Хлорфторвуглець (CFC): що це таке, використання, ефекти

Хлорфторвуглеці (CFC) є леткими сполуками, які походять з вуглеводнів (зазвичай метан і етан), в якому один або кілька атомів водню заміщені атомами фтору або хлору. Такі сполуки, які також називаються хлорфторвуглецями, зазвичай називають акронімом CFC. Фреони відомі своєю низькою реакційною здатністю, тим фактом, що вони негорючі, мають низьку температуру кипіння, не мають запаху, смаку, кольору та низької токсичності.

Хлорфторвуглеці в основному використовуються як охолоджуючі рідини, їх виробництво почалося в 1930-х роках і досяг піку в 1970-х роках, коли було зрозуміло, що такі сполуки відповідальні за виснаження озонового шару в стратосфера. Відтоді Монреальський протокол встановив суворі правила щодо його споживання, імпорту та експорту, що зробило споживання ХФУ набагато нижчим, ніж це було десятиліття тому.

Читайте також: Чадний газ — небезпека цього безбарвного, без запаху та дуже токсичного газу

Теми цієї статті

• 1 - Резюме щодо хлорфторвуглецю (CFC)
• 2 - Що таке CFC?
• 3 - формула CFC
• 4 - Характеристики хлорфторвуглеців (CFC)
• 5 - Де знайти CFC?
• 6 - Наслідки використання фреону для навколишнього середовища
• 7 - Контроль фреонів в атмосфері
• 8 - Як з'явилися хлорфторвуглеці (ХФВ)?

Резюме щодо хлорфторвуглецю (CFC)

• Хлорфторвуглеці або хлорфторвуглеці — це леткі похідні вуглеводнів, які містять атоми хлору або фтору замість атомів водню.
• Їх зазвичай називають акронімом CFC.
• Фреони хімічно стабільні, негорючі, без запаху, смаку, кольору, низької токсичності та мають низьку температуру кипіння.
• Вони в основному використовуються як охолоджуючі рідини і продавалися під торговою назвою Freon.
• Їх почали виробляти в 1930-х роках, досягнувши великого піку в 1970-х роках, однак було зрозуміло, що такі сполуки відповідальні за зменшення озонового шару в стратосфері.
• Наприкінці 1970-х років був створений Монреальський протокол, який запровадив жорсткий контроль за споживанням, виробництво, імпорт та експорт фреонів, значно скорочуючи їх використання та комерціалізацію сполуки.

Що таке CFC?

CFC - це абревіатура класу сполуки, відомі як хлорфторвуглеці (також їх називають хлорфторвуглецями або хлорфторвуглецями), що складається з летючі похідні вуглеводнів (в загальному, метан і етан), в якому один або кілька атомів водню заміщені атомами фтору або хлору.

Не зупиняйся зараз... Після розголосу буде більше ;)

Формула CFC

Фреони зазвичай мають загальна формула CCl_пФ_4–п, коли отримано з метану, і C₂Кл_пФ_6–п, при отриманні з етану. У цьому випадку значення «n» не може дорівнювати нулю. фреони також добре відомі своєю комерційною номенклатурою, який використовує цифри, щоб вказати, який CFC ми маємо на увазі. Загальна формула цієї номенклатури такаCFC-XY, де X — кількість атомів водню плюс одна одиниця (H + 1), а Y — кількість атомів фтору.

Атоми хлору не фігурують у цій номенклатурі, але їх легко ідентифікувати, якщо згадати, що атоми вуглецю утворюють лише чотири хімічні зв’язки. Отже, CFC-11 має 1 атом вуглецю, немає атома водню (X = 1, отже, H + 1 = 1, отже, H = 0) і 1 атом фтору (Y = 1). Оскільки вуглець утворює 4 зв’язки, а поки ідентифіковано лише 1 атом фтору, то є 3 атоми хлору, тобто CFC-11 є CCl₃Ф.

Подібним чином CFC-22 містить 1 атом вуглецю, 1 атом водню, 2 атоми фтору і, оскільки вуглець створює 4 хімічні зв’язки, лише 1 атом хлору; отже, CFC-22 є CHClF₂.

для ХФУ з двома або більше атомами вуглецю прийнята загальна формула ХФУ-XYZ, На що:

• X – кількість атомів вуглецю, віднятих від однієї одиниці (C – 1).
• Y — кількість атомів водню плюс одна одиниця (H + 1).
• Z — кількість присутніх атомів фтору.

Подібним чином атоми хлору беруться за різницю, засновану на чотирьох зв’язках атома вуглецю. Однак пам’ятайте, що буде вуглець-вуглецевий зв’язок, тому загальна кількість лінкерів дорівнює шести (як і в етані).

Наприклад, CFC-113 має X = 1, тому він має 2 атоми вуглецю (C – 1 = 1, C = 2); має Y = 1, тому не має атомів водню (H + 1 = 1, H = 0); має Z = 3, тому він містить 3 атоми фтору. Таким чином, ми можемо стверджувати, що CFC-113 є C₂Кл₃Ф₃.

Дивіться також: Як визначається номенклатура вуглеводнів

Характеристики хлорфторвуглеців (CFC)

Фреони мають фізичні та хімічні характеристики, які виправдовують їх основне промислове та комерційне використання, вони є/мають:

• горючий;
• прісний (несмачний);
• без запаху (без запаху);
• низька токсичність;
• хороша хімічна стійкість;
• низька корозійна активність при використанні;
• низька вартість;
• летючі речовини (Точка кипіння близька до 0 °C);
• розумна вартість.

Де використовуються хлорфторвуглеці (CFC)?

Фреони використовуються як холодоагенти.

Завдяки своїй безпеці, леткості, вартості та хімічній стабільності фреони виявилися хорошими сполуками для використання як:

• розчинники;
• вогнегасники;
• пропеленти в аерозольних балонах (такі як спрей-дезодорант);
• як холодильні гази (в холодильниках, морозильних камерах і холодильній техніці);
• як спінювачі у виробництві пін, таких як поліуретан.

Фреони продавалися на ринку хімічною промисловістю DuPont під зареєстрованою назвою Freon.

Де знайти CFC?

Більшість фреонів, які існують сьогодні на планеті, мають антропогенне (людське) походження. Дослідження це доводять кількість фреону, отриманого в результаті природної діяльності, невелика порівняно з кількістю, яку виробляє людина. Показання шарів не набагато нижче льоду показують, що в 19 столітті концентрація фреонів в атмосфері була практично нульовою.

Насправді виробництво ХФУ почалося в 1930-х роках з піком у 1970-х і 1980-х роках, а дані показують, що виробництво CFC-11 і CFC-12 зросло зі 100 тонн у 1931 році до 583 тисяч тонн у 1980. Його виробництво припинилося лише наприкінці 1980-х років із запровадженням Монреальського протоколу.. Більшість вироблених фреонів мігрують до верхні шари атмосфери, таких як стратосфера, що має тяжкі наслідки для нашого життя на Землі.

Наслідки використання фреону для навколишнього середовища

Масове використання фреонів різко вплинуло на озоновий шар.

фреони тісно пов'язані з проблемою, відомою якдіра в озоновому шарі, шар, багатий на озон (О₃), що відповідає за поглинання частини сонячного випромінювання і який знаходиться в стратосфері (15-30 км по відношенню до земного ґрунту).

Незважаючи на те, що фреони щільніші за повітря, вони хімічно стабільні в кінцевому підсумку переносяться з нижніх шарів з атмосфери (тропосфери) в стратосферу в результаті різниці тиску і температури. Такі міжшарові механізми змішування зрештою працюють швидше, ніж час, необхідний для хімічних процесів для видалення фреонів з повітря. Їх перевозять у пакетах із повітрям і забруднювачами, подібно до того, як людей перевозять на повітряній кулі.

Щоб бути ліквідованим у тропосфері та не досягти стратосфери, Існує лише два способи утилізації фреонів:осадження (дощем) або реакція. Трапляється так, що такі сполуки погано розчиняються у воді, тому дощ не є хорошим механізмом для усунення фреонових газів. Що стосується реакцій, потрібні окислювачі, такі як гідроксильні радикали, нітрат або озон.

Однак, враховуючи стабільність і низьку реакційну здатність з такими окисними радикалами, Фреони залишаються в повітрі тривалий час і тихо досягають стратосфери. Для порівняння, гідроксильному радикалу потрібно 80 років, щоб прореагувати з фреонами, тоді як для метанолу потрібно приблизно 17 днів.

Потрапивши в стратосферу, фреони можуть піддаватися реакції фотолізу (розпадається під дією світла) і вивільняють радикали хлору. Як приклад ми будемо використовувати CFC-11 (CFCl₃) і CFC-12 (CF₂Кл₂):

• Фотоліз CFC: CFCl₃ (або CF₂Кл₂) + світло → CFCl₂ (або CF₂Cl) + Cl
• О втрата₃ в середній і верхній стратосфері:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Global: The₃ +O → 2O₂

• О втрата₃ у нижній частині стратосфери:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + світло → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + О₂

Загалом: 2О₃ → 30₂

Зараз це досягнуто наукового консенсусу ви Фреони є ключовими агентами в дірі, виявленій в озоновому шарі, наприкінці 1970-х років, в Антарктичному регіоні.

Дізнайтеся більше: Що таке парникові гази?

Контроль фреонів в атмосфері

У 1985 році кілька країн зустрілися в Австрії, точніше у Відні, щоб утримати фреони в атмосфері та продемонструвати свою стурбованість зменшенням озонового шару. Віденська конвенція про охорону озонового шару. Ця подія була надзвичайно важливою для створення в 1987 році Монреальського протоколу Речовини, що руйнують озоновий шар, міжнародна угода, яка набула чинності з першого дня з 1989 року.

Монреальський протокол був підписаний декількома країнами, включно з Бразилією, яка надала юридичної сили своїм діям через Указ №. Головною метою буде прогресивне скорочення виробництва і споживання так званих речовин, що руйнують озоновий шар (SDO) до його повної ліквідації.

Монреальський протокол є єдиною багатосторонньою екологічною угодою, прийняття якої є загальним, тобто 197 держав зобов’язуються захищати озоновий шар. У Бразилії фреони заборонені до імпорту, так само як немає національного виробництва ОРВ. Контроль відповідає за Ibama, і лише деякі SDO дозволені до імпорту, але з обмеженнями та широким контролем.

Як з'явилися хлорфторвуглеці (ХФВ)?

У 1920-х роках холодильників і систем кондиціонування повітря використовували компосттакі як аміак, хлорметан, пропан і діоксид сірки як теплоносії. Незважаючи на свою ефективність, такі сполуки були токсичний і легкозаймистий. Крім того, вплив на них може не тільки завдати серйозної шкоди, але й призвести до смерті.

Саме там була команда, очолювана в Томас Міджлі молодший працював над розробкою альтернативи який не мав таких проблем, щоб служити охолоджувачем. Команда зосередилася на галогеновмісних сполуках, відомих своєю летючістю та хімічною інертністю, властивостями, що представляють інтерес для цих речовин.

Першою сполукою, яку було розроблено, був CF₂Кл₂, на той час відомий як фреон (або CFC-12). За свою стипендію Мідглі отримала численні нагороди, зокрема Медаль Перкіна Товариства хімічної промисловості в 1937 р. і Медаль Прістлі, найвища нагорода Американського хімічного товариства (Американського хімічного товариства).

У 1970-х роках фреони були широко поширені, з річним виробництвом, що досягає близько 1 мільйона тонн, що становить майже 500 мільйонів доларів хімічної промисловості.

Джерела:

АНДІНО, Дж. М. Хлорфторвуглеці (CFC) важчі за повітря, тож як, на думку вчених, ці хімікати досягають висоти озонового шару, щоб негативно на нього вплинути? Scientific American. 21 жовт. 1999. Доступно за адресою: < https://www.scientificamerican.com/article/chlorofluorocarbons-cfcs/>. Перевірено 25 червня. 2023.

АМЕРИКАНСЬКЕ ХІМІЧНЕ ТОВАРИСТВО – ACS. Хлорфторвуглеці та руйнування озонового шару. Національна історична хімічна пам'ятка ACS. 18 квіт. 2017. Доступний у: https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html. Перевірено 25 червня. 2023.

БАТЛЕР, Дж. Х. та ін. Запис атмосферних галогеновуглеводнів протягом двадцятого століття з полярного фірнового повітря. природи. 399, стор. 749-755. 1999.

ФІНЛЕЙСОН-ПІТТС, Б. Дж.; ПІТТС, Дж. Немає. Гомогенна та гетерогенна хімія в стратосфері. в: Хімія верхніх і нижніх шарів атмосфери. розд. 12. П. 657-726. Сан-Дієго, Каліфорнія: Academic Press, 2000.

БРАЗИЛЬСЬКИЙ ІНСТИТУТ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ТА ВІДНОВЛЮВАНИХ ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ – IBAMA. Монреальський протокол. 29 листопада 2022. Доступний у: https://www.gov.br/ibama/pt-br/assuntos/emissoes-e-residuos/emissoes/protocolo-de-montreal. Перевірено 25 червня. 2023.

КІМ, К.; ШОН, З.; НГУЕН, Х. Т.; ДЖОН, Е. Огляд основних хлорфторвуглеців та їхніх галогеновуглецевих альтернатив у повітрі. Атмосферне середовище. п. 45. П. 1369-1382. 2011.

МІНІСТЕРСТВО ДОВКІЛЛЯ ТА ЗМІНИ КЛІМАТУ. Віденська конвенція та Монреальський протокол. 29 квіт. 2022. Доступний у: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Перевірено 25 червня. 2023.

Стефано Араухо Новаїс
Вчитель хімії

Корозія металів, головним чином заліза, відбувається в електрохімічних процесах окисно-відновних реакцій.

Дізнайтеся про парникові гази, їх вплив і те, як вони можуть підвищувати температуру нашої планети.

Чи знаєте ви, що таке ідеальний газ? Познайомтеся з моделлю ідеального газу, дізнайтеся, які її характеристики та перегляньте розв’язані вправи з цієї теми!

Дізнайтеся, що таке окис вуглецю, як він утворюється та які ускладнення викликають люди під впливом цього надзвичайно токсичного газу.

Натисніть тут, дізнайтеся про номенклатуру вуглеводнів, встановлену чинними правилами IUPAC, і перегляньте приклади.

Користь і шкода кисню.

Дізнайтеся більше про озон, а також про його характеристики, властивості, формування, ризики та озоновий шар.

Руйнування озонового шару хлорфторвуглецями.

Відкрийте різницю між ізотермічним, ізобаричним та ізоволюметричним перетвореннями газу.