Chlórfluórkarbón (CFC): čo to je, použitie, účinky

Chlórfluórované uhľovodíky (CFC) sú prchavé zlúčeniny, ktoré pochádzajú z uhľovodíkov (zvyčajne metán a etán), v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených atómami fluóru alebo chlóru. Takéto zlúčeniny sa tiež nazývajú chlórfluórované uhľovodíky a bežne sa označujú skratkou CFC. CFC sú známe svojou nízkou reaktivitou, skutočnosťou, že sú nehorľavé, majú nízky bod varu a sú bez zápachu, chuti, farby a majú nízku toxicitu.

Ako chladivá sa používajú najmä chlórfluórované uhľovodíky, ktorých výroba sa začala v 30. rokoch 20. storočia vrchol v 70. rokoch, keď sa zistilo, že takéto zlúčeniny sú zodpovedné za poškodzovanie ozónovej vrstvy v r. stratosféra. Odvtedy Montrealský protokol stanovil prísne pravidlá pre jeho spotrebu, dovoz a vývoz, vďaka čomu je spotreba freónov oveľa nižšia ako pred desiatkami rokov.

Prečítajte si tiež: Oxid uhoľnatý - Nebezpečenstvo tohto bezfarebného, ​​bez zápachu a vysoko toxického plynu

Témy tohto článku

• 1 – Súhrn o chlórfluórovaných uhľovodíkoch (CFC)
• 2 - Čo je CFC?
• 3 - Vzorec CFC
• 4 - Charakteristika chlórofluorokarbónov (CFC)
• 5 - Kde nájsť CFC?
• 6 - Dôsledky používania freónov pre životné prostredie
• 7 - Kontrola freónov v atmosfére
• 8 - Ako sa objavili chlórfluórované uhľovodíky (CFC)?

Súhrn chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC)

• Chlórfluórované uhľovodíky alebo chlórfluórované uhľovodíky sú prchavé deriváty uhľovodíkov, ktoré majú atómy chlóru alebo fluóru namiesto atómov vodíka.
• Bežne sa označujú skratkou CFC.
• CFC sú chemicky stabilné, nehorľavé, bez zápachu, chuti, farby, s nízkou toxicitou a majú nízky bod varu.
• Používajú sa hlavne ako chladivá a predávali sa pod obchodným názvom Freon.
• Začali sa vyrábať v 30-tych rokoch 20. storočia, veľký vrchol dosiahli v 70-tych rokoch 20. storočia, avšak zistilo sa, že takéto zlúčeniny sú zodpovedné za redukciu ozónovej vrstvy v stratosfére.
• Koncom 70. rokov 20. storočia vznikol Montrealský protokol, ktorý priniesol prísnu kontrolu spotreby, výroba, dovoz a vývoz freónov, čím sa výrazne znižuje ich používanie a komercializácia zlúčeniny.

Čo je CFC?

CFC je skratka pre triedu zlúčeniny známe ako chlórfluórované uhľovodíky (tiež nazývané chlórfluórované uhľovodíky alebo chlórfluórované uhľovodíky), pozostávajúce z prchavé deriváty uhľovodíkov (všeobecne, metán a etán), v ktorých je jeden alebo viacero atómov vodíka nahradených atómami fluóru alebo chlóru.

Neprestávaj teraz... Po publicite je toho viac ;)

Vzorec CFC

CFC bežne majú všeobecný vzorec CCl_nF_4–n, keď je odvodený od metánu, a C₂Cl_nF_6–n, keď je odvodený od etánu. V tomto prípade hodnota „n“ nemôže byť nula. CFC sú tiež dobre známe pre svoju obchodnú nomenklatúru, ktorý používa čísla na označenie toho, na ktorý CFC máme odkaz. Všeobecný vzorec pre túto nomenklatúru jeCFC-XYkde X je počet vodíkov plus jedna jednotka (H + 1), kým Y je počet atómov fluóru.

Atómy chlóru sa v tejto nomenklatúre nevyskytujú, ale dajú sa ľahko identifikovať, ak si spomenieme na atómy uhlíka vytvárajú iba štyri chemické väzby. Preto má CFC-11 1 atóm uhlíka, žiadny atóm vodíka (X = 1, preto H + 1 = 1, teda H = 0) a 1 atóm fluóru (Y = 1). Keďže uhlík tvorí 4 väzby a doteraz bol identifikovaný iba 1 atóm fluóru, potom existujú 3 atómy chlóru, to znamená, že CFC-11 je CCl₃F.

Podobne CFC-22 má 1 atóm uhlíka, 1 atóm vodíka, 2 atómy fluóru a keďže uhlík tvorí 4 chemické väzby, iba 1 atóm chlóru; preto CFC-22 je CHClF₂.

Pre Pre CFC s dvoma alebo viacerými atómami uhlíka sa používa všeobecný vzorec CFC-XYZ, na čom:

• X je počet uhlíkov odpočítaných od jednej jednotky (C – 1).
• Y je počet vodíkov plus jedna jednotka (H + 1).
• Z je počet prítomných atómov fluóru.

Podobne sú atómy chlóru brané ako rozdiel založený na štyroch väzbách atómu uhlíka. Pamätajte však, že bude existovať väzba uhlík-uhlík, takže celkový počet linkerov sa rovná šiestim (rovnako ako v etáne).

Napríklad CFC-113 má X = 1, takže má 2 atómy uhlíka (C – 1 = 1, C = 2); má Y = 1, takže nemá žiadne atómy vodíka (H + 1 = 1, H = 0); má Z = 3, teda má 3 atómy fluóru. Môžeme teda povedať, že CFC-113 je C₂Cl₃F₃.

Pozri tiež: Ako je definovaná nomenklatúra uhľovodíkov

Charakteristika chlórofluorokarbónov (CFC)

CFC majú fyzikálne a chemické vlastnosti, ktoré odôvodňujú ich hlavné priemyselné a komerčné využitie, sú/majú:

• horľavý;
• mdlý (bez chuti);
• bez zápachu (bez zápachu);
• nízka toxicita;
• dobrá chemická stabilita;
• nízka korozívnosť počas používania;
• nízke náklady;
• prchavé látky (bod varu blízko 0 °C);
• primerané náklady.

Kde sa používajú chlórfluórované uhľovodíky (CFC)?

Ako chladivo sa používajú freóny.

Vďaka svojej bezpečnosti, prchavosti, cene a chemickej stabilite sa CFC ukázali ako dobré zlúčeniny na použitie ako:

• rozpúšťadlá;
• hasiace prístroje;
• hnacie plyny v aerosólových plechovkách (ako je sprejový deodorant);
• ako chladiace plyny (v chladničkách, mrazničkách a chladiacich zariadeniach);
• ako nadúvadlá pri výrobe pien, ako je polyuretán.

CFC predával na trhu chemický priemysel DuPont pod registrovaným názvom Freon.

Kde nájsť CFC?

Väčšina freónov, ktoré dnes existujú na planéte, je antropogénneho (ľudského) pôvodu. Štúdie to dokazujú množstvo CFC pochádzajúceho z prirodzenej aktivity je malé v porovnaní s množstvom produkovaným ľuďmi. Hodnoty vrstiev, ktoré nie sú oveľa nižšie ako ľad, naznačujú, že v 19. storočí bola koncentrácia freónov v atmosfére prakticky nulová.

V skutočnosti sa výroba CFC začala v 30. rokoch 20. storočia s vrcholmi v 70. a 80. rokoch 20. storočia a údaje demonštrujú, že produkcia CFC-11 a CFC-12 vzrástla zo 100 ton v roku 1931 na 583 tisíc ton v r. 1980. Jeho výroba sa zastavila až koncom 80. rokov 20. storočia zavedením Montrealského protokolu. Väčšina vyrobených freónov migruje do horné vrstvy atmosféry, ako je stratosféra, čo má vážne následky pre náš život na Zemi.

Dôsledky používania freónov pre životné prostredie

Masívne používanie freónov náhle ovplyvnilo ozónovú vrstvu.

CFC sú úzko spojené s problémom známym akodiera v ozónovej vrstve, vrstva bohatá na ozón (O₃), ktorý je zodpovedný za absorpciu časti slnečného žiarenia a ktorý sa nachádza v stratosfére (15-30 km vo vzťahu k suchozemskej pôde).

Napriek tomu, že sú freóny hustejšie ako vzduch, sú chemicky stabilné a skončia sa prenášané zo spodných vrstiev z atmosféry (troposféry) do stratosféry v dôsledku rozdielov tlaku a teploty. Takéto medzivrstvové miešacie mechanizmy sú v konečnom dôsledku rýchlejšie ako čas potrebný na chemické procesy na odstránenie CFC zo vzduchu. Skončia sa prenášané v balíkoch so vzduchom a kontaminantmi, podobne ako ľudia prepravovaní v teplovzdušnom balóne.

Aby sme boli eliminovaní v troposfére a nedosiahli stratosféru, Existujú iba dva spôsoby, ako sa zbaviť freónov:usadzovaním (dažďom) alebo reakciou. Stáva sa, že takéto zlúčeniny sú zle rozpustné vo vode, a preto dážď nie je dobrým mechanizmom na elimináciu plynov CFC. Pokiaľ ide o reakcie, sú potrebné oxidačné činidlá, ako sú hydroxylové radikály, dusičnany alebo ozón.

Avšak vzhľadom na stabilitu a nízku reaktivitu s takýmito oxidačnými radikálmi, CFC nakoniec zostávajú vo vzduchu dlhú dobu a pokojne dosiahnuť stratosféru. Len pre porovnanie, hydroxylový radikál potrebuje na reakciu s freónmi 80 rokov, čo s metanolom trvá asi 17 dní.

Raz v stratosfére, freóny môže podstúpiť fotolytickú reakciu (rozpadá sa pôsobením svetla) a uvoľňujú chlórové radikály. Ako príklad použijeme CFC-11 (CFCl₃) a CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotolýza CFC: CFCl₃ (alebo CF₂Cl₂) + svetlo → CFCl₂ (alebo CF₂Cl) + Cl
• O stratu₃ v strednej a hornej stratosfére:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globálne: The₃ +O → 20₂

• O stratu₃ v dolnej stratosfére:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + svetlo → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Celkovo: 2O₃ → 30₂

Teraz je to vedecký konsenzus vy CFC sú kľúčové látky v diere zistenej v ozónovej vrstve koncom 70. rokov 20. storočia v oblasti Antarktídy.

Vedieť viac: Čo sú to skleníkové plyny?

Kontrola freónov v atmosfére

V roku 1985 sa v Rakúsku, presnejšie vo Viedni, stretlo niekoľko krajín ako spôsob zadržania freónov v atmosfére a demonštrácie ich záujmu o redukciu ozónovej vrstvy. Viedenský dohovor o ochrane ozónovej vrstvy. Táto udalosť bola mimoriadne dôležitá pre vytvorenie Montrealského protokolu v roku 1987 Substances that Deplete the Ozone Layer, medzinárodná zmluva, ktorá vstúpila do platnosti prvým dňom z roku 1989.

Montrealský protokol podpísalo niekoľko krajín vrátane Brazílie, čím sa jeho konanie uplatňovalo zákonom prostredníctvom dekrétu č. Hlavným cieľom by bol pokrok zníženie produkcie a spotreby takzvaných látok, ktoré poškodzujú ozónovú vrstvu (SDO) až do jeho úplného odstránenia.

Montrealský protokol je jedinou multilaterálnou environmentálnou dohodou, ktorej prijatie je univerzálne, to znamená, že 197 štátov sa zaviazalo chrániť ozónovú vrstvu. V Brazílii je zakázané dovážať freóny, rovnako ako neexistuje národná produkcia ODS. Kontrolu má na starosti Ibama a je povolené importovať len niektoré SDO, ale s obmedzeniami a širokou kontrolou.

Ako vznikli chlórfluórované uhľovodíky (CFC)?

V 20. rokoch 20. storočia chladničky a klimatizačné systémy využívali kompostako je amoniak, chlórmetán, propán a oxid siričitý ako chladiace kvapaliny. Napriek tomu, že boli účinné, takéto zlúčeniny boli toxické a horľavé. Okrem toho by ich vystavenie mohlo spôsobiť nielen vážne poškodenie, ale aj smrť.

Bolo to tam tím, ktorý viedol o Thomas Midgley Jr., pracoval na vývoji alternatívy ktorý nemal také problémy, aby slúžil ako chladiaca kvapalina. Tím sa zameral na halogénované zlúčeniny, známe svojou prchavosťou a chemickou inertnosťou, čo sú vlastnosti, ktoré sú pre tieto látky zaujímavé.

Prvá zlúčenina, ktorá bola vyvinutá, bola CF₂Cl₂, v tom čase známy ako freón (alebo CFC-12). Za svoje štipendium získala Midgley množstvo vyznamenaní, vrátane Perkinovej medaily Spoločnosti chemického priemyslu 1937 a Priestleyho medailu, najvyššie ocenenie Americkej chemickej spoločnosti (Americká chemická spoločnosť).

V 70. rokoch 20. storočia boli freóny rozšírené, pričom ročná produkcia dosahuje takmer 1 milión ton, čo predstavuje podiel takmer 500 miliónov dolárov na chemickom priemysle.

Zdroje:

ANDINO, J. M. Chlórfluórované uhľovodíky (CFC) sú ťažšie ako vzduch, ako teda vedci predpokladajú, že tieto chemikálie dosiahnu výšku ozónovej vrstvy, aby ju nepriaznivo ovplyvnili? Scientific American. 21. okt. 1999. Dostupné na: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Prístup 25. júna. 2023.

AMERICKÁ CHEMICKÁ SPOLOČNOSŤ – ACS. Chlórfluórované uhľovodíky a poškodzovanie ozónovej vrstvy. Národná historická chemická pamiatka ACS. 18. apríla 2017. Dostupné v: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Prístup 25. júna. 2023.

BUTLER, J. H. a kol. Záznam atmosférických halogénovaných uhľovodíkov počas dvadsiateho storočia z polárneho firnového vzduchu. Príroda. 399, s. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Nie Homogénna a heterogénna chémia v stratosfére. v: Chémia hornej a dolnej atmosféry. kap. 12. P. 657-726. San Diego, Kalifornia: Academic Press, 2000.

BRAZÍLSKY INŠTITÚT ŽIVOTNÉHO PROSTREDIA A OBNOVITEĽNÝCH PRÍRODNÝCH ZDROJOV – IBAMA. Montrealský protokol. 29. nov. 2022. Dostupné v: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Prístup 25. júna. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Prehľad hlavných chlórofluorokarbónov a ich halogénovaných uhľovodíkov vo vzduchu. Atmosférické prostredie. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

MINISTERSTVO ŽIVOTNÉHO PROSTREDIA A ZMENY KLÍMY. Viedenský dohovor a Montrealský protokol. 29. apríla 2022. Dostupné v: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Prístup 25. júna. 2023.

Autor: Stefano Araujo Novais
Učiteľ chémie

Ku korózii kovov, najmä železa, dochádza pri elektrochemických procesoch oxidačno-redukčných reakcií.

Spoznajte skleníkové plyny, ich vplyv a to, ako dokážu zvýšiť teplotu našej planéty.

Viete, čo je ideálny plyn? Spoznajte ideálny model plynu, zistite, aké sú jeho vlastnosti a pozrite si vyriešené cvičenia na túto tému!

Dozviete sa, čo je oxid uhoľnatý, ako vzniká a aké komplikácie spôsobujú ľuďom, keď sú vystavení tomuto extrémne toxickému plynu.

Kliknite sem, získajte informácie o nomenklatúre uhľovodíkov stanovenej podľa súčasných pravidiel IUPAC a pozrite si príklady.

Výhody a škody spôsobené kyslíkom.

Zistite viac o ozónovom plyne, ako aj o jeho charakteristikách, vlastnostiach, tvorbe, rizikách a ozónovej vrstve.

Poškodzovanie ozónovej vrstvy chlórofluorokarbónmi.

Objavte rozdiel medzi izotermickými, izobarickými a izovolumetrickými premenami plynu.