Хлорфторвуглеводні або хлорофлуорокарбони (англ. chlorofluorocarbons (CFC), рос. хлорфторуглероды) — дуже стабільні органічні сполуки, що складаються лише з атомів хлору, фтору і карбону, і мають загальну формулу CFxCl4-x або С2FxCl6-x.
Використовуються в холодильній техніці та як розчинники. Є джерелом хлору та флуору у верхніх шарах атмосфери і вважаються руйнівниками озону. У стратосфері при фотолізі розкладаються з утворенням CO2, HF та радикалів.
Історія
Вперше CFC були синтезовані у 1890-х роках бельгійськім хіміком Фредеріком Шварцем. У 1928 році Томас Міджлі, разом з Альбертом Хенном і Робертом Макнарі, шукаючи, за завданням корпорацій General Motors, DuPont і Frigidaire, безпечний холодоагент, базуючись на способі Шварца, синтезував дифлуородихлорометан (CFC-12). Демонструючи нетоксичність і незаймистість цієї сполуки, Міджлі проводив таку демонстрацію: вдихав пари речовини, а потім гасив видихом свічку. Така речовина була надзвичайно корисною для тодішньої індустрії рефрижераторів, оскільки як холодоагенти у той час використовувалися такі небезпечні речовини як аміак, метилхлорид і диоксид сірки, що призводило час від часу до нещасних випадків і гибелі людей. У 1930 році винахідники отримали патент на використання сполуки у якості холодоагенту, і того ж року General Motors і DuPont організували компанію Kinetic Chemical Company, що почала виготовляти холодильники за новою технологією. У 1932 році DuPont зареєструвала CFC-12 під торговою маркою «фреон».
У 1932 році Carrier Engineering Corporation почала продавати перший побутовий кондиціонер під брендом «Atmospheric Cabinet», що працював на CFC-11.
Під час другої світової війни CFC почав використовуватись у антималярійних репелентах (рідкий CFC при атмосферному тиску випаровувався, ефективно розпиляючи розчиненні речовини), а після війни аерозольні балончики з ним стали використовуватись повсюдно.
У 1950-х була винайдена технологія виробництва спіненого поліуретану з використанням CFC.
У 1974 Шервуд Роуленд і Маріо Моліна висунули гіпотезу, що фреони можуть спричиняти руйнування озону у стратосфері, а у 1985 році було зафіксоване виникнення «озонової діри» над Антарктидою. Втім, до кінця 1980-х виробництво CFC зростало, досягнувши 1200 тисяч тонн на рік. У 1989 році був прийнятий Монреальський протокол про речовини що руйнують озоновий шар, після чого використання CFC почало різко спадати.
У 1990-х хлорфторвуглеводні були заміщені гідрохлорфторвуглеводнями, що мають значно меншу тривалість життя в атмосфері, а тому не накопичуються такими темпами. У 2000-х роках індустрія перейшла з гідрохлорфторвуглеводнів на ще більш безпечні сполуки, такі як гідрофторкарбонати.
Номенклатура
Хлорфторвуглеводні використовують специфічну систему найменувань, що була запропонована ще у 1929 році і збереглася історично. Ця ж система використовується для позначення гідрохлорфторвуглеводнів.
Для позначення конкретної молекули використовується три числа:
- кількість атомів карбону — 1
- кількість атомів гідрогену + 1 (у хлорфторвуглеводнях немає атомів гідрогену, тому це число завжди дорівнює одиниці)
- кількість атомів фтору
Кількість атомів хлору може бути вирахувана за формулою Cl = 2(C+1) − H − F.
Якщо перше число дорівнює нулю — його опускають.
Наприклад, CFC-12 має 1 атом карбону, 0 атомів гідрогену, 2 атоми фтору і 2 атоми хлору, а CFC-112 має 2 атоми карбону, 0 атомів гідрогену, 2 атоми фтору і 4 атоми хлору. Ізомери позначаються маленькими латинськими літерами в кінці, наприклад CFC-113b.
Іноді замість CFC-n використовують позначення R-n (від англ. refrigerant) або F-n (від Freon).
Вплив на озоносферу
Озоносферою називають частину стратосфери, у якій спостерігається підвищена концентрація озону. Озон у цьому шарі перебуває у динамічній рівновазі з молекулами O2 і вільними атомами кисню: ультрафіолетове випромінювання розбиває молекули кисню і озону на окремі атоми, які, в свою чергу, взаємодіючи з іншими молекулами кисню, утворюють озон, а взаємодіючи з озоном, знов утворюють двоатомні молекули.
Попри те, що максимальна концентрація озону становить лише 10 мільйонних, він ефективно абсорбує ультрафіолетове випромінювання в діапазоні 200—300 нм (поглинаючи УФ-випромінювання, озон дисоціює на O2 і вільний кисень).
Молекули хлорфторвуглеводнів є вкрай стійкими, що дозволяє їм довго зберігатись у атмосфері. У стратосфері вони повільно дисоціюють під дією сонячного світла, вивільняючи атоми хлору, які в свою чергу вступають у такий цикл реакцій:
- ,
В результаті цього руйнується молекула озону, а вільний атом хлору знов повертається в атмосферу і може знову вступати в реакцію. Одна молекула CFC може таким чином зруйнувати 100000 молекул озону.
Обмеження на використання
У 1985 році була погоджена, у 1988 році ратифікована Віденська конвенція про охорону озонового шару, що прямо вказувала на хлорфторвуглеводні як на причину зменшення кількості озону в атмосфері і передбачала створення протоколу, що буде містити конкретні кроки і обмеження на їх використання.
Цей протокол був погоджений у 1988 році (Монреальський протокол), а у 1991 році був створений фонд, що займався імплементацією його положень. Монреальський протокол ставив ціль зменшити до 2000 року викиди CFC-11, -12, -113, -114, і -115. Пізніше було затверджено кілька додаткових угод (Лондонська, Копенгагенська, Монреальська, Пекінська і Кігалійська поправки), що розширювали сферу дії на інші речовини, що руйнують озон та ставили більш амбіційні цілі. Зараз Монреальський протокол вважається найуспішнішим прикладом міжнародної екологічної угоди. 198 країн ратифікували його, 160 з яких затвердили. Вже у 1992 році виробництво CFC зменшилося на 50 %. З 1995 року ці речовини не використовуються у холодильниках. На початку 2000-х виробництво CFC було повністю припинено у розвинутих країнах (у США з 2002 року). Споживання CFC практично припинилося з 2011 року. Загалом, використання речовин, що загрожують озоновому шару з моменту прийняття протоколу зменшилося на 99 % до 2016 року. Додатковим позитивним ефектом є сповільнення глобального потепління, через те що хлорфторвуглеводні є дуже сильними парниковими газами.
Незважаючи на припинення використання, рівень CFC у атмосфері зменшується дуже повільно, менш ніж на 1 % за рік, по-перше через те, що рефрижератори і кондиціонери, виготовленні до 1995 року містять хлорфторвуглеводні, а по-друге через їх значну хімічну стійкість, через яку час життя різних CFC становить від 50 до 500 років.
Примітки
- Myers, 2007, с. 101.
- CFCS RISE AND FALL OF CHEMICAL 'MIRACLE'(англ.)
- Chlorofluorocarbons (CFCs)(англ.)
- Myers, 2007, с. 102.
- Myers, 2007, с. 103.
- Name that compound: The numbers game for CFCs, HFCs, HCFCs, and Halons(англ.)
- Photolysis of Atmospheric Ozone in the Ultraviolet Region(англ.)
- How ozone is destroyed by CFCs(англ.)
- Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer (англ.)
- All Ratifications(англ.)
- Ozone Layer(англ.)
- Protecting the ozone Layer and reducing gLobaL Warming [ 2021-01-18 у Wayback Machine.](англ.)
- Are fluorocarbons still an issue in refrigerators, freezers, and air conditioners?(англ.)
- Scientifc Assessment of Ozone Depletion: 2014(англ.)
Джерела
- Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — .
- Richard L. Myers. The 100 Most Important Chemical Compounds: A Reference Guide. — Westport : Greenwood press, 2007. — 352 с. — .
Посилання
- ХЛОРФТОРВУГЛЕВОДНІ //Фармацевтична енциклопедія
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Hlorftorvuglevodni abo hlorofluorokarboni angl chlorofluorocarbons CFC ros hlorftoruglerody duzhe stabilni organichni spoluki sho skladayutsya lishe z atomiv hloru ftoru i karbonu i mayut zagalnu formulu CFxCl4 x abo S2FxCl6 x Vikoristovuyutsya v holodilnij tehnici ta yak rozchinniki Ye dzherelom hloru ta fluoru u verhnih sharah atmosferi i vvazhayutsya rujnivnikami ozonu U stratosferi pri fotolizi rozkladayutsya z utvorennyam CO2 HF ta radikaliv IstoriyaVpershe CFC buli sintezovani u 1890 h rokah belgijskim himikom Frederikom Shvarcem U 1928 roci Tomas Midzhli razom z Albertom Hennom i Robertom Maknari shukayuchi za zavdannyam korporacij General Motors DuPont i Frigidaire bezpechnij holodoagent bazuyuchis na sposobi Shvarca sintezuvav difluorodihlorometan CFC 12 Demonstruyuchi netoksichnist i nezajmistist ciyeyi spoluki Midzhli provodiv taku demonstraciyu vdihav pari rechovini a potim gasiv vidihom svichku Taka rechovina bula nadzvichajno korisnoyu dlya todishnoyi industriyi refrizheratoriv oskilki yak holodoagenti u toj chas vikoristovuvalisya taki nebezpechni rechovini yak amiak metilhlorid i dioksid sirki sho prizvodilo chas vid chasu do neshasnih vipadkiv i gibeli lyudej U 1930 roci vinahidniki otrimali patent na vikoristannya spoluki u yakosti holodoagentu i togo zh roku General Motors i DuPont organizuvali kompaniyu Kinetic Chemical Company sho pochala vigotovlyati holodilniki za novoyu tehnologiyeyu U 1932 roci DuPont zareyestruvala CFC 12 pid torgovoyu markoyu freon U 1932 roci Carrier Engineering Corporation pochala prodavati pershij pobutovij kondicioner pid brendom Atmospheric Cabinet sho pracyuvav na CFC 11 Pid chas drugoyi svitovoyi vijni CFC pochav vikoristovuvatis u antimalyarijnih repelentah ridkij CFC pri atmosfernomu tisku viparovuvavsya efektivno rozpilyayuchi rozchinenni rechovini a pislya vijni aerozolni balonchiki z nim stali vikoristovuvatis povsyudno U 1950 h bula vinajdena tehnologiya virobnictva spinenogo poliuretanu z vikoristannyam CFC U 1974 Shervud Roulend i Mario Molina visunuli gipotezu sho freoni mozhut sprichinyati rujnuvannya ozonu u stratosferi a u 1985 roci bulo zafiksovane viniknennya ozonovoyi diri nad Antarktidoyu Vtim do kincya 1980 h virobnictvo CFC zrostalo dosyagnuvshi 1200 tisyach tonn na rik U 1989 roci buv prijnyatij Monrealskij protokol pro rechovini sho rujnuyut ozonovij shar pislya chogo vikoristannya CFC pochalo rizko spadati U 1990 h hlorftorvuglevodni buli zamisheni gidrohlorftorvuglevodnyami sho mayut znachno menshu trivalist zhittya v atmosferi a tomu ne nakopichuyutsya takimi tempami U 2000 h rokah industriya perejshla z gidrohlorftorvuglevodniv na she bilsh bezpechni spoluki taki yak gidroftorkarbonati NomenklaturaHlorftorvuglevodni vikoristovuyut specifichnu sistemu najmenuvan sho bula zaproponovana she u 1929 roci i zbereglasya istorichno Cya zh sistema vikoristovuyetsya dlya poznachennya gidrohlorftorvuglevodniv Dlya poznachennya konkretnoyi molekuli vikoristovuyetsya tri chisla kilkist atomiv karbonu 1 kilkist atomiv gidrogenu 1 u hlorftorvuglevodnyah nemaye atomiv gidrogenu tomu ce chislo zavzhdi dorivnyuye odinici kilkist atomiv ftoru Kilkist atomiv hloru mozhe buti virahuvana za formuloyu Cl 2 C 1 H F Yaksho pershe chislo dorivnyuye nulyu jogo opuskayut Napriklad CFC 12 maye 1 atom karbonu 0 atomiv gidrogenu 2 atomi ftoru i 2 atomi hloru a CFC 112 maye 2 atomi karbonu 0 atomiv gidrogenu 2 atomi ftoru i 4 atomi hloru Izomeri poznachayutsya malenkimi latinskimi literami v kinci napriklad CFC 113b Inodi zamist CFC n vikoristovuyut poznachennya R n vid angl refrigerant abo F n vid Freon Vpliv na ozonosferuOzonosferoyu nazivayut chastinu stratosferi u yakij sposterigayetsya pidvishena koncentraciya ozonu Ozon u comu shari perebuvaye u dinamichnij rivnovazi z molekulami O2 i vilnimi atomami kisnyu ultrafioletove viprominyuvannya rozbivaye molekuli kisnyu i ozonu na okremi atomi yaki v svoyu chergu vzayemodiyuchi z inshimi molekulami kisnyu utvoryuyut ozon a vzayemodiyuchi z ozonom znov utvoryuyut dvoatomni molekuli Popri te sho maksimalna koncentraciya ozonu stanovit lishe 10 miljonnih vin efektivno absorbuye ultrafioletove viprominyuvannya v diapazoni 200 300 nm poglinayuchi UF viprominyuvannya ozon disociyuye na O2 i vilnij kisen Molekuli hlorftorvuglevodniv ye vkraj stijkimi sho dozvolyaye yim dovgo zberigatis u atmosferi U stratosferi voni povilno disociyuyut pid diyeyu sonyachnogo svitla vivilnyayuchi atomi hloru yaki v svoyu chergu vstupayut u takij cikl reakcij C l O 3 C l O O 2 displaystyle Cl O 3 to ClO O 2 C l O O C l O 2 displaystyle ClO O to Cl O 2 V rezultati cogo rujnuyetsya molekula ozonu a vilnij atom hloru znov povertayetsya v atmosferu i mozhe znovu vstupati v reakciyu Odna molekula CFC mozhe takim chinom zrujnuvati 100000 molekul ozonu Obmezhennya na vikoristannyaU 1985 roci bula pogodzhena u 1988 roci ratifikovana Videnska konvenciya pro ohoronu ozonovogo sharu sho pryamo vkazuvala na hlorftorvuglevodni yak na prichinu zmenshennya kilkosti ozonu v atmosferi i peredbachala stvorennya protokolu sho bude mistiti konkretni kroki i obmezhennya na yih vikoristannya Cej protokol buv pogodzhenij u 1988 roci Monrealskij protokol a u 1991 roci buv stvorenij fond sho zajmavsya implementaciyeyu jogo polozhen Monrealskij protokol staviv cil zmenshiti do 2000 roku vikidi CFC 11 12 113 114 i 115 Piznishe bulo zatverdzheno kilka dodatkovih ugod Londonska Kopengagenska Monrealska Pekinska i Kigalijska popravki sho rozshiryuvali sferu diyi na inshi rechovini sho rujnuyut ozon ta stavili bilsh ambicijni cili Zaraz Monrealskij protokol vvazhayetsya najuspishnishim prikladom mizhnarodnoyi ekologichnoyi ugodi 198 krayin ratifikuvali jogo 160 z yakih zatverdili Vzhe u 1992 roci virobnictvo CFC zmenshilosya na 50 Z 1995 roku ci rechovini ne vikoristovuyutsya u holodilnikah Na pochatku 2000 h virobnictvo CFC bulo povnistyu pripineno u rozvinutih krayinah u SShA z 2002 roku Spozhivannya CFC praktichno pripinilosya z 2011 roku Zagalom vikoristannya rechovin sho zagrozhuyut ozonovomu sharu z momentu prijnyattya protokolu zmenshilosya na 99 do 2016 roku Dodatkovim pozitivnim efektom ye spovilnennya globalnogo poteplinnya cherez te sho hlorftorvuglevodni ye duzhe silnimi parnikovimi gazami Nezvazhayuchi na pripinennya vikoristannya riven CFC u atmosferi zmenshuyetsya duzhe povilno mensh nizh na 1 za rik po pershe cherez te sho refrizheratori i kondicioneri vigotovlenni do 1995 roku mistyat hlorftorvuglevodni a po druge cherez yih znachnu himichnu stijkist cherez yaku chas zhittya riznih CFC stanovit vid 50 do 500 rokiv PrimitkiMyers 2007 s 101 CFCS RISE AND FALL OF CHEMICAL MIRACLE angl Chlorofluorocarbons CFCs angl Myers 2007 s 102 Myers 2007 s 103 Name that compound The numbers game for CFCs HFCs HCFCs and Halons angl Photolysis of Atmospheric Ozone in the Ultraviolet Region angl How ozone is destroyed by CFCs angl Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer angl All Ratifications angl Ozone Layer angl Protecting the ozone Layer and reducing gLobaL Warming 2021 01 18 u Wayback Machine angl Are fluorocarbons still an issue in refrigerators freezers and air conditioners angl Scientifc Assessment of Ozone Depletion 2014 angl DzherelaGlosarij terminiv z himiyi uklad J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Don Veber 2008 738 s ISBN 978 966 335 206 0 Richard L Myers The 100 Most Important Chemical Compounds A Reference Guide Westport Greenwood press 2007 352 s ISBN 9780313080579 PosilannyaHLORFTORVUGLEVODNI Farmacevtichna enciklopediya