Chloorfluorkoolstof (CFC): wat het is, gebruik, effecten

Chloorfluorkoolwaterstoffen (CFC) zijn vluchtige verbindingen die voortkomen uit koolwaterstoffen (meestal methaan en ethaan), waarin een of meer waterstofatomen zijn vervangen door fluor- of chlooratomen. Dergelijke verbindingen, ook wel chloorfluorkoolwaterstoffen genoemd, worden gewoonlijk aangeduid met het acroniem CFC. CFK's staan ​​bekend om hun lage reactiviteit, het feit dat ze niet brandbaar zijn, een laag kookpunt hebben en geurloos, smaakloos, kleurloos en laag toxisch zijn.

Chloorfluorkoolwaterstoffen worden voornamelijk gebruikt als koelmiddel, de productie is begonnen in de jaren 1930 en piekte in de jaren 70, toen men zich realiseerde dat dergelijke verbindingen verantwoordelijk waren voor de aantasting van de ozonlaag in stratosfeer. Sindsdien heeft het Protocol van Montreal strikte regels opgesteld voor consumptie, import en export, waardoor het CFK-verbruik veel lager is dan decennia geleden.

Lees ook: Koolmonoxide: de gevaren van dit kleurloze, reukloze en zeer giftige gas

Onderwerpen van dit artikel

• 1 - Samenvatting over chloorfluorkoolstof (CFC)
• 2 - Wat is CFK?
• 3 - CFC-formule
• 4 - Kenmerken van chloorfluorkoolwaterstoffen (CFC)
• 5 - Waar vind je CFC?
• 6 - Gevolgen van CFK-gebruik voor het milieu
• 7 - Beheersing van CFK's in de atmosfeer
• 8 - Hoe zijn chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) ontstaan?

Samenvatting over chloorfluorkoolstof (CFC)

• Chloorfluorkoolwaterstoffen of chloorfluorkoolwaterstoffen zijn vluchtige derivaten van koolwaterstoffen die chloor- of fluoratomen hebben in plaats van waterstofatomen.
• Ze worden gewoonlijk aangeduid met het acroniem CFC.
• CFK's zijn chemisch stabiel, niet brandbaar, geurloos, smaakloos, kleurloos, met lage toxiciteit en hebben een laag kookpunt.
• Ze worden voornamelijk gebruikt als koelmiddel en werden verkocht onder de handelsnaam Freon.
• Ze begonnen te worden geproduceerd in de jaren dertig van de vorige eeuw en bereikten een grote piek in de jaren zeventig, maar men realiseerde zich dat dergelijke verbindingen verantwoordelijk waren voor het verminderen van de ozonlaag in de stratosfeer.
• Aan het einde van de jaren 70 werd het Protocol van Montreal opgesteld, dat strikte controle op consumptie bracht, productie, import en export van CFK's, waardoor het gebruik en de commercialisering ervan aanzienlijk worden verminderd verbindingen.

Wat is CFC?

CFC is de afkorting voor een klasse van verbindingen bekend als chloorfluorkoolwaterstoffen (ook wel chloorfluorkoolwaterstoffen of chloorfluorkoolwaterstoffen genoemd), bestaande uit vluchtige derivaten van koolwaterstoffen (in het algemeen, methaan en ethaan), waarin een of meer waterstofatomen zijn vervangen door fluor- of chlooratomen.

Niet stoppen nu... Er is meer na de publiciteit ;)

CFC-formule

CFK's hebben dat gewoonlijk algemene formule CCl_NF_4–n, indien afgeleid van methaan, en C₂Kl_NF_6–n, wanneer afgeleid van ethaan. In dit geval kan de waarde van "n" niet nul zijn. CFK's staan ​​ook bekend om hun commerciële nomenclatuur, die cijfers gebruikt om aan te geven naar welke CFC we verwijzen. De algemene formule voor deze nomenclatuur isCFC-XY, waarbij X het aantal waterstofatomen plus één eenheid (H + 1) is, terwijl Y het aantal fluoratomen vertegenwoordigt.

Chlooratomen komen niet voor in deze nomenclatuur, maar ze zijn gemakkelijk te herkennen als we die koolstofatomen onthouden maken slechts vier chemische bindingen. Daarom heeft CFC-11 1 koolstofatoom, geen waterstofatoom (X = 1, dus H + 1 = 1, dus H = 0) en 1 fluoratoom (Y = 1). Aangezien koolstof 4 bindingen maakt en tot nu toe slechts 1 fluoratoom is geïdentificeerd, zijn er 3 chlooratomen, dat wil zeggen CFC-11 is CCl₃F.

Evenzo heeft CFC-22 1 koolstofatoom, 1 waterstofatoom, 2 fluoratomen en, omdat koolstof 4 chemische bindingen maakt, slechts 1 chlooratoom; daarom is CFC-22 CHClF₂.

Voor CFK's met twee of meer koolstofatomen, de algemene formule CFC-XYZ wordt aangenomen, op wat:

• X is het aantal koolstofatomen afgetrokken van één eenheid (C – 1).
• Y is het aantal waterstofatomen plus één eenheid (H + 1).
• Z is het aantal aanwezige fluoratomen.

Evenzo worden chlooratomen genomen door het verschil op basis van de vier bindingen van het koolstofatoom. Onthoud echter dat er een koolstof-koolstofbinding zal zijn, dus het totale aantal linkers is gelijk aan zes (net als in ethaan).

CFC-113 heeft bijvoorbeeld X = 1, dus het heeft 2 koolstofatomen (C – 1 = 1, C = 2); heeft Y = 1, heeft dus geen waterstofatomen (H + 1 = 1, H = 0); heeft Z = 3, dus het heeft 3 fluoratomen. We kunnen dus stellen dat CFC-113 de C₂Kl₃F₃.

Zie ook: Hoe wordt de nomenclatuur van koolwaterstoffen gedefinieerd

Kenmerken van chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's)

CFK's hebben fysische en chemische kenmerken die hun belangrijkste industriële en commerciële toepassingen rechtvaardigen. Ze zijn/hebben:

• brandbaar;
• smakeloos (smakeloos);
• geurloos (geen geur);
• lage toxiciteit;
• goede chemische stabiliteit;
• lage corrosiviteit tijdens gebruik;
• goedkoop;
• vluchtige stoffen (kookpunt dicht bij 0 °C);
• redelijke kosten.

Waar worden chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) gebruikt?

CFK's worden gebruikt als koelmiddelen.

Vanwege hun veiligheid, vluchtigheid, kosten en chemische stabiliteit, hebben CFK's bewezen goede verbindingen te zijn om te gebruiken als:

• oplosmiddelen;
• brandblussers;
• drijfgassen in spuitbussen (zoals deodorantspray);
• als koelgassen (in koelkasten, diepvriezers en koelapparaten);
• als blaasmiddelen bij de productie van schuimen, zoals polyurethaan.

CFK's werden door de chemische industrie DuPont op de markt gebracht onder de geregistreerde naam Freon.

Waar kun je CFC vinden?

De meeste CFK's die tegenwoordig op de planeet bestaan, zijn van antropogene (menselijke) oorsprong. Studies bewijzen dat de hoeveelheid CFK afkomstig van natuurlijke activiteit is klein in vergelijking met die geproduceerd door mensen. Uitlezingen van lagen die niet veel lager zijn dan het ijs geven aan dat in de 19e eeuw de concentratie van CFK's in de atmosfeer praktisch nul was.

In feite begon de productie van CFK's in de jaren dertig van de vorige eeuw, met pieken in de jaren zeventig en tachtig. aantonen dat de productie van CFC-11 en CFC-12 steeg van 100 ton in 1931 tot 583 duizend ton in 1980. De productie stopte pas aan het einde van de jaren 80, met de instelling van het Montreal Protocol. De meeste geproduceerde CFK's migreren naar bovenste lagen van de atmosfeer, zoals de stratosfeer, die ernstige gevolgen heeft voor ons leven op aarde.

Gevolgen van CFK-gebruik voor het milieu

Het massale gebruik van CFK's heeft de ozonlaag abrupt aangetast.

CFK's zijn nauw verbonden met een probleem dat bekend staat als degat in de ozonlaag, een laag rijk aan ozon (O₃), verantwoordelijk voor het absorberen van een deel van de zonnestraling, en die zich in de stratosfeer bevindt (15-30 km ten opzichte van de aardbodem).

Ondanks dat ze dichter zijn dan lucht, zijn CFK's chemisch stabiel en worden uiteindelijk vanuit de onderste lagen gedragen van de atmosfeer (de troposfeer) naar de stratosfeer als gevolg van druk- en temperatuurverschillen. Dergelijke mengmechanismen tussen de lagen zijn uiteindelijk sneller dan de tijd die nodig is voor chemische processen om CFK's uit de lucht te verwijderen. Ze worden uiteindelijk vervoerd in pakketten met lucht en verontreinigingen, net zoals mensen die in een heteluchtballon worden vervoerd.

Om geëlimineerd te worden in de troposfeer en de stratosfeer niet te bereiken, Er zijn slechts twee manieren om CFK's te verwijderen:afzetting (door regen) of reactie. Toevallig zijn dergelijke verbindingen slecht oplosbaar in water en daarom is regen geen goed mechanisme om CFK-gassen te verwijderen. Voor de reacties zijn oxidatiemiddelen nodig, zoals hydroxylradicalen, nitraat of ozon.

Echter, gezien de stabiliteit en lage reactiviteit met dergelijke oxiderende radicalen, CFK's blijven lang in de lucht en rustig de stratosfeer bereiken. Ter vergelijking: de hydroxylradicaal heeft 80 jaar nodig om te reageren met CFK's, iets wat met methanol ongeveer 17 dagen duurt.

Eenmaal in de stratosfeer, CFK's kan een fotolysereactie ondergaan (breekt af door de werking van licht) en laat chloorradicalen vrij. Als voorbeeld gebruiken we CFC-11 (CFCl₃) en CFC-12 (CF₂Kl₂):

• Fotolyse van CFC: CFCl₃ (of CF₂Kl₂) + licht → CFCl₂ (of CF₂Kl) + Kl
• Oh verlies₃ in de middelste en bovenste stratosfeer:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globaal: de₃ +O → 2O₂

• Oh verlies₃ in de lagere stratosfeer:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + H O₂ → HOCl + O₂

HOCl + licht → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Totaal: 2O₃ → 30₂

Dat is nu wetenschappelijke consensus Jij CFC's zijn sleutelagenten in het gat dat eind jaren zeventig in de ozonlaag werd ontdekt in het Antarctische gebied.

Meer weten: Wat zijn de broeikasgassen?

Beheersing van CFK's in de atmosfeer

Om CFK's in de atmosfeer te houden en hun bezorgdheid over de vermindering van de ozonlaag te tonen, kwamen verschillende landen in 1985 bijeen in Oostenrijk, meer bepaald in Wenen, Verdrag van Wenen ter bescherming van de ozonlaag. Deze gebeurtenis was uiterst belangrijk voor de totstandkoming van het Protocol van Montreal in 1987 Stoffen die de ozonlaag afbreken, een internationaal verdrag dat op de eerste dag in werking is getreden vanaf 1989.

Het Protocol van Montreal werd ondertekend door verschillende landen, waaronder Brazilië, die door middel van decreet nr. Het belangrijkste doel zou progressief zijn het verminderen van de productie en consumptie van zogenaamde stoffen die de ozonlaag afbreken (SDO) tot zijn totale eliminatie.

Het Protocol van Montreal is de enige multilaterale milieuovereenkomst waarvan de goedkeuring universeel is, dat wil zeggen dat de 197 staten zich ertoe verbinden de ozonlaag te beschermen. In Brazilië is de invoer van CFK's verboden, net zoals er geen nationale productie van ODS is. De controle heeft de leiding over Ibama en slechts enkele SDO mogen worden geïmporteerd, maar met beperkingen en brede controle.

Hoe zijn chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) ontstaan?

In de jaren 1920, koelkasten en airconditioningsystemen gebruikten compostzoals ammoniak, chloormethaan, propaan en zwaveldioxide als koelvloeistoffen. Ondanks dat ze effectief waren, waren dergelijke verbindingen dat wel giftig en brandbaar. Bovendien kan blootstelling eraan niet alleen ernstige schade aanrichten, maar ook de dood tot gevolg hebben.

Het was daar dat een team, geleid door Thomas Midgley Jr., werkte aan de ontwikkeling van een alternatief die geen problemen had om als koelvloeistof te dienen. Het team concentreerde zich op gehalogeneerde verbindingen, bekend om hun vluchtigheid en chemische inertheid, eigenschappen die van belang zijn voor de stoffen.

De eerste verbinding die werd ontwikkeld was CF₂Kl₂, destijds bekend als Freon (of CFC-12). Voor haar studiebeurs heeft Midgley talloze onderscheidingen ontvangen, waaronder de Perkin-medaille van de Chemical Industry Society in 1937, en de Priestley Medal, de hoogste onderscheiding van de American Chemical Society (de American Chemical Society).

In de jaren zeventig waren CFK's wijdverbreid, met een jaarlijkse productie van bijna 1 miljoen ton, wat neerkomt op een aandeel van bijna 500 miljoen dollar in de chemische industrie.

bronnen:

ANDINO, J. M. Chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) zijn zwaarder dan lucht, dus hoe veronderstellen wetenschappers dat deze chemicaliën de hoogte van de ozonlaag bereiken om deze nadelig te beïnvloeden? Wetenschappelijke Amerikaan. 21 okt. 1999. Verkrijgbaar bij: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Betreden op 25 juni. 2023.

AMERIKAANSE CHEMISCHE SAMENLEVING - ACS. Chloorfluorkoolwaterstoffen en aantasting van de ozonlaag. ACS Nationaal Historisch Chemisch Oriëntatiepunt. 18 april 2017. Beschikbaar in: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Betreden op 25 juni. 2023.

BUTTER, J. H. et al. Een record van atmosferische halogeenkoolwaterstoffen in de twintigste eeuw uit poolfirnlucht. natuur. 399, blz. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTEN, J. Nee. Homogene en heterogene chemie in de stratosfeer. in: Chemie van de bovenste en onderste atmosfeer. Kerel. 12. P. 657-726. San Diego, Californië: Academic Press, 2000.

BRAZILIAANS INSTITUUT VOOR HET MILIEU EN HERNIEUWBARE NATUURLIJKE HULPBRONNEN – IBAMA. Protocol van Montreal. 29 nov. 2022. Beschikbaar in: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Betreden op 25 juni. 2023.

KIM, K.; SCHOON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Een overzicht van de belangrijkste chloorfluorkoolwaterstoffen en hun halogeenkoolstofalternatieven in de lucht. Atmosferische omgeving. N. 45. P. 1369-1382. 2011.

MINISTERIE VAN MILIEU EN KLIMAATVERANDERING. Verdrag van Wenen en Protocol van Montreal. 29 april 2022. Beschikbaar in: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Betreden op 25 juni. 2023.

Door Stefano Araujo Novais
Scheikundeleraar

Corrosie van metalen, voornamelijk ijzer, vindt plaats in elektrochemische processen van redoxreacties.

Maak kennis met de broeikasgassen, hun impact en hoe ze de temperatuur van onze planeet kunnen verhogen.

Weet je wat een ideaal gas is? Maak kennis met het ideale gasmodel, ontdek wat de kenmerken ervan zijn en bekijk opgeloste oefeningen over dit onderwerp!

Leer wat koolmonoxide is, hoe het wordt geproduceerd en welke complicaties mensen krijgen wanneer ze worden blootgesteld aan dit uiterst giftige gas.

Klik hier voor meer informatie over de nomenclatuur van koolwaterstoffen, vastgesteld door de huidige IUPAC-regels, en bekijk voorbeelden.

Voor- en nadelen veroorzaakt door zuurstof.

Lees meer over ozongas, evenals de kenmerken, eigenschappen, vorming, risico's en de ozonlaag.

De aantasting van de ozonlaag door chloorfluorkoolwaterstoffen.

Ontdek het verschil tussen isotherme, isobare en isovolumetrische gastransformaties.