คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (ซีเอฟซี): คืออะไร ใช้ ผลกระทบ

คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (ซีเอฟซี) เป็นสารระเหยที่ มาจากสารไฮโดรคาร์บอน (โดยปกติคือมีเทนและอีเทน) ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไปจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของฟลูออรีนหรือคลอรีน เรียกอีกอย่างว่าคลอโรฟลูออโรคาร์บอน สารประกอบดังกล่าวมักเรียกด้วยตัวย่อว่า CFC สารซีเอฟซีเป็นที่รู้จักจากปฏิกิริยาที่ต่ำ เนื่องจากไม่ติดไฟ มีจุดเดือดต่ำ ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่มีสี และมีความเป็นพิษต่ำ

คลอโรฟลูออโรคาร์บอนส่วนใหญ่ใช้เป็นสารหล่อเย็น การผลิตเริ่มขึ้นในทศวรรษที่ 1930 และ ถึงจุดสูงสุดในปี 1970 เมื่อมีการตระหนักว่าสารประกอบดังกล่าวมีส่วนทำให้ชั้นโอโซนลดลงใน สตราโตสเฟียร์ ตั้งแต่นั้นมา พิธีสารมอนทรีออลได้กำหนดกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดสำหรับการบริโภค การนำเข้า และการส่งออก ทำให้การบริโภคสารซีเอฟซีต่ำกว่าเมื่อหลายสิบปีก่อนมาก

อ่านด้วย: คาร์บอนมอนอกไซด์—อันตรายจากก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และเป็นพิษสูงนี้

หัวข้อของบทความนี้

• 1 - สรุปเกี่ยวกับคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC)
• 2 - สารซีเอฟซีคืออะไร?
• 3 - สูตร CFC
• 4 - คุณลักษณะของคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC)
• 5 - หาสาร CFC ได้ที่ไหน?
• 6 - ผลของการใช้สาร CFC ต่อสิ่งแวดล้อม
• 7 - การควบคุมสาร CFCs ในบรรยากาศ
• 8 - คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) เกิดขึ้นได้อย่างไร?

สรุปเกี่ยวกับคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC)

• คลอโรฟลูออโรคาร์บอนหรือคลอโรฟลูออโรคาร์บอนเป็นอนุพันธ์ที่ระเหยได้ของไฮโดรคาร์บอนที่มีอะตอมของคลอรีนหรือฟลูออรีนแทนที่อะตอมของไฮโดรเจน
• โดยทั่วไปจะเรียกโดยย่อว่า CFC
• สารซีเอฟซีมีความเสถียรทางเคมี ไม่ติดไฟ ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่มีสี มีความเป็นพิษต่ำและมีจุดเดือดต่ำ
• ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสารหล่อเย็นและขายภายใต้ชื่อการค้า Freon
• เริ่มผลิตขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 จนถึงจุดสูงสุดในปี 1970 อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่าสารประกอบดังกล่าวมีหน้าที่ในการลดชั้นโอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์
• ในตอนท้ายของทศวรรษ 1970 ได้มีการจัดตั้งพิธีสารมอนทรีออล ซึ่งนำมาซึ่งการควบคุมการบริโภคอย่างเข้มงวด การผลิต นำเข้าและส่งออกสารซีเอฟซี ลดการใช้และการค้าสารดังกล่าวลงอย่างมาก สารประกอบ

สารซีเอฟซีคืออะไร?

CFC เป็นตัวย่อสำหรับคลาสของ สารประกอบที่เรียกว่าคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (เรียกอีกอย่างว่าคลอโรฟลูออโรคาร์บอนหรือคลอโรฟลูออโรคาร์บอน) ประกอบด้วย อนุพันธ์ที่ระเหยได้ของไฮโดรคาร์บอน (โดยทั่วไป มีเทน และอีเทน) ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมหรือมากกว่าถูกแทนที่ด้วยอะตอมของฟลูออรีนหรือคลอรีน

อย่าหยุดตอนนี้... มีเพิ่มเติมหลังจากการประชาสัมพันธ์ ;)

สูตรซีเอฟซี

สารซีเอฟซีโดยทั่วไปมี CCL สูตรทั่วไป_นฉ_4–น, เมื่อได้มาจากมีเทน, และ C₂คล_นฉ_6–นเมื่อได้มาจากอีเทน ในกรณีนี้ ค่าของ “n” จะต้องไม่เป็นศูนย์ สารซีเอฟซี ยังเป็นที่รู้จักกันดีสำหรับระบบการตั้งชื่อเชิงพาณิชย์ซึ่งใช้ตัวเลขเพื่อระบุว่าเรากำลังอ้างถึงสาร CFC ใด สูตรทั่วไปสำหรับการตั้งชื่อนี้คือสารซีเอฟซี-เอ็กซ์วายโดยที่ X คือจำนวนของไฮโดรเจนบวกหนึ่งหน่วย (H + 1) ในขณะที่ Y คือจำนวนของอะตอมฟลูออรีน

อะตอมของคลอรีนไม่ปรากฏในระบบการตั้งชื่อนี้ แต่สามารถระบุได้ง่ายหากเราจำได้ว่าอะตอมของคาร์บอน สร้างพันธะเคมีเพียงสี่พันธะ. ดังนั้น CFC-11 จึงมีคาร์บอน 1 อะตอม ไม่มีไฮโดรเจน (X = 1 ดังนั้น H + 1 = 1 ดังนั้น H = 0) และฟลูออรีน 1 อะตอม (Y = 1) เนื่องจากคาร์บอนสร้างพันธะได้ 4 พันธะ และจนถึงขณะนี้มีการระบุอะตอมของฟลูออรีนเพียง 1 อะตอม ดังนั้นจึงมีคลอรีน 3 อะตอม นั่นคือ CFC-11 คือ CCl₃ฉ.

ในทำนองเดียวกัน CFC-22 มีคาร์บอน 1 อะตอม ไฮโดรเจน 1 อะตอม ฟลูออรีน 2 อะตอม และเนื่องจากคาร์บอนสร้างพันธะเคมี 4 พันธะ จึงมีคลอรีนเพียง 1 อะตอม ดังนั้น CFC-22 คือ CHClF₂.

สำหรับ สาร CFC ที่มีคาร์บอนตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไป จะใช้สูตรทั่วไปคือ CFC-XYZเกี่ยวกับอะไร:

• X คือจำนวนคาร์บอนที่ลบออกจากหนึ่งหน่วย (C – 1)
• Y คือจำนวนไฮโดรเจนบวกหนึ่งหน่วย (H + 1)
• Z คือจำนวนอะตอมของฟลูออรีนที่มีอยู่

ในทำนองเดียวกัน อะตอมของคลอรีนจะถูกยึดตามความแตกต่างตามพันธะทั้งสี่ของอะตอมของคาร์บอน อย่างไรก็ตาม โปรดจำไว้ว่าจะมีพันธะคาร์บอน-คาร์บอน ดังนั้นจำนวนตัวเชื่อมโยงทั้งหมดจึงเท่ากับหก (เช่นเดียวกับในอีเทน)

ตัวอย่างเช่น CFC-113 มี X = 1 ดังนั้นจึงมีคาร์บอน 2 อะตอม (C – 1 = 1, C = 2); มี Y = 1 ดังนั้นจึงไม่มีอะตอมของไฮโดรเจน (H + 1 = 1, H = 0); มี Z = 3 ดังนั้นจึงมีฟลูออรีน 3 อะตอม ดังนั้นเราจึงสามารถระบุได้ว่า CFC-113 เป็น C₂คล₃ฉ₃.

ดูเพิ่มเติม: ศัพท์เฉพาะของไฮโดรคาร์บอนมีการกำหนดอย่างไร

ลักษณะของคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs)

สาร CFCs มีลักษณะทางกายภาพและเคมีที่สอดคล้องกับการใช้งานหลักในอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ พวกมันคือ/มี:

• ไวไฟ;
• จืด (จืด);
• ไม่มีกลิ่น (ไม่มีกลิ่น);
• ความเป็นพิษต่ำ
• ความเสถียรทางเคมีที่ดี
• การกัดกร่อนต่ำระหว่างการใช้งาน
• ราคาถูก;
• สารระเหย (จุดเดือด ใกล้กับ 0 °C);
• ค่าใช้จ่ายที่เหมาะสม

คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) ใช้ที่ไหน?

สาร CFCs ใช้เป็นสารทำความเย็น

เนื่องจากความปลอดภัย ความผันผวน ต้นทุน และความเสถียรทางเคมี CFCs ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นสารประกอบที่ดีที่จะใช้ เช่น:

• ตัวทำละลาย
• เครื่องดับเพลิง
• สารขับดันในกระป๋องสเปรย์ (เช่น สเปรย์ระงับกลิ่นกาย);
• เป็นก๊าซทำความเย็น (ในตู้เย็น ตู้แช่แข็ง และเครื่องทำความเย็น);
• เป็นตัวเป่าในการผลิตโฟม เช่น โพลียูรีเทน

สารซีเอฟซีถูกขายในตลาดโดยอุตสาหกรรมเคมีของดูปองท์ภายใต้ชื่อจดทะเบียนฟรีออน

หาสารซีเอฟซีได้ที่ไหน?

สารซีเอฟซีส่วนใหญ่ที่มีอยู่บนโลกทุกวันนี้มีต้นกำเนิดจากมนุษย์ (มนุษย์) การศึกษาพิสูจน์ว่า ปริมาณสารซีเอฟซีที่ได้จากกิจกรรมตามธรรมชาตินั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับที่ผลิตโดยมนุษย์. การอ่านค่าของชั้นที่ไม่ต่ำกว่าน้ำแข็งบ่งชี้ว่าในศตวรรษที่ 19 ความเข้มข้นของสาร CFCs ในชั้นบรรยากาศแทบจะเป็นศูนย์

ในความเป็นจริง การผลิตสาร CFC เริ่มขึ้นในทศวรรษที่ 1930 โดยมีจุดสูงสุดในทศวรรษที่ 1970 และ 1980 และข้อมูล แสดงให้เห็นว่าการผลิต CFC-11 และ CFC-12 เพิ่มขึ้นจาก 100 ตันในปี 2474 เป็น 583,000 ตันในปี 1980. การผลิตหยุดลงเมื่อปลายทศวรรษที่ 1980 โดยมีการจัดตั้งพิธีสารมอนทรีออล. สารซีเอฟซีส่วนใหญ่ที่ผลิตจะโยกย้ายไปยัง ชั้นบนสุดของชั้นบรรยากาศเช่นชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อชีวิตของเราบนโลก

ผลที่ตามมาจากการใช้สาร CFC ต่อสิ่งแวดล้อม

การใช้สาร CFCs อย่างมหาศาลส่งผลกระทบต่อชั้นโอโซนอย่างกะทันหัน

สารซีเอฟซี มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับปัญหาที่เรียกว่ารูโหว่ในชั้นโอโซนเป็นชั้นที่อุดมไปด้วย โอโซน (อ₃)มีหน้าที่ดูดซับรังสีดวงอาทิตย์บางส่วนและตั้งอยู่ในชั้นสตราโตสเฟียร์ (15-30 กม. เมื่อเทียบกับพื้นดิน)

แม้จะมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศ แต่สาร CFCs ก็ยังมีความเสถียรทางเคมีและ สุดท้ายถูกขนลงมาจากชั้นล่าง จากชั้นบรรยากาศ (ชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์) ไปจนถึงชั้นสตราโตสเฟียร์อันเป็นผลมาจากความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิ กลไกการผสมระหว่างชั้นดังกล่าวสิ้นสุดลงเร็วกว่าเวลาที่ต้องใช้สำหรับกระบวนการทางเคมีเพื่อกำจัดสาร CFCs ออกจากอากาศ พวกเขาจบลงด้วยการบรรจุในบรรจุภัณฑ์ของอากาศและสารปนเปื้อน เหมือนกับคนที่ถูกอุ้มในบอลลูนอากาศร้อน

จะถูกกำจัดในโทรโพสเฟียร์และไปไม่ถึงสตราโตสเฟียร์ มีเพียงสองวิธีในการกำจัดสาร CFCs:การทับถม (โดยฝน) หรือปฏิกิริยา. เกิดขึ้นที่สารประกอบดังกล่าวละลายในน้ำได้ไม่ดี ดังนั้น ฝนจึงไม่ใช่กลไกที่ดีในการกำจัดก๊าซซีเอฟซี เท่าที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา จำเป็นต้องมีตัวออกซิไดซ์ เช่น อนุมูลไฮดรอกซิล ไนเตรต หรือโอโซน

อย่างไรก็ตาม ด้วยความเสถียรและการเกิดปฏิกิริยาต่ำกับอนุมูลออกซิไดซ์ดังกล่าว CFCs อยู่ในอากาศเป็นเวลานาน และไปถึงสตราโตสเฟียร์อย่างเงียบ ๆ เพื่อประโยชน์ในการเปรียบเทียบเท่านั้น ไฮดรอกซิลแรดิคัลต้องใช้เวลา 80 ปีในการทำปฏิกิริยากับสารซีเอฟซี ซึ่งบางอย่างต้องใช้เวลาประมาณ 17 วันในการทำปฏิกิริยากับเมทานอล

เมื่ออยู่ในสตราโตสเฟียร์ สารซีเอฟซี อาจเกิดปฏิกิริยาโฟโตไลซิส (แตกตัวด้วยการกระทำของแสง) และปล่อยอนุมูลคลอรีน ตัวอย่างเช่น เราจะใช้ CFC-11 (CFCl₃) และซีเอฟซี-12 (CF₂คล₂):

• โฟโตไลซิสของซีเอฟซี: CFCl₃ (หรือCF₂คล₂) + แสง → CFCl₂ (หรือCF₂Cl) + Cl
• โอ ขาดทุน₃ ในสตราโตสเฟียร์ตอนกลางและตอนบน:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

ทั่วโลก: The₃ +O → 2O₂

• โอ ขาดทุน₃ ในสตราโตสเฟียร์ตอนล่าง:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + H2O₂ → HOCl + O₂

HOCl + แสง → Cl + OH

OH + O₃ → ฮ₂ + อ₂

โดยรวม: 2O₃ → 30₂

ขณะนี้เป็นเอกฉันท์ทางวิทยาศาสตร์ว่า คุณ สารซีเอฟซีเป็นตัวแทนสำคัญ ในรูที่ตรวจพบในชั้นโอโซน ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ในเขตแอนตาร์กติก.

รู้เพิ่มเติม: ก๊าซเรือนกระจกคืออะไร?

การควบคุมสารซีเอฟซีในบรรยากาศ

เพื่อลดสารซีเอฟซีในชั้นบรรยากาศและแสดงความกังวลต่อการลดชั้นโอโซน ในปี 1985 หลายประเทศประชุมกันที่ออสเตรีย โดยเฉพาะในกรุงเวียนนา อนุสัญญาเวียนนาเพื่อการคุ้มครองชั้นโอโซน. เหตุการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างพิธีสารมอนทรีออลในปี 1987 สารที่ทำลายชั้นโอโซน สนธิสัญญาระหว่างประเทศที่มีผลบังคับใช้ในวันแรก ตั้งแต่ปี 1989

พิธีสารมอนทรีออลได้รับการลงนามโดยหลายประเทศ รวมทั้งบราซิล ซึ่งมีผลทางกฎหมายต่อการดำเนินการผ่านพระราชกฤษฎีกาฉบับที่ วัตถุประสงค์หลักคือความก้าวหน้า ลดการผลิตและการบริโภคสารที่ทำลายชั้นโอโซน (SDO) จนกว่าจะกำจัดทั้งหมด

พิธีสารมอนทรีออลเป็นข้อตกลงพหุภาคีด้านสิ่งแวดล้อมฉบับเดียวที่มีการยอมรับในระดับสากล นั่นคือ 197 รัฐมุ่งมั่นที่จะปกป้องชั้นโอโซน ในบราซิลห้ามนำเข้าสาร CFCsเช่นเดียวกับที่ไม่มีการผลิต ODS ในระดับชาติ การควบคุมอยู่ในความรับผิดชอบของ Ibama และมีเพียง SDO บางแห่งเท่านั้นที่ได้รับอนุญาตให้นำเข้า แต่ด้วยข้อจำกัดและการควบคุมในวงกว้าง

คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ในปี ค.ศ. 1920 ตู้เย็นและระบบปรับอากาศใช้ปุ๋ยหมักเช่น แอมโมเนีย คลอโรมีเทน โพรเพน และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เป็นสารหล่อเย็น แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่สารดังกล่าวก็มี เป็นพิษและไวไฟ. นอกจากนี้ การสัมผัสกับพวกมันไม่เพียงสร้างความเสียหายรุนแรงเท่านั้น แต่ยังทำให้เสียชีวิตได้อีกด้วย

ที่นั่นมีทีมหนึ่งซึ่งนำโดย Thomas Midgley Jr. ทำงานเพื่อพัฒนาทางเลือกอื่น ที่ไม่มีปัญหาดังกล่าวเพื่อใช้เป็นสารหล่อเย็น ทีมงานมุ่งเน้นไปที่สารประกอบฮาโลจิเนเต็ดซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านความผันผวนและความเฉื่อยของสารเคมี ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่น่าสนใจของสารดังกล่าว

สารประกอบแรกที่ได้รับการพัฒนาคือ CF₂คล₂ซึ่งขณะนั้นรู้จักกันในชื่อ ฟรีออน (หรือ CFC-12) สำหรับทุนการศึกษาของเธอ Midgley ได้รับเกียรติมากมาย รวมถึงรางวัล Perkin Medal จาก Chemical Industry Society 2480 และ Priestley Medal ซึ่งเป็นรางวัลสูงสุดของ American Chemical Society (สมาคมเคมีอเมริกัน)

ในปี 1970 สารซีเอฟซีแพร่หลายโดยมียอดการผลิตต่อปีเกือบ 1 ล้านตัน คิดเป็นส่วนแบ่งเกือบ 500 ล้านดอลลาร์ของอุตสาหกรรมเคมี

แหล่งที่มา:

อันดิโน, เจ. ม. คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) หนักกว่าอากาศ แล้วนักวิทยาศาสตร์คิดได้อย่างไรว่าสารเคมีเหล่านี้ไปถึงระดับความสูงของชั้นโอโซนและส่งผลเสียต่อชั้นโอโซน วิทยาศาสตร์อเมริกัน. 21 ต.ค. 1999. มีจำหน่ายที่: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. เข้าถึงเมื่อ 25 มิ.ย. 2023.

สมาคมเคมีแห่งอเมริกา – ACS. คลอโรฟลูออโรคาร์บอนและการสูญเสียโอโซน จุดสังเกตทางเคมีแห่งชาติ ACS 18 เม.ย. 2017. มีอยู่ใน: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. เข้าถึงเมื่อ 25 มิ.ย. 2023.

บัตเลอร์, เจ. ชม. และอื่น ๆ บันทึกของฮาโลคาร์บอนในชั้นบรรยากาศในช่วงศตวรรษที่ 20 จากอากาศขั้วโลก ธรรมชาติ. 399, น. 749-755. 1999.

FINLAYSON-PITTS, บี. เจ; พิตส์, เจ. เลขที่ เคมีที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกันในสตราโตสเฟียร์ ใน: เคมีของบรรยากาศชั้นบนและชั้นบรรยากาศชั้นล่าง. บท 12. พี 657-726. ซานดิเอโก แคลิฟอร์เนีย: สำนักพิมพ์วิชาการ 2543

สถาบันบราซิลสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรธรรมชาติที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ – IBAMA. พิธีสารมอนทรีออล. 29 พ.ย. 2022. มีอยู่ใน: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. เข้าถึงเมื่อ 25 มิ.ย. 2023.

คิม, เค; โชน, ซี; เหงียน, เอช. ต.; จอน, อี. การทบทวนคลอโรฟลูออโรคาร์บอนหลักและสารทดแทนฮาโลคาร์บอนในอากาศ สิ่งแวดล้อมบรรยากาศ. น. 45. พี 1369-1382. 2011.

กระทรวงสิ่งแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ. อนุสัญญาเวียนนาและพิธีสารมอนทรีออล 29 เม.ย. 2022. มีอยู่ใน: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. เข้าถึงเมื่อ 25 มิ.ย. 2023.

โดย Stefano Araujo Novais
ครูสอนเคมี

การกัดกร่อนของโลหะ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเหล็ก เกิดขึ้นในกระบวนการเคมีไฟฟ้าของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน

ทำความรู้จักกับก๊าซเรือนกระจก ผลกระทบ และวิธีที่พวกมันสามารถเพิ่มอุณหภูมิให้กับโลกของเรา

คุณรู้หรือไม่ว่าก๊าซในอุดมคติคืออะไร? ทำความรู้จักกับแบบจำลองก๊าซในอุดมคติ ค้นหาว่าคุณลักษณะเป็นอย่างไร และดูแบบฝึกหัดที่ได้รับการแก้ไขในหัวข้อนี้!

เรียนรู้ว่าคาร์บอนมอนอกไซด์คืออะไร ผลิตได้อย่างไร และภาวะแทรกซ้อนที่เกิดกับมนุษย์เมื่อสัมผัสกับก๊าซพิษร้ายแรงนี้

คลิกที่นี่ เรียนรู้เกี่ยวกับระบบการตั้งชื่อของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งตั้งขึ้นโดยกฎของ IUPAC ปัจจุบัน และดูตัวอย่าง

ประโยชน์และโทษที่เกิดจากออกซิเจน

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับก๊าซโอโซน ตลอดจนคุณลักษณะ คุณสมบัติ การก่อตัว ความเสี่ยง และชั้นโอโซน

การลดลงของชั้นโอโซนโดยคลอโรฟลูออโรคาร์บอน

ค้นพบความแตกต่างระหว่างการแปลงก๊าซแบบไอโซเทอร์มอล ไอโซบาริก และไอโซโวลูเมตริก