Klorofluoroogljikovodik (CFC): kaj je, uporaba, učinki

Klorofluoroogljikovodiki (CFC) so hlapne spojine, ki izhajajo iz ogljikovodikov (običajno metan in etan), v katerem je eden ali več vodikovih atomov nadomeščenih z atomi fluora ali klora. Takšne spojine, imenovane tudi klorofluoroogljikovodiki, se običajno imenujejo akronim CFC. CFC so znani po svoji nizki reaktivnosti, dejstvu, da niso vnetljivi, imajo nizko vrelišče, so brez vonja, okusa, barve in nizke toksičnosti.

Klorofluoroogljikovodiki se v glavnem uporabljajo kot hladilna sredstva, proizvodnja pa se je začela v tridesetih letih 20. vrhunec v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so ugotovili, da so takšne spojine odgovorne za tanjšanje ozonske plasti v stratosfera. Od takrat je Montrealski protokol vzpostavil stroga pravila za njegovo porabo, uvoz in izvoz, zaradi česar je poraba CFC veliko manjša kot pred desetletji.

Preberite tudi: Ogljikov monoksid – nevarnosti tega brezbarvnega, brez vonja in zelo strupenega plina

Teme tega članka

• 1 - Povzetek o klorofluoroogljikovodiku (CFC)
• 2 - Kaj je CFC?
• 3 - CFC formula
• 4 - Značilnosti klorofluoroogljikovodikov (CFC)
• 5 - Kje najti CFC?
• 6 - Posledice uporabe CFC za okolje
• 7 - Nadzor CFC-jev v ozračju
• 8 - Kako so se pojavili klorofluoroogljikovodiki (CFC)?

Povzetek o klorofluoroogljikovodiku (CFC)

• Klorofluoroogljikovodiki ali klorofluoroogljikovodiki so hlapni derivati ​​ogljikovodikov, ki imajo namesto vodikovih atomov atome klora ali fluora.
• Običajno jih imenujemo akronim CFC.
• CFC so kemično stabilni, negorljivi, brez vonja, okusa, barve, nizke toksičnosti in nizkega vrelišča.
• Uporabljajo se predvsem kot hladilne tekočine in so se prodajale pod trgovskim imenom Freon.
• Začeli so jih proizvajati v tridesetih letih prejšnjega stoletja, velik vrhunec pa so dosegli v sedemdesetih, vendar so ugotovili, da so takšne spojine odgovorne za zmanjšanje ozonske plasti v stratosferi.
• Konec sedemdesetih let je bil vzpostavljen Montrealski protokol, ki je prinesel strog nadzor nad porabo, proizvodnja, uvoz in izvoz CFC-jev, kar znatno zmanjša njihovo uporabo in komercializacijo spojine.

Kaj je CFC?

CFC je akronim za razred spojine, znane kot klorofluoroogljikovodiki (imenovani tudi klorofluoroogljikovodiki ali klorofluoroogljikovodiki), sestavljeni iz hlapni derivati ​​ogljikovodikov (na splošno, metan in etan), v katerem je eden ali več vodikovih atomov nadomeščenih z atomi fluora ali klora.

Ne nehaj zdaj... Po reklami je več ;)

CFC formula

CFC imajo običajno splošna formula CCl_nF_4–n, če izhaja iz metana, in C₂Cl_nF_6–n, če je pridobljen iz etana. V tem primeru vrednost "n" ne more biti nič. CFC-ji so dobro znani tudi po svoji komercialni nomenklaturi, ki s številkami označuje, kateri CFC imamo v mislih. Splošna formula za to nomenklaturo jeCFC-XY, kjer je X število vodikov plus ena enota (H + 1), medtem ko je Y število atomov fluora.

Atomi klora se ne pojavljajo v tej nomenklaturi, vendar jih je zlahka prepoznati, če se spomnimo, da atomi ogljika tvori le štiri kemične vezi. Zato ima CFC-11 1 atom ogljika, nima atoma vodika (X = 1, torej H + 1 = 1, torej H = 0) in 1 atom fluora (Y = 1). Ker ogljik tvori 4 vezi in je bil do sedaj identificiran samo 1 atom fluora, potem obstajajo 3 atomi klora, kar pomeni, da je CFC-11 CCl₃F.

Podobno ima CFC-22 1 atom ogljika, 1 atom vodika, 2 atoma fluora in, ker ogljik tvori 4 kemične vezi, samo 1 atom klora; zato je CFC-22 CHClF₂.

Za Za CFC z dvema ali več ogljikovimi atomi je sprejeta splošna formula CFC-XYZ, Na čem:

• X je število ogljikov, odšteto od ene enote (C – 1).
• Y je število vodikov plus ena enota (H + 1).
• Z je število prisotnih atomov fluora.

Podobno so atomi klora vzeti z razliko, ki temelji na štirih vezeh ogljikovega atoma. Vendar ne pozabite, da bo obstajala vez ogljik-ogljik, tako da je skupno število veznikov enako šest (tako kot v etanu).

Na primer, CFC-113 ima X = 1, torej ima 2 atoma ogljika (C – 1 = 1, C = 2); ima Y = 1, torej nima vodikovih atomov (H + 1 = 1, H = 0); ima Z = 3, torej ima 3 atome fluora. Tako lahko trdimo, da je CFC-113 C₂Cl₃F₃.

Glej tudi: Kako je opredeljena nomenklatura ogljikovodikov

Značilnosti klorofluoroogljikovodikov (CFC)

CFC imajo fizikalne in kemične lastnosti, ki upravičujejo njihovo glavno industrijsko in komercialno uporabo, so/imajo:

• vnetljivo;
• neokusen (brez okusa);
• brez vonja (brez vonja);
• nizka toksičnost;
• dobra kemična stabilnost;
• nizka korozivnost med uporabo;
• poceni;
• hlapne snovi (vrelišče blizu 0 °C);
• razumni stroški.

Kje se uporabljajo klorofluoroogljikovodiki (CFC)?

CFC se uporabljajo kot hladilna sredstva.

Zaradi svoje varnosti, hlapnosti, cene in kemične stabilnosti so se CFC izkazali za dobre spojine za uporabo kot:

• topila;
• gasilni aparati;
• potisni plini v aerosolnih pločevinkah (kot je dezodorant v spreju);
• kot hladilni plini (v hladilnikih, zamrzovalnikih in hladilnih aparatih);
• kot sredstva za razpenjanje pri proizvodnji pen, kot je poliuretan.

CFC je na trgu prodajala kemična industrija DuPont pod registriranim imenom Freon.

Kje najti CFC?

Večina freonov, ki danes obstajajo na planetu, je antropogenega (človeškega) izvora. Študije to dokazujejo količina CFC, pridobljena z naravno dejavnostjo, je majhna v primerjavi s količino, ki jo proizvajajo ljudje. Odčitki plasti, ki niso veliko nižje od ledu, kažejo, da je bila v 19. stoletju koncentracija CFC v atmosferi praktično enaka nič.

Pravzaprav se je proizvodnja CFC začela v 30. letih 20. stoletja z vrhunci v 70. in 80. letih 20. stoletja in podatki kažejo, da se je proizvodnja CFC-11 in CFC-12 povečala s 100 ton leta 1931 na 583 tisoč ton leta 1931. 1980. Njegova proizvodnja se je ustavila šele konec osemdesetih let prejšnjega stoletja z ustanovitvijo Montrealskega protokola.. Večina proizvedenih CFC migrira v zgornje plasti ozračja, kot je stratosfera, ki ima hude posledice za naše življenje na Zemlji.

Posledice uporabe CFC za okolje

Množična uporaba CFC-jev je nenadoma prizadela ozonski plašč.

CFC-ji so tesno povezani s problemom, znanim kotluknjo v ozonski plasti, plast, bogata s ozon (O₃), ki je odgovoren za absorpcijo dela sončnega sevanja in se nahaja v stratosferi (15-30 km glede na zemeljska tla).

Kljub temu, da so CFC gostejši od zraka, so kemično stabilni in na koncu prenesejo iz spodnjih plasti iz ozračja (troposfere) v stratosfero kot posledica razlik v tlaku in temperaturi. Takšni vmesni mešalni mehanizmi so na koncu hitrejši od časa, ki je potreben za kemične procese za odstranitev CFC iz zraka. Na koncu jih prevažajo v paketih zraka in onesnaževal, podobno kot ljudi, ki jih prevažajo v balonu.

Biti odstranjen v troposferi in ne doseči stratosfere, CFC-je lahko odstranite samo na dva načina:usedanje (z dežjem) ali reakcija. Zgodi se, da so takšne spojine slabo topne v vodi in zato dež ni dober mehanizem za izločanje CFC plinov. Kar zadeva reakcije, so potrebna oksidacijska sredstva, kot so hidroksilni radikali, nitrat ali ozon.

Vendar glede na stabilnost in nizko reaktivnost s takimi oksidacijskimi radikali, CFC ostanejo v zraku dolgo časa in tiho dosežejo stratosfero. Samo za primerjavo, hidroksilni radikal potrebuje 80 let, da reagira s CFC-ji, nekaj, kar potrebuje približno 17 dni, da stori z metanolom.

Ko so v stratosferi, CFC lahko pride do reakcije fotolize (razgradi pod vplivom svetlobe) in sprošča klorove radikale. Kot primer bomo uporabili CFC-11 (CFCl₃) in CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotoliza CFC: CFCl₃ (ali CF₂Cl₂) + svetloba → CFCl₂ (ali CF₂Cl) + Cl
• O izguba₃ v srednji in zgornji stratosferi:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globalno: The₃ +O → 2O₂

• O izguba₃ v spodnji stratosferi:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + svetloba → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Skupno: 2O₃ → 30₂

Zdaj je znanstveno soglasje, da ti CFC so ključni dejavniki v luknji, odkriti v ozonski plasti, v poznih 1970-ih, v regiji Antarktike.

Izvedite več: Kaj so toplogredni plini?

Nadzor CFC-jev v ozračju

Kot način za zadrževanje freonov v ozračju in dokazovanje skrbi za zmanjševanje ozonske plasti se je leta 1985 v Avstriji, natančneje na Dunaju, sestalo več držav. Dunajska konvencija o varstvu ozonske plasti. Ta dogodek je bil izredno pomemben za nastanek Montrealskega protokola leta 1987 Snovi, ki tanjšajo ozonski plašč, mednarodna pogodba, ki je začela veljati prvi dan iz leta 1989.

Montrealski protokol je podpisalo več držav, vključno z Brazilijo, ki je svojim dejanjem dala pravno veljavo z odlokom št. Glavni cilj bi bil napredek zmanjšanje proizvodnje in porabe tako imenovanih snovi, ki tanjšajo ozonski plašč (SDO) do njegove popolne odprave.

Montrealski protokol je edini večstranski okoljski sporazum, katerega sprejetje je univerzalno, kar pomeni, da se je 197 držav zavezalo k varovanju ozonskega plašča. V Braziliji je CFC prepovedan za uvoz, tako kot ni nacionalne proizvodnje ODS. Za nadzor je zadolžena Ibama, uvoz pa je dovoljen le za nekatere SDO, vendar z omejitvami in širokim nadzorom.

Kako so nastali klorofluoroogljikovodiki (CFC)?

V dvajsetih letih prejšnjega stoletja hladilniki in klimatske naprave uporabljajo kompostkot so amoniak, klorometan, propan in žveplov dioksid kot hladilne tekočine. Kljub učinkovitosti so bile takšne spojine strupeno in vnetljivo. Poleg tega lahko izpostavljenost njim povzroči ne le resno škodo, ampak tudi smrt.

Tam je bila ekipa, ki jo je vodil Thomas Midgley Jr., je delal na razvoju alternative ki ni imel takšnih težav, da bi služil kot hladilno sredstvo. Ekipa se je osredotočila na halogenirane spojine, znane po svoji hlapnosti in kemični inertnosti, lastnostih, ki so zanimive za snovi.

Prva spojina, ki so jo razvili, je bila CF₂Cl₂, takrat znan kot freon (ali CFC-12). Za svojo štipendijo je Midgley prejela številna priznanja, vključno s Perkinovo medaljo Društva kemijske industrije leta 1937 in Priestleyjevo medaljo, najvišjo nagrado Ameriškega kemijskega združenja (American Chemical Society).

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so bili CFC zelo razširjeni, z letno proizvodnjo, ki dosega blizu 1 milijon ton, kar predstavlja delež skoraj 500 milijonov dolarjev v kemični industriji.

Viri:

ANDINO, J. M. Klorofluoroogljikovodiki (CFC) so težji od zraka. Kako torej znanstveniki domnevajo, da te kemikalije dosežejo višino ozonske plasti in nanjo škodljivo vplivajo? Scientific American. 21. okt. 1999. Dostopno na: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Dostopano 25. jun. 2023.

AMERIŠKO KEMIJSKO ZDRUŽENJE – ACS. Klorofluoroogljikovodiki in tanjšanje ozonskega plašča. Nacionalna zgodovinska kemijska znamenitost ACS. 18. apr. 2017. Na voljo v: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Dostopano 25. jun. 2023.

BUTLER, J. H. et al. Zapis atmosferskih haloogljikovodikov v dvajsetem stoletju iz polarnega zraka. Narava. 399, str. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. št. Homogena in heterogena kemija v stratosferi. v: Kemija zgornje in spodnje atmosfere. pogl. 12. p. 657-726. San Diego, Kalifornija: Academic Press, 2000.

BRAZILSKI INŠTITUT ZA OKOLJE IN OBNOVLJIVE NARAVNE VIRE – IBAMA. Montrealski protokol. 29. nov. 2022. Na voljo v: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Dostopano 25. jun. 2023.

KIM, K.; ŠON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. Pregled glavnih klorofluoroogljikovodikov in njihovih alternativ haloogljikovodikov v zraku. Atmosfersko okolje. n. 45. p. 1369-1382. 2011.

MINISTRSTVO ZA OKOLJE IN PODNEBNE SPREMEMBE. Dunajska konvencija in Montrealski protokol. 29. apr. 2022. Na voljo v: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Dostopano 25. jun. 2023.

Avtor: Stefano Araujo Novais
Učiteljica kemije

Korozija kovin, predvsem železa, se pojavi v elektrokemijskih procesih redoks reakcij.

Spoznajte toplogredne pline, njihov vpliv in kako lahko zvišajo temperaturo našega planeta.

Ali veste, kaj je idealen plin? Spoznaj model idealnega plina, ugotovi kakšne so njegove značilnosti in si oglej rešene vaje na to temo!

Preberite, kaj je ogljikov monoksid, kako nastane in kakšne zaplete povzročajo ljudje, ko so izpostavljeni temu izjemno strupenemu plinu.

Kliknite tukaj, spoznajte nomenklaturo ogljikovodikov, ki jo določajo veljavna pravila IUPAC, in si oglejte primere.

Koristi in škode, ki jih povzroča kisik.

Izvedite več o ozonu, njegovih značilnostih, lastnostih, nastanku, tveganjih in ozonskem plašču.

Tanjšanje ozonske plasti s klorofluoroogljikovodiki.

Odkrijte razliko med izotermičnimi, izobaričnimi in izovolumetričnimi transformacijami plina.