Klorfluorkarbon (CFC): hva det er, bruksområder, effekter

Klorfluorkarboner (KFK) er flyktige forbindelser som stammer fra hydrokarboner (vanligvis metan og etan), der ett eller flere hydrogenatomer er erstattet med fluor- eller kloratomer. Også kalt klorfluorkarboner, er slike forbindelser ofte referert til med akronymet CFC. KFK er kjent for sin lave reaktivitet, det faktum at de er ikke brennbare, har lavt kokepunkt og er luktfrie, smakløse, fargeløse og har lav toksisitet.

Klorfluorkarboner brukes hovedsakelig som kjølevæsker, produksjonen startet på 1930-tallet og nådde toppen på 1970-tallet, da det ble innsett at slike forbindelser var ansvarlige for nedbrytningen av ozonlaget i stratosfæren. Siden den gang har Montreal-protokollen etablert strenge regler for forbruk, import og eksport, noe som gjør KFK-forbruket mye lavere enn det var for flere tiår siden.

Les også: Karbonmonoksid – farene ved denne fargeløse, luktfrie og svært giftige gassen

Emner i denne artikkelen

• 1 - Sammendrag av klorfluorkarbon (CFC)
• 2 - Hva er CFC?
• 3 - CFC formel
• 4 - Kjennetegn ved klorfluorkarboner (KFK)
• 5 - Hvor finner jeg CFC?
• 6 - Konsekvenser av CFC-bruk for miljøet
• 7 - Kontroll av KFK i atmosfæren
• 8 - Hvordan så klorfluorkarboner (KFK) ut?

Sammendrag av klorfluorkarbon (CFC)

• Klorfluorkarboner eller klorfluorkarboner er flyktige derivater av hydrokarboner som har klor- eller fluoratomer i stedet for hydrogenatomer.
• De blir ofte referert til med forkortelsen CFC.
• KFK er kjemisk stabile, ikke brennbare, luktfrie, smakløse, fargeløse, med lav toksisitet og har lavt kokepunkt.
• De brukes hovedsakelig som kjølevæsker og ble solgt under handelsnavnet Freon.
• De begynte å bli produsert på 1930-tallet, og nådde en stor topp på 1970-tallet, men det ble innsett at slike forbindelser var ansvarlige for å redusere ozonlaget i stratosfæren.
• På slutten av 1970-tallet ble Montreal-protokollen etablert, som førte streng kontroll til forbruket, produksjon, import og eksport av KFK, noe som reduserer bruken og kommersialiseringen av slike betraktelig forbindelser.

Hva er CFC?

CFC er forkortelsen for en klasse av forbindelser kjent som klorfluorkarboner (også kalt klorfluorkarboner eller klorfluorkarboner), bestående av flyktige derivater av hydrokarboner (generelt, metan og etan), hvor ett eller flere hydrogenatomer er erstattet med fluor- eller kloratomer.

Ikke stopp nå... Det er mer etter publisiteten ;)

CFC formel

CFC har vanligvis generell formel CCl_nF_4–n, når de er avledet fra metan, og C₂Cl_nF_6–n, når det er avledet fra etan. I dette tilfellet kan ikke verdien av "n" være null. CFC er også kjent for sin kommersielle nomenklatur, som bruker tall for å indikere hvilken CFC vi sikter til. Den generelle formelen for denne nomenklaturen erCFC-XY, hvor X er antall hydrogener pluss én enhet (H + 1), mens Y representerer antall fluoratomer.

Kloratomer forekommer ikke i denne nomenklaturen, men de er lett å identifisere hvis vi husker at karbonatomer lager bare fire kjemiske bindinger. Derfor har CFC-11 1 karbonatom, intet hydrogenatom (X = 1, derfor H + 1 = 1, derfor H = 0) og 1 fluoratom (Y = 1). Ettersom karbon lager 4 bindinger, og så langt bare 1 fluoratom er identifisert, så er det 3 kloratomer, det vil si CFC-11 er CCl₃F.

Tilsvarende har CFC-22 1 karbonatom, 1 hydrogenatom, 2 fluoratomer og, fordi karbon lager 4 kjemiske bindinger, bare 1 kloratom; derfor er CFC-22 CHClF₂.

Til CFC med to eller flere karbonatomer, den generelle formelen CFC-XYZ er vedtatt, på hva:

• X er antall karboner trukket fra en enhet (C – 1).
• Y er antall hydrogener pluss én enhet (H + 1).
• Z er antall tilstedeværende fluoratomer.

På samme måte blir kloratomer tatt av forskjellen basert på de fire bindingene til karbonatomet. Husk imidlertid at det vil være en karbon-karbonbinding, så det totale antallet linkere tilsvarer seks (akkurat som i etan).

For eksempel har CFC-113 X = 1, så den har 2 karbonatomer (C – 1 = 1, C = 2); har Y = 1, så har ingen hydrogenatomer (H + 1 = 1, H = 0); har Z = 3, så den har 3 fluoratomer. Dermed kan vi slå fast at CFC-113 er C₂Cl₃F₃.

Se også: Hvordan defineres nomenklaturen for hydrokarboner

Kjennetegn på klorfluorkarboner (KFK)

KFK har fysiske og kjemiske egenskaper som rettferdiggjør deres viktigste industrielle og kommersielle bruk, de er/har:

• brannfarlig;
• smakløs (smakløs);
• luktfri (ingen lukt);
• lav toksisitet;
• god kjemisk stabilitet;
• lav korrosivitet under bruk;
• lave kostnader;
• flyktige (kokepunkt nær 0 °C);
• rimelig kostnad.

Hvor brukes klorfluorkarboner (KFK)?

KFK brukes som kjølemedier.

På grunn av deres sikkerhet, flyktighet, kostnad og kjemisk stabilitet, har KFK vist seg å være gode forbindelser å bruke som:

• løsemidler;
• Brannslukningsapparat;
• drivmidler i aerosolbokser (som spraydeodorant);
• som kjølemiddelgasser (i kjøleskap, frysere og kjøleapparater);
• som esemidler ved produksjon av skum, slik som polyuretan.

KFK ble solgt på markedet av DuPont kjemiske industri under det registrerte navnet Freon.

Hvor finner jeg CFC?

De fleste av KFK-ene som finnes på planeten i dag er av menneskeskapt (menneskelig) opprinnelse. Studier beviser det mengden KFK som kommer fra naturlig aktivitet er liten sammenlignet med den som produseres av mennesker. Avlesninger av lag som ikke er mye lavere enn isen indikerer at konsentrasjonen av KFK i atmosfæren på 1800-tallet var praktisk talt null.

Faktisk begynte CFC-produksjonen på 1930-tallet, med topper på 1970- og 1980-tallet, og data demonstrere at produksjonen av CFC-11 og CFC-12 økte fra 100 tonn i 1931 til 583 tusen tonn i 1980. Produksjonen stoppet først på slutten av 1980-tallet, med institusjonen av Montreal-protokollen. De fleste av de produserte KFK-ene migrerer til øvre lag av atmosfæren, slik som stratosfæren, som har alvorlige konsekvenser for livet vårt på jorden.

Konsekvenser av KFK-bruk for miljøet

Den massive bruken av KFK har påvirket ozonlaget brått.

CFC er nært knyttet til et problem kjent somhull i ozonlaget, et lag rikt på ozon (O₃), ansvarlig for å absorbere en del av solstrålingen, og som befinner seg i stratosfæren (15-30 km i forhold til jordsmonnet).

Til tross for at de er tettere enn luft, er KFK kjemisk stabile og ende opp med å bli båret fra de nedre lagene fra atmosfæren (troposfæren) til stratosfæren som følge av forskjeller i trykk og temperatur. Slike mellomlagsblandingsmekanismer ender opp med å være raskere enn tiden som kreves for kjemiske prosesser for å fjerne KFK fra luften. De ender opp med å bli fraktet i pakker med luft og forurensninger, omtrent som folk som blir båret i en luftballong.

For å bli eliminert i troposfæren og ikke nå stratosfæren, Det er bare to måter å kvitte seg med CFC på:avsetning (ved regn) eller reaksjon. Det har seg slik at slike forbindelser er dårlig løselige i vann, og derfor er regn ikke en god mekanisme for å eliminere KFK-gasser. Når det gjelder reaksjonene, kreves det oksidasjonsmidler, som hydroksylradikaler, nitrat eller ozon.

Men gitt stabiliteten og den lave reaktiviteten med slike oksiderende radikaler, KFK blir værende i luften lenge og stille nå stratosfæren. Bare for sammenligningens skyld trenger hydroksylradikalet 80 år på å reagere med KFK, noe det tar omtrent 17 dager å gjøre med metanol.

En gang i stratosfæren, KFK kan gjennomgå en fotolysereaksjon (brytes ned ved påvirkning av lys) og frigjør klorradikaler. Som et eksempel vil vi bruke CFC-11 (CFCl₃) og CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotolyse av CFC: CFCl₃ (eller CF₂Cl₂) + lys → CFCl₂ (eller CF₂Cl) + Cl
• O tap₃ i midtre og øvre stratosfære:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globalt: The₃ +O → 2O₂

• O tap₃ i nedre stratosfære:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + lys → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Totalt: 2O₃ → 30₂

Det er nå vitenskapelig konsensus om det du KFK er nøkkelagenter i hullet som ble oppdaget i ozonlaget, på slutten av 1970-tallet, i den antarktiske regionen.

Vite mer: Hva er drivhusgassene?

Kontroll av KFK i atmosfæren

Som en måte å inneholde KFK i atmosfæren og demonstrere deres bekymring for reduksjonen av ozonlaget, møttes flere land i 1985 i Østerrike, nærmere bestemt i Wien, Wienerkonvensjonen for beskyttelse av ozonlaget. Denne begivenheten var ekstremt viktig for, i 1987, etableringen av Montreal-protokollen på Stoffer som bryter ned ozonlaget, en internasjonal traktat som trådte i kraft på dag én fra 1989.

Montreal-protokollen ble signert av flere land, inkludert Brasil, som ga rettslig virkning til handlingene sine gjennom dekret nr. Hovedmålet ville være det progressive redusere produksjon og forbruk av såkalte stoffer som bryter ned ozonlaget (SDO) til den er fullstendig eliminert.

Montreal-protokollen er den eneste multilaterale miljøavtalen hvis vedtakelse er universell, det vil si at de 197 statene er forpliktet til å beskytte ozonlaget. I Brasil er det forbudt å importere KFK, akkurat som det ikke er nasjonal produksjon av ODS. Kontrollen har ansvaret for Ibama, og bare noen SDO er tillatt å importere, men med restriksjoner og bred kontroll.

Hvordan oppsto klorfluorkarboner (KFK)?

På 1920-tallet, kjøleskap og klimaanlegg brukes komposts som ammoniakk, klormetan, propan og svoveldioksid som kjølevæsker. Til tross for å være effektive, var slike forbindelser giftig og brannfarlig. Videre kan en eksponering for dem ikke bare forårsake alvorlig skade, men også føre til døden.

Det var der et lag, ledet av Thomas Midgley Jr., jobbet for å utvikle et alternativ som ikke hadde slike problemer for å tjene som kjølevæske. Teamet fokuserte på halogenerte forbindelser, kjent for deres flyktighet og kjemiske treghet, egenskaper av interesse for stoffene.

Den første forbindelsen som ble utviklet var CF₂Cl₂, på den tiden kjent som Freon (eller CFC-12). For stipendet har Midgley mottatt en rekke utmerkelser, inkludert Chemical Industry Societys Perkin-medalje i 1937, og Priestley-medaljen, den høyeste utmerkelsen til American Chemical Society (American Chemical Society).

På 1970-tallet var KFK utbredt, med en årlig produksjon på nærmere 1 million tonn, som representerer en andel på nesten 500 millioner dollar av den kjemiske industrien.

Kilder:

ANDINO, J. M. Klorfluorkarboner (KFK) er tyngre enn luft, så hvordan antar forskerne at disse kjemikaliene når høyden til ozonlaget for å påvirke det negativt? Vitenskapelig amerikansk. 21 okt. 1999. Tilgjengelig på: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Åpnet 25. juni. 2023.

AMERIKANSKE KJEMISKE SAMFUNN – ACS. Klorfluorkarboner og ozonnedbryting. ACS National Historic Chemical Landmark. 18. apr. 2017. Tilgjengelig i: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Åpnet 25. juni. 2023.

BUTLER, J. H. et al. En registrering av atmosfæriske halokarboner i løpet av det tjuende århundre fra polar firnluft. natur. 399, s. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Nei. Homogen og heterogen kjemi i stratosfæren. i: Kjemi av øvre og nedre atmosfære. Kap. 12. P. 657-726. San Diego, California: Academic Press, 2000.

BRASILISK INSTITUTT FOR MILJØ OG FORNYBARE NATURRESURSER – IBAMA. Montreal-protokollen. 29 nov. 2022. Tilgjengelig i: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Åpnet 25. juni. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. En gjennomgang av viktige klorfluorkarboner og deres halokarbonalternativer i luften. Atmosfærisk miljø. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

MILJØ- OG KLIMAENDRINGER. Wien-konvensjonen og Montreal-protokollen. 29. apr. 2022. Tilgjengelig i: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Åpnet 25. juni. 2023.

Av Stefano Araujo Novais
Kjemilærer

Korrosjon av metaller, hovedsakelig jern, forekommer i elektrokjemiske prosesser av redoksreaksjoner.

Bli kjent med klimagassene, deres påvirkning og hvordan de er i stand til å øke temperaturen på planeten vår.

Vet du hva en ideell gass er? Bli kjent med den ideelle gassmodellen, finn ut hva dens egenskaper er og sjekk ut løste øvelser om dette emnet!

Lær hva karbonmonoksid er, hvordan det produseres og komplikasjoner forårsaket av mennesker når de utsettes for denne ekstremt giftige gassen.

Klikk her, lær om nomenklaturen for hydrokarboner, etablert av gjeldende IUPAC-regler, og se eksempler.

Fordeler og skader forårsaket av oksygen.

Lær mer om ozongass, så vel som dens egenskaper, egenskaper, dannelse, risiko og ozonlaget.

Nedbryting av ozonlaget av klorfluorkarboner.

Oppdag forskjellen mellom isotermiske, isobariske og isovolumetriske gasstransformasjoner.