Χλωροφθοράνθρακας (CFC): τι είναι, χρήσεις, αποτελέσματα

Χλωροφθοράνθρακες (CFC) είναι πτητικές ενώσεις που προέρχονται από υδρογονάνθρακες (συνήθως μεθάνιο και αιθάνιο), όπου ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται από άτομα φθορίου ή χλωρίου. Ονομάζονται επίσης χλωροφθοράνθρακες, τέτοιες ενώσεις αναφέρονται συνήθως με το ακρωνύμιο CFC. Οι CFC είναι γνωστοί για τη χαμηλή τους αντιδραστικότητα, το γεγονός ότι είναι μη εύφλεκτα, έχουν χαμηλό σημείο βρασμού και είναι άοσμα, άγευστα, άχρωμα και έχουν χαμηλή τοξικότητα.

Οι χλωροφθοράνθρακες χρησιμοποιούνται κυρίως ως ψυκτικά, η παραγωγή ξεκίνησε τη δεκαετία του 1930 και κορυφώθηκε τη δεκαετία του 1970, όταν συνειδητοποιήθηκε ότι τέτοιες ενώσεις ήταν υπεύθυνες για την καταστροφή της στιβάδας του όζοντος στο στρατόσφαιρα. Έκτοτε, το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ έχει θεσπίσει αυστηρούς κανόνες για την κατανάλωση, την εισαγωγή και την εξαγωγή του, καθιστώντας την κατανάλωση CFC πολύ χαμηλότερη από ό, τι πριν από δεκαετίες.

Διαβάστε επίσης: Μονοξείδιο του άνθρακα—Οι κίνδυνοι αυτού του άχρωμου, άοσμου και εξαιρετικά τοξικού αερίου

Θέματα αυτού του άρθρου

• 1 - Περίληψη για τον χλωροφθοράνθρακα (CFC)
• 2 - Τι είναι το CFC;
• 3 - Φόρμουλα CFC
• 4 - Χαρακτηριστικά των χλωροφθορανθράκων (CFC)
• 5 - Πού να βρείτε το CFC;
• 6 - Συνέπειες της χρήσης CFC για το περιβάλλον
• 7 - Έλεγχος των CFC στην ατμόσφαιρα
• 8 - Πώς εμφανίστηκαν οι χλωροφθοράνθρακες (CFC);

Περίληψη για τον χλωροφθοράνθρακα (CFC)

• Οι χλωροφθοράνθρακες ή οι χλωροφθοράνθρακες είναι πτητικά παράγωγα υδρογονανθράκων που έχουν άτομα χλωρίου ή φθορίου στη θέση των ατόμων υδρογόνου.
• Συνήθως αναφέρονται με το ακρωνύμιο CFC.
• Οι CFC είναι χημικά σταθεροί, μη εύφλεκτοι, άοσμοι, άγευστοι, άχρωμοι, με χαμηλή τοξικότητα και έχουν χαμηλό σημείο βρασμού.
• Χρησιμοποιούνται κυρίως ως ψυκτικά και πωλούνταν με την εμπορική ονομασία Freon.
• Άρχισαν να παράγονται τη δεκαετία του 1930, φτάνοντας σε μεγάλη κορύφωση τη δεκαετία του 1970, ωστόσο, έγινε αντιληπτό ότι τέτοιες ενώσεις ήταν υπεύθυνες για τη μείωση του στρώματος του όζοντος στη στρατόσφαιρα.
• Στα τέλη της δεκαετίας του 1970 καθιερώθηκε το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ, το οποίο έφερε αυστηρό έλεγχο στην κατανάλωση. παραγωγή, εισαγωγή και εξαγωγή CFC, μειώνοντας σημαντικά τη χρήση και εμπορευματοποίηση αυτών ενώσεις.

Τι είναι το CFC;

Το CFC είναι το ακρωνύμιο για μια κατηγορία ενώσεις γνωστές ως χλωροφθοράνθρακες (ονομάζονται επίσης χλωροφθοράνθρακες ή χλωροφθοράνθρακες), που αποτελούνται από πτητικά παράγωγα υδρογονανθράκων (γενικά, μεθάνιο και αιθάνιο), όπου ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται από άτομα φθορίου ή χλωρίου.

Μη σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη δημοσιότητα ;)

Φόρμουλα CFC

Οι CFC συνήθως έχουν γενικός τύπος CCl_nφά_4–n, όταν προέρχεται από μεθάνιο, και C₂Cl_nφά_6–n, όταν προέρχεται από αιθάνιο. Σε αυτήν την περίπτωση, η τιμή του "n" δεν μπορεί να είναι μηδέν. CFC είναι επίσης γνωστά για την εμπορική τους ονοματολογία, το οποίο χρησιμοποιεί αριθμούς για να υποδείξει σε ποιο CFC αναφερόμαστε. Ο γενικός τύπος για αυτήν την ονοματολογία είναιCFC-XY, όπου Χ είναι ο αριθμός των υδρογόνων συν μία μονάδα (Η + 1), ενώ το Υ αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ατόμων φθορίου.

Τα άτομα χλωρίου δεν εμφανίζονται σε αυτήν την ονοματολογία, αλλά αναγνωρίζονται εύκολα αν θυμηθούμε ότι τα άτομα άνθρακα κάνει μόνο τέσσερις χημικούς δεσμούς. Επομένως, το CFC-11 έχει 1 άτομο άνθρακα, κανένα άτομο υδρογόνου (X = 1, επομένως H + 1 = 1, επομένως H = 0) και 1 άτομο φθορίου (Y = 1). Καθώς ο άνθρακας δημιουργεί 4 δεσμούς και μέχρι στιγμής έχει εντοπιστεί μόνο 1 άτομο φθορίου, τότε υπάρχουν 3 άτομα χλωρίου, δηλαδή, το CFC-11 είναι CCl₃ΦΑ.

Ομοίως, το CFC-22 έχει 1 άτομο άνθρακα, 1 άτομο υδρογόνου, 2 άτομα φθορίου και, επειδή ο άνθρακας δημιουργεί 4 χημικούς δεσμούς, μόνο 1 άτομο χλωρίου. Επομένως, το CFC-22 είναι CHClF₂.

Για CFC με δύο ή περισσότερα άτομα άνθρακα, υιοθετείται ο γενικός τύπος CFC-XYZ, σε τι:

• X είναι ο αριθμός των ανθράκων που αφαιρούνται από μια μονάδα (C – 1).
• Y είναι ο αριθμός των υδρογόνων συν μία μονάδα (H + 1).
• Z είναι ο αριθμός των ατόμων φθορίου που υπάρχουν.

Ομοίως, τα άτομα χλωρίου λαμβάνονται από τη διαφορά που βασίζεται στους τέσσερις δεσμούς του ατόμου άνθρακα. Ωστόσο, να θυμάστε ότι θα υπάρχει δεσμός άνθρακα-άνθρακα, οπότε ο συνολικός αριθμός των συνδετήρων ισούται με έξι (όπως ακριβώς και στο αιθάνιο).

Για παράδειγμα, το CFC-113 έχει X = 1, άρα έχει 2 άτομα άνθρακα (C – 1 = 1, C = 2). έχει Υ = 1, άρα δεν έχει άτομα υδρογόνου (Η + 1 = 1, Η = 0); έχει Ζ = 3, άρα έχει 3 άτομα φθορίου. Έτσι, μπορούμε να δηλώσουμε ότι το CFC-113 είναι το C₂Cl₃φά₃.

Δείτε επίσης: Πώς ορίζεται η ονοματολογία των υδρογονανθράκων

Χαρακτηριστικά των χλωροφθορανθράκων (CFC)

Οι CFC έχουν φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά που δικαιολογούν τις κύριες βιομηχανικές και εμπορικές τους χρήσεις, είναι/έχουν:

• εύφλεκτος;
• άτοπος (άγευστος)
• άοσμο (χωρίς μυρωδιά).
• χαμηλή τοξικότητα?
• καλή χημική σταθερότητα.
• χαμηλή διαβρωτικότητα κατά τη χρήση.
• χαμηλό κόστος;
• πτητικά (σημείο βρασμού κοντά στους 0 °C).
• λογικό κόστος.

Πού χρησιμοποιούνται οι χλωροφθοράνθρακες (CFC);

Τα CFC χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά μέσα.

Λόγω της ασφάλειας, της πτητικότητας, του κόστους και της χημικής τους σταθερότητας, οι CFC έχουν αποδειχθεί ότι είναι καλές ενώσεις για χρήση όπως και:

• διαλύτες;
• πυροσβεστήρες;
• προωθητικά σε δοχεία αεροζόλ (όπως αποσμητικό σπρέι).
• ως ψυκτικά αέρια (σε ψυγεία, καταψύκτες και ψυκτικές συσκευές)·
• ως διογκωτικά μέσα στην παραγωγή αφρού, όπως η πολυουρεθάνη.

Οι CFC πωλούνταν στην αγορά από τη χημική βιομηχανία DuPont με την καταχωρισμένη ονομασία Freon.

Πού μπορώ να βρω CFC;

Οι περισσότεροι από τους CFC που υπάρχουν σήμερα στον πλανήτη είναι ανθρωπογενούς (ανθρώπινης) προέλευσης. Οι μελέτες το αποδεικνύουν η ποσότητα CFC που προέρχεται από τη φυσική δραστηριότητα είναι μικρή σε σύγκριση με αυτή που παράγεται από τον άνθρωπο. Οι αναγνώσεις στρωμάτων που δεν είναι πολύ χαμηλότερα από τον πάγο δείχνουν ότι, τον 19ο αιώνα, η συγκέντρωση των CFC στην ατμόσφαιρα ήταν πρακτικά μηδενική.

Στην πραγματικότητα, η παραγωγή CFC ξεκίνησε τη δεκαετία του 1930, με κορυφές τις δεκαετίες του 1970 και του 1980, και δεδομένα αποδεικνύουν ότι η παραγωγή CFC-11 και CFC-12 αυξήθηκε από 100 τόνους το 1931 σε 583 χιλιάδες τόνους το 1980. Η παραγωγή του σταμάτησε μόλις στα τέλη της δεκαετίας του 1980, με τη θέσπιση του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ. Οι περισσότεροι από τους CFC που παράγονται μεταναστεύουν σε ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όπως η στρατόσφαιρα, που έχει σοβαρές συνέπειες για τη ζωή μας στη Γη.

Συνέπειες της χρήσης CFC για το περιβάλλον

Η μαζική χρήση των CFC έχει επηρεάσει απότομα το στρώμα του όζοντος.

CFC συνδέονται στενά με ένα πρόβλημα γνωστό ως τοτρύπα στο στρώμα του όζοντος, ένα στρώμα πλούσιο σε όζον (Ο₃), υπεύθυνη για την απορρόφηση μέρους της ηλιακής ακτινοβολίας, και η οποία βρίσκεται στη στρατόσφαιρα (15-30 χλμ. σε σχέση με το χερσαίο έδαφος).

Παρά το γεγονός ότι τα CFC είναι πιο πυκνά από τον αέρα, είναι χημικά σταθερά και καταλήγουν να μεταφέρονται από τα κατώτερα στρώματα από την ατμόσφαιρα (την τροπόσφαιρα) στη στρατόσφαιρα ως αποτέλεσμα των διαφορών στην πίεση και τη θερμοκρασία. Τέτοιοι μηχανισμοί ανάμειξης ενδιάμεσων στρωμάτων καταλήγουν να είναι ταχύτεροι από τον χρόνο που απαιτείται για τις χημικές διεργασίες για την απομάκρυνση των CFC από τον αέρα. Καταλήγουν να μεταφέρονται σε συσκευασίες αέρα και ρύπων, όπως και οι άνθρωποι που μεταφέρονται σε ένα αερόστατο.

Να εξαλειφθεί στην τροπόσφαιρα και να μην φτάσει στη στρατόσφαιρα, Υπάρχουν μόνο δύο τρόποι για την απόρριψη των CFC:εναπόθεση (με βροχή) ή αντίδραση. Συμβαίνει ότι τέτοιες ενώσεις είναι ελάχιστα διαλυτές στο νερό και, ως εκ τούτου, η βροχή δεν είναι καλός μηχανισμός για την εξάλειψη των αερίων CFC. Όσον αφορά τις αντιδράσεις, απαιτούνται οξειδωτικά μέσα, όπως ρίζες υδροξυλίου, νιτρικά ή όζον.

Ωστόσο, δεδομένης της σταθερότητας και της χαμηλής αντιδραστικότητας με τέτοιες οξειδωτικές ρίζες, Οι CFC καταλήγουν να μένουν στον αέρα για μεγάλο χρονικό διάστημα και να φτάσει ήσυχα στη στρατόσφαιρα. Για λόγους σύγκρισης, η ρίζα υδροξυλίου χρειάζεται 80 χρόνια για να αντιδράσει με τους CFC, κάτι που χρειάζεται περίπου 17 ημέρες για να γίνει με τη μεθανόλη.

Μόλις μπουν στη στρατόσφαιρα, οι CFC μπορεί να υποστεί αντίδραση φωτόλυσης (διασπάται με τη δράση του φωτός) και απελευθερώνει ρίζες χλωρίου. Ως παράδειγμα, θα χρησιμοποιήσουμε το CFC-11 (CFCl₃) και CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Φωτόλυση CFC: CFCl₃ (ή CF₂Cl₂) + φως → CFCl₂ (ή CF₂Cl) + Cl
• Ω απώλεια₃ στη μέση και ανώτερη στρατόσφαιρα:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Παγκόσμιο: Το₃ +O → 2O₂

• Ω απώλεια₃ στην κατώτερη στρατόσφαιρα:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + φως → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + Ο₂

Συνολικά: 2O₃ → 30₂

Είναι πλέον επιστημονική συναίνεση ότι εσείς Οι CFC είναι βασικοί παράγοντες στην τρύπα που εντοπίστηκε στο στρώμα του όζοντος, στα τέλη της δεκαετίας του 1970, στην περιοχή της Ανταρκτικής.

Μάθετε περισσότερα: Ποια είναι τα αέρια του θερμοκηπίου;

Έλεγχος των CFC στην ατμόσφαιρα

Ως τρόπος συγκράτησης των CFC στην ατμόσφαιρα και επίδειξης της ανησυχίας τους για τη μείωση της στιβάδας του όζοντος, το 1985, αρκετές χώρες συναντήθηκαν στην Αυστρία και πιο συγκεκριμένα στη Βιέννη, Σύμβαση της Βιέννης για την προστασία της στιβάδας του όζοντος. Αυτό το γεγονός ήταν εξαιρετικά σημαντικό για, το 1987, τη δημιουργία του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ στις Ουσίες που καταστρέφουν τη στιβάδα του όζοντος, μια διεθνής συνθήκη που τέθηκε σε ισχύ την πρώτη μέρα από το 1989.

Το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ υπεγράφη από πολλές χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Βραζιλίας, η οποία έδωσε νομική ισχύ στις ενέργειές της μέσω του διατάγματος αριθ. Ο κύριος στόχος θα ήταν η προοδευτική μείωση της παραγωγής και κατανάλωσης των λεγόμενων ουσιών που καταστρέφουν το στρώμα του όζοντος (ΣΔΟ) μέχρι την ολική εξάλειψή του.

Το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ είναι η μόνη πολυμερής περιβαλλοντική συμφωνία της οποίας η υιοθέτηση είναι καθολική, δηλαδή τα 197 κράτη δεσμεύονται να προστατεύσουν τη στιβάδα του όζοντος. Στη Βραζιλία, απαγορεύεται η εισαγωγή CFC, όπως δεν υπάρχει εθνική παραγωγή ODS. Ο έλεγχος είναι υπεύθυνος της Ibama και επιτρέπεται η εισαγωγή μόνο ορισμένων SDO, αλλά με περιορισμούς και ευρύ έλεγχο.

Πώς προέκυψαν οι χλωροφθοράνθρακες (CFC);

Στη δεκαετία του 1920, ψυγεία και συστήματα κλιματισμού που χρησιμοποιούνται κομπόστόπως αμμωνία, χλωρομεθάνιο, προπάνιο και διοξείδιο του θείου ως ψυκτικά. Παρά το γεγονός ότι ήταν αποτελεσματικές, τέτοιες ενώσεις ήταν τοξικό και εύφλεκτο. Επιπλέον, η έκθεση σε αυτά θα μπορούσε όχι μόνο να προκαλέσει σοβαρή βλάβη αλλά και να οδηγήσει σε θάνατο.

Ήταν εκεί που μια ομάδα, με επικεφαλής Ο Thomas Midgley Jr., εργάστηκε για να αναπτύξει μια εναλλακτική λύση που δεν είχε τέτοια προβλήματα για να χρησιμεύσει ως ψυκτικό. Η ομάδα επικεντρώθηκε σε αλογονωμένες ενώσεις, γνωστές για την πτητικότητα και τη χημική τους αδράνεια, ιδιότητες που ενδιαφέρουν τις ουσίες.

Η πρώτη ένωση που αναπτύχθηκε ήταν η CF₂Cl₂, τότε γνωστό ως Freon (ή CFC-12). Για την υποτροφία της, η Midgley έχει λάβει πολλές τιμητικές διακρίσεις, όπως το μετάλλιο Perkin της Εταιρείας Χημικής Βιομηχανίας στο 1937, και το μετάλλιο Priestley, το υψηλότερο βραβείο της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας (η Αμερικανική Χημική Εταιρεία).

Στη δεκαετία του 1970, οι CFC ήταν ευρέως διαδεδομένοι, με την ετήσια παραγωγή να φτάνει κοντά στο 1 εκατομμύριο τόνους, αντιπροσωπεύοντας μερίδιο σχεδόν 500 εκατομμυρίων δολαρίων της χημικής βιομηχανίας.

Πηγές:

ΑΝΤΙΝΟ, Τζ. Μ. Οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) είναι βαρύτεροι από τον αέρα, οπότε πώς υποθέτουν οι επιστήμονες ότι αυτές οι χημικές ουσίες φτάνουν στο υψόμετρο του στρώματος του όζοντος για να το επηρεάσουν αρνητικά; Scientific American. 21 Οκτ. 1999. Διαθέσιμο σε: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Πρόσβαση στις 25 Ιουν. 2023.

ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ – ACS. Χλωροφθοράνθρακες και Καταστροφή του Όζοντος. Εθνικό Ιστορικό Χημικό Ορόσημο ACS. 18 Απρ. 2017. Διαθέσιμο σε: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Πρόσβαση στις 25 Ιουν. 2023.

ΜΠΑΤΛΕΡ, Τζ. H. et al. Μια καταγραφή ατμοσφαιρικών αλογονανθράκων κατά τη διάρκεια του εικοστού αιώνα από τον πολικό αέρα. Φύση. 399, σελ. 749-755. 1999.

ΦΙΝΛΕΪΣΟΝ-ΠΙΤΣ, Β. J.; ΠΙΤΣ, Τζ. Οχι. Ομοιογενής και Ετερογενής Χημεία στη Στρατόσφαιρα. σε: Χημεία Άνω και Κάτω Ατμόσφαιρας. Σκάσιμο. 12. Π. 657-726. Σαν Ντιέγκο, Καλιφόρνια: Academic Press, 2000.

ΒΡΑΖΙΛΙΑΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ – IBAMA. Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ. 29 Νοε. 2022. Διαθέσιμο σε: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Πρόσβαση στις 25 Ιουν. 2023.

KIM, Κ.; SHON, Ζ.; NGUYEN, H. Τ.; JEON, Ε. Μια ανασκόπηση των κύριων χλωροφθορανθράκων και των εναλλακτικών αλογονανθράκων τους στον αέρα. Ατμοσφαιρικό Περιβάλλον. n. 45. Π. 1369-1382. 2011.

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ. Σύμβαση της Βιέννης και Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ. 29 Απρ. 2022. Διαθέσιμο σε: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Πρόσβαση στις 25 Ιουν. 2023.

Του Stefano Araujo Novais
Καθηγητής Χημείας

Η διάβρωση των μετάλλων, κυρίως του σιδήρου, συμβαίνει σε ηλεκτροχημικές διεργασίες αντιδράσεων οξείδωσης-αναγωγής.

Γνωρίστε τα αέρια του θερμοκηπίου, τις επιπτώσεις τους και πώς μπορούν να αυξήσουν τη θερμοκρασία του πλανήτη μας.

Ξέρετε τι είναι το ιδανικό αέριο; Γνωρίστε το ιδανικό μοντέλο αερίου, μάθετε ποια είναι τα χαρακτηριστικά του και δείτε λυμένες ασκήσεις για αυτό το θέμα!

Μάθετε τι είναι το μονοξείδιο του άνθρακα, πώς παράγεται και τις επιπλοκές που προκαλούνται στον άνθρωπο όταν εκτίθεται σε αυτό το εξαιρετικά τοξικό αέριο.

Κάντε κλικ εδώ, μάθετε για την ονοματολογία των υδρογονανθράκων, που καθορίζεται από τους ισχύοντες κανόνες της IUPAC και δείτε παραδείγματα.

Οφέλη και βλάβες που προκαλούνται από το οξυγόνο.

Μάθετε περισσότερα για το αέριο όζον, καθώς και για τα χαρακτηριστικά, τις ιδιότητές του, το σχηματισμό, τους κινδύνους και το στρώμα του όζοντος.

Η καταστροφή της στιβάδας του όζοντος από τους χλωροφθοράνθρακες.

Ανακαλύψτε τη διαφορά μεταξύ ισοθερμικών, ισοβαρικών και ισοογκομετρικών μετασχηματισμών αερίων.