Хлорофлуороугљеник (ЦФЦ): шта је, користи, ефекти

Хлорофлуороугљеници (ЦФЦ) су испарљива једињења која потичу од угљоводоника (обично метан и етан), у којима је један или више атома водоника замењено атомима флуора или хлора. Такође се називају хлорофлуороугљеницима, ова једињења се обично називају акронимом ЦФЦ. ЦФЦ су познати по својој ниској реактивности, чињеници да су незапаљиви, да имају ниску тачку кључања и да су без мириса, укуса, боје и ниске токсичности.

Хлорофлуороугљеници се углавном користе као расхладне течности, а производња је почела 1930-их и достигла врхунац 1970-их, када се схватило да су таква једињења одговорна за уништавање озонског омотача у стратосфере. Од тада, Монтреалски протокол је успоставио строга правила за његову потрошњу, увоз и извоз, чинећи потрошњу ЦФЦ-а много мањом него што је била пре деценија.

Прочитајте такође: Угљен-моноксид—опасности овог безбојног, безмирисног и веома токсичног гаса

Теме овог чланка

• 1 – Резиме о хлорофлуороугљенику (ЦФЦ)
• 2 – Шта је ЦФЦ?
• 3 - ЦФЦ формула
• 4 - Карактеристике хлорофлуороугљеника (ЦФЦ)
• 5 - Где пронаћи ЦФЦ?
• 6 – Последице употребе ЦФЦ-а по животну средину
• 7 – Контрола ЦФЦ-а у атмосфери
• 8 - Како су се појавили хлорофлуороугљеници (ЦФЦ)?

Резиме о хлорофлуороугљенику (ЦФЦ)

• Хлорофлуороугљеници или хлорофлуороугљеници су испарљиви деривати угљоводоника који имају атоме хлора или флуора уместо атома водоника.
• Обично се називају акронимом ЦФЦ.
• ЦФЦ су хемијски стабилни, незапаљиви, без мириса, укуса, боје, ниске токсичности и имају ниску тачку кључања.
• Углавном се користе као расхладне течности и продаване су под трговачким именом фреон.
• Почели су да се производе 1930-их, достигавши велики врхунац 1970-их, међутим, схватило се да су таква једињења одговорна за смањење озонског омотача у стратосфери.
• Крајем 1970-их успостављен је Монтреалски протокол који је донео строгу контролу потрошње, производња, увоз и извоз ЦФЦ-а, значајно смањујући употребу и комерцијализацију истих једињења.

Шта је ЦФЦ?

ЦФЦ је акроним за класу једињења позната као хлорофлуороугљеници (такође звани хлорофлуороугљеници или хлорофлуороугљеници), који се састоје од испарљиви деривати угљоводоника (генерално, метан и етан), у којима је један или више атома водоника замењено атомима флуора или хлора.

Не заустављај се сада... Има више после публицитета ;)

ЦФЦ формула

ЦФЦ обично имају општа формула ЦЦл_нФ_4–н, када је изведен из метана, и Ц₂Цл_нФ_6–н, када је изведен из етана. У овом случају, вредност "н" не може бити нула. ЦФЦс такође су познати по својој комерцијалној номенклатури, који користи бројеве да би означио на који ЦФЦ се односимо. Општа формула за ову номенклатуру јеЦФЦ-КСИ, где је Кс број водоника плус једна јединица (Х + 1), док је И број атома флуора.

Атоми хлора се не појављују у овој номенклатури, али се лако идентификују ако се сетимо да атоми угљеника праве само четири хемијске везе. Дакле, ЦФЦ-11 има 1 атом угљеника, нема атом водоника (Кс = 1, дакле, Х + 1 = 1, дакле, Х = 0) и 1 атом флуора (И = 1). Како угљеник чини 4 везе, а до сада је идентификован само 1 атом флуора, онда постоје 3 атома хлора, односно ЦФЦ-11 је ЦЦл₃Ф.

Слично, ЦФЦ-22 има 1 атом угљеника, 1 атом водоника, 2 атома флуора и, пошто угљеник чини 4 хемијске везе, само 1 атом хлора; према томе, ЦФЦ-22 је ЦХЦлФ₂.

За ЦФЦ са два или више атома угљеника, усвојена је општа формула ЦФЦ-КСИЗ, на шта:

• Кс је број угљеника одузетих од једне јединице (Ц – 1).
• И је број водоника плус једна јединица (Х + 1).
• З је број присутних атома флуора.

Слично, атоми хлора се узимају разликом на основу четири везе атома угљеника. Међутим, запамтите да ће постојати веза угљеник-угљеник, тако да је укупан број линкера једнак шест (баш као у етану).

На пример, ЦФЦ-113 има Кс = 1, тако да има 2 атома угљеника (Ц – 1 = 1, Ц = 2); има И = 1, па нема атома водоника (Х + 1 = 1, Х = 0); има З = 3, па има 3 атома флуора. Дакле, можемо рећи да је ЦФЦ-113 Ц₂Цл₃Ф₃.

Погледајте такође: Како је дефинисана номенклатура угљоводоника

Карактеристике хлорофлуороугљеника (ЦФЦ)

ЦФЦ имају физичке и хемијске карактеристике које оправдавају њихову главну индустријску и комерцијалну употребу, они су/имају:

• запаљиво;
• безукусно (без укуса);
• без мириса (без мириса);
• ниска токсичност;
• добра хемијска стабилност;
• ниска корозивност током употребе;
• ниска цена;
• испарљиве (тачка кључања близу 0 °Ц);
• разумна цена.

Где се користе хлорофлуороугљеници (ЦФЦ)?

ЦФЦ се користе као расхладна средства.

Због своје безбедности, испарљивости, цене и хемијске стабилности, ЦФЦ су се показали као добра једињења за употребу као:

• растварачи;
• апарати за гашење пожара;
• погонска средства у аеросол боцама (као што је дезодоранс у спреју);
• као расхладни гасови (у фрижидерима, замрзивачима и расхладним уређајима);
• као средства за дување у производњи пена, као што је полиуретан.

ЦФЦ је на тржишту продавала хемијска индустрија ДуПонт под регистрованим именом Фреон.

Где пронаћи ЦФЦ?

Већина ЦФЦ-а који данас постоје на планети су антропогеног (људског) порекла. Студије то доказују количина ЦФЦ-а добијеног природном активношћу је мала у поређењу са оном коју производе људи. Очитавања слојева који нису много нижи од леда указују на то да је у 19. веку концентрација ЦФЦ-а у атмосфери била практично нула.

У ствари, производња ЦФЦ-а почела је 1930-их, са врхунцем у 1970-им и 1980-им, а подаци показују да је производња ЦФЦ-11 и ЦФЦ-12 порасла са 100 тона у 1931. на 583 хиљаде тона у 1980. Његова производња је престала тек крајем 1980-их, увођењем Монтреалског протокола.. Већина произведених ЦФЦ мигрира у горњих слојева атмосфере, као што је стратосфера, што има тешке последице по наш живот на Земљи.

Последице употребе ЦФЦ по животну средину

Масовна употреба ЦФЦ-а нагло је утицала на озонски омотач.

ЦФЦс су уско повезани са проблемом познатим каорупа у озонском омотачу, слој богат у озон (О₃), одговоран за апсорпцију дела сунчевог зрачења, а који се налази у стратосфери (15-30 км у односу на копнено тло).

Упркос томе што су гушћи од ваздуха, ЦФЦ су хемијски стабилни и на крају носе из нижих слојева из атмосфере (тропосфере) у стратосферу као резултат разлика у притиску и температури. Такви међуслојни механизми мешања на крају су бржи од времена потребног за хемијске процесе за уклањање ЦФЦ-а из ваздуха. На крају се носе у пакетима са ваздухом и загађивачима, слично као што се људи носе у балону на врући ваздух.

Да буде елиминисан у тропосфери и да не стигне у стратосферу, Постоје само два начина за одлагање ЦФЦ-а:таложење (кишом) или реакција. Дешава се да су таква једињења слабо растворљива у води и стога киша није добар механизам за елиминисање ЦФЦ гасова. Што се реакција тиче, потребна су оксидациона средства, као што су хидроксилни радикали, нитрати или озон.

Међутим, с обзиром на стабилност и ниску реактивност са таквим оксидирајућим радикалима, ЦФЦ-и на крају остају у ваздуху дуго времена и тихо стижу до стратосфере. Поређења ради, хидроксил радикалу је потребно 80 година да реагује са ЦФЦ-има, нешто што је потребно око 17 дана за метанол.

Једном у стратосфери, ЦФЦ може доћи до реакције фотолизе (разлаже се дејством светлости) и ослобађају радикале хлора. Као пример, користићемо ЦФЦ-11 (ЦФЦл₃) и ЦФЦ-12 (ЦФ₂Цл₂):

• Фотолиза ЦФЦ: ЦФЦл₃ (или ЦФ₂Цл₂) + светло → ЦФЦл₂ (или ЦФ₂Цл) + Цл
• О губитак₃ у средњој и горњој стратосфери:

Цл + О₃ → ЦлО + О₂

ЦлО + О → Цл + О₂

Глобал: Тхе₃ +О → 2О₂

• О губитак₃ у доњој стратосфери:

Цл + О₃ → ЦлО + О₂

ЦлО + ХО₂ → ХОЦл + О₂

ХОЦл + светлост → Цл + ОХ

ОХ + О₃ → ХО₂ + О₂

Укупно: 2О₃ → 30₂

Сада је научни консензус да ти ЦФЦ су кључни агенси у рупи откривеној у озонском омотачу, касних 1970-их, у антарктичком региону.

Знате више: Шта су гасови стаклене баште?

Контрола ЦФЦ-а у атмосфери

Као начин задржавања ЦФЦ-а у атмосфери и демонстрирања бриге за смањење озонског омотача, 1985. године неколико земаља се састало у Аустрији, тачније у Бечу, Бечка конвенција о заштити озонског омотача. Овај догађај је био изузетно важан за, 1987. године, стварање Монтреалског протокола о Супстанце које оштећују озонски омотач, међународни уговор који је ступио на снагу првог дана из 1989. године.

Монтреалски протокол потписало је неколико земаља, укључујући Бразил, који је својим поступцима дао правно дејство кроз декрет бр. Главни циљ би био прогресивни смањење производње и потрошње такозваних супстанци које оштећују озонски омотач (СДО) до његове потпуне елиминације.

Монтреалски протокол је једини мултилатерални еколошки споразум чије је усвајање универзално, односно 197 држава је посвећено заштити озонског омотача. У Бразилу је забрањен увоз ЦФЦ-а, као што не постоји национална производња ОДС. Контролу је задужена Ибама, а дозвољено је увозити само неке СДО, али уз ограничења и широку контролу.

Како су настали хлорофлуороугљеници (ЦФЦ)?

1920-их година, фрижидери и системи климатизације коришћени компосткао што су амонијак, хлорометан, пропан и сумпор диоксид као расхладне течности. Упркос томе што су била ефикасна, таква једињења су била отровно и запаљиво. Штавише, изложеност њима не само да може изазвати озбиљну штету већ и довести до смрти.

Тамо је био тим, предвођен Тхомас Мидглеи Јр., радио је на развоју алтернативе који није имао таквих проблема да служи као расхладна течност. Тим се фокусирао на халогенована једињења, позната по својој испарљивости и хемијској инертности, својствима од интереса за супстанце.

Прво једињење које је развијено било је ЦФ₂Цл₂, у то време познат као фреон (или ЦФЦ-12). За своју стипендију, Мидглеи је добила бројне награде, укључујући Перкинову медаљу Друштва хемијске индустрије у 1937. и Пристлијеву медаљу, највишу награду Америчког хемијског друштва (Америцан Цхемицал Социети).

Током 1970-их, ЦФЦ су били широко распрострањени, са годишњом производњом која достиже близу милион тона, што представља удео од скоро 500 милиона долара хемијске индустрије.

Извори:

АНДИНО, Ј. М. Хлорофлуороугљеници (ЦФЦ) су тежи од ваздуха, па како научници претпостављају да ове хемикалије достижу висину озонског омотача и негативно утичу на њега? Сциентифиц Америцан. 21 окт. 1999. Доступно на: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Приступљено 25. јуна. 2023.

АМЕРИЧКО ХЕМИЈСКО ДРУШТВО – АЦС. Хлорофлуороугљеници и оштећење озона. АЦС Национална историјска хемијска знаменитост. 18 апр. 2017. Доступна у: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Приступљено 25. јуна. 2023.

БУТЛЕР, Ј. Х. ет ал. Запис атмосферских халоугљеника током двадесетог века из поларног ваздуха. Природа. 399, стр. 749-755. 1999.

ФИНЛЕЈСОН-ПИТС, Б. Ј.; ПИТТС, Ј. Не. Хомогена и хетерогена хемија у стратосфери. ин: Хемија горње и доње атмосфере. Погл. 12. П. 657-726. Сан Дијего, Калифорнија: Ацадемиц Пресс, 2000.

БРАЗИЛСКИ ИНСТИТУТ ЗА ЖИВОТНУ СРЕДИНУ И ОБНОВЉИВЕ ПРИРОДНЕ РЕСУРСЕ – ИБАМА. Монтреалски протокол. 29 нов. 2022. Доступна у: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Приступљено 25. јуна. 2023.

КИМ, К.; СХОН, З.; НГУИЕН, Х. Т.; ЈЕОН, Е. Преглед главних хлорофлуороугљеника и њихових халокарбонских алтернатива у ваздуху. Атмосферско окружење. н. 45. П. 1369-1382. 2011.

МИНИСТАРСТВО ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ И КЛИМАТСКИХ ПРОМЕНА. Бечка конвенција и Монтреалски протокол. 29 апр. 2022. Доступна у: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Приступљено 25. јуна. 2023.

Аутор Стефано Араухо Новаис
наставник хемије

Корозија метала, углавном гвожђа, настаје у електрохемијским процесима оксидационо-редукционих реакција.

Упознајте гасове стаклене баште, њихов утицај и како могу да повећају температуру наше планете.

Да ли знате шта је идеалан гас? Упознајте модел идеалног гаса, сазнајте које су његове карактеристике и погледајте решене вежбе на ову тему!

Сазнајте шта је угљен моноксид, како се производи и компликације које изазивају људи када су изложени овом изузетно токсичном гасу.

Кликните овде, сазнајте више о номенклатури угљоводоника, утврђеној важећим ИУПАЦ правилима, и погледајте примере.

Користи и штете изазване кисеоником.

Сазнајте више о озонском гасу, као и његовим карактеристикама, својствима, формирању, ризицима и озонском омотачу.

Оштећење озонског омотача хлорофлуороугљеницима.

Откријте разлику између изотермне, изобаричне и изоволуметријске трансформације гаса.