Хлорфторуглерод (CFC): что это такое, применение, эффекты

Хлорфторуглероды (CFC) представляют собой летучие соединения, получают из углеводородов (обычно метан и этан), в которых один или несколько атомов водорода заменены атомами фтора или хлора. Такие соединения, также называемые хлорфторуглеродами, обычно обозначаются аббревиатурой CFC. ХФУ известны своей низкой реакционной способностью, невоспламеняемостью, низкой температурой кипения, отсутствием запаха, вкуса, бесцветности и низкой токсичностью.

Хлорфторуглероды в основном используются в качестве хладагентов, производство которых началось в 1930-х годах. пик пришелся на 1970-е годы, когда стало понятно, что такие соединения несут ответственность за истощение озонового слоя в стратосфера. С тех пор Монреальский протокол установил строгие правила его потребления, импорта и экспорта, что сделало потребление ХФУ намного ниже, чем это было несколько десятилетий назад.

Читайте также: Угарный газ — опасность этого бесцветного, не имеющего запаха и очень токсичного газа

Темы этой статьи

• 1 - Резюме по хлорфторуглеродам (ХФУ)
• 2 - Что такое ХФУ?
• 3 - формула ХФУ
• 4 - Характеристики хлорфторуглеродов (ХФУ)
• 5 - Где найти ХФУ?
• 6 - Последствия использования ХФУ для окружающей среды
• 7 - Контроль ХФУ в атмосфере
• 8 - Как появились хлорфторуглероды (ХФУ)?

Резюме по хлорфторуглероду (CFC)

• Хлорфторуглероды или хлорфторуглероды представляют собой летучие производные углеводородов, которые содержат атомы хлора или фтора вместо атомов водорода.
• Их обычно называют аббревиатурой CFC.
• ХФУ химически стабильны, негорючи, не имеют запаха, вкуса, цвета, малотоксичны, имеют низкую температуру кипения.
• В основном они использовались в качестве охлаждающих жидкостей и продавались под торговой маркой Фреон.
• Их начали производить в 1930-х годах, достигнув пика в 1970-х годах, однако стало ясно, что такие соединения несут ответственность за уменьшение озонового слоя в стратосфере.
• В конце 1970-х годов был принят Монреальский протокол, который ввел строгий контроль над потреблением, производства, импорта и экспорта ХФУ, что значительно сокращает использование и коммерциализацию таких соединения.

Что такое КФК?

CFC является аббревиатурой класса соединения, известные как хлорфторуглероды (также называемые хлорфторуглеродами или хлорфторуглеродами), состоящие из летучие производные углеводородов (в общем, метан и этан), в которых один или несколько атомов водорода заменены атомами фтора или хлора.

Не останавливайся сейчас... После рекламы будет больше ;)

формула ХФУ

ХФУ обычно имеют общая формула CCl_нФ_4–н, полученный из метана, и C₂Кл_нФ_6–н, полученный из этана. В этом случае значение «n» не может быть равно нулю. ХФУ также хорошо известны своей коммерческой номенклатурой, который использует числа, чтобы указать, на какой CFC мы ссылаемся. Общая формула для этой номенклатуры:ХФУ-XY, где X — количество атомов водорода плюс одна единица (H + 1), а Y — количество атомов фтора.

Атомы хлора не фигурируют в этой номенклатуре, но их легко идентифицировать, если вспомнить, что атомы углерода образуют только четыре химические связи. Следовательно, CFC-11 имеет 1 атом углерода, без атома водорода (X = 1, следовательно, H + 1 = 1, следовательно, H = 0) и 1 атом фтора (Y = 1). Так как углерод образует 4 связи, а пока идентифицирован только 1 атом фтора, то атомов хлора 3, то есть CFC-11 это CCl₃Ф.

Точно так же CFC-22 имеет 1 атом углерода, 1 атом водорода, 2 атома фтора и, поскольку углерод образует 4 химические связи, только 1 атом хлора; следовательно, CFC-22 представляет собой CHClF₂.

Для CFC с двумя или более атомами углерода принята общая формула CFC-XYZ, На что:

• X — количество атомов углерода, вычитаемых из одной единицы (С — 1).
• Y — количество атомов водорода плюс одна единица (H + 1).
• Z - количество присутствующих атомов фтора.

Точно так же атомы хлора взяты по разнице на основе четырех связей атома углерода. Однако помните, что будет углерод-углеродная связь, поэтому общее количество линкеров равно шести (как и в этане).

Например, CFC-113 имеет X = 1, значит, у него 2 атома углерода (C – 1 = 1, C = 2); имеет Y = 1, поэтому не имеет атомов водорода (H + 1 = 1, H = 0); имеет Z = 3, поэтому он имеет 3 атома фтора. Таким образом, мы можем констатировать, что CFC-113 является C₂Кл₃Ф₃.

Смотрите также: Как определяется номенклатура углеводородов

Характеристики хлорфторуглеродов (ХФУ)

ХФУ обладают физическими и химическими характеристиками, которые оправдывают их основное промышленное и коммерческое использование, они:

• легковоспламеняющийся;
• пресный (безвкусный);
• без запаха (без запаха);
• низкая токсичность;
• хорошая химическая стабильность;
• низкая коррозионная активность при использовании;
• бюджетный;
• летучие вещества (точка кипения около 0°С);
• разумная стоимость.

Где используются хлорфторуглероды (ХФУ)?

ХФУ используются в качестве хладагентов.

Благодаря своей безопасности, летучести, стоимости и химической стабильности фреоны зарекомендовали себя как хорошие соединения для использования. как:

• растворители;
• огнетушители;
• пропелленты в аэрозольных баллончиках (например, спрей-дезодорант);
• в качестве газов-хладагентов (в холодильниках, морозильных камерах и холодильном оборудовании);
• в качестве пенообразователей при производстве пеноматериалов, например полиуретана.

ХФУ продавались на рынке химической промышленностью DuPont под зарегистрированным названием Фреон.

Где найти КФУ?

Большинство ХФУ, существующих сегодня на планете, имеют антропогенное (человеческое) происхождение. Исследования доказывают, что количество ХФУ, полученное в результате естественной деятельности, ничтожно по сравнению с тем, что производится человеком.. Показания слоев ненамного ниже льда свидетельствуют о том, что в XIX веке концентрация ХФУ в атмосфере была практически нулевой.

Фактически производство ХФУ началось в 1930-х годах с пиками в 1970-х и 1980-х годах, а данные показывают, что производство ХФУ-11 и ХФУ-12 увеличилось со 100 тонн в 1931 году до 583 тысяч тонн в 1980. Его производство прекратилось только в конце 1980-х годов, когда был принят Монреальский протокол.. Большинство произведенных ХФУ мигрируют в верхние слои атмосферы, таких как стратосфера, которая имеет серьезные последствия для нашей жизни на Земле.

Последствия использования ХФУ для окружающей среды

Массовое использование фреонов резко повлияло на озоновый слой.

ХФУ тесно связаны с проблемой, известной какдыра в озоновом слое, слой, богатый озон (О₃), отвечающая за поглощение части солнечной радиации и находящаяся в стратосфере (15-30 км по отношению к земному грунту).

Несмотря на то, что ХФУ плотнее воздуха, они химически стабильны и в конечном итоге переносится из нижних слоев из атмосферы (тропосферы) в стратосферу в результате разности давлений и температур. Такие механизмы межслойного смешения оказываются быстрее, чем время, необходимое для химических процессов для удаления фреонов из воздуха. В конечном итоге их переносят в упаковках с воздухом и загрязняющими веществами, как людей, перевозимых на воздушном шаре.

Чтобы элиминироваться в тропосфере и не достичь стратосферы, Есть только два способа избавиться от ХФУ:осаждение (дождем) или реакция. Бывает так, что такие соединения плохо растворяются в воде и, следовательно, дождь не является хорошим механизмом для устранения газов ХФУ. Что касается реакций, то требуются окислители, такие как гидроксильные радикалы, нитраты или озон.

Однако, учитывая стабильность и низкую реакционную способность с такими окисляющими радикалами, ХФУ в конечном итоге остаются в воздухе в течение длительного времени и незаметно достичь стратосферы. Просто для сравнения: гидроксильному радикалу требуется 80 лет, чтобы прореагировать с фреонами, а для реакции с метанолом требуется около 17 дней.

Оказавшись в стратосфере, ХФУ может вступать в реакцию фотолиза (разрушается под действием света) и выделяют радикалы хлора. В качестве примера мы будем использовать CFC-11 (CFCl₃) и CFC-12 (CF₂Кл₂):

• Фотолиз CFC: CFCl₃ (или CF₂Кл₂) + свет → CFCl₂ (или CF₂Кл) + Кл
• о потеря₃ в средней и верхней стратосфере:

Кл + О₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Глобальный:₃ +О → 2О₂

• о потеря₃ в нижней стратосфере:

Кл + О₃ → ClO + O₂

ClO + H O₂ → НОCl + О₂

HOCl + свет → Cl + OH

ОН + О₃ → ХО₂ + О₂

Всего: 2О₃ → 30₂

В настоящее время существует научный консенсус, что ты ХФУ являются ключевыми агентами в дыре, обнаруженной в озоновом слое в конце 1970-х годов в районе Антарктиды.

Узнать больше: Что такое парниковые газы?

Контроль ХФУ в атмосфере

В качестве способа сдерживания ХФУ в атмосфере и демонстрации своей заинтересованности в уменьшении озонового слоя в 1985 году несколько стран встретились в Австрии, точнее в Вене, Венская конвенция об охране озонового слоя. Это событие имело чрезвычайно важное значение для создания в 1987 году Монреальского протокола о Вещества, разрушающие озоновый слой, международный договор, вступивший в силу в первый же день с 1989 года.

Монреальский протокол подписали несколько стран, в том числе Бразилия, что придало своим действиям юридическую силу Декретом № Главной целью будет прогрессивное сокращение производства и потребления так называемых веществ, разрушающих озоновый слой (СДО) до полной его ликвидации.

Монреальский протокол является единственным многосторонним природоохранным соглашением, принятие которого является универсальным, то есть 197 государств обязуются защищать озоновый слой. В Бразилии запрещен к ввозу ХФУ, так же как нет отечественного производства ОРВ. За контроль отвечает Ibama, и только некоторые SDO разрешено ввозить, но с ограничениями и широким контролем.

Как появились хлорфторуглероды (ХФУ)?

В 1920-е годы холодильники и системы кондиционирования воздуха использовали компосттакие как аммиак, хлорметан, пропан и диоксид серы в качестве охлаждающих жидкостей. Несмотря на свою эффективность, такие соединения были токсичные и легковоспламеняющиеся. Кроме того, их воздействие может не только нанести серьезный ущерб, но и привести к смерти.

Именно там группа под руководством Томас Мидгли-младший работал над созданием альтернативы у которого не было таких проблем, чтобы служить охлаждающей жидкостью. Группа сосредоточилась на галогенированных соединениях, известных своей летучестью и химической инертностью, представляющих интерес для веществ.

Первым разработанным соединением был CF.₂Кл₂, в то время известный как фреон (или CFC-12). За свою стипендию Миджли получила множество наград, в том числе медаль Перкина Общества химической промышленности в 1937 г., и медалью Пристли, высшей наградой Американского химического общества (American Chemical Society).

В 1970-х годах ХФУ были широко распространены., с годовым производством, достигающим почти 1 миллиона тонн, что составляет почти 500 миллионов долларов химической промышленности.

Источники:

АНДИНО, Дж. М. Хлорфторуглероды (ХФУ) тяжелее воздуха, так как же, по мнению ученых, эти химические вещества достигают высоты озонового слоя и оказывают на него неблагоприятное воздействие? Научный американец. 21 окт. 1999. Доступно по адресу: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Доступ 25 июня. 2023.

АМЕРИКАНСКОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО – ACS. Хлорфторуглероды и разрушение озонового слоя. Национальная историческая химическая достопримечательность ACS. 18 апр. 2017. Доступно в: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Доступ 25 июня. 2023.

БАТЛЕР, Дж. ЧАС. и другие. Запись атмосферных галоидоуглеводородов в течение двадцатого века из полярного фирнового воздуха. Природа. 399, с. 749-755. 1999.

ФИНЛЕЙСОН-ПИТТС, Б. Дж.; Питтс, Дж. Нет. Гомогенная и гетерогенная химия в стратосфере. в: Химия верхних и нижних слоев атмосферы. Глава. 12. П. 657-726. Сан-Диего, Калифорния: Academic Press, 2000.

БРАЗИЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ – IBAMA. Монреальский протокол. 29 нояб. 2022. Доступно в: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Доступ 25 июня. 2023.

КИМ, К.; ШОН, З.; НГУЕН, Х. Т.; ДЖОН, Э. Обзор основных хлорфторуглеродов и их галоидоуглеводородных альтернатив в воздухе. Атмосферная среда. н. 45. П. 1369-1382. 2011.

МИНИСТЕРСТВО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА. Венская конвенция и Монреальский протокол. 29 апр. 2022. Доступно в: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Доступ 25 июня. 2023.

Стефано Араужо Новаис
Учитель химии

Коррозия металлов, в основном железа, происходит в электрохимических процессах окислительно-восстановительных реакций.

Узнайте о парниковых газах, их воздействии и о том, как они могут повышать температуру на нашей планете.

Вы знаете, что такое идеальный газ? Познакомьтесь с моделью идеального газа, узнайте его характеристики и ознакомьтесь с решенными упражнениями на эту тему!

Узнайте, что такое угарный газ, как он образуется и какие осложнения возникают у человека при воздействии этого чрезвычайно токсичного газа.

Щелкните здесь, узнайте о номенклатуре углеводородов, установленной действующими правилами IUPAC, и посмотрите примеры.

Польза и вред, причиняемый кислородом.

Узнайте больше об озоновом газе, а также о его характеристиках, свойствах, образовании, рисках и озоновом слое.

Истощение озонового слоя хлорфторуглеродами.

Откройте для себя разницу между изотермическим, изобарическим и изоволюметрическим преобразованием газа.