Chlorfluorcarbon (CFC): hvad det er, anvendelser, virkninger

Chlorfluorcarboner (CFC) er flygtige forbindelser, der stammer fra kulbrinter (normalt methan og ethan), hvor et eller flere brintatomer er erstattet af fluor- eller kloratomer. Også kaldet chlorfluorcarboner, omtales sådanne forbindelser almindeligvis med forkortelsen CFC. CFC'er er kendt for deres lave reaktivitet, det faktum, at de er ikke-brændbare, har et lavt kogepunkt og er lugtfri, smagløse, farveløse og har lav toksicitet.

Chlorfluorcarboner bruges hovedsageligt som kølemidler, og produktionen startede i 1930'erne og toppede i 1970'erne, da det blev indset, at sådanne forbindelser var ansvarlige for nedbrydningen af ​​ozonlaget i stratosfæren. Siden da har Montreal-protokollen etableret strenge regler for dets forbrug, import og eksport, hvilket gør CFC-forbruget meget lavere, end det var for årtier siden.

Læs også: Kulilte - Farerne ved denne farveløse, lugtfri og meget giftige gas

Emner i denne artikel

• 1 - Resumé om chlorfluorcarbon (CFC)
• 2 - Hvad er CFC?
• 3 - CFC formel
• 4 - Karakteristika for chlorfluorcarboner (CFC)
• 5 - Hvor finder man CFC?
• 6 - Konsekvenser af CFC-anvendelse for miljøet
• 7 - Kontrol med CFC'er i atmosfæren
• 8 - Hvordan så chlorfluorcarboner (CFC'er) ud?

Sammenfatning af chlorfluorcarbon (CFC)

• Chlorfluorcarboner eller chlorfluorcarboner er flygtige derivater af carbonhydrider, der har chlor- eller fluoratomer i stedet for hydrogenatomer.
• De omtales almindeligvis med akronymet CFC.
• CFC'er er kemisk stabile, ikke-brændbare, lugtfri, smagløse, farveløse, med lav toksicitet og har et lavt kogepunkt.
• De bruges hovedsageligt som kølemidler og blev solgt under handelsnavnet Freon.
• De begyndte at blive produceret i 1930'erne og nåede et stort højdepunkt i 1970'erne, men det blev indset, at sådanne forbindelser var ansvarlige for at reducere ozonlaget i stratosfæren.
• I slutningen af ​​1970'erne blev Montreal-protokollen etableret, som bragte streng kontrol med forbruget, produktion, import og eksport af CFC'er, hvilket betydeligt reducerer brugen og kommercialiseringen af ​​sådanne forbindelser.

Hvad er CFC?

CFC er forkortelsen for en klasse af forbindelser kendt som chlorfluorcarboner (også kaldet chlorfluorcarboner eller chlorfluorcarboner), bestående af flygtige derivater af kulbrinter (generelt, metan og ethan), hvor et eller flere hydrogenatomer er erstattet af fluor- eller chloratomer.

Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen ;)

CFC formel

CFC'er har almindeligvis almen formel CCl_nF_4-n, når de er afledt af metan, og C₂Cl_nF_6-n, når det er afledt af ethan. I dette tilfælde kan værdien af ​​"n" ikke være nul. CFC'er er også kendt for deres kommercielle nomenklatur, som bruger tal til at angive, hvilken CFC vi henviser til. Den generelle formel for denne nomenklatur erCFC-XY, hvor X er antallet af hydrogener plus en enhed (H + 1), mens Y repræsenterer antallet af fluoratomer.

Kloratomer forekommer ikke i denne nomenklatur, men de er lette at identificere, hvis vi husker, at kulstofatomer laver kun fire kemiske bindinger. Derfor har CFC-11 1 carbonatom, intet hydrogenatom (X = 1, derfor H + 1 = 1, derfor H = 0) og 1 fluoratom (Y = 1). Da kulstof danner 4 bindinger, og indtil videre kun er identificeret 1 fluoratom, så er der 3 kloratomer, det vil sige CFC-11 er CCl₃F.

På samme måde har CFC-22 1 carbonatom, 1 hydrogenatom, 2 fluoratomer og, fordi carbon danner 4 kemiske bindinger, kun 1 chloratom; derfor er CFC-22 CHClF₂.

Til CFC'er med to eller flere carbonatomer, den generelle formel CFC-XYZ er vedtaget, på hvilke:

• X er antallet af carbonatomer fratrukket en enhed (C – 1).
• Y er antallet af hydrogener plus en enhed (H + 1).
• Z er antallet af tilstedeværende fluoratomer.

På samme måde tages chloratomer af forskellen baseret på de fire bindinger af carbonatomet. Husk dog, at der vil være en carbon-carbon-binding, så det samlede antal linkere er lig med seks (ligesom i ethan).

For eksempel har CFC-113 X = 1, så det har 2 carbonatomer (C – 1 = 1, C = 2); har Y = 1, så har ingen hydrogenatomer (H + 1 = 1, H = 0); har Z = 3, så den har 3 fluoratomer. Således kan vi konstatere, at CFC-113 er C₂Cl₃F₃.

Se også: Hvordan er nomenklaturen af ​​kulbrinter defineret

Karakteristika for chlorfluorcarboner (CFC'er)

CFC'er har fysiske og kemiske egenskaber, der berettiger deres vigtigste industrielle og kommercielle anvendelser, de er/har:

• brandfarlig;
• fad (smagløs);
• lugtfri (ingen lugt);
• lav toksicitet;
• god kemisk stabilitet;
• lav korrosivitet under brug;
• lavpris;
• flygtige stoffer (kogepunkt tæt på 0 °C);
• rimelige omkostninger.

Hvor bruges chlorfluorcarboner (CFC'er)?

CFC'er bruges som kølemidler.

På grund af deres sikkerhed, flygtighed, omkostninger og kemiske stabilitet har CFC'er vist sig at være gode forbindelser til brug som:

• opløsningsmidler;
• ildslukkere;
• drivmidler i aerosoldåser (såsom spraydeodorant);
• som kølemiddelgasser (i køleskabe, frysere og køleapparater);
• som blæsemidler ved fremstilling af skum, såsom polyurethan.

CFC'er blev solgt på markedet af DuPont kemiske industri under det registrerede navn Freon.

Hvor finder man CFC?

De fleste af de CFC'er, der findes på planeten i dag, er af antropogen (menneskelig) oprindelse. Det viser undersøgelser mængden af ​​CFC, der stammer fra naturlig aktivitet, er lille sammenlignet med den, der produceres af mennesker. Aflæsninger af lag ikke meget lavere end isen indikerer, at koncentrationen af ​​CFC'er i atmosfæren i det 19. århundrede praktisk talt var nul.

Faktisk begyndte CFC-produktionen i 1930'erne, med toppe i 1970'erne og 1980'erne, og data demonstrere, at produktionen af ​​CFC-11 og CFC-12 steg fra 100 tons i 1931 til 583 tusinde tons i 1980. Dens produktion stoppede først i slutningen af ​​1980'erne, med indførelsen af ​​Montreal-protokollen. De fleste af de producerede CFC'er migrerer til øvre lag af atmosfæren, såsom stratosfæren, som har alvorlige konsekvenser for vores liv på Jorden.

Konsekvenser af CFC-anvendelse for miljøet

Den massive brug af CFC har påvirket ozonlaget brat.

CFC'er er tæt forbundet med et problem kendt somhul i ozonlaget, et lag rigt på ozon (O₃), ansvarlig for at absorbere en del af solstrålingen, og som er placeret i stratosfæren (15-30 km i forhold til jordbunden).

På trods af at de er tættere end luft, er CFC'er kemisk stabile og ende med at blive båret fra de nederste lag fra atmosfæren (troposfæren) til stratosfæren som følge af forskelle i tryk og temperatur. Sådanne mellemlagsblandingsmekanismer ender med at være hurtigere end den tid, det tager for kemiske processer at fjerne CFC'er fra luften. De ender med at blive båret i pakker med luft og forurenende stoffer, ligesom folk bliver båret i en luftballon.

For at blive elimineret i troposfæren og ikke nå stratosfæren, Der er kun to måder at bortskaffe CFC'er på:aflejring (ved regn) eller reaktion. Det sker, at sådanne forbindelser er dårligt opløselige i vand, og derfor er regn ikke en god mekanisme til at fjerne CFC-gasser. For så vidt angår reaktionerne kræves der oxidationsmidler, såsom hydroxylradikaler, nitrat eller ozon.

Men i betragtning af stabiliteten og den lave reaktivitet med sådanne oxiderende radikaler, CFC'er ender med at blive i luften i lang tid og stille og roligt nå stratosfæren. Blot for sammenligningens skyld har hydroxylradikalet brug for 80 år for at reagere med CFC'er, noget det tager omkring 17 dage at gøre med methanol.

En gang i stratosfæren, CFC'er kan gennemgå en fotolysereaktion (nedbrydes ved lysets påvirkning) og frigiver klorradikaler. Som et eksempel vil vi bruge CFC-11 (CFCl₃) og CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotolyse af CFC: CFCl₃ (eller CF₂Cl₂) + lys → CFCl₂ (eller CF₂Cl) + Cl
• O tab₃ i den midterste og øvre stratosfære:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globalt: Den₃ +O → 2O₂

• O tab₃ i den nedre stratosfære:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + lys → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Samlet: 2O₃ → 30₂

Det er der nu videnskabelig konsensus om du CFC'er er nøgleagenser i hullet opdaget i ozonlaget i slutningen af ​​1970'erne i den antarktiske region.

Få mere at vide: Hvad er drivhusgasserne?

Kontrol af CFC'er i atmosfæren

Som en måde at inddæmme CFC'er i atmosfæren på og demonstrere deres bekymring for reduktionen af ​​ozonlaget mødtes flere lande i 1985 i Østrig, nærmere bestemt i Wien, Wienerkonventionen om beskyttelse af ozonlaget. Denne begivenhed var yderst vigtig for, i 1987, oprettelsen af ​​Montreal-protokollen vedr Stoffer, der nedbryder ozonlaget, en international traktat, der trådte i kraft på dag ét fra 1989.

Montreal-protokollen blev underskrevet af flere lande, herunder Brasilien, som gav retsvirkning til sine handlinger gennem dekret nr. Hovedformålet ville være det progressive at reducere produktionen og forbruget af såkaldte stoffer, der nedbryder ozonlaget (SDO) indtil dens fuldstændige eliminering.

Montreal-protokollen er den eneste multilaterale miljøaftale, hvis vedtagelse er universel, det vil sige, at de 197 stater er forpligtet til at beskytte ozonlaget. I Brasilien er det forbudt at importere CFC'er, ligesom der ikke er nogen national produktion af ODS. Kontrollen er ansvarlig for Ibama, og kun nogle SDO må importeres, men med restriktioner og bred kontrol.

Hvordan opstod chlorfluorcarboner (CFC'er)?

I 1920'erne, køleskabe og klimaanlæg anvendes komposts såsom ammoniak, chlormethan, propan og svovldioxid som kølemidler. På trods af at de var effektive, var sådanne forbindelser giftig og brandfarlig. Desuden kan en eksponering for dem ikke kun forårsage alvorlig skade, men også føre til døden.

Det var der, et hold, ledet af Thomas Midgley Jr., arbejdede på at udvikle et alternativ der ikke havde sådanne problemer til at fungere som kølevæske. Holdet fokuserede på halogenerede forbindelser, kendt for deres flygtighed og kemiske inertitet, egenskaber af interesse for stofferne.

Den første forbindelse, der blev udviklet, var CF₂Cl₂, på det tidspunkt kendt som Freon (eller CFC-12). For sit stipendium har Midgley modtaget adskillige hædersbevisninger, herunder Chemical Industry Society's Perkin Medal i 1937, og Priestley Medal, den højeste pris fra American Chemical Society (American Chemical Society).

I 1970'erne var CFC'er udbredt, med en årlig produktion på tæt på 1 million tons, hvilket repræsenterer en andel på næsten 500 millioner dollars af den kemiske industri.

Kilder:

ANDINO, J. M. Chlorfluorcarboner (CFC'er) er tungere end luft, så hvordan antager forskerne, at disse kemikalier når ozonlagets højde for at påvirke det negativt? Scientific American. 21 okt. 1999. Tilgængelig på: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Tilgået den 25. jun. 2023.

AMERIKANSKE KEMISKE SAMFUND – ACS. Chlorfluorcarboner og ozonnedbrydning. ACS National Historic Chemical Landmark. 18. apr. 2017. Tilgængelig i: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Tilgået den 25. jun. 2023.

BUTLER, J. H. et al. En registrering af atmosfæriske halocarboner i det tyvende århundrede fra polar firn luft. Natur. 399, s. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Ingen. Homogen og heterogen kemi i stratosfæren. i: Kemi af øvre og nedre atmosfære. Kap. 12. P. 657-726. San Diego, Californien: Academic Press, 2000.

BRASILISK INSTITUTT FOR MILJØ OG FORNYBARE NATURESOURCER – IBAMA. Montreal-protokollen. 29 nov. 2022. Tilgængelig i: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Tilgået den 25. jun. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. En gennemgang af de vigtigste chlorfluorcarboner og deres halogencarbon-alternativer i luften. Atmosfærisk miljø. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

MINISTERIET FOR MILJØ OG KLIMA. Wienerkonventionen og Montreal-protokollen. 29. apr. 2022. Tilgængelig i: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Tilgået den 25. jun. 2023.

Af Stefano Araujo Novais
Kemi lærer

Korrosionen af ​​metaller, hovedsageligt jern, forekommer i elektrokemiske processer af oxidations-reduktionsreaktioner.

Lær drivhusgasserne at kende, deres påvirkninger og hvordan de er i stand til at øge temperaturen på vores planet.

Ved du, hvad en ideel gas er? Lær den ideelle gasmodel at kende, find ud af, hvad dens egenskaber er, og tjek løste øvelser om dette emne!

Lær, hvad kulilte er, hvordan det produceres og de komplikationer, der forårsages for mennesker, når de udsættes for denne ekstremt giftige gas.

Klik her, lær om nomenklaturen af ​​kulbrinter, der er etableret af de nuværende IUPAC-regler, og se eksempler.

Fordele og skader forårsaget af ilt.

Lær mere om ozongas, samt dens karakteristika, egenskaber, dannelse, risici og ozonlaget.

Nedbrydning af ozonlaget af chlorfluorcarboner.

Oplev forskellen mellem isotermiske, isobariske og isovolumetriske gastransformationer.