Kloorifluorihiili (CFC): mikä se on, käyttötarkoitukset, vaikutukset

Kloorifluorihiilivedyt (CFC) ovat haihtuvia yhdisteitä, jotka peräisin hiilivedyistä (yleensä metaani ja etaani), joissa yksi tai useampi vetyatomi on korvattu fluori- tai klooriatomeilla. Tällaisia ​​yhdisteitä kutsutaan myös kloorifluorihiilivedyiksi, ja niistä käytetään yleisesti lyhennettä CFC. CFC-yhdisteet tunnetaan alhaisesta reaktiivisuudestaan, siitä tosiasiasta, että ne ovat syttymättömiä, niillä on alhainen kiehumispiste ja ne ovat hajuttomia, mauttomia, värittömiä ja niillä on alhainen myrkyllisyys.

Kloorifluorihiilivetyjä käytetään pääasiassa jäähdytysnesteinä, joiden tuotanto on alkanut 1930-luvulla ja huipussaan 1970-luvulla, jolloin havaittiin, että tällaiset yhdisteet olivat vastuussa otsonikerroksen heikentymisestä stratosfääri. Siitä lähtien Montrealin pöytäkirja on vahvistanut tiukat säännöt sen kulutukselle, tuonnille ja viennille, mikä tekee CFC-yhdisteiden kulutuksesta paljon vähemmän kuin vuosikymmeniä sitten.

Lue myös: Hiilimonoksidi – tämän värittömän, hajuttoman ja erittäin myrkyllisen kaasun vaarat

Tämän artikkelin aiheet

• 1 - Yhteenveto kloorifluorihiilivedystä (CFC)
• 2 - Mikä on CFC?
• 3 - CFC-kaava
• 4 - Kloorifluorihiilivetyjen (CFC) ominaisuudet
• 5 - Mistä löytää CFC: tä?
• 6 - CFC-yhdisteiden käytön vaikutukset ympäristöön
• 7 - CFC-yhdisteiden valvonta ilmakehässä
• 8 - Miten kloorifluorihiilivedyt (CFC: t) ilmestyivät?

Yhteenveto kloorifluorihiilestä (CFC)

• Kloorifluorihiilivedyt tai kloorifluorihiilivedyt ovat hiilivetyjen haihtuvia johdannaisia, joissa on kloori- tai fluoriatomeja vetyatomien tilalla.
• Niitä kutsutaan yleisesti lyhenteellä CFC.
• CFC-yhdisteet ovat kemiallisesti stabiileja, syttymättömiä, hajuttomia, mauttomia, värittömiä, alhainen myrkyllisyys ja alhainen kiehumispiste.
• Niitä käytetään pääasiassa jäähdytysnesteinä ja niitä myytiin kauppanimellä Freon.
• Niitä alettiin valmistaa 1930-luvulla, ja ne saavuttivat huippunsa 1970-luvulla, mutta havaittiin, että tällaiset yhdisteet olivat vastuussa stratosfäärin otsonikerroksen vähentämisestä.
• 1970-luvun lopulla otettiin käyttöön Montrealin pöytäkirja, joka toi tiukan kulutuksen hallinnan. CFC-yhdisteiden tuotanto, tuonti ja vienti, mikä vähentää huomattavasti niiden käyttöä ja kaupallistamista yhdisteet.

Mikä on CFC?

CFC on lyhenne luokasta yhdisteitä, jotka tunnetaan kloorifluorihiilivetyinä (kutsutaan myös kloorifluorihiilivedyiksi tai kloorifluorihiilivedyiksi), jotka koostuvat hiilivetyjen haihtuvat johdannaiset (yleisesti, metaani ja etaani), joissa yksi tai useampi vetyatomi on korvattu fluori- tai klooriatomeilla.

Älä nyt lopeta... Julkisuuden jälkeen on muutakin ;)

CFC-kaava

CFC-yhdisteillä on yleensä yleinen kaava CCl_nF_4–n, kun se on johdettu metaanista, ja C₂Cl_nF_6–n, kun se on johdettu etaanista. Tässä tapauksessa "n":n arvo ei voi olla nolla. Freonit ovat myös tunnettuja kaupallisesta nimikkeistöstään, joka käyttää numeroita osoittamaan, mihin CFC: hen viittaamme. Tämän nimikkeistön yleinen kaava onCFC-XY, jossa X on vetyatomien lukumäärä plus yksi yksikkö (H + 1), kun taas Y on fluoriatomien lukumäärä.

Klooriatomit eivät esiinny tässä nimikkeistössä, mutta ne on helppo tunnistaa, jos muistamme, että hiiliatomit muodostaa vain neljä kemiallista sidosta. Siksi CFC-11:ssä on 1 hiiliatomi, ei vetyatomia (X = 1, siksi H + 1 = 1, joten H = 0) ja 1 fluoriatomi (Y = 1). Koska hiili muodostaa 4 sidosta ja toistaiseksi vain 1 fluoriatomi on tunnistettu, klooriatomia on 3, eli CFC-11 on CCl₃F.

Vastaavasti CFC-22:ssa on 1 hiiliatomi, 1 vetyatomi, 2 fluoriatomia ja, koska hiili muodostaa 4 kemiallista sidosta, vain 1 klooriatomi; siksi CFC-22 on CHClF₂.

varten CFC-yhdisteet, joissa on kaksi tai useampia hiiliatomeja, käytetään yleiskaavaa CFC-XYZ, mistä:

• X on hiilen lukumäärä vähennettynä yhdestä yksiköstä (C – 1).
• Y on vetyatomien lukumäärä plus yksi yksikkö (H + 1).
• Z on läsnä olevien fluoriatomien lukumäärä.

Samoin klooriatomit otetaan erolla, joka perustuu hiiliatomin neljään sidokseen. Muista kuitenkin, että syntyy hiili-hiili-sidos, joten linkkereiden kokonaismäärä on kuusi (kuten etaanissa).

Esimerkiksi CFC-113:ssa on X = 1, joten siinä on 2 hiiliatomia (C – 1 = 1, C = 2); on Y = 1, joten siinä ei ole vetyatomeja (H + 1 = 1, H = 0); on Z = 3, joten siinä on 3 fluoriatomia. Siten voimme todeta, että CFC-113 on C₂Cl₃F₃.

Katso myös: Miten hiilivetyjen nimikkeistö määritellään

Kloorifluorihiilivetyjen (CFC) ominaisuudet

CFC-yhdisteillä on fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, jotka oikeuttavat niiden pääasialliset teolliset ja kaupalliset käyttötarkoitukset, ne ovat/on:

• syttyvä;
• mautonta (mauton);
• hajuton (ei hajua);
• alhainen myrkyllisyys;
• hyvä kemiallinen stabiilisuus;
• alhainen korroosio käytön aikana;
• halpa;
• haihtuvat (kiehumispiste lähellä 0 °C);
• kohtuulliset kustannukset.

Missä kloorifluorihiilivetyjä (CFC) käytetään?

CFC-yhdisteitä käytetään kylmäaineina.

Turvallisuuden, haihtuvuuden, kustannusten ja kemiallisen stabiiliuden vuoksi CFC-yhdisteet ovat osoittautuneet hyviksi yhdisteiksi käytettäväksi. kuten:

• liuottimet;
• Palosammuttimet;
• ponneaineet aerosolitölkeissä (kuten spray-deodorantti);
• kylmäainekaasuina (jääkaapeissa, pakastimissa ja jäähdytyslaitteissa);
• vaahdotusaineina vaahtojen, kuten polyuretaanin, valmistuksessa.

DuPontin kemianteollisuus myi CFC-yhdisteitä markkinoilla rekisteröidyllä nimellä Freon.

Mistä löytää CFC: tä?

Suurin osa planeetalla nykyisin esiintyvistä CFC-yhdisteistä on antropogeenistä (ihmis) alkuperää. Tutkimukset todistavat sen luonnollisesta toiminnasta peräisin olevan CFC: n määrä on pieni verrattuna ihmisen tuottamaan määrään. Ei juurikaan jäätä alempien kerrosten lukemat osoittavat, että 1800-luvulla CFC-yhdisteiden pitoisuus ilmakehässä oli käytännössä nolla.

Itse asiassa CFC-yhdisteiden tuotanto alkoi 1930-luvulla, huippuja 1970- ja 1980-luvuilla, ja tiedot osoittavat, että CFC-11:n ja CFC-12:n tuotanto kasvoi 100 tonnista vuonna 1931 583 tuhanteen tonniin 1980. Sen tuotanto lopetettiin vasta 1980-luvun lopulla, kun Montrealin pöytäkirja otettiin käyttöön. Suurin osa tuotetuista CFC-yhdisteistä siirtyy ilmakehän ylemmät kerrokset, kuten stratosfääri, jolla on vakavia seurauksia elämällemme maan päällä.

CFC-yhdisteiden käytön seuraukset ympäristölle

CFC-yhdisteiden massiivinen käyttö on vaikuttanut otsonikerrokseen äkillisesti.

Freonit liittyvät läheisesti ongelmaan, joka tunnetaan nimelläreikä otsonikerroksessa, kerros, jossa on runsaasti otsoni (O₃), joka vastaa osan auringon säteilyn absorboinnista ja sijaitsee stratosfäärissä (15-30 km suhteessa maaperään).

Vaikka CFC-yhdisteet ovat ilmaa tiheämpiä, ne ovat kemiallisesti stabiileja ja päätyvät kantamaan alemmista kerroksista ilmakehästä (troposfääristä) stratosfääriin paine- ja lämpötilaerojen seurauksena. Tällaiset kerrostenväliset sekoitusmekanismit ovat lopulta nopeampia kuin aika, joka tarvitaan kemiallisiin prosesseihin CFC-yhdisteiden poistamiseen ilmasta. Ne päätyvät kuljetettavaksi ilma- ja epäpuhtauspakkauksissa, aivan kuten ihmisiä kuljetettaisiin kuumailmapallossa.

Eliminoitua troposfäärissä eikä päästä stratosfääriin, On vain kaksi tapaa hävittää CFC-yhdisteet:laskeuma (sade) tai reaktio. Sattuu niin, että tällaiset yhdisteet liukenevat huonosti veteen, ja siksi sade ei ole hyvä mekanismi CFC-kaasujen poistamiseen. Mitä tulee reaktioihin, tarvitaan hapettavia aineita, kuten hydroksyyliradikaaleja, nitraattia tai otsonia.

Kuitenkin, kun otetaan huomioon stabiilisuus ja alhainen reaktiivisuus tällaisten hapettavien radikaalien kanssa, CFC-yhdisteet pysyvät ilmassa pitkään ja saavuttaa hiljaa stratosfäärin. Vertailun vuoksi, hydroksyyliradikaali tarvitsee 80 vuotta reagoidakseen CFC-yhdisteiden kanssa, mikä kestää noin 17 päivää metanolin kanssa.

Kerran stratosfäärissä CFC-yhdisteet voi käydä läpi fotolyysireaktion (hajoaa valon vaikutuksesta) ja vapauttaa klooriradikaaleja. Käytämme esimerkkinä CFC-11 (CFCl₃) ja CFC-12 (CF₂Cl₂):

• CFC: n fotolyysi: CFCl₃ (tai CF₂Cl₂) + valo → CFCl₂ (tai CF₂Cl) + Cl
• Oi menetys₃ keski- ja ylästratosfäärissä:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Maailmanlaajuinen:₃ +O → 2O₂

• Oi menetys₃ alemmassa stratosfäärissä:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + valo → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Yhteensä: 2O₃ → 30₂

Siitä on nyt tieteellinen yksimielisyys sinä CFC-yhdisteet ovat keskeisiä aineita otsonikerroksessa löydetyssä reiässä 1970-luvun lopulla Etelämantereen alueella.

Tietää enemmän: Mitä kasvihuonekaasut ovat?

CFC-yhdisteiden valvonta ilmakehässä

Vuonna 1985 useat maat tapasivat Itävallassa, tarkemmin sanottuna Wienissä, tarkoituksenaan pitää CFC-yhdisteet ilmakehässä ja osoittaakseen huolensa otsonikerroksen alentamisesta. Wienin yleissopimus otsonikerroksen suojelusta. Tämä tapahtuma oli erittäin tärkeä vuonna 1987 Montrealin pöytäkirjan luomisen kannalta Otsonikerrosta heikentävät aineet, kansainvälinen sopimus, joka astui voimaan ensimmäisenä päivänä vuodesta 1989.

Montrealin pöytäkirjan allekirjoittivat useat maat, mukaan lukien Brasilia, joka antoi toiminnalleen lainvoiman asetuksella nro. Päätavoite olisi progressiivinen otsonikerrosta heikentävien ns. aineiden tuotannon ja kulutuksen vähentäminen (SDO) sen täydelliseen eliminointiin asti.

Montrealin pöytäkirja on ainoa monenvälinen ympäristösopimus, jonka hyväksyminen on yleismaailmallista, eli 197 valtiota on sitoutunut suojelemaan otsonikerrosta. Brasiliassa CFC-yhdisteiden tuonti on kielletty, samoin kuin otsonikerrosta heikentävien aineiden kansallista tuotantoa ei ole. Valvonta on Ibaman vastuulla, ja vain joitakin SDO: ita saa tuoda, mutta rajoituksin ja laajalla valvonnalla.

Miten kloorifluorihiilivedyt (CFC) syntyivät?

1920-luvulla jääkaapit ja ilmastointijärjestelmät käyttivät kompostias, kuten ammoniakki, kloorimetaani, propaani ja rikkidioksidia jäähdytysnesteinä. Vaikka tällaiset yhdisteet olivat tehokkaita, ne olivat myrkyllistä ja syttyvää. Lisäksi niille altistuminen voi paitsi aiheuttaa vakavia vahinkoja, myös johtaa kuolemaan.

Siellä oli tiimi, jota johti Thomas Midgley Jr. työskenteli vaihtoehdon kehittämiseksi jolla ei ollut sellaisia ​​​​ongelmia, jotka voisivat toimia jäähdytysnesteenä. Ryhmä keskittyi halogenoituihin yhdisteisiin, jotka tunnetaan haihtuvuudestaan ​​ja kemiallisesta inertisyydestään, jotka ovat aineiden kiinnostavia ominaisuuksia.

Ensimmäinen kehitetty yhdiste oli CF₂Cl₂, joka tuolloin tunnettiin nimellä Freon (tai CFC-12). Apurahastaan ​​Midgley on saanut lukuisia kunnianosoituksia, mukaan lukien Chemical Industry Societyn Perkin-mitali vuonna 1937, ja Priestley-mitali, American Chemical Societyn (American Chemical Society) korkein palkinto.

1970-luvulla CFC-yhdisteet olivat yleisiä, jonka vuosituotanto on lähes miljoona tonnia, mikä vastaa lähes 500 miljoonan dollarin osuutta kemianteollisuudesta.

Lähteet:

ANDINO, J. M. Kloorifluorihiilivedyt (CFC-yhdisteet) ovat raskaampia kuin ilma, joten kuinka tiedemiehet olettavat, että nämä kemikaalit saavuttavat otsonikerroksen korkeuden vaikuttaakseen siihen haitallisesti? Tieteellinen amerikkalainen. 21. lokakuuta 1999. Saatavilla osoitteessa: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Käytetty 25. kesäkuuta. 2023.

AMERICAN CEMICAL SOCIETY – ACS. Kloorifluorihiilivedyt ja otsonikato. ACS: n kansallinen historiallinen kemiallinen maamerkki. 18. huhtikuuta 2017. Saatavilla: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Käytetty 25. kesäkuuta. 2023.

BUTLER, J. H. et ai. Ennätys ilmakehän halohiilivetyistä 1900-luvulla napa-ilmasta. Luonto. 399, s. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Ei. Homogeeninen ja heterogeeninen kemia stratosfäärissä. sisään: Ylä- ja alailmakehän kemia. Kap. 12. P. 657-726. San Diego, Kalifornia: Academic Press, 2000.

BRASILIAN YMPÄRISTÖ- JA UUSIUTUVIEN LUONNONVAROJEN INSTITUUTTI – IBAMA. Montrealin pöytäkirja. 29. marraskuuta 2022. Saatavilla: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Käytetty 25. kesäkuuta. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Katsaus tärkeimmistä kloorifluorihiilivedyistä ja niiden halogeenihiilivaihtoehdoista ilmassa. Ilmakehän ympäristö. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

YMPÄRISTÖ- JA ILMASTONMUUTOSMINISTERIÖ. Wienin yleissopimus ja Montrealin pöytäkirja. 29. huhtikuuta 2022. Saatavilla: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Käytetty 25. kesäkuuta. 2023.

Kirjailija: Stefano Araujo Novais
Kemian opettaja

Metallien, pääasiassa raudan, korroosiota esiintyy hapetus-pelkistysreaktioiden sähkökemiallisissa prosesseissa.

Tutustu kasvihuonekaasuihin, niiden vaikutuksiin ja siihen, miten ne voivat nostaa planeettamme lämpötilaa.

Tiedätkö mikä on ihanteellinen kaasu? Tutustu ihanteelliseen kaasumalliin, selvitä sen ominaisuudet ja tutustu tähän aiheeseen ratkaistuihin harjoituksiin!

Opi mitä hiilimonoksidi on, miten sitä tuotetaan ja mitä komplikaatioita aiheuttaa ihmisille altistuminen tälle erittäin myrkylliselle kaasulle.

Napsauta tätä, tutustu nykyisten IUPAC-sääntöjen mukaiseen hiilivetyjen nimikkeistöön ja katso esimerkkejä.

Hapen aiheuttamat hyödyt ja haitat.

Lue lisää otsonikaasusta sekä sen ominaisuuksista, ominaisuuksista, muodostumisesta, riskeistä ja otsonikerroksesta.

Otsonikerroksen heikentäminen kloorifluorihiilivedyillä.

Löydä ero isotermisen, isobarisen ja isovolumetrisen kaasumuunnosten välillä.