Klór-fluor-szénhidrogén (CFC): mi ez, felhasználása, hatásai

Klórozott fluorozott szénhidrogének (CFC) olyan illékony vegyületek, amelyek szénhidrogénekből származnak (általában metán és etán), amelyben egy vagy több hidrogénatomot fluor vagy klór atomok helyettesítenek. Az ilyen vegyületeket klór-fluor-szénhidrogéneknek is nevezik, és általában a CFC mozaikszóval illetik. A CFC-k alacsony reaktivitásukról ismertek, arról, hogy nem gyúlékonyak, alacsony forráspontúak, szagtalanok, íztelenek, színtelenek és alacsony toxicitásúak.

A klórozott-fluor-szénhidrogéneket főként hűtőközegként használják, gyártásuk az 1930-as években kezdődött és csúcspontja az 1970-es években volt, amikor kiderült, hogy ezek a vegyületek felelősek az ózonréteg lebontásáért sztratoszféra. Azóta a Montreali Jegyzőkönyv szigorú szabályokat állapított meg a fogyasztásra, az importra és az exportra vonatkozóan, így a CFC-felhasználás sokkal alacsonyabb, mint évtizedekkel ezelőtt.

Olvasd el te is: Szén-monoxid – ennek a színtelen, szagtalan és erősen mérgező gáznak a veszélyei

A cikk témái

• 1 – Összefoglaló a klórozott-fluorozott szénhidrogénről (CFC)
• 2 - Mi az a CFC?
• 3 – CFC-képlet
• 4 - A klórozott-fluorozott szénhidrogének (CFC) jellemzői
• 5 - Hol található a CFC?
• 6 - A CFC-használat környezeti következményei
• 7 - CFC-k szabályozása a légkörben
• 8 – Hogyan jelentek meg a klórozott-fluorozott szénhidrogének (CFC-k)?

Összefoglaló a klórozott-fluorozott szénhidrogénről (CFC)

• A klór-fluor-szénhidrogének vagy klór-fluor-szénhidrogének olyan szénhidrogének illékony származékai, amelyekben hidrogénatomok helyett klór vagy fluor atomok vannak.
• Általában a CFC betűszóval emlegetik őket.
• A CFC-k kémiailag stabilak, nem gyúlékonyak, szagtalanok, íztelenek, színtelenek, alacsony toxicitásúak és alacsony forráspontúak.
• Főleg hűtőfolyadékként használják őket, és Freon márkanéven árusították őket.
• Az 1930-as években kezdték el gyártani, és az 1970-es években értek el nagy csúcsot, azonban rájöttek, hogy ezek a vegyületek felelősek a sztratoszféra ózonrétegének csökkentéséért.
• Az 1970-es évek végén létrehozták a Montreali Jegyzőkönyvet, amely szigorú ellenőrzést hozott a fogyasztásban, CFC-k előállítása, importja és exportja, jelentősen csökkentve ezek felhasználását és kereskedelmi forgalomba hozatalát vegyületek.

Mi az a CFC?

A CFC egy osztály rövidítése klór-fluor-szénhidrogénekként ismert vegyületek (más néven klórozott fluorozott szénhidrogéneket vagy klórozott fluorozott szénhidrogéneket), amelyek a következőkből állnak szénhidrogének illékony származékai (általában, metán és etán), amelyben egy vagy több hidrogénatomot fluor- vagy klóratom helyettesít.

Ne hagyd abba most... A nyilvánosság után van még valami ;)

CFC képlet

A CFC-k általában rendelkeznek általános képlet CCl_nF_4–n, ha metánból származik, és C₂Cl_nF_6–n, ha etánból származtatják. Ebben az esetben az „n” értéke nem lehet nulla. CFC-k kereskedelmi nómenklatúrájáról is jól ismertek, amely számokkal jelzi, hogy melyik CFC-re gondolunk. Ennek a nómenklatúrának az általános képleteCFC-XY, ahol X a hidrogének száma plusz egy egység (H + 1), míg Y a fluoratomok száma.

A klóratomok nem szerepelnek ebben a nómenklatúrában, de könnyen azonosíthatók, ha emlékszünk rá, hogy a szénatomok csak négy kémiai kötést hozzon létre. Ezért a CFC-11-nek 1 szénatomja van, hidrogénatomja nincs (X = 1, tehát H + 1 = 1, tehát H = 0) és 1 fluoratomja (Y = 1). Mivel a szén 4 kötést köt, és eddig csak 1 fluoratomot azonosítottak, akkor 3 klóratom van, vagyis a CFC-11 a CCl₃F.

Hasonlóképpen, a CFC-22-nek 1 szénatomja, 1 hidrogénatomja és 2 fluoratomja van, és mivel a szén 4 kémiai kötést hoz létre, csak 1 klóratomja van; ezért a CFC-22 CHClF₂.

Mert A két vagy több szénatomot tartalmazó CFC-k esetében a CFC-XYZ általános képletet alkalmazzák, miről:

• X az egy egységből levont szénatomok száma (C – 1).
• Y a hidrogénatomok száma plusz egy egység (H + 1).
• Z a jelenlévő fluoratomok száma.

Hasonlóképpen, a klóratomokat a szénatom négy kötése alapján vett különbség veszi. Ne feledje azonban, hogy lesz szén-szén kötés, így a linkerek teljes száma hat (mint az etánban).

Például a CFC-113 X = 1, tehát 2 szénatomja van (C – 1 = 1, C = 2); Y = 1, így nincs hidrogénatom (H + 1 = 1, H = 0); Z = 3, tehát 3 fluoratomja van. Így kijelenthetjük, hogy a CFC-113 a C₂Cl₃F₃.

Lásd még: Hogyan határozzák meg a szénhidrogének nómenklatúráját?

A klórozott-fluorozott szénhidrogének (CFC-k) jellemzői

A CFC-k olyan fizikai és kémiai jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek indokolják fő ipari és kereskedelmi felhasználásukat, ezek:

• gyúlékony;
• ízetlen (íztelen);
• szagtalan (nincs szaga);
• alacsony toxicitás;
• jó kémiai stabilitás;
• alacsony korrozivitás a használat során;
• alacsony költségű;
• illékony anyagok (forráspont közel 0 °C);
• ésszerű költség.

Hol használják a klórozott-fluorozott szénhidrogéneket (CFC-ket)?

A CFC-ket hűtőközegként használják.

Biztonságuk, illékonyságuk, költségük és kémiai stabilitásuk miatt a CFC-k jól használható vegyületeknek bizonyultak. mint:

• oldószerek;
• tűzoltó készülékek;
• hajtóanyagok aeroszolos dobozokban (például spray dezodor);
• hűtőközeg gázként (hűtőszekrényekben, fagyasztókban és hűtőberendezésekben);
• habosítószerként habok, például poliuretán gyártásánál.

A CFC-ket a DuPont vegyipar Freon bejegyzett néven értékesítette a piacon.

Hol található a CFC?

A bolygón jelenleg létező CFC-k többsége antropogén (emberi) eredetű. Tanulmányok bizonyítják ezt a természetes tevékenységből származó CFC mennyisége csekély az ember által termelt mennyiséghez képest. A jégnél nem sokkal alacsonyabb rétegek adatai azt mutatják, hogy a 19. században a CFC-k koncentrációja a légkörben gyakorlatilag nulla volt.

Valójában a CFC-gyártás az 1930-as években kezdődött, csúcspontja az 1970-es és 1980-as években, és adatok bizonyítja, hogy a CFC-11 és CFC-12 termelése az 1931-es 100 tonnáról 583 ezer tonnára nőtt. 1980. Gyártása csak az 1980-as évek végén, a Montreali Protokoll intézményével állt le. A legtöbb előállított CFC vándorol a légkör felső rétegei, mint például a sztratoszféra, aminek súlyos következményei vannak földi életünkre nézve.

A CFC-használat következményei a környezetre

A CFC-k tömeges használata hirtelen hatással volt az ózonrétegre.

CFC-k néven ismert problémához szorosan kapcsolódnaklyuk az ózonrétegben, egy rétegben gazdag ózon (O₃), amely a napsugárzás egy részének elnyeléséért felelős, és amely a sztratoszférában helyezkedik el (a földi talajhoz viszonyítva 15-30 km).

Annak ellenére, hogy sűrűbbek a levegőnél, a CFC-k kémiailag stabilak és végül az alsóbb rétegekből viszik át a légkörből (a troposzférából) a sztratoszférába a nyomás- és hőmérsékletkülönbségek hatására. Az ilyen rétegközi keverési mechanizmusok gyorsabbak, mint a kémiai folyamatokhoz szükséges idő a CFC-k levegőből való eltávolításához. Végül levegőt és szennyeződéseket tartalmazó csomagokban viszik őket, hasonlóan, mint az embereket egy hőlégballonban.

El kell távolítani a troposzférában, és nem éri el a sztratoszférát, A CFC-k ártalmatlanításának csak két módja van:lerakódás (eső által) vagy reakció. Előfordul, hogy az ilyen vegyületek rosszul oldódnak vízben, és ezért az eső nem megfelelő mechanizmus a CFC-gázok eltávolítására. Ami a reakciókat illeti, oxidálószerekre van szükség, például hidroxilgyökökre, nitrátra vagy ózonra.

Tekintettel azonban az ilyen oxidáló gyökök stabilitására és alacsony reakciókészségére, A CFC-k végül hosszú ideig a levegőben maradnak és csendesen eléri a sztratoszférát. Csak az összehasonlítás kedvéért: a hidroxilcsoportnak 80 évre van szüksége ahhoz, hogy reagáljon a CFC-kkel, ami körülbelül 17 napig tart a metanollal.

A sztratoszférába kerülve a CFC-k fotolízis reakcióba léphet (fény hatására lebomlik) és klór gyököket szabadít fel. Példaként a CFC-11-et (CFCl₃) és CFC-12 (CF₂Cl₂):

• CFC fotolízis: CFCl₃ (vagy CF₂Cl₂) + fény → CFCl₂ (vagy CF₂Cl) + Cl
• Ó veszteség₃ középső és felső sztratoszférában:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globális: A₃ +O → 2O₂

• Ó veszteség₃ alsó sztratoszférában:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + fény → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Összességében: 2O₃ → 30₂

Ma már tudományos konszenzus van ebben te A CFC-k kulcsfontosságú szerek az ózonrétegben észlelt lyukban, az 1970-es évek végén, az antarktiszi régióban.

Többet tud: Mik azok az üvegházhatású gázok?

A CFC-k szabályozása a légkörben

A CFC-k légkörben való visszatartásának és az ózonréteg csökkentésével kapcsolatos aggodalmának bizonyítása érdekében 1985-ben több ország találkozott Ausztriában, pontosabban Bécsben. Bécsi Egyezmény az ózonréteg védelméről. Ez az esemény rendkívül fontos volt 1987-ben a Montreali Jegyzőkönyv megalkotása szempontjából Az ózonréteget lebontó anyagok, az első napon hatályba lépett nemzetközi szerződés 1989-től.

A Montreali Jegyzőkönyvet több ország, köztük Brazília is aláírta, amely a 2001/2008. A fő cél a progresszív lenne az ózonréteget lebontó, úgynevezett anyagok termelésének és fogyasztásának csökkentése (SDO) a teljes megszüntetéséig.

A Montreali Jegyzőkönyv az egyetlen többoldalú környezetvédelmi megállapodás, amelynek elfogadása egyetemes, vagyis a 197 állam elkötelezett az ózonréteg védelme mellett. Brazíliában tilos a CFC-k behozatala, mint ahogy nemzeti ODS-gyártás sem. Az irányítás az Ibama irányítása alá tartozik, és csak bizonyos SDO-k importálása engedélyezett, de korlátozásokkal és széles körű ellenőrzéssel.

Hogyan keletkeztek a klórozott-fluorozott szénhidrogének (CFC-k)?

Az 1920-as években hűtők és légkondicionáló rendszerek komposztot használtaks például ammónia, klór-metán, propán és kén-dioxid hűtőfolyadékként. Annak ellenére, hogy hatékonyak, az ilyen vegyületek igen mérgező és gyúlékony. Ezenkívül a velük való érintkezés nemcsak súlyos károkat, hanem halált is okozhat.

Ott volt egy csapat, élén Thomas Midgley Jr. egy alternatíva kifejlesztésén dolgozott amelynek nem volt ilyen problémája, hogy hűtőfolyadékként szolgáljon. A csapat a halogénezett vegyületekre összpontosított, amelyek illékonyságukról és kémiai tehetetlenségükről ismertek, és amelyek az anyagok szempontjából érdekesek.

Az első kifejlesztett vegyület a CF volt₂Cl₂, akkoriban Freon (vagy CFC-12) néven ismerték. Ösztöndíjáért Midgley számos kitüntetést kapott, köztük a Chemical Industry Society Perkin-érmét. 1937-ben, valamint a Priestley-éremmel, az American Chemical Society (az American Chemical Society) legmagasabb kitüntetésével.

Az 1970-es években a CFC-k széles körben elterjedtek, éves termelése megközelíti az 1 millió tonnát, ami a vegyipar közel 500 millió dolláros részesedését jelenti.

Források:

ANDINO, J. M. A klórozott-fluor-szénhidrogének (CFC-k) nehezebbek a levegőnél, hogyan feltételezik tehát a tudósok, hogy ezek a vegyszerek elérik az ózonréteg magasságát, és károsan befolyásolják azt? Tudományos amerikai. október 21. 1999. Elérhető: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Hozzáférés: június 25. 2023.

AMERIKAI KÉMIAI TÁRSASÁG – ACS. Klór-fluor-szénhidrogének és ózonréteg lebontása. ACS National Historic Chemical Landmark. ápr. 18. 2017. Elérhető: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Hozzáférés: június 25. 2023.

BUTLER, J. H. et al. Feljegyzés a légköri halogénezett szénhidrogénekről a huszadik században a sarki firn levegőből. természet. 399. o. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Nem. Homogén és heterogén kémia a sztratoszférában. ban ben: A felső és alsó légkör kémiája. Pasas. 12. P. 657-726. San Diego, Kalifornia: Academic Press, 2000.

BRAZÍLIAI KÖRNYEZETVÉDELMI ÉS MEGÚJULÓ TERMÉSZETI ERŐFORRÁSOK INTÉZETE – IBAMA. Montreali Jegyzőkönyv. november 29. 2022. Elérhető: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Hozzáférés: június 25. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. A főbb klórozott-fluorozott szénhidrogének és halogénezett szénhidrogén-alternatíváik áttekintése a levegőben. Légköri környezet. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

KÖRNYEZETVÉDELMI ÉS KLÍMAVÁLTOZÁSI MINISZTÉRIUM. Bécsi Egyezmény és Montreali Jegyzőkönyv. ápr. 29. 2022. Elérhető: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Hozzáférés: június 25. 2023.

Írta: Stefano Araujo Novais
Kémia tanár

A fémek, elsősorban a vas korróziója az oxidációs-redukciós reakciók elektrokémiai folyamataiban fordul elő.

Ismerje meg az üvegházhatást okozó gázokat, hatásukat és azt, hogy miként növelhetik bolygónk hőmérsékletét.

Tudod mi az ideális gáz? Ismerje meg az ideális gázmodellt, ismerje meg a jellemzőit és nézzen meg megoldott gyakorlatokat ebben a témában!

Ismerje meg, mi a szén-monoxid, hogyan keletkezik, és milyen szövődmények okoznak az embereket, ha ennek a rendkívül mérgező gáznak vannak kitéve.

Kattintson ide, és ismerje meg a szénhidrogének jelenlegi IUPAC-szabályai által meghatározott nómenklatúráját, és tekintsen meg példákat.

Az oxigén által okozott előnyök és károk.

Tudjon meg többet az ózongázról, valamint annak jellemzőiről, tulajdonságairól, kialakulásáról, kockázatairól és az ózonrétegről.

Az ózonréteg lebontása klórozott-fluorozott szénhidrogének hatására.

Fedezze fel a különbséget az izoterm, izobár és izovolumetriás gázátalakítások között.