃ في الستراتوسفير الوسطى والعليا:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

عالمي: إن₃ + O → 2O₂

• يا خسارة₃ في طبقة الستراتوسفير السفلى:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + الضوء → Cl + OH

أوه + يا₃ → HO₂ + س₂

بشكل عام: 2O₃ → 30₂

إنه إجماع علمي الآن على ذلك أنت مركبات الكلوروفلوروكربون عوامل رئيسية في الفتحة المكتشفة في طبقة الأوزون ، في أواخر السبعينيات ، في منطقة القطب الجنوبي.

تعرف أكثر: ما هي غازات الاحتباس الحراري؟

التحكم في مركبات الكربون الكلورية فلورية في الغلاف الجوي

كطريقة لاحتواء مركبات الكربون الكلورية فلورية في الغلاف الجوي وإثبات اهتمامها بتخفيض طبقة الأوزون ، اجتمعت عدة بلدان في النمسا في عام 1985 ، وتحديداً في فيينا ، اتفاقية فيينا لحماية طبقة الأوزون. كان هذا الحدث في غاية الأهمية ، في عام 1987 ، لإنشاء بروتوكول مونتريال في المواد المستنفدة لطبقة الأوزون ، معاهدة دولية دخلت حيز التنفيذ في اليوم الأول من عام 1989.

تم التوقيع على بروتوكول مونتريال من قبل العديد من البلدان ، بما في ذلك البرازيل ، مما أعطى الأثر القانوني لإجراءاتها من خلال المرسوم رقم. سيكون الهدف الرئيسي هو التقدمي تقليل إنتاج واستهلاك ما يسمى بالمواد التي تستنفد طبقة الأوزون (SDO) حتى القضاء التام عليها.

بروتوكول مونتريال هو الاتفاق البيئي الوحيد متعدد الأطراف الذي يتم اعتماده عالميًا ، أي أن 197 دولة ملتزمة بحماية طبقة الأوزون. في البرازيل ، يحظر استيراد مركبات الكربون الكلورية فلورية، مثلما لا يوجد إنتاج وطني للمواد المستنفدة للأوزون. التحكم مسؤول عن Ibama ، ولا يُسمح إلا باستيراد بعض SDO ، ولكن مع قيود ورقابة واسعة.

كيف نشأت مركبات الكربون الكلورية فلورية؟

في عشرينيات القرن الماضي ، الثلاجات وأنظمة تكييف الهواء المستخدمة في السمادق مثل الأمونيا والكلوروميثان والبروبان وثاني أكسيد الكبريت كمبردات. على الرغم من كونها فعالة ، كانت هذه المركبات سامة وقابلة للاشتعال. علاوة على ذلك ، لا يمكن أن يتسبب التعرض لها في أضرار جسيمة فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى الوفاة.

كان هناك ذلك الفريق بقيادة عمل توماس ميدجلي جونيور على تطوير بديل التي ليس لديها مثل هذه المشاكل لتكون بمثابة مبرد. ركز الفريق على المركبات المهلجنة ، المعروفة بتطايرها وخاملها الكيميائي ، وهي خصائص مهمة للمواد.

أول مركب تم تطويره كان CF₂Cl₂، في ذلك الوقت تعرف باسم الفريون (أو CFC-12). لمنحتها الدراسية ، حصلت ميدجلي على العديد من الأوسمة ، بما في ذلك ميدالية بيركين من جمعية الصناعة الكيميائية في 1937 ، وميدالية بريستلي ، أعلى جائزة من الجمعية الكيميائية الأمريكية (الجمعية الكيميائية الأمريكية).

في السبعينيات ، كانت مركبات الكربون الكلورية فلورية منتشرة على نطاق واسع، بإنتاج سنوي يقترب من مليون طن ، تمثل حصة تقارب 500 مليون دولار من صناعة الكيماويات.

مصادر:

أندينو ، ج. م. مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) أثقل من الهواء ، فكيف يفترض العلماء أن هذه المواد الكيميائية تصل إلى ارتفاع طبقة الأوزون لتؤثر سلبًا عليها؟ Scientific American. 21 أكتوبر 1999. متاح في: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. تم الوصول إليه في 25 Jun. 2023.

الجمعية الكيميائية الأمريكية - ACS. الكلوروفلوروكربون واستنفاد الأوزون. ACS National Historic Chemical Landmark. 18 أبريل. 2017. متوفر في: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. تم الوصول إليه في 25 Jun. 2023.

بتلر ، ج. ح. وآخرون. سجل للهالوكربونات في الغلاف الجوي خلال القرن العشرين من الهواء القطبي. طبيعة. 399 ، ص. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS ، ب. ياء ؛ بيتس ، ج. لا. كيمياء متجانسة وغير متجانسة في الستراتوسفير. في: كيمياء الغلاف الجوي العلوي والسفلي. الفصل. 12. ص. 657-726. سان دييغو ، كاليفورنيا: Academic Press ، 2000.

المعهد البرازيلي للبيئة والموارد الطبيعية المتجددة - إيباما. بروتوكول مونتريال. 29 نوفمبر. 2022. متوفر في: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. تم الوصول إليه في 25 Jun. 2023.

كيم ، ك. شون ، زي ؛ نجوين ، هـ. تي ؛ جيون ، إي. مراجعة لمركبات الكلوروفلوروكربون الرئيسية وبدائلها الهالوجينية في الهواء. بيئة الغلاف الجوي. ن. 45. ص. 1369-1382. 2011.

وزارة البيئة وتغير المناخ. اتفاقية فيينا وبروتوكول مونتريال. 29 أبريل. 2022. متوفر في: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. تم الوصول إليه في 25 Jun. 2023.

بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء

يحدث تآكل المعادن ، وخاصة الحديد ، في العمليات الكهروكيميائية لتفاعلات الأكسدة والاختزال.

تعرف على غازات الاحتباس الحراري وتأثيراتها وكيف يمكنها زيادة درجة حرارة كوكبنا.

هل تعرف ما هو الغاز المثالي؟ تعرف على نموذج الغاز المثالي ، واكتشف خصائصه واطلع على التمارين التي تم حلها حول هذا الموضوع!

تعرف على ماهية أول أكسيد الكربون وكيفية إنتاجه والمضاعفات التي يتعرض لها الإنسان عند تعرضه لهذا الغاز شديد السمية.

انقر هنا ، وتعرف على تسميات الهيدروكربونات ، التي وضعتها قواعد IUPAC الحالية ، واطلع على الأمثلة.

الفوائد والأضرار التي يسببها الأكسجين.

تعرف على المزيد حول غاز الأوزون ، بالإضافة إلى خصائصه وخصائصه وتكوينه ومخاطره وطبقة الأوزون.

استنفاد طبقة الأوزون بواسطة مركبات الكربون الكلورية فلورية.

اكتشف الفرق بين تحويلات الغاز متساوي الحرارة ومتساوي الضغط ومتساوي الحجم.