Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW): Was es ist, Verwendung und Wirkung

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind flüchtige Verbindungen, die stammen aus Kohlenwasserstoffen (normalerweise Methan und Ethan), bei dem ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Fluor- oder Chloratome ersetzt sind. Solche Verbindungen, auch Fluorchlorkohlenwasserstoffe genannt, werden üblicherweise mit der Abkürzung CFC bezeichnet. FCKW sind bekannt für ihre geringe Reaktivität, die Tatsache, dass sie nicht brennbar sind, einen niedrigen Siedepunkt haben, geruchlos, geschmacklos, farblos und von geringer Toxizität sind.

Als Kühlmittel werden hauptsächlich Fluorchlorkohlenwasserstoffe verwendet, deren Produktion in den 1930er Jahren begann Ihren Höhepunkt erreichte sie in den 1970er Jahren, als man erkannte, dass solche Verbindungen für den Abbau der Ozonschicht verantwortlich waren Stratosphäre. Seitdem hat das Montrealer Protokoll strenge Regeln für seinen Verbrauch, Import und Export festgelegt, wodurch der FCKW-Verbrauch deutlich niedriger ist als noch vor Jahrzehnten.

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Themen dieses Artikels

• 1 - Zusammenfassung zu Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW)
• 2 - Was ist FCKW?
• 3 - FCKW-Formel
• 4 - Eigenschaften von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW)
• 5 – Wo findet man FCKW?
• 6 – Folgen der Verwendung von FCKW für die Umwelt
• 7 – Kontrolle von FCKW in der Atmosphäre
• 8 - Wie sind Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) entstanden?

Zusammenfassung zu Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW)

• Fluorchlorkohlenwasserstoffe oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe sind flüchtige Derivate von Kohlenwasserstoffen, die anstelle von Wasserstoffatomen Chlor- oder Fluoratome aufweisen.
• Sie werden üblicherweise mit dem Akronym CFC bezeichnet.
• FCKW sind chemisch stabil, nicht brennbar, geruchlos, geschmacklos, farblos, von geringer Toxizität und haben einen niedrigen Siedepunkt.
• Sie werden hauptsächlich als Kühlmittel verwendet und unter dem Handelsnamen Freon verkauft.
• Ihre Produktion begann in den 1930er-Jahren und erreichte in den 1970er-Jahren einen großen Höhepunkt. Man erkannte jedoch, dass solche Verbindungen für die Reduzierung der Ozonschicht in der Stratosphäre verantwortlich waren.
• Ende der 1970er Jahre wurde das Montrealer Protokoll ins Leben gerufen, das eine strenge Kontrolle des Konsums vorsah. Produktion, Import und Export von FCKW, wodurch die Verwendung und Vermarktung dieser Stoffe erheblich reduziert wird Verbindungen.

Was ist FCKW?

CFC ist die Abkürzung für eine Klasse von Verbindungen, die als Fluorchlorkohlenwasserstoffe bekannt sind (auch Fluorchlorkohlenwasserstoffe oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe genannt), bestehend aus flüchtige Derivate von Kohlenwasserstoffen (Im Algemeinen, Methan und Ethan), bei dem ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Fluor- oder Chloratome ersetzt sind.

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FCKW-Formel

FCKW haben häufig allgemeine Formel CCl_NF_4–n, wenn es von Methan abgeleitet ist, und C₂Cl_NF_6–n, wenn es von Ethan abgeleitet ist. In diesem Fall darf der Wert von „n“ nicht Null sein. FCKW sind auch für ihre kommerzielle Nomenklatur bekannt, das Zahlen verwendet, um anzugeben, auf welches CFC wir uns beziehen. Die allgemeine Formel für diese Nomenklatur lautetFCKW-XY, wobei X die Anzahl der Wasserstoffatome plus eine Einheit (H + 1) ist, während Y die Anzahl der Fluoratome ist.

Chloratome kommen in dieser Nomenklatur nicht vor, sind aber leicht zu identifizieren, wenn wir uns an die Kohlenstoffatome erinnern gehen nur vier chemische Bindungen ein. Daher hat CFC-11 1 Kohlenstoffatom, kein Wasserstoffatom (X = 1, daher H + 1 = 1, daher H = 0) und 1 Fluoratom (Y = 1). Da Kohlenstoff vier Bindungen eingeht und bisher nur ein Fluoratom identifiziert wurde, gibt es drei Chloratome, d. h. CFC-11 ist CCl₃F.

Ebenso hat CFC-22 1 Kohlenstoffatom, 1 Wasserstoffatom, 2 Fluoratome und, da Kohlenstoff 4 chemische Bindungen eingeht, nur 1 Chloratom; daher ist CFC-22 CHClF₂.

Für Für FCKW mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen wird die allgemeine Formel CFC-XYZ übernommen, auf was:

• X ist die Anzahl der Kohlenstoffe, die von einer Einheit abgezogen werden (C – 1).
• Y ist die Anzahl der Wasserstoffe plus eine Einheit (H + 1).
• Z ist die Anzahl der vorhandenen Fluoratome.

Ebenso werden Chloratome durch die Differenz gebildet, die auf den vier Bindungen des Kohlenstoffatoms basiert. Bedenken Sie jedoch, dass es eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung geben wird, sodass die Gesamtzahl der Linker sechs beträgt (genau wie bei Ethan).

Beispielsweise hat CFC-113 X = 1, also 2 Kohlenstoffatome (C – 1 = 1, C = 2); hat Y = 1, also keine Wasserstoffatome (H + 1 = 1, H = 0); hat Z = 3, also 3 Fluoratome. Daher können wir sagen, dass CFC-113 das C ist₂Cl₃F₃.

Auch sehen: Wie ist die Nomenklatur der Kohlenwasserstoffe definiert?

Eigenschaften von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW)

FCKW haben physikalische und chemische Eigenschaften, die ihre hauptsächliche industrielle und kommerzielle Verwendung rechtfertigen. Sie sind/haben:

• brennbar;
• fade (geschmacklos);
• geruchlos (kein Geruch);
• geringe Toxizität;
• gute chemische Stabilität;
• geringe Korrosivität während des Gebrauchs;
• kostengünstig;
• flüchtige Stoffe (Siedepunkt nahe 0 °C);
• angemessene Kosten.

Wo werden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) eingesetzt?

Als Kältemittel werden FCKW eingesetzt.

Aufgrund ihrer Sicherheit, Flüchtigkeit, Kosten und chemischen Stabilität haben sich FCKW als geeignete Verbindungen erwiesen als:

• Lösungsmittel;
• Feuerlöscher;
• Treibmittel in Aerosoldosen (z. B. Deodorantspray);
• als Kühlgase (in Kühlschränken, Gefrierschränken und Kühlgeräten);
• als Treibmittel bei der Herstellung von Schaumstoffen, beispielsweise Polyurethan.

FCKW wurden von der DuPont-Chemieindustrie unter dem eingetragenen Namen Freon auf dem Markt verkauft.

Wo findet man FCKW?

Die meisten FCKW, die heute auf dem Planeten vorkommen, sind anthropogenen (menschlichen) Ursprungs. Das beweisen Studien Die Menge an FCKW, die durch natürliche Aktivität entsteht, ist im Vergleich zu der vom Menschen produzierten Menge gering. Messungen von Schichten, die nicht viel tiefer als das Eis liegen, deuten darauf hin, dass die Konzentration von FCKW in der Atmosphäre im 19. Jahrhundert praktisch Null war.

Tatsächlich begann die FCKW-Produktion in den 1930er Jahren, mit Spitzenwerten in den 1970er und 1980er Jahren und Daten zeigen, dass die Produktion von FCKW-11 und FCKW-12 von 100 Tonnen im Jahr 1931 auf 583.000 Tonnen im Jahr stieg 1980. Seine Produktion wurde erst Ende der 1980er Jahre mit der Einführung des Montrealer Protokolls eingestellt. Die meisten der produzierten FCKW migrieren oberen Schichten der Atmosphäre, wie zum Beispiel die Stratosphäre, die schwerwiegende Folgen für unser Leben auf der Erde hat.

Folgen des FCKW-Einsatzes für die Umwelt

Der massive Einsatz von FCKW hat die Ozonschicht schlagartig beeinträchtigt.

FCKW sind eng mit einem Problem verbunden, das als bekannt istLoch in der Ozonschicht, eine Schicht reich an Ozon (O₃), das für die Absorption eines Teils der Sonnenstrahlung verantwortlich ist und sich in der Stratosphäre (15–30 km vom Erdboden entfernt) befindet.

Obwohl FCKW dichter als Luft sind, sind sie chemisch stabil und werden letztendlich aus den unteren Schichten getragen von der Atmosphäre (Troposphäre) in die Stratosphäre aufgrund von Druck- und Temperaturunterschieden. Solche Zwischenschicht-Mischungsmechanismen sind letztendlich schneller als die Zeit, die chemische Prozesse zur Entfernung von FCKW aus der Luft benötigen. Am Ende werden sie in Paketen aus Luft und Schadstoffen transportiert, ähnlich wie Menschen in einem Heißluftballon befördert werden.

In der Troposphäre ausgeschieden werden und nicht in die Stratosphäre gelangen, Es gibt nur zwei Möglichkeiten, FCKW zu entsorgen:Ablagerung (durch Regen) oder Reaktion. Es kommt vor, dass solche Verbindungen in Wasser schlecht löslich sind und daher Regen kein guter Mechanismus zur Beseitigung von FCKW-Gasen ist. Für die Reaktionen werden Oxidationsmittel wie Hydroxylradikale, Nitrat oder Ozon benötigt.

Angesichts der Stabilität und geringen Reaktivität gegenüber solchen oxidierenden Radikalen ist jedoch FCKW bleiben letztendlich lange in der Luft und leise die Stratosphäre erreichen. Nur zum Vergleich: Das Hydroxylradikal braucht 80 Jahre, um mit FCKW zu reagieren, während es bei Methanol etwa 17 Tage dauert.

In der Stratosphäre angekommen, entstehen FCKW kann eine Photolysereaktion eingehen (zerfällt durch Lichteinwirkung) und setzt Chlorradikale frei. Als Beispiel verwenden wir CFC-11 (CFCl₃) und CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Photolyse von FCKW: CFCl₃ (oder CF₂Cl₂) + Licht → CFCl₂ (oder CF₂Cl) + Cl
• O Verlust₃ in der mittleren und oberen Stratosphäre:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Global: Die₃ +O → 2O₂

• O Verlust₃ in der unteren Stratosphäre:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + Licht → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Insgesamt: 2O₃ → 30₂

Darüber besteht mittlerweile wissenschaftlicher Konsens Du FCKW sind wichtige Wirkstoffe in dem Loch, das Ende der 1970er Jahre in der Antarktis in der Ozonschicht entdeckt wurde.

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Kontrolle von FCKW in der Atmosphäre

Um die FCKW in der Atmosphäre einzudämmen und ihre Sorge um den Abbau der Ozonschicht zum Ausdruck zu bringen, trafen sich 1985 mehrere Länder in Österreich, genauer gesagt in Wien, Wiener Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht. Dieses Ereignis war äußerst wichtig für die Schaffung des Montrealer Protokolls im Jahr 1987 Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen, ein internationales Abkommen, das am ersten Tag in Kraft trat ab 1989.

Das Montrealer Protokoll wurde von mehreren Ländern unterzeichnet, darunter Brasilien, das seinen Maßnahmen durch das Dekret Nr. Das Hauptziel wäre das Fortschrittliche Verringerung der Produktion und des Verbrauchs sogenannter Substanzen, die zum Abbau der Ozonschicht führen (SDO) bis zu seiner vollständigen Beseitigung.

Das Montrealer Protokoll ist das einzige multilaterale Umweltabkommen, dessen Annahme universell ist, d. h. die 197 Staaten verpflichten sich zum Schutz der Ozonschicht. In Brasilien ist die Einfuhr von FCKW verboten, ebenso wie es keine nationale Produktion von ozonabbauenden Stoffen gibt. Die Kontrolle liegt bei Ibama, und nur einige SDO dürfen importiert werden, allerdings mit Einschränkungen und umfassender Kontrolle.

Wie sind Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) entstanden?

In den 1920er Jahren Kühlschränke und Klimaanlagen verwendeten Komposts wie Ammoniak, Chlormethan, Propan und Schwefeldioxid als Kühlmittel. Obwohl solche Verbindungen wirksam waren, waren sie es giftig und brennbar. Darüber hinaus könnte eine Exposition gegenüber ihnen nicht nur schwere Schäden verursachen, sondern auch zum Tod führen.

Dort war ein Team, angeführt von Thomas Midgley Jr. arbeitete an der Entwicklung einer Alternative das hatte keine derartigen Probleme, als Kühlmittel zu dienen. Das Team konzentrierte sich auf halogenierte Verbindungen, die für ihre Flüchtigkeit und chemische Inertheit bekannt sind – Eigenschaften, die für die Substanzen von Interesse sind.

Die erste Verbindung, die entwickelt wurde, war CF₂Cl₂, damals bekannt als Freon (oder CFC-12). Für ihr Stipendium erhielt Midgley zahlreiche Auszeichnungen, darunter die Perkin-Medaille der Chemical Industry Society 1937 und die Priestley-Medaille, die höchste Auszeichnung der American Chemical Society (American Chemical Society).

In den 1970er Jahren waren FCKW weit verbreitet, mit einer jährlichen Produktion von fast 1 Million Tonnen, was einem Anteil von fast 500 Millionen Dollar an der chemischen Industrie entspricht.

Quellen:

ANDINO, J. M. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind schwerer als Luft. Wie gehen Wissenschaftler also davon aus, dass diese Chemikalien in die Höhe der Ozonschicht gelangen und diese schädigen? Wissenschaftlicher Amerikaner. 21. Okt. 1999. Verfügbar unter: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Zugriff am 25. Juni. 2023.

AMERIKANISCHE CHEMISCHE GESELLSCHAFT – ACS. Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Ozonabbau. ACS National Historic Chemical Landmark. 18. April 2017. Verfügbar in: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Zugriff am 25. Juni. 2023.

BUTLER, J. H. et al. Eine Aufzeichnung atmosphärischer Halogenkohlenwasserstoffe aus polarer Firnluft im 20. Jahrhundert. Natur. 399, S. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. NEIN. Homogene und heterogene Chemie in der Stratosphäre. In: Chemie der oberen und unteren Atmosphäre. Kerl. 12. P. 657-726. San Diego, Kalifornien: Academic Press, 2000.

BRASILIANISCHES INSTITUT FÜR UMWELT UND ERNEUERBARE NATÜRLICHE RESSOURCEN – IBAMA. Montreal-Protokoll. 29. Nov. 2022. Verfügbar in: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Zugriff am 25. Juni. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Ein Überblick über die wichtigsten Fluorchlorkohlenwasserstoffe und ihre Halogenkohlenwasserstoff-Alternativen in der Luft. Atmosphärische Umgebung. N. 45. P. 1369-1382. 2011.

MINISTERIUM FÜR UMWELT UND KLIMAWANDEL. Wiener Übereinkommen und Montrealer Protokoll. 29. April 2022. Verfügbar in: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Zugriff am 25. Juni. 2023.

Von Stefano Araujo Novais
Chemielehrer

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