Хлорофлуоровъглеводород (CFC): какво представлява, употреби, ефекти

Хлорфлуорвъглеводороди (CFC) са летливи съединения, които произлизат от въглеводороди (обикновено метан и етан), в които един или повече водородни атоми са заменени с флуорни или хлорни атоми. Наричани още хлорфлуорвъглеводороди, такива съединения обикновено се наричат ​​с акронима CFC. CFC са известни със своята ниска реактивност, факта, че са незапалими, имат ниска точка на кипене и са без мирис, без вкус, без цвят и имат ниска токсичност.

Хлорфлуорвъглеродите се използват главно като охлаждащи течности, производството им е започнало през 30-те години на миналия век и достигна своя връх през 70-те години на миналия век, когато се разбра, че такива съединения са отговорни за изчерпването на озоновия слой в стратосфера. Оттогава Протоколът от Монреал установи строги правила за неговото потребление, внос и износ, което прави потреблението на CFC много по-ниско, отколкото преди десетилетия.

Прочетете също: Въглероден оксид — опасностите от този безцветен, без мирис и силно токсичен газ

Теми на тази статия

• 1 - Резюме за хлорфлуорвъглерод (CFC)
• 2 - Какво е CFC?
• 3 - CFC формула
• 4 - Характеристики на хлорфлуорвъглеводороди (CFC)
• 5 - Къде да намеря CFC?
• 6 - Последици от използването на CFC за околната среда
• 7 - Контрол на CFC в атмосферата
• 8 - Как се появиха хлорфлуорвъглеводородите (CFC)?

Резюме за хлорфлуорвъглерод (CFC)

• Хлорфлуорвъглеродите или хлорфлуорвъглеводородите са летливи производни на въглеводороди, които имат хлорни или флуорни атоми вместо водородни атоми.
• Те обикновено се наричат ​​с акронима CFC.
• CFC са химически стабилни, незапалими, без мирис, вкус, безцветни, с ниска токсичност и ниска точка на кипене.
• Те се използват главно като охладители и се продават под търговското наименование Freon.
• Те започват да се произвеждат през 30-те години на миналия век, достигайки голям пик през 70-те години на миналия век, но се осъзнава, че такива съединения са отговорни за намаляването на озоновия слой в стратосферата.
• В края на 70-те години е създаден Монреалският протокол, който въвежда строг контрол върху потреблението, производство, внос и износ на фреони, значително намаляване на употребата и комерсиализацията на такива съединения.

Какво е CFC?

CFC е акроним за клас на съединения, известни като хлорфлуорвъглероди (наричани още хлорфлуорвъглеводороди или хлорфлуорвъглеводороди), състоящ се от летливи производни на въглеводороди (общо взето, метан и етан), в които един или повече водородни атоми са заместени с флуорни или хлорни атоми.

Не спирай сега... Има още след рекламата ;)

CFC формула

CFC обикновено имат обща формула CCl_нЕ_4–n, когато се получава от метан, и C₂кл_нЕ_6–н, когато се получава от етан. В този случай стойността на "n" не може да бъде нула. CFC също са добре известни със своята търговска номенклатура, който използва числа, за да посочи кой CFC имаме предвид. Общата формула за тази номенклатура еCFC-XY, където X е броят на водородите плюс една единица (H + 1), докато Y представлява броят на флуорните атоми.

Хлорните атоми не се появяват в тази номенклатура, но те лесно се идентифицират, ако си спомним, че въглеродните атоми образуват само четири химични връзки. Следователно CFC-11 има 1 въглероден атом, няма водороден атом (X = 1, следователно H + 1 = 1, следователно H = 0) и 1 флуорен атом (Y = 1). Тъй като въглеродът прави 4 връзки и досега е идентифициран само 1 флуорен атом, тогава има 3 хлорни атома, тоест CFC-11 е CCl₃Е.

По подобен начин CFC-22 има 1 въглероден атом, 1 водороден атом, 2 флуорни атома и, тъй като въглеродът прави 4 химични връзки, само 1 хлорен атом; следователно CFC-22 е CHClF₂.

За CFCs с два или повече въглеродни атома, се приема общата формула CFC-XYZ, върху какво:

• X е броят въглеродни атоми, изваден от една единица (C – 1).
• Y е броят на водородите плюс една единица (H + 1).
• Z е броят на присъстващите флуорни атоми.

По същия начин, хлорните атоми се вземат от разликата, базирана на четирите връзки на въглеродния атом. Въпреки това, не забравяйте, че ще има връзка въглерод-въглерод, така че общият брой на линкерите е равен на шест (точно както в етана).

Например, CFC-113 има X = 1, така че има 2 въглеродни атома (C – 1 = 1, C = 2); има Y = 1, така че няма водородни атоми (H + 1 = 1, H = 0); има Z = 3, така че има 3 флуорни атома. По този начин можем да заявим, че CFC-113 е C₂кл₃Е₃.

Вижте също: Как се определя номенклатурата на въглеводородите

Характеристики на хлорфлуорвъглеводородите (CFC)

CFC имат физични и химични характеристики, които оправдават основната им промишлена и търговска употреба, те са/имат:

• запалими;
• безвкусен (безвкусен);
• без мирис (без мирис);
• ниска токсичност;
• добра химическа стабилност;
• ниска корозивност по време на употреба;
• ниска цена;
• летливи (точка на кипене близо до 0 °C);
• разумна цена.

Къде се използват хлорфлуорвъглеводороди (CFC)?

CFC се използват като хладилни агенти.

Поради тяхната безопасност, летливост, цена и химическа стабилност, фреоните са се доказали като добри съединения за използване като:

• разтворители;
• пожарогасители;
• пропеленти в аерозолни кутии (като спрей дезодорант);
• като хладилни газове (в хладилници, фризери и хладилни уреди);
• като разпенващи агенти при производството на пени, като например полиуретан.

CFC се продават на пазара от химическата индустрия DuPont под регистрираното име Freon.

Къде да намеря CFC?

Повечето от CFC, които съществуват на планетата днес, са с антропогенен (човешки) произход. Проучванията доказват това количеството CFC, получено от естествена дейност, е малко в сравнение с това, произведено от хората. Показанията на слоеве не много по-ниски от леда показват, че през 19 век концентрацията на CFC в атмосферата е била практически нулева.

Всъщност производството на CFC започва през 30-те години на миналия век с пикове през 70-те и 80-те години на миналия век и данните показват, че производството на CFC-11 и CFC-12 се е увеличило от 100 тона през 1931 г. до 583 хиляди тона през 1931 г. 1980. Производството му спря едва в края на 80-те години на миналия век с установяването на Монреалския протокол. Повечето от произведените фреони мигрират към горните слоеве на атмосферата, като стратосферата, което има тежки последици за живота ни на Земята.

Последици от използването на CFC за околната среда

Масовото използване на фреони рязко засегна озоновия слой.

CFC са тясно свързани с проблем, известен катодупка в озоновия слой, слой, богат на озон (О₃), отговорен за поглъщането на част от слънчевата радиация и който се намира в стратосферата (15-30 км спрямо земната почва).

Въпреки че са по-плътни от въздуха, CFC са химически стабилни и в крайна сметка се пренасят от долните слоеве от атмосферата (тропосферата) към стратосферата в резултат на разликите в налягането и температурата. Такива механизми за смесване на междинни слоеве в крайна сметка са по-бързи от времето, необходимо за химически процеси за отстраняване на CFC от въздуха. В крайна сметка те се пренасят в опаковки с въздух и замърсители, подобно на хората, пренасяни в балон с горещ въздух.

Да бъде елиминиран в тропосферата и да не достигне стратосферата, Има само два начина за изхвърляне на CFC:отлагане (от дъжд) или реакция. Случва се така, че такива съединения са слабо разтворими във вода и следователно дъждът не е добър механизъм за елиминиране на CFC газове. Що се отнася до реакциите, необходими са окислители, като хидроксилни радикали, нитрат или озон.

Въпреки това, като се има предвид стабилността и ниската реактивност с такива окислителни радикали, CFC остават във въздуха за дълго време и тихо достига стратосферата. Само за сравнение, хидроксилният радикал се нуждае от 80 години, за да реагира с CFCs, нещо, което отнема около 17 дни, за да направи с метанола.

Веднъж в стратосферата, CFC може да претърпи реакция на фотолиза (разгражда се от действието на светлината) и освобождават хлорни радикали. Като пример ще използваме CFC-11 (CFCl₃) и CFC-12 (CF₂кл₂):

• Фотолиза на CFC: CFCl₃ (или CF₂кл₂) + светлина → CFCl₂ (или CF₂Cl) + Cl
• О загуба₃ в средна и горна стратосфера:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Глобален: The₃ +O → 2O₂

• О загуба₃ в долната стратосфера:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + светлина → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + О₂

Общо: 2O₃ → 30₂

Сега е научен консенсус, че Вие CFC са ключови агенти в дупката, открита в озоновия слой, в края на 70-те години, в района на Антарктика.

Знам повече: Какво представляват парниковите газове?

Контрол на CFC в атмосферата

Като начин за задържане на CFC в атмосферата и демонстриране на тяхната загриженост за намаляването на озоновия слой, през 1985 г. няколко държави се срещнаха в Австрия, по-точно във Виена, Виенската конвенция за опазване на озоновия слой. Това събитие беше изключително важно за създаването през 1987 г. на Монреалския протокол Вещества, които нарушават озоновия слой, международен договор, който влезе в сила от първия ден от 1989г.

Монреалският протокол беше подписан от няколко държави, включително Бразилия, която придаде правна сила на своите действия чрез Указ №. Основната цел ще бъде прогресивното намаляване на производството и потреблението на така наречените вещества, които разрушават озоновия слой (SDO) до пълното му елиминиране.

Протоколът от Монреал е единственото многостранно споразумение за околната среда, чието приемане е всеобщо, т.е. 197-те държави са се ангажирали да опазват озоновия слой. В Бразилия CFC са забранени за внос, както няма национално производство на ОРВ. Контролът е поверен на Ibama, като само някои SDO са разрешени за внос, но с ограничения и широк контрол.

Как са възникнали хлорфлуорвъглеродите (CFC)?

През 1920 г. хладилници и климатични системи използвани компосткато амоняк, хлорометан, пропан и серен диоксид като охлаждащи течности. Въпреки че са ефективни, такива съединения са токсичен и запалим. Освен това излагането им може не само да причини сериозни щети, но и да доведе до смърт.

Именно там екип, воден от Томас Мидгли младши работи за разработването на алтернатива който не е имал такива проблеми, за да служи като охлаждаща течност. Екипът се фокусира върху халогенирани съединения, известни със своята летливост и химическа инертност, интересни свойства за веществата.

Първото разработено съединение е CF₂кл₂, по това време известен като фреон (или CFC-12). За своята стипендия Мидгли е получила множество отличия, включително медала Пъркин на Дружеството на химическата индустрия през 1937 г. и медала на Пристли, най-високата награда на Американското химическо дружество (Американското химическо дружество).

През 70-те години CFC са широко разпространени, с годишно производство, достигащо близо 1 милион тона, което представлява дял от почти 500 милиона долара от химическата индустрия.

източници:

АНДИНО, Дж. М. Хлорфлуорвъглеродите (CFC) са по-тежки от въздуха, така че как учените предполагат, че тези химикали достигат височината на озоновия слой, за да му повлияят неблагоприятно? Scientific American. 21 окт. 1999. Наличен на: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Достъп на 25 юни. 2023.

АМЕРИКАНСКО ХИМИЧЕСКО ДРУЖЕСТВО – ACS. Хлорфлуорвъглеводороди и разрушаване на озоновия слой. Национална историческа химическа забележителност на ACS. 18 апр. 2017. Достъпен в: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Достъп на 25 юни. 2023.

БЪТЛЪР, Дж. з. et al. Запис на атмосферни халокарбони през двадесети век от полярен фирнов въздух. Природата. 399, стр. 749-755. 1999.

ФИНЛЕЙСЪН-ПИТС, Б. J.; ПИТС, Дж. Не. Хомогенна и хетерогенна химия в стратосферата. в: Химия на горната и долната атмосфера. гл. 12. П. 657-726. Сан Диего, Калифорния: Academic Press, 2000 г.

БРАЗИЛСКИ ИНСТИТУТ ПО ОКОЛНАТА СРЕДА И ВЪЗОБНОВЯЕМИТЕ ПРИРОДНИ РЕСУРСИ – IBAMA. Монреалски протокол. 29 ноем. 2022. Достъпен в: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Достъп на 25 юни. 2023.

КИМ, К.; ШОН, З.; НГУЕН, Х. T.; ДЖОН, Е. Преглед на основните хлорфлуорвъглеводороди и техните алтернативи на халокарбони във въздуха. Атмосферна среда. н. 45. П. 1369-1382. 2011.

МИНИСТЕРСТВО НА ОКОЛНАТА СРЕДА И ИЗМЕНЕНИЕТО НА КЛИМАТА. Виенската конвенция и Монреалския протокол. 29 апр. 2022. Достъпен в: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Достъп на 25 юни. 2023.

От Стефано Араухо Новаис
Учител по химия

Корозията на металите, главно желязото, възниква в електрохимични процеси на окислително-редукционни реакции.

Запознайте се с парниковите газове, тяхното въздействие и как могат да повишат температурата на нашата планета.

Знаете ли какво е идеален газ? Запознайте се с модела на идеалния газ, разберете какви са неговите характеристики и вижте решени упражнения по тази тема!

Научете какво е въглероден окис, как се произвежда и усложненията, причинени на хората, когато са изложени на този изключително токсичен газ.

Щракнете тук, научете за номенклатурата на въглеводородите, установена от текущите правила на IUPAC, и вижте примери.

Ползи и вреди, причинени от кислорода.

Научете повече за озоновия газ, както и за неговите характеристики, свойства, образуване, рискове и озоновия слой.

Изтъняването на озоновия слой от хлорфлуорвъглеводороди.

Открийте разликата между изотермични, изобарни и изоволюметрични газови трансформации.