כלורופלואורופחמן (CFC): מה זה, שימושים, השפעות

כלורופלואורופחמנים (CFC) הם תרכובות נדיפות ש נובעים מפחמימנים (בדרך כלל מתאן ואתאן), שבהם אטום מימן אחד או יותר מוחלפים באטומי פלואור או כלור. נקראים גם chlorofluorocarbons, תרכובות כאלה מכונות בדרך כלל בראשי התיבות CFC. CFC ידועים בתגובתיות הנמוכה שלהם, העובדה שהם אינם דליקים, בעלי נקודת רתיחה נמוכה וחסרי ריח, חסרי טעם, חסרי צבע ובעלי רעילות נמוכה.

כלורופלואורופחמנים משמשים בעיקר כנוזל קירור, הייצור החל בשנות ה-30 ו הגיע לשיא בשנות ה-70, כאשר התברר שתרכובות כאלה אחראיות לדלדול שכבת האוזון ב סטרטוספירה. מאז, פרוטוקול מונטריאול קבע כללים נוקשים לצריכה, יבוא ויצוא שלו, מה שהופך את צריכת ה-CFC לנמוכה בהרבה מזו שהייתה לפני עשרות שנים.

קראו גם: פחמן חד חמצני - הסכנות של הגז חסר הצבע, חסר הריח והרעיל הזה

נושאי מאמר זה

• 1 - סיכום על כלורופלואורופחמן (CFC)
• 2 - מהו CFC?
• 3 - נוסחת CFC
• 4 - מאפיינים של כלורופלואורופחמנים (CFC)
• 5 - היכן למצוא CFC?
• 6 - השלכות השימוש ב-CFC על הסביבה
• 7 - בקרת CFCs באטמוספרה
• 8 - כיצד הופיעו כלורופלואורופחמנים (CFCs)?

סיכום על כלורופלואורופחמן (CFC)

• כלורופלואורופחמנים או כלורופלואורופחמנים הם נגזרות נדיפות של פחמימנים שיש להם אטומי כלור או פלואור במקום אטומי מימן.
• הם מכונים בדרך כלל בראשי התיבות CFC.
• CFCs הם יציבים כימית, לא דליקים, חסרי ריח, חסרי טעם, חסרי צבע, בעלי רעילות נמוכה ובעלי נקודת רתיחה נמוכה.
• הם משמשים בעיקר בתור נוזלי קירור ונמכרו תחת השם המסחרי פריאון.
• הם החלו להיות מיוצרים בשנות ה-30, והגיעו לשיא גדול בשנות ה-70, אולם התברר כי תרכובות כאלה אחראיות להפחתת שכבת האוזון בסטרטוספירה.
• בסוף שנות ה-70 הוקם פרוטוקול מונטריאול, שהביא פיקוח קפדני על הצריכה, ייצור, ייבוא ​​וייצוא של CFC, מה שמפחית במידה ניכרת את השימוש והמסחור של כאלה תרכובות.

מה זה CFC?

CFC הוא ראשי התיבות של class of תרכובות הידועות בשם chlorofluorocarbons (הנקראים גם chlorofluorocarbons או chlorofluorocarbons), המורכב מ נגזרות נדיפות של פחמימנים (בכללי, מתאן ואתאן), שבו אטום מימן אחד או יותר מוחלפים באטומי פלואור או כלור.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום ;)

נוסחת CFC

CFCs יש בדרך כלל נוסחה כללית CCl_נו_4–נ, כאשר מופק מתאן, ו-C₂Cl_נו_6–נ, כאשר נגזר מאתאן. במקרה זה, הערך של "n" אינו יכול להיות אפס. CFCs ידועים גם בזכות המינוח המסחרי שלהם, שמשתמש במספרים כדי לציין לאיזה CFC אנחנו מתכוונים. הנוסחה הכללית למינוח זה היאCFC-XY, כאשר X הוא מספר המימנים פלוס יחידה אחת (H + 1), בעוד Y הוא מספר אטומי הפלואור.

אטומי כלור אינם מופיעים במינוח הזה, אבל הם מזוהים בקלות אם נזכור שאטומי פחמן ליצור רק ארבעה קשרים כימיים. לכן, ל-CFC-11 יש אטום פחמן אחד, אין אטום מימן (X = 1, לכן H + 1 = 1, ולכן H = 0) ואטום פלואור אחד (Y = 1). מכיוון שפחמן יוצר 4 קשרים, ועד כה זוהה רק אטום פלואור אחד, אז יש 3 אטומי כלור, כלומר, CFC-11 הוא CCl₃ו.

באופן דומה, ל-CFC-22 יש אטום פחמן אחד, אטום מימן אחד, 2 אטומי פלואור, ומכיוון שפחמן יוצר 4 קשרים כימיים, רק אטום כלור אחד; לכן, CFC-22 הוא CHClF₂.

ל CFCs עם שני אטומי פחמן או יותר, הנוסחה הכללית CFC-XYZ מאומצת, על מה:

• X הוא מספר הפחמנים המופחתים מיחידה אחת (C - 1).
• Y הוא מספר המימנים פלוס יחידה אחת (H + 1).
• Z הוא מספר אטומי הפלואור הקיימים.

באופן דומה, אטומי כלור נלקחים על ידי ההבדל המבוסס על ארבעת הקשרים של אטום הפחמן. עם זאת, זכור שיהיה קשר פחמן-פחמן, כך שמספר המקשרים הכולל שווה לשישה (בדיוק כמו באתאן).

לדוגמה, ל-CFC-113 יש X = 1, ולכן יש לו 2 אטומי פחמן (C - 1 = 1, C = 2); יש Y = 1, ולכן אין אטומי מימן (H + 1 = 1, H = 0); יש Z = 3, אז יש לו 3 אטומי פלואור. לפיכך, אנו יכולים לקבוע כי CFC-113 הוא ה-C₂Cl₃ו₃.

ראה גם: כיצד מוגדר המינוח של פחמימנים

מאפיינים של כלורופלואורופחמנים (CFCs)

ל-CFC יש מאפיינים פיזיקליים וכימיים המצדיקים את השימושים התעשייתיים והמסחריים העיקריים שלהם, הם/יש להם:

• דָלִיק;
• תפל (חסר טעם);
• חסר ריח (ללא ריח);
• רעילות נמוכה;
• יציבות כימית טובה;
• קורוזיביות נמוכה במהלך השימוש;
• זול;
• נדיפים (נקודת רתיחה קרוב ל-0 מעלות צלזיוס);
• עלות סבירה.

היכן משתמשים בפחמן כלורופלואורי (CFC)?

CFC משמשים כחומרי קירור.

בשל בטיחותם, תנודתיותם, העלות והיציבות הכימית שלהם, CFC הוכחו כתרכובות טובות לשימוש כפי ש:

• ממיסים;
• מטפי כיבוי;
• חומרי הנעה בפחיות אירוסול (כגון דאודורנט ספריי);
• כגזי קירור (במקררים, מקפיאים ומכשירי קירור);
• כחומרי ניפוח בייצור קצף, כגון פוליאוריטן.

CFC נמכרו בשוק על ידי התעשייה הכימית של דופונט תחת השם הרשום פריאון.

היכן ניתן למצוא CFC?

רוב ה-CFCs הקיימים על הפלנטה כיום הם ממקור אנתרופוגני (אנושי). מחקרים מוכיחים זאת כמות ה-CFC המופקת מפעילות טבעית היא זעירה בהשוואה לזו המיוצרת על ידי בני אדם. קריאות של שכבות שאינן נמוכות בהרבה מהקרח מצביעות על כך שבמאה ה-19, ריכוז ה-CFC באטמוספירה היה כמעט אפסי.

למעשה, ייצור CFC החל בשנות ה-30, עם שיאים בשנות ה-70 וה-80, ונתונים להוכיח כי הייצור של CFC-11 ו-CFC-12 גדל מ-100 טון ב-1931 ל-583 אלף טון ב- 1980. ייצורו הופסק רק בסוף שנות ה-80, עם מוסד פרוטוקול מונטריאול. רוב ה-CFCs המיוצרים נודדים אל השכבות העליונות של האטמוספירה, כמו הסטרטוספירה, שיש לה השלכות קשות על החיים שלנו על פני כדור הארץ.

ההשלכות של שימוש ב-CFC על הסביבה

השימוש המאסיבי ב-CFC השפיע באופן פתאומי על שכבת האוזון.

CFCs קשורים קשר הדוק לבעיה הידועה בשםחור בשכבת האוזון, שכבה עשירה ב אוזון (O₃), האחראי על קליטת חלק מקרינת השמש, ואשר נמצא בסטרטוספירה (15-30 ק"מ ביחס לקרקע היבשתית).

למרות היותם צפופים יותר מאוויר, CFCs יציבים מבחינה כימית ו בסופו של דבר נישא מהשכבות התחתונות מהאטמוספירה (הטרופוספירה) לסטרטוספירה כתוצאה מהבדלים בלחץ ובטמפרטורה. מנגנוני ערבוב בין שכבות כאלה בסופו של דבר מהירים יותר מהזמן הנדרש לתהליכים כימיים להסרת CFC מהאוויר. בסופו של דבר הם נישאים בחבילות של אוויר ומזהמים, בדומה לאנשים שנישאים בכדור פורח.

להיות מסולק בטרופוספירה ולא להגיע לסטרטוספירה, ישנן רק שתי דרכים להיפטר מ-CFC:שקיעה (על ידי גשם) או תגובה. קורה שתרכובות כאלה מסיסות בצורה גרועה במים, ולכן, גשם אינו מנגנון טוב לחיסול גזי CFC. בכל הנוגע לתגובות, נדרשים חומרי חמצון, כגון רדיקלי הידרוקסיל, חנקה או אוזון.

עם זאת, לאור היציבות והתגובתיות הנמוכה עם רדיקלים מחמצנים כאלה, CFCs בסופו של דבר נשארים באוויר במשך זמן רב ומגיעים בשקט לסטרטוספירה. רק לשם השוואה, הרדיקל ההידרוקסיל צריך 80 שנה כדי להגיב עם CFCs, משהו שלוקח בערך 17 ימים לעשות עם מתנול.

פעם בסטרטוספירה, CFCs עלול לעבור תגובת פוטוליזה (מתפרק בפעולת האור) ומשחרר רדיקלי כלור. כדוגמה, נשתמש ב- CFC-11 (CFCl₃) ו- CFC-12 (CF₂Cl₂):

• פוטוליזה של CFC: CFCl₃ (או CF₂Cl₂) + אור → CFCl₂ (או CF₂Cl) + Cl
• הו הפסד₃ בסטרטוספירה האמצעית והעליונה:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

גלובלי: ה₃ +O → 2O₂

• הו הפסד₃ בסטרטוספירה התחתונה:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ ← HOCl + O₂

HOCl + אור → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

סה"כ: 2O₃ → 30₂

זה עכשיו קונצנזוס מדעי זה אתה CFCs הם סוכני מפתח בחור שזוהה בשכבת האוזון, בסוף שנות ה-70, באזור האנטארקטיקה.

יודע יותר: מהם גזי החממה?

בקרת CFCs באטמוספרה

כדרך להכיל CFC באטמוספרה ולהדגים את דאגתם להפחתת שכבת האוזון, בשנת 1985 נפגשו מספר מדינות באוסטריה, ליתר דיוק בוינה, אמנת וינה להגנה על שכבת האוזון. אירוע זה היה חשוב ביותר ליצירת פרוטוקול מונטריאול ב-1987 חומרים המדלדלים את שכבת האוזון, אמנה בינלאומית שנכנסה לתוקף ביום הראשון משנת 1989.

פרוטוקול מונטריאול נחתם על ידי מספר מדינות, כולל ברזיל, אשר נתן תוקף משפטי לפעולותיה באמצעות צו מס'. המטרה העיקרית תהיה הפרוגרסיבית הפחתת הייצור והצריכה של מה שנקרא חומרים המדלדלים את שכבת האוזון (SDO) עד חיסולו המוחלט.

פרוטוקול מונטריאול הוא ההסכם הסביבתי הרב-צדדי היחיד שאימוצו הוא אוניברסלי, כלומר, 197 המדינות מחויבות להגן על שכבת האוזון. בברזיל אסור לייבא CFC, בדיוק כפי שאין ייצור לאומי של ODS. הבקרה מופקדת על איבמה, ורק חלק מה-SDO מותר לייבא, אך עם הגבלות ובקרה רחבה.

כיצד נוצרו כלורופלואורופחמנים (CFCs)?

בשנות ה-20, מקררים ומערכות מיזוג אוויר השתמשו בקומפוסטs כגון אמוניה, כלורומתאן, פרופאן וגופרית דו חמצנית בתור נוזלי קירור. למרות היותם יעילים, תרכובות כאלה היו רעיל ודליק. יתר על כן, חשיפה אליהם עלולה לא רק לגרום לנזק חמור אלא גם להוביל למוות.

שם צוות, בראשות תומס מידגלי ג'וניור, פעל לפיתוח אלטרנטיבה שלא היו בעיות כאלה כדי לשמש נוזל קירור. הצוות התמקד בתרכובות הלוגניות, הידועות בתנודתיותן ובאינרטיות הכימית שלהן, תכונות של עניין עבור החומרים.

התרכובת הראשונה שפותחה הייתה CF₂Cl₂, באותה תקופה המכונה פריאון (או CFC-12). על המלגה שלה, מידגלי זכתה בהצטיינות רבים, כולל מדליית פרקין של האגודה לתעשייה הכימית. 1937, ומדליית פריסטלי, הפרס הגבוה ביותר של האגודה האמריקנית לכימיה (האגודה האמריקנית לכימיה).

בשנות ה-70, CFCs היו נפוצים, כשהייצור השנתי מגיע לקרוב למיליון טון, המייצג נתח של כמעט 500 מיליון דולר מהתעשייה הכימית.

מקורות:

אנדינו, ג'יי. M. כלורופלואורופחמנים (CFCs) כבדים יותר מאוויר, אז איך מדענים מניחים שהכימיקלים האלה מגיעים לגובה שכבת האוזון כדי להשפיע עליה לרעה? סיינטיפיק אמריקן. 21 באוקטובר 1999. זמין ב: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. ניגש ב-25 ביוני. 2023.

AMERICAN CHEMICAL SOCIETY – ACS. כלורופלואורופחמנים ודלדול האוזון. נקודת ציון כימית היסטורית לאומית של ACS. 18 באפריל 2017. אפשר להשיג ב: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. ניגש ב-25 ביוני. 2023.

באטלר, ג'יי. ח. et al. תיעוד של הלוקרבונים אטמוספריים במהלך המאה העשרים מאוויר פירן קוטבי. טֶבַע. 399, עמ'. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, ב. י.; פיטס, ג'יי. לא. כימיה הומוגנית והטרוגנית בסטרטוספירה. ב: כימיה של אטמוספירה עליונה ותחתונה. בחור. 12. פ. 657-726. סן דייגו, קליפורניה: עיתונות אקדמית, 2000.

המכון הברזילאי לאיכות הסביבה ומשאבי טבע מתחדשים - איבמה. פרוטוקול מונטריאול. 29 בנובמבר 2022. אפשר להשיג ב: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. ניגש ב-25 ביוני. 2023.

קים, ק.; שון, ז; NGUYEN, H. ט.; JEON, E. סקירה של כלורופלואורופחמנים עיקריים וחלופות ההלופחמן שלהם באוויר. סביבה אטמוספרית. נ. 45. פ. 1369-1382. 2011.

המשרד לאיכות הסביבה ושינויי האקלים. אמנת וינה ופרוטוקול מונטריאול. 29 באפריל 2022. אפשר להשיג ב: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. ניגש ב-25 ביוני. 2023.

מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה

קורוזיה של מתכות, בעיקר ברזל, מתרחשת בתהליכים אלקטרוכימיים של תגובות חיזור.

הכירו את גזי החממה, השפעותיהם וכיצד הם מסוגלים להעלות את הטמפרטורה של הפלנטה שלנו.

האם אתה יודע מה זה גז אידיאלי? הכירו את מודל הגז האידיאלי, גלה מה המאפיינים שלו ובדוק תרגילים פתורים בנושא זה!

למד מהו פחמן חד חמצני, כיצד הוא מיוצר והסיבוכים הנגרמים לבני אדם בעת חשיפה לגז רעיל מאוד זה.

לחץ כאן, למד על המינוח של פחמימנים, שנקבע על ידי כללי IUPAC הנוכחיים, וראה דוגמאות.

יתרונות ונזקים הנגרמים מחמצן.

למד עוד על גז אוזון, כמו גם על מאפייניו, תכונותיו, היווצרותו, סיכונים ושכבת האוזון.

דלדול שכבת האוזון על ידי כלורופלואורופחמנים.

גלה את ההבדל בין טרנספורמציות גז איזותרמיות, איזובריות ואיזו-נפחיות.