Klorfluorkol (CFC): vad det är, användningsområden, effekter

Klorfluorkolväten (CFC) är flyktiga föreningar som härrör från kolväten (vanligtvis metan och etan), där en eller flera väteatomer är ersatta med fluor- eller kloratomer. Även kallade klorfluorkolväten, sådana föreningar hänvisas vanligtvis till med akronymen CFC. CFC är kända för sin låga reaktivitet, det faktum att de är icke brandfarliga, har låg kokpunkt och är luktfria, smaklösa, färglösa och har låg toxicitet.

Klorfluorkolväten används främst som kylmedel, produktionen började på 1930-talet och nådde sin topp på 1970-talet, när man insåg att sådana föreningar var ansvariga för utarmningen av ozonskiktet i stratosfär. Sedan dess har Montrealprotokollet fastställt strikta regler för dess konsumtion, import och export, vilket gör CFC-konsumtionen mycket lägre än för decennier sedan.

Läs också: Kolmonoxid – Farorna med denna färglösa, luktlösa och mycket giftiga gas

Ämnen i denna artikel

• 1 - Sammanfattning om klorfluorkol (CFC)
• 2 - Vad är CFC?
• 3 - CFC-formel
• 4 - Egenskaper för klorfluorkolväten (CFC)
• 5 - Var hittar man CFC?
• 6 - Konsekvenser av CFC-användning för miljön
• 7 - Kontroll av CFC i atmosfären
• 8 - Hur såg klorfluorkolväten (CFC) ut?

Sammanfattning om klorfluorkol (CFC)

• Klorfluorkolväten eller klorfluorkolväten är flyktiga derivat av kolväten som har klor- eller fluoratomer i stället för väteatomer.
• De hänvisas vanligtvis till med förkortningen CFC.
• CFC är kemiskt stabila, icke brandfarliga, luktfria, smaklösa, färglösa, med låg toxicitet och har låg kokpunkt.
• De används främst som kylmedel och såldes under handelsnamnet Freon.
• De började tillverkas på 1930-talet och nådde en stor topp på 1970-talet, men man insåg att sådana föreningar var ansvariga för att minska ozonskiktet i stratosfären.
• I slutet av 1970-talet upprättades Montrealprotokollet, vilket ledde till strikt kontroll av konsumtionen, produktion, import och export av CFC, vilket avsevärt minskar användningen och kommersialiseringen av sådana föreningar.

Vad är CFC?

CFC är förkortningen för en klass av föreningar kända som klorfluorkolväten (även kallade klorfluorkolväten eller klorfluorkolväten), bestående av flyktiga derivat av kolväten (i allmänhet, metan och etan), i vilken en eller flera väteatomer är ersatta med fluor- eller kloratomer.

Sluta inte nu... Det kommer mer efter publiciteten ;)

CFC formel

CFC har vanligtvis allmän formel CCl_nF_4–n, när det härrör från metan, och C₂Cl_nF_6–n, när det härrör från etan. I det här fallet kan värdet på "n" inte vara noll. CFC är också välkända för sin kommersiella nomenklatur, som använder siffror för att indikera vilken CFC vi syftar på. Den allmänna formeln för denna nomenklatur ärCFC-XY, där X är antalet väten plus en enhet (H + 1), medan Y är antalet fluoratomer.

Kloratomer förekommer inte i denna nomenklatur, men de är lätta att identifiera om vi kommer ihåg att kolatomer gör bara fyra kemiska bindningar. Därför har CFC-11 1 kolatom, ingen väteatom (X = 1, därför H + 1 = 1, därför H = 0) och 1 fluoratom (Y = 1). Eftersom kol gör 4 bindningar, och hittills bara 1 fluoratom har identifierats, så finns det 3 kloratomer, det vill säga CFC-11 är CCl₃F.

På liknande sätt har CFC-22 1 kolatom, 1 väteatom, 2 fluoratomer och, eftersom kol gör 4 kemiska bindningar, endast 1 kloratom; därför är CFC-22 CHClF₂.

För CFC med två eller flera kolatomer, den allmänna formeln CFC-XYZ används, på vad:

• X är antalet kol som subtraheras från en enhet (C – 1).
• Y är antalet väten plus en enhet (H + 1).
• Z är antalet närvarande fluoratomer.

På liknande sätt tas kloratomer av skillnaden baserat på kolatomens fyra bindningar. Kom dock ihåg att det kommer att finnas en kol-kolbindning, så det totala antalet länkar är lika med sex (precis som i etan).

Till exempel har CFC-113 X = 1, så den har 2 kolatomer (C – 1 = 1, C = 2); har Y = 1, så har inga väteatomer (H + 1 = 1, H = 0); har Z = 3, så den har 3 fluoratomer. Således kan vi konstatera att CFC-113 är C₂Cl₃F₃.

Se också: Hur definieras nomenklaturen för kolväten

Egenskaper för klorfluorkolväten (CFC)

CFC har fysikaliska och kemiska egenskaper som motiverar deras huvudsakliga industriella och kommersiella användning, de är/har:

• brandfarlig;
• fadd (smaklös);
• luktfri (ingen lukt);
• låg toxicitet;
• god kemisk stabilitet;
• låg korrosivitet under användning;
• låg kostnad;
• flyktiga ämnen (kokpunkt nära 0°C);
• rimlig kostnad.

Var används klorfluorkolväten (CFC)?

CFC används som köldmedier.

På grund av sin säkerhet, flyktighet, kostnad och kemiska stabilitet har CFC visat sig vara bra föreningar att använda som:

• lösningsmedel;
• brandsläckare;
• drivmedel i aerosolburkar (såsom spraydeodorant);
• som köldmediegaser (i kylskåp, frysar och kylapparater);
• som jäsmedel vid framställning av skum, såsom polyuretan.

CFC såldes på marknaden av DuPonts kemiska industri under det registrerade namnet Freon.

Var hittar man CFC?

De flesta av de CFC som finns på planeten idag är av antropogent (mänskligt) ursprung. Studier bevisar det mängden CFC som härrör från naturlig aktivitet är liten jämfört med den som produceras av människor. Avläsningar av lager som inte är mycket lägre än isen tyder på att koncentrationen av CFC i atmosfären på 1800-talet var praktiskt taget noll.

Faktum är att CFC-produktionen började på 1930-talet, med toppar på 1970- och 1980-talen, och data visa att produktionen av CFC-11 och CFC-12 ökade från 100 ton 1931 till 583 tusen ton i 1980. Dess produktion upphörde först i slutet av 1980-talet, med inrättandet av Montrealprotokollet. De flesta av de CFC som produceras migrerar till atmosfärens övre skikt, som stratosfären, som får allvarliga konsekvenser för vårt liv på jorden.

Konsekvenser av CFC-användning för miljön

Den massiva användningen av CFC har påverkat ozonskiktet abrupt.

CFC är nära kopplade till ett problem som kallashål i ozonskiktet, ett lager rikt på ozon (O₃), ansvarig för att absorbera en del av solstrålningen, och som ligger i stratosfären (15-30 km i förhållande till markjorden).

Trots att de är tätare än luft är CFC kemiskt stabila och sluta med att bäras från de lägre lagren från atmosfären (troposfären) till stratosfären till följd av skillnader i tryck och temperatur. Sådana mellanskiktsblandningsmekanismer blir i slutändan snabbare än den tid som krävs för kemiska processer för att avlägsna CFC från luften. Det slutar med att de bärs i paket med luft och föroreningar, ungefär som människor som bärs i en luftballong.

För att elimineras i troposfären och inte nå stratosfären, Det finns bara två sätt att göra sig av med CFC:avsättning (genom regn) eller reaktion. Det händer att sådana föreningar är dåligt lösliga i vatten och därför är regn inte en bra mekanism för att eliminera CFC-gaser. När det gäller reaktionerna krävs oxidationsmedel, såsom hydroxylradikaler, nitrat eller ozon.

Men med tanke på stabiliteten och låga reaktiviteten med sådana oxiderande radikaler, Det slutar med att CFC stannar i luften under lång tid och lugnt nå stratosfären. Bara för jämförelsens skull behöver hydroxylradikalen 80 år på sig att reagera med CFC, något det tar cirka 17 dagar att göra med metanol.

Väl i stratosfären, CFC kan genomgå en fotolysreaktion (bryts ned genom ljusets inverkan) och frigör klorradikaler. Som ett exempel kommer vi att använda CFC-11 (CFCl₃och CFC-12 (CF₂Cl₂):

• Fotolys av CFC: CFCl₃ (eller CF₂Cl₂) + ljus → CFCl₂ (eller CF₂Cl) + Cl
• O förlust₃ i mitten och övre stratosfären:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Globalt: The₃ +O → 2O₂

• O förlust₃ i nedre stratosfären:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + ljus → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Totalt: 2O₃ → 30₂

Det är nu vetenskaplig konsensus om det du CFC är nyckelämnen i hålet som upptäcktes i ozonskiktet, i slutet av 1970-talet, i Antarktisregionen.

Veta mer: Vilka är växthusgaserna?

Kontroll av CFC i atmosfären

Som ett sätt att hålla inne CFC i atmosfären och visa sin oro över minskningen av ozonskiktet träffades 1985 flera länder i Österrike, närmare bestämt i Wien, Wienkonventionen för skydd av ozonskiktet. Denna händelse var oerhört viktig för, 1987, skapandet av Montrealprotokollet den Ämnen som bryter ned ozonskiktet, ett internationellt fördrag som trädde i kraft dag ett från 1989.

Montrealprotokollet undertecknades av flera länder, inklusive Brasilien, vilket gav rättslig verkan åt dess handlingar genom dekret nr. Huvudmålet skulle vara det progressiva minska produktionen och konsumtionen av så kallade ämnen som bryter ned ozonskiktet (SDO) tills dess totala eliminering.

Montrealprotokollet är det enda multilaterala miljöavtalet vars antagande är universellt, det vill säga de 197 staterna har åtagit sig att skydda ozonskiktet. I Brasilien är det förbjudet att importera CFC, precis som det inte finns någon nationell produktion av ODS. Kontrollen ansvarar för Ibama, och endast vissa SDO är tillåtna att importeras, men med restriktioner och bred kontroll.

Hur kom klorfluorkolväten (CFC) till?

På 1920-talet kylskåp och luftkonditioneringssystem används komposts såsom ammoniak, klormetan, propan och svaveldioxid som kylmedel. Trots att de var effektiva var sådana föreningar giftigt och brandfarligt. Vidare kan en exponering för dem inte bara orsaka allvarlig skada utan också leda till döden.

Det var där som ett lag, ledd av Thomas Midgley Jr., arbetade för att utveckla ett alternativ som inte hade några sådana problem att fungera som kylvätska. Teamet fokuserade på halogenerade föreningar, kända för sin flyktighet och kemiska tröghet, egenskaper av intresse för ämnena.

Den första föreningen som utvecklades var CF₂Cl₂, vid den tiden känd som Freon (eller CFC-12). För sitt stipendium har Midgley mottagit många utmärkelser, inklusive Chemical Industry Societys Perkin-medalj i 1937, och Priestley-medaljen, den högsta utmärkelsen från American Chemical Society (American Chemical Society).

På 1970-talet var CFC utbredda, med en årlig produktion på nära 1 miljon ton, vilket motsvarar en andel på nästan 500 miljoner dollar av den kemiska industrin.

Källor:

ANDINO, J. M. Klorfluorkolväten (CFC) är tyngre än luft, så hur tror forskarna att dessa kemikalier når ozonskiktets höjd för att påverka det negativt? Scientific American. 21 okt. 1999. Tillgänglig på: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Tillträde den 25 juni. 2023.

AMERIKANSK KEMISKA SAMHÄLLE – ACS. Klorfluorkolväten och ozonnedbrytning. ACS National Historic Chemical Landmark. 18 apr. 2017. Tillgänglig i: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Tillträde den 25 juni. 2023.

BUTLER, J. H. et al. Ett register över atmosfäriska halokarboner under 1900-talet från polar firn luft. Natur. 399, sid. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, J. Nej. Homogen och heterogen kemi i stratosfären. i: Kemi av övre och nedre atmosfären. Kille. 12. P. 657-726. San Diego, Kalifornien: Academic Press, 2000.

BRASILIENSKA MILJÖINSTITUTET OCH FÖRNYBARA NATURRESURSER – IBAMA. Montrealprotokollet. 29 nov. 2022. Tillgänglig i: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Tillträde den 25 juni. 2023.

KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. En genomgång av viktiga klorfluorkolväten och deras halokarbonalternativ i luften. Atmosfärisk miljö. n. 45. P. 1369-1382. 2011.

MILJÖ- OCH KLIMATFÖRÄNDRINGAR. Wienkonventionen och Montrealprotokollet. 29 apr. 2022. Tillgänglig i: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Tillträde den 25 juni. 2023.

Av Stefano Araujo Novais
Kemilärare

Korrosion av metaller, främst järn, förekommer i elektrokemiska processer av redoxreaktioner.

Lär känna växthusgaserna, deras effekter och hur de kan höja temperaturen på vår planet.

Vet du vad en idealgas är? Lär känna den ideala gasmodellen, ta reda på vad dess egenskaper är och kolla in lösta övningar om detta ämne!

Lär dig vad kolmonoxid är, hur det produceras och vilka komplikationer som orsakas för människor när de utsätts för denna extremt giftiga gas.

Klicka här, lär dig mer om nomenklaturen för kolväten, fastställd av gällande IUPAC-regler, och se exempel.

Fördelar och skador orsakade av syre.

Lär dig mer om ozongas, samt dess egenskaper, egenskaper, bildning, risker och ozonskiktet.

Utarmningen av ozonskiktet av klorfluorkolväten.

Upptäck skillnaden mellan isotermiska, isobariska och isovolumetriska gastransformationer.