Klorofluorosüsinik (CFC): mis see on, kasutusalad, mõju

Klorofluorosüsivesinikud (CFC) on lenduvad ühendid, mis pärinevad süsivesinikest (tavaliselt metaan ja etaan), milles üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud fluori või kloori aatomitega. Selliseid ühendeid nimetatakse ka klorofluorosüsivesinikeks ja neid nimetatakse tavaliselt akronüümiks CFC. CFC-d on tuntud oma madala reaktsioonivõime poolest, kuna need on mittesüttivad, madala keemistemperatuuriga, lõhnatud, maitsetud, värvitud ja madala toksilisusega.

Klorofluorosüsivesinikke kasutatakse peamiselt jahutusvedelikena, nende tootmine algas 1930. aastatel ja saavutas haripunkti 1970. aastatel, kui saadi aru, et sellised ühendid põhjustavad osoonikihi kahanemist aastal. stratosfäär. Sellest ajast peale on Montreali protokolliga kehtestatud ranged reeglid selle tarbimise, impordi ja ekspordi kohta, muutes freoonide tarbimise palju väiksemaks kui aastakümneid tagasi.

Loe ka: Süsinikmonooksiid – selle värvitu, lõhnatu ja väga mürgise gaasi ohud

Selle artikli teemad

• 1 – Kokkuvõte klorofluorosüsivesinikust (CFC)
• 2 – Mis on CFC?
• 3 - CFC valem
• 4 – Klorofluorosüsivesinike (CFC) omadused
• 5 – Kust leida CFC-d?
• 6 – CFC kasutamise tagajärjed keskkonnale
• 7 – CFC-de kontroll atmosfääris
• 8 – Kuidas klorofluorosüsivesinikud (CFC) ilmusid?

Klorofluorosüsiniku (CFC) kokkuvõte

• Klorofluorosüsivesinikud või klorofluorosüsivesinikud on süsivesinike lenduvad derivaadid, milles on vesinikuaatomite asemel kloori või fluori aatomid.
• Neid nimetatakse tavaliselt akronüümiga CFC.
• CFC-d on keemiliselt stabiilsed, mittesüttivad, lõhnatud, maitsetud, värvitud, madala toksilisusega ja madala keemistemperatuuriga.
• Neid kasutatakse peamiselt jahutusvedelikena ja neid müüdi kaubanime Freon all.
• Neid hakati tootma 1930. aastatel, saavutades suure tipu 1970. aastatel, kuid saadi aru, et sellised ühendid vastutavad osoonikihi vähendamise eest stratosfääris.
• 1970. aastate lõpus kehtestati Montreali protokoll, mis tõi tarbimise range kontrolli alla. CFC-de tootmine, import ja eksport, vähendades oluliselt nende kasutamist ja turustamist ühendid.

Mis on CFC?

CFC on akronüüm klassist klorofluorosüsivesinikena tuntud ühendid (nimetatakse ka klorofluorosüsivesinikeks või klorofluorosüsivesinikeks), mis koosneb süsivesinike lenduvad derivaadid (üldiselt, metaan ja etaan), milles üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud fluori või kloori aatomitega.

Ära nüüd lõpeta... Peale reklaami on veel midagi ;)

CFC valem

CFC-del on tavaliselt üldvalem CCl_nF_4–n, kui see on saadud metaanist, ja C₂Cl_nF_6–n, kui see on saadud etaanist. Sel juhul ei saa n väärtus olla null. CFC-d on tuntud ka oma kaubandusliku nomenklatuuri poolest, mis kasutab numbreid, et näidata, millist CFC-d me silmas peame. Selle nomenklatuuri üldvalem onCFC-XY, kus X on vesinike arv pluss üks ühik (H + 1), samas kui Y tähistab fluori aatomite arvu.

Kloori aatomeid selles nomenklatuuris ei esine, kuid neid on lihtne tuvastada, kui seda süsinikuaatomit meeles pidada luua ainult neli keemilist sidet. Seetõttu on CFC-11-l 1 süsinikuaatom, vesinikuaatom puudub (X = 1, seega H + 1 = 1, seega H = 0) ja 1 fluoriaatom (Y = 1). Kuna süsinik moodustab 4 sidet ja seni on tuvastatud ainult 1 fluori aatom, siis on seal 3 klooriaatomit, st CFC-11 on CCl₃F.

Samamoodi on CFC-22-l 1 süsinikuaatom, 1 vesinikuaatom, 2 fluoriaatomit ja kuna süsinik moodustab 4 keemilist sidet, siis ainult 1 klooriaatom; seetõttu on CFC-22 CHClF₂.

Sest Kahe või enama süsinikuaatomiga CFC-d, kasutatakse üldvalemit CFC-XYZ, mille kohta:

• X on süsinikuaatomite arv, mis on lahutatud ühest ühikust (C – 1).
• Y on vesinike arv pluss üks ühik (H + 1).
• Z on fluori aatomite arv.

Samamoodi võetakse klooriaatomid süsinikuaatomi neljal sidemel põhineva erinevusega. Kuid pidage meeles, et tekib süsinik-süsinik side, seega on linkerite koguarv kuus (nagu etaanis).

Näiteks CFC-113 X = 1, seega on sellel 2 süsinikuaatomit (C – 1 = 1, C = 2); on Y = 1, seega ei sisalda vesinikuaatomeid (H + 1 = 1, H = 0); on Z = 3, seega on sellel 3 fluori aatomit. Seega võime öelda, et CFC-113 on C₂Cl₃F₃.

Vaata ka: Kuidas on määratletud süsivesinike nomenklatuur

Klorofluorosüsivesinike (CFC) omadused

CFC-del on füüsikalised ja keemilised omadused, mis õigustavad nende peamist tööstuslikku ja kaubanduslikku kasutust, need on/on:

• tuleohtlik;
• maitsetu (maitsetu);
• lõhnatu (ilma lõhnata);
• madal toksilisus;
• hea keemiline stabiilsus;
• madal söövitavus kasutamise ajal;
• odav;
• lenduvad (keemispunkt 0 °C lähedal);
• mõistlik hind.

Kus kasutatakse klorofluorosüsivesinikke (CFC-sid)?

CFC-sid kasutatakse külmutusagensina.

Oma ohutuse, lenduvuse, hinna ja keemilise stabiilsuse tõttu on CFC-d osutunud headeks ühenditeks kasutamiseks. nagu:

• lahustid;
• tulekustutid;
• propellendid aerosoolipurkides (nt pihustatav deodorant);
• külmutusagensi gaasidena (külmikutes, sügavkülmikutes ja külmutusseadmetes);
• puhumisainetena vahtude, näiteks polüuretaani tootmisel.

DuPonti keemiatööstus müüs freoonid turul registreeritud nimetuse Freon all.

Kust leida CFC-d?

Enamik tänapäeval planeedil leiduvatest freoonidest on inimtekkelise (inim) päritoluga. Uuringud tõestavad seda looduslikust tegevusest saadava CFC kogus on inimeste poolt toodetavaga võrreldes väike. Jääst mitte palju madalamate kihtide näidud näitavad, et 19. sajandil oli freoonide kontsentratsioon atmosfääris praktiliselt null.

Tegelikult algas freooni tootmine 1930. aastatel, tipp oli 1970. ja 1980. aastatel ning andmed näitavad, et CFC-11 ja CFC-12 tootmine kasvas 100 tonnilt 1931. aastal 583 tuhande tonnini aastal 1980. Selle tootmine lõpetati alles 1980. aastate lõpus, kui kehtestati Montreali protokoll. Enamik toodetud CFC-dest migreerub atmosfääri ülemised kihid, nagu stratosfäär, millel on tõsised tagajärjed meie elule Maal.

CFC kasutamise tagajärjed keskkonnale

CFC-de massiline kasutamine on osoonikihti järsult mõjutanud.

CFC-d on tihedalt seotud probleemiga, mida tuntakse nimetuse allauk osoonikihis, rikas kiht osoon (O₃), mis vastutab osa päikesekiirguse neelamise eest ja mis asub stratosfääris (15-30 km maapinna suhtes).

Vaatamata sellele, et freoonid on õhust tihedamad, on need keemiliselt stabiilsed ja lõpuks kantakse alumistest kihtidest atmosfäärist (troposfäärist) stratosfääri rõhu- ja temperatuurierinevuste tagajärjel. Sellised kihtidevahelised segamismehhanismid on lõpuks kiiremad kui keemiliste protsesside jaoks kuluv aeg freoonide õhust eemaldamiseks. Lõpuks kantakse neid õhu ja saasteainete pakendites, sarnaselt kuumaõhupalliga.

elimineerida troposfääris ja mitte jõuda stratosfääri, CFC-de kõrvaldamiseks on ainult kaks võimalust:sadestumine (vihmaga) või reaktsioon. Juhtub nii, et sellised ühendid lahustuvad vees halvasti ja seetõttu ei ole vihm hea mehhanism CFC gaaside eemaldamiseks. Mis puudutab reaktsioone, siis on vaja oksüdeerivaid aineid, nagu hüdroksüülradikaale, nitraati või osooni.

Arvestades aga stabiilsust ja madalat reaktsioonivõimet selliste oksüdeerivate radikaalidega, CFC-d jäävad lõpuks õhku pikaks ajaks ja jõuda vaikselt stratosfääri. Võrdluseks – hüdroksüülradikaal vajab CFC-dega reageerimiseks 80 aastat, metanooliga selleks kulub umbes 17 päeva.

Stratosfääri sattunud freoonid võib läbida fotolüüsireaktsiooni (laguneb valguse toimel) ja vabastab klooriradikaale. Näiteks kasutame CFC-11 (CFCl₃) ja CFC-12 (CF₂Cl₂):

• CFC fotolüüs: CFCl₃ (või CF₂Cl₂) + valgus → CFCl₂ (või CF₂Cl) + Cl
• Oh kaotus₃ keskmises ja ülemises stratosfääris:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Ülemaailmne:₃ +O → 2O₂

• Oh kaotus₃ madalamas stratosfääris:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + valgus → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Kokku: 2O₃ → 30₂

Nüüd on teaduslik konsensus selles sina CFC-d on peamised ained 1970. aastate lõpus Antarktika piirkonnas osoonikihis avastatud augus.

Tea rohkem: Mis on kasvuhoonegaasid?

CFC-de kontroll atmosfääris

Et CFC-sid atmosfääris hoida ja oma muret osoonikihi vähendamise pärast näidata, kohtusid mitmed riigid 1985. aastal Austrias, täpsemalt Viinis. Osoonikihi kaitse Viini konventsioon. See sündmus oli 1987. aastal Montreali protokolli loomise jaoks äärmiselt oluline Osoonikihti kahandavad ained – rahvusvaheline leping, mis jõustus esimesel päeval aastast 1989.

Montreali protokollile kirjutasid alla mitmed riigid, sealhulgas Brasiilia, mis andis oma tegevusele õigusliku jõu dekreediga nr. Peamine eesmärk oleks progressiivne osoonikihti kahandavate nn ainete tootmise ja tarbimise vähendamine (SDO) kuni selle täieliku kõrvaldamiseni.

Montreali protokoll on ainus mitmepoolne keskkonnaleping, mille vastuvõtmine on universaalne, st 197 riiki on võtnud kohustuse kaitsta osoonikihti. Brasiilias on freoonide importimine keelatud, nagu puudub osoonikihti kahandavate ainete riiklik tootmine. Kontroll vastutab Ibama eest ja ainult mõningaid SDO-sid on lubatud importida, kuid piirangute ja laiaulatusliku kontrolliga.

Kuidas tekkisid klorofluorosüsivesinikud (CFC)?

1920. aastatel külmikud ja kliimaseadmed kasutasid kompostis nagu ammoniaak, klorometaan, propaan ja vääveldioksiid jahutusvedelikena. Vaatamata sellele, et sellised ühendid olid tõhusad mürgine ja tuleohtlik. Lisaks võib nendega kokkupuude mitte ainult põhjustada tõsiseid kahjustusi, vaid ka põhjustada surma.

Seal asus meeskond eesotsas Thomas Midgley Jr. töötas alternatiivi väljatöötamise nimel millel jahutusvedelikuna selliseid probleeme ei olnud. Meeskond keskendus halogeenitud ühenditele, mis on tuntud oma lenduvuse ja keemilise inertsuse, ainete huvipakkuvate omaduste poolest.

Esimene välja töötatud ühend oli CF₂Cl₂, tol ajal tuntud kui Freon (või CFC-12). Oma stipendiumi eest on Midgley pälvinud mitmeid autasusid, sealhulgas Keemiatööstuse Seltsi Perkini medali aastal. 1937 ja Priestley medal, Ameerika Keemiaühingu (Ameerika Keemiaühingu) kõrgeim autasu.

1970. aastatel olid freoonid laialt levinud, mille aastane toodang ulatub 1 miljoni tonnini, mis moodustab peaaegu 500 miljoni dollari suuruse osa keemiatööstusest.

Allikad:

ANDINO, J. M. Klorofluorosüsivesinikud (CFC) on õhust raskemad, kuidas siis teadlased arvavad, et need kemikaalid jõuavad osoonikihi kõrgusele, et seda negatiivselt mõjutada? Teaduslik ameeriklane. 21. okt. 1999. Saadaval aadressil: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Juurdepääs 25. juunil. 2023.

AMERICAN CHEMICAL SOCIETY – ACS. Klorofluorosüsivesinikud ja osoonikihi kahanemine. ACS riiklik ajalooline keemiline maamärk. 18. apr. 2017. Saadaval: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Juurdepääs 25. juunil. 2023.

BUTLER, J. H. et al. 20. sajandil polaarfääri õhust pärinevate atmosfääri halogeensüsivesinike rekord. Loodus. 399, lk. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Ei. Homogeenne ja heterogeenne keemia stratosfääris. sisse: Ülemise ja alumise atmosfääri keemia. ptk. 12. P. 657-726. San Diego, California: Academic Press, 2000.

BRASIILIA KESKKONNA- JA TAASTUVATE LOODUSVARADE INSTITUUT – IBAMA. Montreali protokoll. 29. nov. 2022. Saadaval: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Juurdepääs 25. juunil. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Ülevaade peamistest klorofluorosüsivesinikest ja nende halogeensüsiniku alternatiividest õhus. Atmosfäärikeskkond. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

KESKKONNA- JA KLIIMAMUUTUSTE MINISTEERIUM. Viini konventsioon ja Montreali protokoll. 29. apr. 2022. Saadaval: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Juurdepääs 25. juunil. 2023.

Autor Stefano Araujo Novais
Keemia õpetaja

Metallide, peamiselt raua korrosioon toimub oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioonide elektrokeemilistes protsessides.

Õppige tundma kasvuhoonegaase, nende mõju ja kuidas need võivad meie planeedi temperatuuri tõsta.

Kas sa tead, mis on ideaalne gaas? Õppige tundma ideaalset gaasimudelit, uurige, millised on selle omadused ja vaadake sellel teemal lahendatud harjutusi!

Siit saate teada, mis on süsinikmonooksiid, kuidas seda toodetakse ja millised tüsistused võivad inimestele selle äärmiselt mürgise gaasiga kokku puutuda.

Klõpsake siin, tutvuge süsivesinike nomenklatuuriga, mis on kehtestatud praeguste IUPACi reeglitega, ja vaadake näiteid.

Hapniku põhjustatud eelised ja kahjud.

Lisateave osoonigaasi, selle omaduste, omaduste, tekke, riskide ja osoonikihi kohta.

Osoonikihi kahanemine klorofluorosüsivesinike toimel.

Avastage erinevus isotermiliste, isobaariliste ja isovolummeetriliste gaasimuunduste vahel.