Chlorfluorkarbon (CFC): co to je, použití, účinky

Chlorfluoruhlovodíky (CFC) jsou těkavé sloučeniny, které pocházejí z uhlovodíků (obvykle methan a ethan), ve kterých je jeden nebo více atomů vodíku nahrazeno atomy fluoru nebo chloru. Takové sloučeniny se také nazývají chlorfluoruhlovodíky a běžně se označují zkratkou CFC. CFC jsou známé pro svou nízkou reaktivitu, skutečnost, že jsou nehořlavé, mají nízký bod varu a jsou bez zápachu, chuti, barvy a mají nízkou toxicitu.

Chlorfluoruhlovodíky se používají hlavně jako chladicí kapaliny, jejich výroba začala ve 30. letech 20. století vyvrcholila v 70. letech 20. století, kdy se zjistilo, že tyto sloučeniny jsou zodpovědné za poškozování ozonové vrstvy stratosféra. Od té doby Montrealský protokol stanovil přísná pravidla pro jeho spotřebu, dovoz a vývoz, díky čemuž byla spotřeba freonů mnohem nižší než před desítkami let.

Přečtěte si také: Oxid uhelnatý – nebezpečí tohoto bezbarvého, bez zápachu a vysoce toxického plynu

Témata tohoto článku

• 1 – Souhrn chlorfluoruhlovodíků (CFC)
• 2 - Co je to CFC?
• 3 - Vzorec CFC
• 4 - Charakteristika chlorfluoruhlovodíků (CFC)
• 5 – Kde najít CFC?
• 6 - Důsledky používání CFC pro životní prostředí
• 7 - Kontrola CFC v atmosféře
• 8 - Jak se objevily chlorfluoruhlovodíky (CFC)?

Shrnutí chlorfluoruhlovodíků (CFC)

• Chlorfluoruhlovodíky nebo chlorfluoruhlovodíky jsou těkavé deriváty uhlovodíků, které mají atomy chloru nebo fluoru místo atomů vodíku.
• Jsou běžně označovány zkratkou CFC.
• CFC jsou chemicky stálé, nehořlavé, bez zápachu, chuti, bez barvy, s nízkou toxicitou a mají nízký bod varu.
• Používají se především jako chladicí kapaliny a byly prodávány pod obchodním názvem Freon.
• Začaly se vyrábět ve 30. letech 20. století, velkého vrcholu dosáhly v 70. letech 20. století, nicméně se zjistilo, že takové sloučeniny jsou zodpovědné za redukci ozonové vrstvy ve stratosféře.
• Na konci 70. let vznikl Montrealský protokol, který přinesl přísnou kontrolu spotřeby, výroba, dovoz a vývoz freonů, což značně omezuje jejich používání a komercializaci sloučeniny.

Co je CFC?

CFC je zkratka pro třídu sloučeniny známé jako chlorfluoruhlovodíky (také nazývané chlorfluoruhlovodíky nebo chlorfluoruhlovodíky), sestávající z těkavé deriváty uhlovodíků (obecně, metan a ethan), ve kterých je jeden nebo více atomů vodíku nahrazeno atomy fluoru nebo chloru.

Nepřestávej teď... Po publicitě je toho víc ;)

Vzorec CFC

CFC běžně mají obecný vzorec CCl_nF_4–n, když je odvozen z metanu, a C₂Cl_nF_6–n, když je odvozen od etanu. V tomto případě nemůže být hodnota „n“ nula. CFC jsou také dobře známé pro svou obchodní nomenklaturu, který používá čísla k označení CFC, na které odkazujeme. Obecný vzorec pro tuto nomenklaturu jeCFC-XY, kde X je počet vodíků plus jedna jednotka (H + 1), zatímco Y je počet atomů fluoru.

Atomy chloru se v této nomenklatuře nevyskytují, ale lze je snadno identifikovat, pokud si pamatujeme, že atomy uhlíku tvoří pouze čtyři chemické vazby. Proto CFC-11 má 1 atom uhlíku, žádný atom vodíku (X = 1, proto H + 1 = 1, proto H = 0) a 1 atom fluoru (Y = 1). Protože uhlík tvoří 4 vazby a dosud byl identifikován pouze 1 atom fluoru, existují 3 atomy chloru, to znamená, že CFC-11 je CCl₃F.

Podobně CFC-22 má 1 atom uhlíku, 1 atom vodíku, 2 atomy fluoru a protože uhlík tvoří 4 chemické vazby, pouze 1 atom chloru; proto CFC-22 je CHClF₂.

Pro CFC se dvěma nebo více atomy uhlíku se přejímá obecný vzorec CFC-XYZ, o tom, co:

• X je počet uhlíků odečtených od jedné jednotky (C – 1).
• Y je počet vodíků plus jedna jednotka (H + 1).
• Z je počet přítomných atomů fluoru.

Podobně jsou atomy chloru brány rozdílem založeným na čtyřech vazbách atomu uhlíku. Pamatujte však, že bude existovat vazba uhlík-uhlík, takže celkový počet linkerů se rovná šesti (stejně jako v etanu).

Například CFC-113 má X = 1, takže má 2 atomy uhlíku (C – 1 = 1, C = 2); má Y = 1, takže nemá žádné atomy vodíku (H + 1 = 1, H = 0); má Z = 3, má tedy 3 atomy fluoru. Můžeme tedy prohlásit, že CFC-113 je C₂Cl₃F₃.

Viz také: Jak je definována nomenklatura uhlovodíků

Vlastnosti chlorfluoruhlovodíků (CFC)

CFC mají fyzikální a chemické vlastnosti, které ospravedlňují jejich hlavní průmyslové a komerční použití, jsou/mají:

• hořlavý;
• mdlý (bez chuti);
• bez zápachu (bez zápachu);
• nízká toxicita;
• dobrá chemická stabilita;
• nízká korozivnost během používání;
• nízké náklady;
• těkavé látky (bod varu blízko 0 °C);
• rozumné náklady.

Kde se používají chlorfluoruhlovodíky (CFC)?

CFC se používají jako chladivo.

Díky jejich bezpečnosti, těkavosti, ceně a chemické stabilitě se CFC ukázaly jako dobré sloučeniny pro použití tak jako:

• rozpouštědla;
• hasicí přístroje;
• hnací plyny v aerosolových plechovkách (jako je sprejový deodorant);
• jako chladicí plyny (v ledničkách, mrazničkách a chladicích zařízeních);
• jako nadouvadla při výrobě pěn, jako je polyuretan.

CFC prodával na trhu chemický průmysl DuPont pod registrovaným názvem Freon.

Kde najít CFC?

Většina freonů, které dnes na planetě existují, je antropogenního (lidského) původu. Studie to dokazují množství CFC pocházející z přirozené aktivity je nepatrné ve srovnání s množstvím produkovaným lidmi. Údaje o vrstvách, které nejsou o mnoho níže než led, naznačují, že v 19. století byla koncentrace freonů v atmosféře prakticky nulová.

Ve skutečnosti výroba CFC začala ve 30. letech 20. století s vrcholy v 70. a 80. letech 20. století a údaje prokázat, že produkce CFC-11 a CFC-12 vzrostla ze 100 tun v roce 1931 na 583 tisíc tun v roce 1980. Jeho výroba se zastavila až na konci 80. let 20. století zavedením Montrealského protokolu. Většina vyrobených freonů migruje do horní vrstvy atmosféry, jako je stratosféra, která má vážné důsledky pro náš život na Zemi.

Důsledky používání CFC pro životní prostředí

Masivní používání freonů náhle ovlivnilo ozonovou vrstvu.

CFC jsou úzce spojeny s problémem známým jakodíru v ozonové vrstvě, vrstva bohatá na ozon (O₃), který je zodpovědný za pohlcování části slunečního záření a který se nachází ve stratosféře (15-30 km ve vztahu k pozemské půdě).

Přestože jsou freony hustší než vzduch, jsou chemicky stabilní a nakonec jsou přenášeny ze spodních vrstev z atmosféry (troposféry) do stratosféry v důsledku rozdílů v tlaku a teplotě. Takové mechanismy míchání mezivrstvy jsou nakonec rychlejší, než je doba potřebná pro chemické procesy k odstranění CFC ze vzduchu. Nakonec jsou přepravováni v balíčcích se vzduchem a kontaminanty, podobně jako lidé přepravovaní v horkovzdušném balónu.

Být eliminován v troposféře a nedostat se do stratosféry, Existují pouze dva způsoby, jak zlikvidovat CFC:usazování (deštěm) nebo reakce. Stává se, že takové sloučeniny jsou špatně rozpustné ve vodě, a proto déšť není dobrým mechanismem pro eliminaci plynů CFC. Pokud jde o reakce, jsou zapotřebí oxidační činidla, jako jsou hydroxylové radikály, dusičnany nebo ozón.

Avšak vzhledem ke stabilitě a nízké reaktivitě s takovými oxidačními radikály, CFC nakonec zůstanou ve vzduchu po dlouhou dobu a tiše dosáhnout stratosféry. Jen pro srovnání, hydroxylový radikál potřebuje 80 let na to, aby reagoval s CFC, což u metanolu trvá asi 17 dní.

Jednou ve stratosféře, freony může podléhat fotolytické reakci (rozpadá se působením světla) a uvolňují radikály chloru. Jako příklad použijeme CFC-11 (CFCl₃) a CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotolýza CFC: CFCl₃ (nebo CF₂Cl₂) + světlo → CFCl₂ (nebo CF₂Cl) + Cl
• O ztrátu₃ ve střední a horní stratosféře:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globální: The₃ +O → 2O₂

• O ztrátu₃ ve spodní stratosféře:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + světlo → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Celkově: 2O₃ → 30₂

To je nyní vědecký konsenzus vy CFC jsou klíčové látky v díře zjištěné v ozonové vrstvě koncem 70. let v antarktické oblasti.

Vědět více: Jaké jsou skleníkové plyny?

Kontrola CFC v atmosféře

V roce 1985 se v Rakousku, přesněji ve Vídni, sešlo několik zemí jako způsob, jak zadržet freony v atmosféře a demonstrovat svůj zájem o redukci ozonové vrstvy. Vídeňská úmluva o ochraně ozonové vrstvy. Tato událost byla mimořádně důležitá pro vytvoření Montrealského protokolu v roce 1987 Substances that Deplete the Ozone Layer, mezinárodní smlouva, která vstoupila v platnost prvním dnem z roku 1989.

Montrealský protokol byl podepsán několika zeměmi, včetně Brazílie, které daly právní účinek jeho akcím prostřednictvím výnosu č. Hlavním cílem by byla progresivita snížení produkce a spotřeby tzv. látek, které poškozují ozonovou vrstvu (SDO) až do jeho úplného odstranění.

Montrealský protokol je jedinou mnohostrannou dohodou o životním prostředí, jejíž přijetí je univerzální, to znamená, že 197 států se zavázalo chránit ozonovou vrstvu. Do Brazílie je zakázán dovoz freonů, stejně jako neexistuje národní produkce ODS. Kontrolu má na starosti Ibama a je povoleno importovat pouze některé SDO, ale s omezeními a širokou kontrolou.

Jak vznikly chlorfluoruhlovodíky (CFC)?

Ve 20. letech 20. století chladničky a klimatizační systémy využívaly kompostjako je amoniak, chlormethan, propan a oxid siřičitý jako chladicí kapaliny. Navzdory tomu, že byly účinné, takové sloučeniny byly toxické a hořlavé. Kromě toho by jejich vystavení mohlo způsobit nejen vážné poškození, ale také vést ke smrti.

Bylo to tam, kde tým v čele Thomas Midgley Jr., pracoval na vývoji alternativy které neměly takové problémy, aby sloužily jako chladicí kapalina. Tým se zaměřil na halogenované sloučeniny, známé svou těkavostí a chemickou inertností, což jsou vlastnosti zajímavé pro tyto látky.

První sloučeninou, která byla vyvinuta, byla CF₂Cl₂, v té době známý jako Freon (nebo CFC-12). Za své stipendium získala Midgley řadu vyznamenání, včetně Perkinovy ​​medaile Společnosti chemického průmyslu v roce 1937 a Priestley Medal, nejvyšší ocenění Americké chemické společnosti (Americká chemická společnost).

V 70. letech 20. století byly freony rozšířené, přičemž roční produkce dosahuje téměř 1 milionu tun, což představuje podíl téměř 500 milionů dolarů na chemickém průmyslu.

Prameny:

ANDINO, J. M. Chlorfluoruhlovodíky (CFC) jsou těžší než vzduch, jak tedy vědci předpokládají, že tyto chemikálie dosáhnou nadmořské výšky ozonové vrstvy, aby ji nepříznivě ovlivnily? Scientific American. 21. října 1999. Dostupné na: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Zpřístupněno 25. června. 2023.

AMERICKÁ CHEMICKÁ SPOLEČNOST – ACS. Chlorfluoruhlovodíky a poškozování ozonové vrstvy. Národní historická chemická památka ACS. 18. dubna 2017. K dispozici v: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Zpřístupněno 25. června. 2023.

BUTLER, J. H. a kol. Záznam atmosférických halokarbonů během dvacátého století z polárního firnového vzduchu. Příroda. 399, str. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Ne. Homogenní a heterogenní chemie ve stratosféře. v: Chemie horní a dolní atmosféry. kap. 12. P. 657-726. San Diego, Kalifornie: Academic Press, 2000.

BRAZILSKÝ INSTITUT ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ A OBNOVITELNÝCH PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ – IBAMA. Montrealský protokol. 29. listopadu 2022. K dispozici v: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Zpřístupněno 25. června. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Přehled hlavních chlorfluoruhlovodíků a jejich halogenovaných uhlovodíkových alternativ ve vzduchu. Atmosférické prostředí. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

MINISTERSTVO ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ A ZMĚNY KLIMATU. Vídeňská úmluva a Montrealský protokol. 29. dubna 2022. K dispozici v: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Zpřístupněno 25. června. 2023.

Autor: Stefano Araujo Novais
Učitel chemie

Při elektrochemických procesech redoxních reakcí dochází ke korozi kovů, především železa.

Poznejte skleníkové plyny, jejich dopady a to, jak dokážou zvýšit teplotu naší planety.

Víte, co je ideální plyn? Seznamte se s modelem ideálního plynu, zjistěte, jaké má vlastnosti a podívejte se na vyřešená cvičení na toto téma!

Zjistěte, co je oxid uhelnatý, jak vzniká a jaké komplikace jsou lidem vystaveny, když jsou vystaveni tomuto extrémně toxickému plynu.

Klikněte sem, zjistěte o nomenklatuře uhlovodíků, stanovené aktuálními pravidly IUPAC, a podívejte se na příklady.

Výhody a škody způsobené kyslíkem.

Zjistěte více o ozonovém plynu, stejně jako jeho charakteristikách, vlastnostech, tvorbě, rizicích a ozonové vrstvě.

Poškozování ozonové vrstvy chlorfluoruhlovodíky.

Objevte rozdíl mezi izotermickými, izobarickými a izovolumetrickými přeměnami plynu.