Clorofluorocarbon (CFC): ce este, utilizări, efecte

Clorofluorocarburi (CFC) sunt compuşi volatili care derivă din hidrocarburi (de obicei metan și etan), în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor sau de clor. Numiți și clorofluorocarburi, astfel de compuși sunt denumiți în mod obișnuit prin acronimul CFC. CFC-urile sunt cunoscute pentru reactivitatea lor scăzută, pentru faptul că sunt neinflamabile, au un punct de fierbere scăzut și sunt inodore, insipid, incolor și au toxicitate scăzută.

Clorofluorocarburile sunt utilizate în principal ca lichide de răcire, producția fiind începută în anii 1930 și a atins apogeul în anii 1970, când s-a realizat că astfel de compuși sunt responsabili pentru epuizarea stratului de ozon din stratosferă. De atunci, Protocolul de la Montreal a stabilit reguli stricte pentru consumul, importul și exportul acestuia, făcând consumul de CFC mult mai mic decât era acum zeci de ani.

Citeste si: Monoxid de carbon - Pericolele acestui gaz incolor, inodor și foarte toxic

Subiectele acestui articol

• 1 - Rezumat despre clorofluorocarburi (CFC)
• 2 - Ce este CFC?
• 3 - formula CFC
• 4 - Caracteristicile clorofluorocarburilor (CFC)
• 5 - Unde găsiți CFC?
• 6 - Consecințele utilizării CFC asupra mediului
• 7 - Controlul CFC-urilor în atmosferă
• 8 - Cum au apărut clorofluorocarburile (CFC)?

Rezumat despre clorofluorocarburi (CFC)

• Clorofluorocarburile sau clorofluorocarburile sunt derivați volatili ai hidrocarburilor care au atomi de clor sau fluor în locul atomilor de hidrogen.
• Acestea sunt denumite în mod obișnuit prin acronimul CFC.
• CFC-urile sunt stabile din punct de vedere chimic, neinflamabile, inodore, fără gust, incolore, cu toxicitate scăzută și au un punct de fierbere scăzut.
• Ele sunt utilizate în principal ca lichide de răcire și au fost vândute sub denumirea comercială Freon.
• Au început să fie produse în anii 1930, atingând un apogeu în anii 1970, cu toate acestea, s-a realizat că astfel de compuși sunt responsabili pentru reducerea stratului de ozon din stratosferă.
• La sfârșitul anilor 1970, a fost stabilit Protocolul de la Montreal, care a adus un control strict asupra consumului, producția, importul și exportul de CFC, reducând considerabil utilizarea și comercializarea acestora compuși.

Ce este CFC?

CFC este acronimul pentru o clasă de compuși cunoscuți sub denumirea de clorofluorocarburi (numite și clorofluorocarburi sau clorofluorocarburi), constând din derivați volatili ai hidrocarburilor (în general, metan și etan), în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor sau de clor.

Nu te opri acum... Mai sunt dupa publicitate ;)

formula CFC

CFC-urile au de obicei formula generală CCl_nF_4–n, când este derivat din metan, și C₂Cl_nF_6–n, când este derivat din etan. În acest caz, valoarea lui „n” nu poate fi zero. CFC-uri sunt cunoscute şi pentru nomenclatura lor comercială, care utilizează numere pentru a indica la ce CFC ne referim. Formula generală pentru această nomenclatură esteCFC-XY, unde X este numărul de hidrogeni plus o unitate (H + 1), în timp ce Y este numărul de atomi de fluor.

Atomii de clor nu apar în această nomenclatură, dar sunt ușor de identificat dacă ne amintim că atomii de carbon face doar patru legături chimice. Prin urmare, CFC-11 are 1 atom de carbon, niciun atom de hidrogen (X = 1, deci H + 1 = 1, deci H = 0) și 1 atom de fluor (Y = 1). Deoarece carbonul face 4 legături și până acum a fost identificat doar 1 atom de fluor, atunci există 3 atomi de clor, adică CFC-11 este CCl₃F.

În mod similar, CFC-22 are 1 atom de carbon, 1 atom de hidrogen, 2 atomi de fluor și, deoarece carbonul face 4 legături chimice, doar 1 atom de clor; prin urmare, CFC-22 este CHClF₂.

Pentru CFC cu doi sau mai mulți atomi de carbon, se adoptă formula generală CFC-XYZ, pe ce:

• X este numărul de atomi de carbon scăzut dintr-o unitate (C – 1).
• Y este numărul de hidrogeni plus o unitate (H + 1).
• Z este numărul de atomi de fluor prezenți.

În mod similar, atomii de clor sunt luați de diferența bazată pe cele patru legături ale atomului de carbon. Cu toate acestea, amintiți-vă că va exista o legătură carbon-carbon, astfel încât numărul total de linkeri este egal cu șase (la fel ca în etan).

De exemplu, CFC-113 are X = 1, deci are 2 atomi de carbon (C – 1 = 1, C = 2); are Y = 1, deci nu are atomi de hidrogen (H + 1 = 1, H = 0); are Z = 3, deci are 3 atomi de fluor. Astfel, putem afirma că CFC-113 este C₂Cl₃F₃.

Vezi si: Cum este definită nomenclatura hidrocarburilor

Caracteristicile clorofluorocarburilor (CFC)

CFC-urile au caracteristici fizice și chimice care își justifică principalele utilizări industriale și comerciale, sunt/au:

• inflamabil;
• insipid (fără gust);
• inodor (fără miros);
• toxicitate scăzută;
• stabilitate chimică bună;
• corozivitate scăzută în timpul utilizării;
• cost scăzut;
• volatile (Punct de fierbere aproape de 0 °C);
• cost rezonabil.

Unde se folosesc clorofluorocarburile (CFC)?

CFC-urile sunt utilizate ca agenți frigorifici.

Datorită siguranței, volatilității, costurilor și stabilității chimice, CFC-urile s-au dovedit a fi compuși buni pentru a fi utilizați la fel de:

• solvenți;
• extinctoare;
• propulsori în cutii de aerosoli (cum ar fi deodorantul spray);
• ca gaze frigorifice (în frigidere, congelatoare și aparate frigorifice);
• ca agenți de suflare în producția de spume, cum ar fi poliuretanul.

CFC-urile au fost vândute pe piață de industria chimică DuPont sub denumirea înregistrată Freon.

Unde găsiți CFC?

Majoritatea CFC-urilor care există astăzi pe planetă sunt de origine antropică (umană). Studiile dovedesc asta cantitatea de CFC derivată din activitatea naturală este mică în comparație cu cea produsă de oameni. Citirile straturilor nu cu mult mai jos decât gheața indică faptul că, în secolul al XIX-lea, concentrația de CFC în atmosferă era practic zero.

De fapt, producția de CFC a început în anii 1930, cu vârfuri în anii 1970 și 1980, iar datele să demonstreze că producția de CFC-11 și CFC-12 a crescut de la 100 de tone în 1931 la 583 mii de tone în 1980. Producția sa a încetat abia la sfârșitul anilor 1980, odată cu instituirea Protocolului de la Montreal. Majoritatea CFC-urilor produse migrează către straturile superioare ale atmosferei, cum ar fi stratosfera, care are consecințe grave asupra vieții noastre pe Pământ.

Consecințele utilizării CFC asupra mediului

Utilizarea masivă a CFC-urilor a afectat brusc stratul de ozon.

CFC-uri sunt strâns legate de o problemă cunoscută sub numele degaură în stratul de ozon, un strat bogat în ozon (O₃), responsabil de absorbția unei părți a radiației solare, și care se află în stratosferă (15-30 km în raport cu solul terestru).

În ciuda faptului că sunt mai dense decât aerul, CFC-urile sunt stabile din punct de vedere chimic și ajung să fie transportate din straturile inferioare din atmosferă (troposferă) până în stratosferă ca urmare a diferențelor de presiune și temperatură. Astfel de mecanisme de amestecare între straturi ajung să fie mai rapide decât timpul necesar proceselor chimice pentru a elimina CFC-urile din aer. Aceștia ajung să fie transportați în pachete cu aer și contaminanți, la fel ca oamenii care sunt transportați într-un balon cu aer cald.

Pentru a fi eliminate în troposferă și pentru a nu ajunge în stratosferă, Există doar două moduri de a elimina CFC:depunere (prin ploaie) sau reacție. Se întâmplă ca astfel de compuși să fie slab solubili în apă și, prin urmare, ploaia nu este un mecanism bun pentru eliminarea gazelor CFC. În ceea ce privește reacțiile, sunt necesari agenți de oxidare, precum radicalii hidroxil, nitratul sau ozonul.

Cu toate acestea, având în vedere stabilitatea și reactivitatea scăzută cu astfel de radicali oxidanți, CFC-urile ajung să rămână în aer mult timp și ajunge în liniște în stratosferă. Doar pentru comparație, radicalul hidroxil are nevoie de 80 de ani pentru a reacționa cu CFC-urile, ceea ce durează aproximativ 17 zile pentru a face cu metanolul.

Odată ajuns în stratosferă, CFC poate suferi o reacție de fotoliză (se descompune prin acțiunea luminii) și eliberează radicalii de clor. Ca exemplu, vom folosi CFC-11 (CFCl₃) și CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotoliza CFC: CFCl₃ (sau CF₂Cl₂) + lumină → CFCl₂ (sau CF₂CI) + CI
• O pierdere₃ în stratosfera medie și superioară:

CI + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Global: The₃ +O → 2O₂

• O pierdere₃ în stratosfera inferioară:

CI + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + lumină → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Per total: 2O₃ → 30₂

Acum este un consens științific că tu CFC-urile sunt agenți cheie în gaura detectată în stratul de ozon, la sfârșitul anilor 1970, în regiunea Antarctică.

Aflați mai multe: Care sunt gazele cu efect de seră?

Controlul CFC-urilor în atmosferă

Ca modalitate de a reține CFC-urile în atmosferă și de a-și demonstra preocuparea față de reducerea stratului de ozon, în 1985, mai multe țări s-au întâlnit în Austria, mai precis la Viena, Convenția de la Viena pentru protecția stratului de ozon. Acest eveniment a fost extrem de important pentru, în 1987, crearea Protocolului de la Montreal privind Substanțe care epuizează stratul de ozon, un tratat internațional care a intrat în vigoare din prima zi din 1989.

Protocolul de la Montreal a fost semnat de mai multe țări, inclusiv Brazilia, care a dat efect juridic acțiunilor sale prin Decretul nr. Obiectivul principal ar fi progresivul reducerea producției și consumului de așa-numite substanțe care epuizează stratul de ozon (SDO) până la eliminarea sa totală.

Protocolul de la Montreal este singurul acord multilateral de mediu a cărui adoptare este universală, adică cele 197 de state s-au angajat să protejeze stratul de ozon. În Brazilia, importarea CFC-urilor este interzisă, așa cum nu există o producție națională de ODS. Controlul este responsabil de Ibama și doar unele SDO au voie să fie importate, dar cu restricții și control larg.

Cum au apărut clorofluorocarburile (CFC)?

În anii 1920, frigidere și sisteme de aer condiționat au folosit compostcum ar fi amoniacul, clormetanul, propanul și dioxid de sulf ca lichide de răcire. În ciuda faptului că erau eficienți, astfel de compuși au fost toxice și inflamabile. În plus, expunerea la acestea ar putea nu numai să provoace daune grave, ci și să ducă la moarte.

Acolo a fost o echipă, condusă de Thomas Midgley Jr., a lucrat pentru a dezvolta o alternativă care nu a avut astfel de probleme care să servească drept lichid de răcire. Echipa sa concentrat pe compușii halogenați, cunoscuți pentru volatilitatea și inerția lor chimică, proprietăți de interes pentru substanțe.

Primul compus care a fost dezvoltat a fost CF₂Cl₂, la acea vreme cunoscut sub numele de Freon (sau CFC-12). Pentru bursa ei, Midgley a primit numeroase onoruri, inclusiv Medalia Perkin a Societății industriei chimice în 1937, și Medalia Priestley, cel mai înalt premiu al Societății Americane de Chimie (American Chemical Society).

În anii 1970, CFC-urile erau răspândite, cu producția anuală ajungând la aproape 1 milion de tone, reprezentând o pondere de aproape 500 de milioane de dolari a industriei chimice.

Surse:

ANDINO, J. M. Clorofluorocarburile (CFC) sunt mai grele decât aerul, așa că cum presupun oamenii de știință că aceste substanțe chimice ajung la altitudinea stratului de ozon pentru a-l afecta negativ? științific american. 21 oct. 1999. Disponibil la: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Accesat pe 25 iunie. 2023.

SOCIETATEA CHIMICĂ AMERICANĂ – ACS. Clorofluorocarburi și epuizarea ozonului. Reper chimic istoric național ACS. 18 apr. 2017. Disponibil in: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Accesat pe 25 iunie. 2023.

BUTLER, J. H. et al. O înregistrare a halocarburilor atmosferice în timpul secolului al XX-lea din aerul polar. Natură. 399, p. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Nu. Chimie omogenă și eterogenă în stratosferă. în: Chimia atmosferei superioare și inferioare. Cap. 12. P. 657-726. San Diego, California: Academic Press, 2000.

INSTITUTUL BRAZILIAN AL MEDIULUI ȘI RESURSELOR NATURALE REGENERABILE – IBAMA. Protocolul de la Montreal. 29 nov. 2022. Disponibil in: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Accesat pe 25 iunie. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. O revizuire a principalelor clorofluorocarburi și a alternativelor lor de halocarburi din aer. Mediul atmosferic. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

MINISTERUL MEDIULUI ȘI SCHIMBĂRILOR CLIMICE. Convenția de la Viena și Protocolul de la Montreal. 29 apr. 2022. Disponibil in: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Accesat pe 25 iunie. 2023.

De Stefano Araujo Novais
Profesor de chimie

Coroziunea metalelor, în principal a fierului, are loc în procesele electrochimice ale reacțiilor de oxidare-reducere.

Cunoașteți gazele cu efect de seră, impactul lor și modul în care acestea pot crește temperatura planetei noastre.

Știți ce este un gaz ideal? Cunoașteți modelul de gaz ideal, aflați care sunt caracteristicile acestuia și consultați exercițiile rezolvate pe această temă!

Aflați ce este monoxidul de carbon, cum este produs și complicațiile cauzate oamenilor atunci când sunt expuși la acest gaz extrem de toxic.

Faceți clic aici, aflați despre nomenclatura hidrocarburilor, stabilită de regulile actuale IUPAC și vedeți exemple.

Beneficii și daune cauzate de oxigen.

Aflați mai multe despre gazul ozon, precum și despre caracteristicile sale, proprietățile, formarea, riscurile și stratul de ozon.

Epuizarea stratului de ozon de către clorofluorocarburi.

Descoperiți diferența dintre transformările izoterme, izobarice și izovolumetrice ale gazului.