Chlorofluorocarbone (CFC): qu'est-ce que c'est, utilise, effets

Chlorofluorocarbures (CFC) sont des composés volatils qui dériver des hydrocarbures (généralement du méthane et de l'éthane), dans lequel un ou plusieurs atomes d'hydrogène sont remplacés par des atomes de fluor ou de chlore. Aussi appelés chlorofluorocarbures, ces composés sont couramment désignés par l'acronyme CFC. Les CFC sont connus pour leur faible réactivité, le fait qu'ils sont ininflammables, ont un point d'ébullition bas, sont inodores, insipides, incolores et ont une faible toxicité.

Les chlorofluorocarbures sont principalement utilisés comme fluides caloporteurs, la production ayant débuté dans les années 1930 et a culminé dans les années 1970, lorsqu'on s'est rendu compte que ces composés étaient responsables de l'appauvrissement de la couche d'ozone dans stratosphère. Depuis lors, le Protocole de Montréal a établi des règles strictes pour sa consommation, son importation et son exportation, rendant la consommation de CFC bien inférieure à ce qu'elle était il y a des décennies.

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Thèmes de cet article

• 1 - Synthèse sur le chlorofluorocarbone (CFC)
• 2 - Qu'est-ce que le CFC ?
• 3 - Formule CFC
• 4 - Caractéristiques des chlorofluorocarbures (CFC)
• 5 - Où trouver le CFC ?
• 6 - Conséquences de l'utilisation des CFC sur l'environnement
• 7 - Contrôle des CFC dans l'atmosphère
• 8 - Comment sont apparus les chlorofluorocarbures (CFC) ?

Résumé sur Chlorofluorocarbone (CFC)

• Les chlorofluorocarbures ou chlorofluorocarbures sont des dérivés volatils d'hydrocarbures qui ont des atomes de chlore ou de fluor à la place des atomes d'hydrogène.
• Ils sont communément désignés par l'acronyme CFC.
• Les CFC sont chimiquement stables, ininflammables, inodores, insipides, incolores, peu toxiques et ont un point d'ébullition bas.
• Ils sont principalement utilisés comme liquides de refroidissement et ont été vendus sous le nom commercial Fréon.
• Ils ont commencé à être produits dans les années 1930, atteignant un grand pic dans les années 1970, cependant, on s'est rendu compte que ces composés étaient responsables de la réduction de la couche d'ozone dans la stratosphère.
• A la fin des années 1970, le Protocole de Montréal a été établi, qui a apporté un contrôle strict de la consommation, la production, l'importation et l'exportation de CFC, réduisant considérablement l'utilisation et la commercialisation de ces composés.

Qu'est-ce que le CFC ?

CFC est l'acronyme d'une classe de composés connus sous le nom de chlorofluorocarbures (également appelés chlorofluorocarbures ou chlorofluorocarbures), consistant en dérivés volatils des hydrocarbures (en général, méthane et éthane), dans lequel un ou plusieurs atomes d'hydrogène sont remplacés par des atomes de fluor ou de chlore.

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Formule CFC

Les CFC ont généralement formule générale CCl_nF_4–n, lorsqu'il est dérivé du méthane, et C₂CL_nF_6–n, lorsqu'il est dérivé de l'éthane. Dans ce cas, la valeur de « n » ne peut pas être nulle. CFC sont également bien connus pour leur nomenclature commerciale, qui utilise des nombres pour indiquer à quel CFC nous faisons référence. La formule générale de cette nomenclature estCFC-XY, où X est le nombre d'hydrogènes plus une unité (H + 1), tandis que Y représente le nombre d'atomes de fluor.

Les atomes de chlore n'apparaissent pas dans cette nomenclature, mais ils sont facilement identifiables si l'on se rappelle que les atomes de carbone faire seulement quatre liaisons chimiques. Par conséquent, le CFC-11 a 1 atome de carbone, pas d'atome d'hydrogène (X = 1, donc H + 1 = 1, donc H = 0) et 1 atome de fluor (Y = 1). Comme le carbone fait 4 liaisons, et jusqu'à présent, seul 1 atome de fluor a été identifié, alors il y a 3 atomes de chlore, c'est-à-dire que CFC-11 est CCl₃F.

De même, le CFC-22 a 1 atome de carbone, 1 atome d'hydrogène, 2 atomes de fluor et, parce que le carbone fait 4 liaisons chimiques, seulement 1 atome de chlore; donc, CFC-22 est CHClF₂.

Pour CFC avec deux atomes de carbone ou plus, la formule générale CFC-XYZ est adoptée, sur quoi:

• X est le nombre de carbones soustrait d'une unité (C – 1).
• Y est le nombre d'hydrogènes plus une unité (H + 1).
• Z est le nombre d'atomes de fluor présents.

De même, les atomes de chlore sont pris par la différence basée sur les quatre liaisons de l'atome de carbone. Cependant, rappelez-vous qu'il y aura une liaison carbone-carbone, donc le nombre total de lieurs est égal à six (tout comme dans l'éthane).

Par exemple, le CFC-113 a X = 1, donc il a 2 atomes de carbone (C - 1 = 1, C = 2); a Y = 1, donc n'a pas d'atomes d'hydrogène (H + 1 = 1, H = 0); a Z = 3, donc il a 3 atomes de fluor. Ainsi, nous pouvons affirmer que le CFC-113 est le C₂CL₃F₃.

Voir aussi: Comment est définie la nomenclature des hydrocarbures

Caractéristiques des chlorofluorocarbures (CFC)

Les CFC ont des caractéristiques physiques et chimiques qui justifient leurs principales utilisations industrielles et commerciales, ils sont/ont :

• inflammable;
• insipide (sans goût);
• inodore (pas d'odeur);
• faible toxicité;
• bonne stabilité chimique;
• faible corrosivité lors de l'utilisation;
• faible coût;
• volatils (point d'ébullition proche de 0 °C);
• prix raisonnable.

Où sont utilisés les chlorofluorocarbures (CFC)?

Les CFC sont utilisés comme réfrigérants.

En raison de leur innocuité, de leur volatilité, de leur coût et de leur stabilité chimique, les CFC se sont révélés être de bons composés à utiliser comme:

• solvants;
• extincteurs;
• les propulseurs en bombes aérosols (tels que les déodorants en spray) ;
• comme gaz réfrigérants (dans les réfrigérateurs, congélateurs et appareils frigorifiques);
• comme agents gonflants dans la production de mousses, telles que le polyuréthane.

Les CFC étaient commercialisés par l'industrie chimique DuPont sous le nom déposé Freon.

Où trouver le CFC ?

La plupart des CFC qui existent sur la planète aujourd'hui sont d'origine anthropique (humaine). Des études prouvent que la quantité de CFC provenant de l'activité naturelle est infime par rapport à celle produite par l'homme. Des relevés de couches à peine plus basses que la glace indiquent qu'au XIXe siècle, la concentration de CFC dans l'atmosphère était pratiquement nulle.

En fait, la production de CFC a commencé dans les années 1930, avec des pics dans les années 1970 et 1980, et les données démontrer que la production de CFC-11 et de CFC-12 est passée de 100 tonnes en 1931 à 583 000 tonnes en 1980. Sa production ne s'est arrêtée qu'à la fin des années 1980, avec l'institution du Protocole de Montréal. La plupart des CFC produits migrent vers couches supérieures de l'atmosphère, comme la stratosphère, qui a de graves conséquences pour notre vie sur Terre.

Conséquences de l'utilisation des CFC pour l'environnement

L'utilisation massive de CFC a brutalement affecté la couche d'ozone.

CFC sont étroitement liés à un problème connu sous le nom detrou dans la couche d'ozone, une couche riche en Ozone (O₃), responsable d'absorber une partie du rayonnement solaire, et qui se situe dans la stratosphère (15-30 km par rapport au sol terrestre).

Bien qu'ils soient plus denses que l'air, les CFC sont chimiquement stables et finissent par être transportés depuis les couches inférieures de l'atmosphère (la troposphère) à la stratosphère en raison des différences de pression et de température. Ces mécanismes de mélange intercouche finissent par être plus rapides que le temps nécessaire aux processus chimiques pour éliminer les CFC de l'air. Ils finissent par être transportés dans des paquets d'air et de contaminants, un peu comme les personnes transportées dans une montgolfière.

Être éliminé dans la troposphère et ne pas atteindre la stratosphère, Il n'y a que deux façons d'éliminer les CFC :dépôt (par la pluie) ou réaction. Il se trouve que de tels composés sont peu solubles dans l'eau et que la pluie n'est donc pas un bon mécanisme d'élimination des gaz CFC. En ce qui concerne les réactions, des agents oxydants sont nécessaires, tels que des radicaux hydroxyles, du nitrate ou de l'ozone.

Cependant, compte tenu de la stabilité et de la faible réactivité avec de tels radicaux oxydants, Les CFC finissent par rester longtemps dans l'air et atteindre tranquillement la stratosphère. Juste à titre de comparaison, le radical hydroxyle a besoin de 80 ans pour réagir avec les CFC, ce qu'il faut environ 17 jours pour le méthanol.

Une fois dans la stratosphère, les CFC peut subir une réaction de photolyse (se décompose sous l'action de la lumière) et libère des radicaux chlorés. A titre d'exemple, nous utiliserons le CFC-11 (CFCl₃) et CFC-12 (CF₂CL₂):

• Photolyse de CFC: CFCl₃ (ou FC₂CL₂) + lumière → CFCl₂ (ou FC₂Cl) + Cl
• Ô perte₃ dans la stratosphère moyenne et supérieure :

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Mondial: Le₃ +O → 2O₂

• Ô perte₃ dans la basse stratosphère :

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HO Cl + O₂

HOCl + lumière → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ +O₂

Total: 2O₃ → 30₂

C'est maintenant un consensus scientifique que toi Les CFC sont des agents clés dans le trou détecté dans la couche d'ozone, à la fin des années 1970, dans la région de l'Antarctique.

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Contrôle des CFC dans l'atmosphère

Afin de contenir les CFC dans l'atmosphère et de manifester leur souci de la réduction de la couche d'ozone, en 1985, plusieurs pays se sont réunis en Autriche, plus précisément à Vienne, Convention de Vienne pour la protection de la couche d'ozone. Cet événement a été extrêmement important pour, en 1987, la création du Protocole de Montréal sur Substances qui appauvrissent la couche d'ozone, un traité international qui est entré en vigueur dès le premier jour à partir de 1989.

Le Protocole de Montréal a été signé par plusieurs pays, dont le Brésil, qui a donné un effet juridique à ses actions par le biais du décret no. L'objectif principal serait la progression réduire la production et la consommation de substances dites qui appauvrissent la couche d'ozone (SDO) jusqu'à son élimination totale.

Le Protocole de Montréal est le seul accord environnemental multilatéral dont l'adoption est universelle, c'est-à-dire que les 197 États se sont engagés à protéger la couche d'ozone. Au Brésil, les CFC sont interdits à l'importation, tout comme il n'y a pas de production nationale de SAO. Le contrôle est en charge d'Ibama, et seuls certains SDO sont autorisés à être importés, mais avec des restrictions et un contrôle étendu.

Comment les chlorofluorocarbures (CFC) sont-ils apparus ?

Dans les années 1920, réfrigérateurs et systèmes de climatisation utilisés composts tels que l'ammoniac, le chlorométhane, le propane et anhydride sulfureux comme liquides de refroidissement. Malgré leur efficacité, ces composés ont été toxique et inflammable. De plus, une exposition à ceux-ci pourrait non seulement causer de graves dommages, mais aussi entraîner la mort.

C'est là qu'une équipe, dirigée par Thomas Midgley Jr., a travaillé pour développer une alternative qui n'avait pas de tels problèmes pour servir de liquide de refroidissement. L'équipe s'est concentrée sur les composés halogénés, connus pour leur volatilité et leur inertie chimique, propriétés d'intérêt pour les substances.

Le premier composé à être développé était CF₂CL₂, alors connu sous le nom de Fréon (ou CFC-12). Pour sa bourse, Midgley a reçu de nombreuses distinctions, dont la médaille Perkin de la Chemical Industry Society en 1937, et la Médaille Priestley, la plus haute distinction de l'American Chemical Society (l'American Chemical Society).

Dans les années 1970, les CFC étaient répandus, avec une production annuelle atteignant près de 1 million de tonnes, représentant une part de près de 500 millions de dollars de l'industrie chimique.

Sources:

ANDINO, J. M Les chlorofluorocarbures (CFC) sont plus lourds que l'air, alors comment les scientifiques supposent-ils que ces produits chimiques atteignent l'altitude de la couche d'ozone pour l'affecter négativement? Scientifique Américain. 21 oct. 1999. Disponible à: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Consulté le 25 juin. 2023.

SOCIÉTÉ CHIMIQUE AMÉRICAINE – ACS. Chlorofluorocarbures et appauvrissement de la couche d'ozone. Monument chimique historique national de l'ACS. 18 avr. 2017. Disponible en: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Consulté le 25 juin. 2023.

BUTLER, J. H et coll. Un enregistrement des halocarbures atmosphériques au cours du XXe siècle à partir de l'air du névé polaire. nature. 399, p. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITS, J. Non. Chimie homogène et hétérogène dans la stratosphère. dans: Chimie de la haute et de la basse atmosphère. Type. 12. P 657-726. San Diego, Californie: Academic Press, 2000.

INSTITUT BRÉSILIEN DE L'ENVIRONNEMENT ET DES RESSOURCES NATURELLES RENOUVELABLES – IBAMA. Protocole de Montréal. 29 nov. 2022. Disponible en: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Consulté le 25 juin. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Un examen des principaux chlorofluorocarbures et de leurs substituts halocarbures dans l'air. Environnement atmosphérique. n.m. 45. P 1369-1382. 2011.

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT ET DU CHANGEMENT CLIMATIQUE. Convention de Vienne et Protocole de Montréal. 29 avr. 2022. Disponible en: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Consulté le 25 juin. 2023.

Par Stefano Araujo Novais
Professeur de chimie

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