Klorofluorougljik (CFC): što je to, koristi, učinci

Klorofluorugljici (CFC) su hlapljivi spojevi koji potječu od ugljikovodika (obično metan i etan), u kojima je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno atomima fluora ili klora. Također se nazivaju klorofluorougljici, a takvi spojevi se obično nazivaju akronimom CFC. CFC su poznati po svojoj niskoj reaktivnosti, činjenici da su nezapaljivi, imaju nisku točku vrenja, bez mirisa, okusa, boje i niske toksičnosti.

Klorofluorougljici se uglavnom koriste kao rashladna sredstva, a proizvodnja je započela 1930-ih i dosegao je vrhunac 1970-ih, kada je otkriveno da su takvi spojevi odgovorni za oštećenje ozonskog omotača u stratosfera. Od tada je Montrealski protokol uspostavio stroga pravila za njegovu potrošnju, uvoz i izvoz, čime je potrošnja CFC-a znatno niža nego prije nekoliko desetljeća.

Pročitajte također: Ugljični monoksid—opasnosti ovog plina bez boje, mirisa i vrlo otrovnog plina

Teme ovog članka

• 1 - Sažetak o klorofluorougljiku (CFC)
• 2 - Što je CFC?
• 3 - CFC formula
• 4 - Karakteristike klorofluorougljika (CFC)
• 5 - Gdje pronaći CFC?
• 6 - Posljedice uporabe CFC-a za okoliš
• 7 - Kontrola CFC-a u atmosferi
• 8 - Kako su se pojavili klorofluorougljici (CFC)?

Sažetak o klorofluorougljiku (CFC)

• Klorofluorougljici ili klorofluorougljici su hlapljivi derivati ​​ugljikovodika koji imaju atome klora ili fluora umjesto atoma vodika.
• Obično se nazivaju akronimom CFC.
• CFC su kemijski stabilni, nezapaljivi, bez mirisa, okusa, boje, niske toksičnosti i niske točke vrelišta.
• Uglavnom se koriste kao rashladne tekućine i prodavali su se pod trgovačkim nazivom Freon.
• Počeli su se proizvoditi 1930-ih, da bi veliki vrhunac dosegli 1970-ih, no uvidjelo se da su takvi spojevi odgovorni za smanjenje ozonskog omotača u stratosferi.
• Krajem 70-ih godina prošlog stoljeća uspostavljen je Montrealski protokol koji je donio strogu kontrolu potrošnje, proizvodnju, uvoz i izvoz CFC-a, znatno smanjujući njihovu upotrebu i komercijalizaciju spojevi.

Što je CFC?

CFC je akronim za klasu spojevi poznati kao klorofluorougljici (također zvani klorofluorougljici ili klorofluorougljici), koji se sastoji od hlapljivi derivati ​​ugljikovodika (općenito, metan i etan), u kojem je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno atomima fluora ili klora.

Nemoj sada stati... Ima još nakon publiciteta ;)

CFC formula

CFC obično imaju opća formula CCl_nF_4–n, kada se dobiva iz metana, i C₂Cl_nF_6–n, kada se dobiva iz etana. U ovom slučaju, vrijednost "n" ne može biti nula. CFC-i također su dobro poznati po svojoj trgovačkoj nomenklaturi, koji brojevima označava o kojem CFC-u govorimo. Opća formula za ovu nomenklaturu jeCFC-XY, gdje je X broj vodika plus jedna jedinica (H + 1), dok je Y broj atoma fluora.

Atomi klora ne pojavljuju se u ovoj nomenklaturi, ali ih je lako identificirati ako se sjetimo da atomi ugljika stvaraju samo četiri kemijske veze. Stoga CFC-11 ima 1 atom ugljika, nema atom vodika (X = 1, dakle, H + 1 = 1, dakle, H = 0) i 1 atom fluora (Y = 1). Kako ugljik čini 4 veze, a do sada je identificiran samo 1 atom fluora, onda postoje 3 atoma klora, odnosno CFC-11 je CCl₃F.

Slično, CFC-22 ima 1 atom ugljika, 1 atom vodika, 2 atoma fluora i, budući da ugljik stvara 4 kemijske veze, samo 1 atom klora; prema tome, CFC-22 je CHClF₂.

Za CFC s dva ili više atoma ugljika, usvojena je opća formula CFC-XYZ, na što:

• X je broj ugljika oduzet od jedne jedinice (C – 1).
• Y je broj vodika plus jedna jedinica (H + 1).
• Z je broj prisutnih atoma fluora.

Slično tome, atomi klora uzimaju se razlikom temeljenom na četirima vezama ugljikovog atoma. Međutim, zapamtite da će postojati veza ugljik-ugljik, tako da je ukupan broj poveznica jednak šest (baš kao u etanu).

Na primjer, CFC-113 ima X = 1, dakle ima 2 atoma ugljika (C – 1 = 1, C = 2); ima Y = 1, dakle nema atoma vodika (H + 1 = 1, H = 0); ima Z = 3, dakle ima 3 atoma fluora. Dakle, možemo reći da je CFC-113 C₂Cl₃F₃.

Vidi također: Kako je definirana nomenklatura ugljikovodika

Karakteristike klorofluorougljika (CFC)

CFC imaju fizikalne i kemijske karakteristike koje opravdavaju njihovu glavnu industrijsku i komercijalnu upotrebu, oni su/imaju:

• zapaljiv;
• neukusno (bezukusno);
• bez mirisa (bez mirisa);
• niska toksičnost;
• dobra kemijska stabilnost;
• niska korozivnost tijekom uporabe;
• niska cijena;
• hlapljive tvari (vrelište blizu 0 °C);
• razuman trošak.

Gdje se koriste klorofluorougljici (CFC)?

CFC se koriste kao rashladna sredstva.

Zbog svoje sigurnosti, hlapljivosti, cijene i kemijske stabilnosti, CFC su se pokazali kao dobri spojevi za upotrebu kao:

• otapala;
• Aparat za gasenje pozara;
• potisni plinovi u aerosolnim limenkama (kao što je dezodorans u spreju);
• kao rashladni plinovi (u hladnjacima, zamrzivačima i rashladnim uređajima);
• kao sredstva za ekspandiranje u proizvodnji pjena, kao što je poliuretan.

CFC je na tržištu prodavala kemijska industrija DuPont pod registriranim imenom Freon.

Gdje pronaći CFC?

Većina CFC-a koji danas postoje na planeti su antropogenog (ljudskog) porijekla. Studije to dokazuju količina CFC-a dobivena prirodnom aktivnošću je mala u usporedbi s onom koju proizvode ljudi. Očitavanja slojeva ne mnogo nižih od leda pokazuju da je u 19. stoljeću koncentracija CFC-a u atmosferi bila praktički nula.

Zapravo, proizvodnja CFC-a započela je 1930-ih, s vrhuncem u 1970-ima i 1980-ima, a podaci pokazuju da je proizvodnja CFC-11 i CFC-12 porasla sa 100 tona u 1931. na 583 tisuće tona u 1980. Njegova proizvodnja prestala je tek krajem 1980-ih, s institucijom Montrealskog protokola. Većina proizvedenog CFC-a migrira u gornjim slojevima atmosfere, kao što je stratosfera, što ima teške posljedice za naš život na Zemlji.

Posljedice uporabe CFC-a za okoliš

Masovna uporaba CFC-a naglo je utjecala na ozonski omotač.

CFC-i usko su povezani s problemom poznatim kaorupa u ozonskom omotaču, sloj bogat ozon (O₃), odgovoran za apsorpciju dijela sunčevog zračenja, a koji se nalazi u stratosferi (15-30 km u odnosu na kopneno tlo).

Unatoč tome što su gušći od zraka, CFC su kemijski stabilni i završiti nošen iz nižih slojeva iz atmosfere (troposfere) u stratosferu kao rezultat razlika u tlaku i temperaturi. Takvi mehanizmi miješanja između slojeva na kraju su brži od vremena potrebnog za kemijske procese uklanjanja CFC-a iz zraka. Na kraju budu nošeni u paketima zraka i zagađivača, slično kao što se ljudi prevoze u balonu na vrući zrak.

Biti eliminiran u troposferi i ne doći do stratosfere, Postoje samo dva načina za odlaganje CFC-a:taloženje (kišom) ili reakcija. Događa se da su takvi spojevi slabo topljivi u vodi i stoga kiša nije dobar mehanizam za eliminaciju CFC plinova. Što se tiče reakcija, potrebna su sredstva za oksidaciju, kao što su hidroksilni radikali, nitrat ili ozon.

Međutim, s obzirom na stabilnost i nisku reaktivnost s takvim oksidirajućim radikalima, CFC-i na kraju ostanu u zraku dugo vremena i tiho stižu do stratosfere. Usporedbe radi, hidroksilnom radikalu treba 80 godina da reagira s CFC-om, a metanolu je potrebno oko 17 dana.

Jednom u stratosferi, CFC može proći kroz reakciju fotolize (razgrađuje se djelovanjem svjetlosti) i otpušta radikale klora. Kao primjer koristit ćemo CFC-11 (CFCl₃) i CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotoliza CFC: CFCl₃ (ili CF₂Cl₂) + svjetlo → CFCl₂ (ili CF₂Cl) + Cl
• O gubitak₃ u srednjoj i gornjoj stratosferi:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globalno: The₃ +O → 2O₂

• O gubitak₃ u donjoj stratosferi:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + svjetlo → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Ukupno: 2O₃ → 30₂

Sada je znanstveni konsenzus da vas CFC su ključni agensi u rupi otkrivenoj u ozonskom omotaču, kasnih 1970-ih, u području Antarktika.

Znati više: Što su staklenički plinovi?

Kontrola CFC-a u atmosferi

Kao način zadržavanja CFC-a u atmosferi i demonstriranja brige za smanjenje ozonskog omotača, 1985. godine nekoliko se zemalja sastalo u Austriji, točnije u Beču, Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača. Ovaj događaj bio je iznimno važan za, 1987. godine, stvaranje Montrealskog protokola Tvari koje oštećuju ozonski omotač, međunarodni ugovor koji je stupio na snagu prvog dana iz 1989. godine.

Montrealski protokol potpisalo je nekoliko zemalja, uključujući Brazil, koji je svojim radnjama dao pravni učinak Dekretom br. Glavni cilj bi bio progresivan smanjenje proizvodnje i potrošnje tzv. tvari koje oštećuju ozonski omotač (SDO) do njegove potpune eliminacije.

Montrealski protokol je jedini multilateralni sporazum o zaštiti okoliša čije je usvajanje univerzalno, odnosno 197 država se obvezuje na zaštitu ozonskog omotača. U Brazilu je zabranjen uvoz CFC-a, kao što ne postoji nacionalna proizvodnja ODS-a. Za kontrolu je zadužena Ibama, a dopušten je uvoz samo nekih SDO-a, ali uz ograničenja i široku kontrolu.

Kako su nastali klorofluorougljici (CFC)?

1920-ih god. hladnjaci i klimatizacijski sustavi koriste kompostkao što su amonijak, klorometan, propan i sumpor dioksid kao rashladne tekućine. Unatoč tome što su bili učinkoviti, takvi su spojevi bili otrovan i zapaljiv. Nadalje, izloženost njima ne samo da može prouzročiti ozbiljnu štetu, već može dovesti i do smrti.

Tamo je tim, na čelu s Thomas Midgley Jr., radio je na razvoju alternative koji nije imao takvih problema da služi kao rashladno sredstvo. Tim se usredotočio na halogenirane spojeve, poznate po svojoj hlapljivosti i kemijskoj inertnosti, svojstvima od interesa za te tvari.

Prvi spoj koji je razvijen bio je CF₂Cl₂, u to vrijeme poznat kao freon (ili CFC-12). Za svoju stipendiju Midgley je primila brojna priznanja, uključujući Perkinovu medalju Društva kemijske industrije u 1937. i Priestley medalju, najvišu nagradu Američkog kemijskog društva (American Chemical Society).

U 1970-ima CFC je bio široko rasprostranjen, s godišnjom proizvodnjom koja doseže blizu 1 milijun tona, što predstavlja udio od gotovo 500 milijuna dolara kemijske industrije.

Izvori:

ANDINO, J. M. Klorofluorougljici (CFC) su teži od zraka, pa kako znanstvenici pretpostavljaju da te kemikalije dosežu visinu ozonskog omotača i negativno utječu na njega? Scientific American. 21 listopad 1999. Dostupno na: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Pristupljeno 25. lipnja. 2023.

AMERIČKO KEMIJSKO DRUŠTVO – ACS. Klorofluorougljici i oštećenje ozona. Nacionalna povijesna kemijska znamenitost ACS-a. 18. travnja 2017. Dostupno u: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Pristupljeno 25. lipnja. 2023.

BUTLER, J. H. et al. Zapis atmosferskih halougljika tijekom dvadesetog stoljeća iz polarnog firn zraka. Priroda. 399, str. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Ne. Homogena i heterogena kemija u stratosferi. u: Kemija gornje i donje atmosfere. Momak. 12. P. 657-726. San Diego, Kalifornija: Academic Press, 2000.

BRAZILSKI INSTITUT ZA OKOLIŠ I OBNOVLJIVE PRIRODNE RESURSE – IBAMA. Montrealski protokol. 29. studenog 2022. Dostupno u: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Pristupljeno 25. lipnja. 2023.

KIM, K.; ŠON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Pregled glavnih klorofluorougljika i njihovih halogenkarbonskih alternativa u zraku. Atmosferski okoliš. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

MINISTARSTVO OKOLIŠA I KLIMATSKIH PROMJENA. Bečka konvencija i Montrealski protokol. 29. travnja 2022. Dostupno u: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Pristupljeno 25. lipnja. 2023.

Autor Stefano Araujo Novais
Profesor kemije

Korozija metala, uglavnom željeza, događa se u elektrokemijskim procesima oksidacijsko-redukcijskih reakcija.

Upoznajte stakleničke plinove, njihov utjecaj i kako mogu povećati temperaturu našeg planeta.

Znate li što je idealan plin? Upoznaj model idealnog plina, saznaj koje su njegove karakteristike i pogledaj riješene vježbe na ovu temu!

Saznajte što je ugljični monoksid, kako nastaje i koje komplikacije izazivaju ljudi kada su izloženi ovom iznimno otrovnom plinu.

Kliknite ovdje, saznajte više o nomenklaturi ugljikovodika, utvrđenoj važećim pravilima IUPAC-a, i pogledajte primjere.

Dobrobiti i štete uzrokovane kisikom.

Saznajte više o ozonskom plinu, kao io njegovim karakteristikama, svojstvima, formiranju, rizicima i ozonskom omotaču.

Oštećenje ozonskog omotača klorofluorougljicima.

Otkrijte razliku između izotermne, izobarne i izovolumetrijske transformacije plina.