Clorofluorocarburi (CFC): cos'è, usi, effetti

Clorofluorocarburi (CFC) sono composti volatili che derivano da idrocarburi (solitamente metano ed etano), in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da atomi di fluoro o cloro. Detti anche clorofluorocarburi, tali composti sono comunemente indicati con l'acronimo CFC. I CFC sono noti per la loro bassa reattività, il fatto che non sono infiammabili, hanno un basso punto di ebollizione, sono inodori, insapori, incolori e hanno una bassa tossicità.

I clorofluorocarburi sono utilizzati principalmente come refrigeranti, la produzione è iniziata negli anni '30 e ha raggiunto il picco negli anni '70, quando ci si è resi conto che tali composti erano responsabili dell'esaurimento dello strato di ozono in stratosfera. Da allora, il Protocollo di Montreal ha stabilito regole rigide per il suo consumo, importazione ed esportazione, riducendo notevolmente il consumo di CFC rispetto a decenni fa.

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Argomenti di questo articolo

• 1 - Sintesi sui clorofluorocarburi (CFC)
• 2 - Cos'è il CFC?
• 3 - Formula CFC
• 4 - Caratteristiche dei clorofluorocarburi (CFC)
• 5 - Dove trovare il CFC?
• 6 - Conseguenze dell'uso dei CFC per l'ambiente
• 7 - Controllo dei CFC in atmosfera
• 8 - Come sono comparsi i clorofluorocarburi (CFC)?

Sintesi sui clorofluorocarburi (CFC)

• I clorofluorocarburi o clorofluorocarburi sono derivati ​​volatili di idrocarburi che hanno atomi di cloro o fluoro al posto di atomi di idrogeno.
• Sono comunemente indicati con l'acronimo CFC.
• I CFC sono chimicamente stabili, non infiammabili, inodori, insapori, incolori, con bassa tossicità e hanno un basso punto di ebollizione.
• Sono utilizzati principalmente come refrigeranti e sono stati venduti con il nome commerciale Freon.
• Cominciarono a essere prodotti negli anni '30, raggiungendo un grande picco negli anni '70, tuttavia, ci si rese conto che tali composti erano responsabili della riduzione dello strato di ozono nella stratosfera.
• Alla fine degli anni '70 è stato istituito il Protocollo di Montreal, che ha introdotto un controllo rigoroso sul consumo, produzione, importazione ed esportazione di CFC, riducendone notevolmente l'utilizzo e la commercializzazione composti.

Cos'è il CFC?

CFC è l'acronimo di una classe di composti noti come clorofluorocarburi (detti anche clorofluorocarburi o clorofluorocarburi), costituiti da derivati ​​volatili degli idrocarburi (generalmente, metano ed etano), in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da atomi di fluoro o cloro.

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Formula CFC

I CFC hanno comunemente formula generale CCl_NF_{4 – n}, quando derivato dal metano, e C₂Cl_NF_{6 – n}, quando derivato dall'etano. In questo caso, il valore di "n" non può essere zero. CFC sono anche ben noti per la loro nomenclatura commerciale, che usa i numeri per indicare a quale CFC ci riferiamo. La formula generale per questa nomenclatura èCFC-XY, dove X è il numero di idrogeni più un'unità (H + 1), mentre Y rappresenta il numero di atomi di fluoro.

Gli atomi di cloro non compaiono in questa nomenclatura, ma sono facilmente identificabili se ricordiamo che gli atomi di carbonio formano solo quattro legami chimici. Pertanto, CFC-11 ha 1 atomo di carbonio, nessun atomo di idrogeno (X = 1, quindi H + 1 = 1, quindi H = 0) e 1 atomo di fluoro (Y = 1). Poiché il carbonio forma 4 legami e finora è stato identificato solo 1 atomo di fluoro, allora ci sono 3 atomi di cloro, cioè CFC-11 è CCl₃F.

Allo stesso modo, il CFC-22 ha 1 atomo di carbonio, 1 atomo di idrogeno, 2 atomi di fluoro e, poiché il carbonio forma 4 legami chimici, solo 1 atomo di cloro; pertanto, CFC-22 è CHClF₂.

Per CFC con due o più atomi di carbonio, viene adottata la formula generale CFC-XYZ, su cosa:

• X è il numero di atomi di carbonio sottratto da un'unità (C - 1).
• Y è il numero di idrogeni più un'unità (H + 1).
• Z è il numero di atomi di fluoro presenti.

Allo stesso modo, gli atomi di cloro sono presi dalla differenza basata sui quattro legami dell'atomo di carbonio. Tuttavia, ricorda che ci sarà un legame carbonio-carbonio, quindi il numero totale di linker è uguale a sei (proprio come nell'etano).

Ad esempio, CFC-113 ha X = 1, quindi ha 2 atomi di carbonio (C – 1 = 1, C = 2); ha Y = 1, quindi non ha atomi di idrogeno (H + 1 = 1, H = 0); ha Z = 3, quindi ha 3 atomi di fluoro. Quindi, possiamo affermare che CFC-113 è il C₂Cl₃F₃.

Vedi anche: Come viene definita la nomenclatura degli idrocarburi

Caratteristiche dei clorofluorocarburi (CFC)

I CFC hanno caratteristiche fisiche e chimiche che ne giustificano i principali usi industriali e commerciali, sono/hanno:

• infiammabile;
• insipido (insapore);
• inodore (nessun odore);
• bassa tossicità;
• buona stabilità chimica;
• bassa corrosività durante l'uso;
• basso costo;
• volatili (punto di ebollizione vicino a 0 °C);
• costo ragionevole.

Dove vengono utilizzati i clorofluorocarburi (CFC)?

I CFC sono usati come refrigeranti.

Grazie alla loro sicurezza, volatilità, costo e stabilità chimica, i CFC hanno dimostrato di essere buoni composti da utilizzare COME:

• solventi;
• estintori;
• propellenti in bombolette aerosol (come deodoranti spray);
• come gas refrigeranti (in frigoriferi, congelatori e apparecchi di refrigerazione);
• come agenti espandenti nella produzione di schiume, come il poliuretano.

I CFC sono stati venduti sul mercato dall'industria chimica DuPont con il nome registrato Freon.

Dove trovare CFC?

La maggior parte dei CFC che esistono oggi sul pianeta sono di origine antropica (umana). Gli studi lo dimostrano la quantità di CFC derivata dall'attività naturale è minuscola rispetto a quella prodotta dall'uomo. Le letture di strati non molto inferiori al ghiaccio indicano che, nel XIX secolo, la concentrazione di CFC nell'atmosfera era praticamente nulla.

La produzione di CFC è iniziata infatti negli anni '30, con picchi negli anni '70 e '80, e dati dimostrare che la produzione di CFC-11 e CFC-12 è aumentata da 100 tonnellate nel 1931 a 583 mila tonnellate nel 1980. La sua produzione si è interrotta solo alla fine degli anni '80, con l'istituzione del Protocollo di Montreal. La maggior parte dei CFC prodotti migra verso strati superiori dell'atmosfera, come la stratosfera, che ha gravi conseguenze per la nostra vita sulla Terra.

Conseguenze dell'uso di CFC per l'ambiente

L'uso massiccio di CFC ha colpito bruscamente lo strato di ozono.

CFC sono strettamente legati a un problema noto come ilbuco nello strato di ozono, uno strato ricco di ozono (o₃), responsabile dell'assorbimento di parte della radiazione solare, e che si trova nella stratosfera (15-30 km rispetto al suolo terrestre).

Nonostante siano più densi dell'aria, i CFC sono chimicamente stabili e finiscono per essere trasportati dagli strati inferiori dall'atmosfera (la troposfera) alla stratosfera a causa delle differenze di pressione e temperatura. Tali meccanismi di miscelazione interstrato finiscono per essere più veloci del tempo necessario ai processi chimici per rimuovere i CFC dall'aria. Finiscono per essere trasportati in pacchetti di aria e contaminanti, proprio come le persone trasportate in mongolfiera.

Essere eliminati nella troposfera e non raggiungere la stratosfera, Esistono solo due modi per smaltire i CFC:deposizione (per pioggia) o reazione. Accade così che tali composti siano scarsamente solubili in acqua e, quindi, la pioggia non è un buon meccanismo per eliminare i gas CFC. Per quanto riguarda le reazioni, sono necessari agenti ossidanti, come radicali idrossilici, nitrato o ozono.

Tuttavia, data la stabilità e la bassa reattività con tali radicali ossidanti, I CFC finiscono per rimanere nell'aria per molto tempo e raggiungere tranquillamente la stratosfera. Solo per fare un paragone, il radicale idrossile ha bisogno di 80 anni per reagire con i CFC, cosa che ci vogliono circa 17 giorni per fare con il metanolo.

Una volta nella stratosfera, i CFC può subire una reazione di fotolisi (si decompone per azione della luce) e rilascia radicali di cloro. Come esempio, useremo CFC-11 (CFCl₃) e CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotolisi del CFC: CFCl₃ (o C.F₂Cl₂) + luce → CFCl₂ (o C.F₂Cl) + Cl
• Oh perdita₃ nella media e alta stratosfera:

Cl+O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globale: il₃ +O → 2O₂

• Oh perdita₃ nella bassa stratosfera:

Cl+O₃ → ClO + O₂

ClO+HO₂ → HOCl+O₂

HOCl + luce → Cl + OH

O + O₃ → HO₂ + O₂

Complessivamente: 2O₃ → 30₂

Ora è consenso scientifico che Voi I CFC sono agenti chiave nel buco rilevato nello strato di ozono, alla fine degli anni '70, nella regione antartica.

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Controllo dei CFC in atmosfera

Per contenere i CFC nell'atmosfera e dimostrare la loro preoccupazione per la riduzione dello strato di ozono, nel 1985 diversi paesi si sono incontrati in Austria, più precisamente a Vienna, Convenzione di Vienna per la protezione dello strato di ozono. Questo evento è stato estremamente importante per la creazione, nel 1987, del Protocollo di Montreal sul Sostanze che riducono lo strato di ozono, un trattato internazionale entrato in vigore il primo giorno dal 1989.

Il Protocollo di Montreal è stato firmato da diversi paesi, tra cui il Brasile, che ha dato effetto legale alle sue azioni attraverso il Decreto n. L'obiettivo principale sarebbe il progressivo riducendo la produzione e il consumo delle cosiddette sostanze che riducono lo strato di ozono (SDO) fino alla sua totale eliminazione.

Il Protocollo di Montreal è l'unico accordo ambientale multilaterale la cui adozione è universale, ovvero i 197 Stati si impegnano a proteggere lo strato di ozono. In Brasile è vietata l'importazione di CFC, così come non esiste una produzione nazionale di ODS. Il controllo è a carico di Ibama, e solo alcuni SDO possono essere importati, ma con restrizioni e ampi controlli.

Come sono nati i clorofluorocarburi (CFC)?

Negli anni '20, i frigoriferi e i sistemi di climatizzazione utilizzavano il composts come ammoniaca, clorometano, propano e anidride solforosa come refrigeranti. Nonostante fossero efficaci, tali composti lo erano tossico e infiammabile. Inoltre, un'esposizione ad essi potrebbe non solo causare gravi danni, ma anche portare alla morte.

Era lì che una squadra, guidata da Thomas Midgley Jr., ha lavorato per sviluppare un'alternativa che non aveva tali problemi per servire come refrigerante. Il team si è concentrato sui composti alogenati, noti per la loro volatilità e inerzia chimica, proprietà di interesse per le sostanze.

Il primo composto ad essere sviluppato è stato il CF₂Cl₂, a quel tempo noto come Freon (o CFC-12). Per la sua borsa di studio, Midgley ha ricevuto numerose onorificenze, tra cui la medaglia Perkin della Chemical Industry Society in 1937, e la Priestley Medal, il più alto riconoscimento dell'American Chemical Society (l'American Chemical Society).

Negli anni '70 i CFC erano molto diffusi, con una produzione annua che raggiunge quasi 1 milione di tonnellate, che rappresenta una quota di quasi 500 milioni di dollari dell'industria chimica.

Fonti:

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Di Stefano Araujo Novais
Insegnante di chimica

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