Хлорофлуоровъглерод

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето

Хлорофлуоровъглеродите (CFC) са органични съединения, изцяло или частично халогенирани алканови въглеводороди, които съдържат въглерод (C), водород (H), хлор (Cl) и флуор (F). Образуват се като летливи деривати на метан, етан и пропан. ДюПон ги популяризира под търговското наименование фреони.

Най-широко разпространен е дихлородифлуорометанът (също фреон-12). Много CFC съединения намират широко приложение като хладилни агенти, горива (при аерозоли) и разтворители. Тъй като тези съединения допринасят за изтъняването на озоновия слой в горната атмосфера, производството им постепенно се прекратява по силата на Монреалския протокол, а те се заменят с други продукти като хидрофлуоровъглероди (HFC).[1] Данни на НАСА от 2018 г. сочат, че озоновият слой се възстановява вследствие забраната на хлорофлуоровъглеродите.[2]

Структура, свойство и получаване[редактиране | редактиране на кода]

Тенденции при газовете, изтъняващи озоновия слой.

Както и при по-простите алкани, въглеродът в CFC съединения се свързва в тетраедрална симетрия. Тъй като атомите на флуора и хлора се различават значително по размер и заряд както от водорода, така и помежду си, хлорофлуоровъглеродите след метана се отклоняват от идеалната тетраедрална симетрия.[3]

Физичните свойства на хлорофлуоровъглеродите могат да се управляват чрез промени в броя и халогенните атоми. По принцип са летливи, но по-малко от началните алкани. Намалената летливост се дължи на молекулярната полярност, предизвикана от халидите, която въвежда допълнителни междумолекулни взаимодействия. Метанът кипи при −161 °C, докато флуорометаните кипят между −51,7 (CF2H2) и −128 °C (CF4). Хлорофлуоровъглеродите имат дори по-висока температура на кипене, тъй като хлоридите се поляризират дори повече от флуоридите. Поради полярността си, CFC съединенията са полезни разтворители, а температурата им на кипене ги прави подходящи за хладилни агенти. Хлорофлуоровъглеродите са много по-малко запалими от метана, отчасти защото съдържат по-малко C-H връзки, но и защото освободените халиди гасят свободните радикали, които поддържат пламъците.

Плътността на CFC съединенията е по-висока от съответстващите им алкани. По принцип, плътността на тези съединения зависи от броя хлориди.

CFC и HCFC съединенията обикновено се получават чрез халогенен обмен, започващ от хлорирани метани и етани. Показателен е синтезът на хлородифлуорометан от хлороформ:

HCCl3 + 2 HF → HCF2Cl + 2 HCl

Бромираните деривати се генерират от реакции на хидрохлорофлуоровъглероди със свободни радикали на, при което C-H връзките се заместват от C-Br връзки. Получаването на обезболяващия 2-бром-2-хлор-1,1,1-трифлуороетан (халотан) е показателно:

CF3CH2Cl + Br2 → CF3CHBrCl + HBr

Приложение[редактиране | редактиране на кода]

CFC и HCFC съединенията имат различни приложения, поради ниската им токсичност, реактивност и запалимост. Всяка пермутация на флуора, хлора и водорода, основаваща се на метан и етан, е проучена, като повечето вече са комерсиализирани. Употребяват се като хладилни агенти, разпенващи агенти, горива в медицински приложения и обезмасляващи разтворители.

Милиарди килограми хлородифлуорометан се произвеждат всяка година като прекурсор на тетрафлуороетилен – мономерът, от който се изработва тефлон.[4]

Номенклатура[редактиране | редактиране на кода]

За флуорираните алкани се използва специална система за номериране с префикси Фреон-, R-, CFC- и HCFC-, където най-дясната стойност обозначава броя флуорни атоми, следващата стойност наляво е броят водородни атоми плюс 1, следващата стойност наляво е броят въглеродни атоми минус 1, а останалите атоми са на хлора. Така например, Фреон-12 обозначава метанов дериват (само две числа), съдържащ два флуорни атоми и нито един водороден. Следователно, това е CCl2F2. Фреоните, съдържащи бром, се обозначават с четири цифри.

Основни хлорофлуоровъглероди
Систематично име Друго име, код Точка на кипене (°C) Формула
Трихлорофлуорометан Фреон-11, R-11, CFC-11 23,77 CCl3F
Дихлородифлуорометан Фреон-12, R-12, CFC-12 −29,8 CCl2F2
Дифлуорометан/пентафлуороетан R-410A, Пурон, AZ-20 −48,5 50% CH2F2/50% CHF2CF3
Хлоротрифлуорометан Фреон-13, R-13, CFC-13 −81 CClF3
Хлородифлуорометан R-22, HCFC-22 −40,8 CHClF2
Дихлорофлуорометан R-21, HCFC-21 8,9 CHCl2F
Хлорофлуорометан Фреон 31, R-31, HCFC-31 −9,1 CH2ClF
Бромохлородифлуорометан BCF, Халон 1211, H-1211, Фреон 12B1 −3,7 CBrClF2
1,1,2-трихлоро-1,2,2-трифлуороетан Фреон 113, R-113, CFC-113, 1,1,2-Трихлоротрифлуороетан 47,7 Cl2FC-CClF2
1,1,1-трихлоро-2,2,2-трифлуороетан Фреон 113a, R-113a, CFC-113a 45,9 Cl3C-CF3
1,2-дихлоро-1,1,2,2-тетрафлуороетан Фреон 114, R-114, CFC-114, Дихлоротетрафлуороетан 3,8 ClF2C-CClF2
1-хлоро-1,1,2,2,2-пентафлуороетан Фреон 115, R-115, CFC-115, Хлоропентафлуороетан −38 ClF2C-CF3
2-хлоро-1,1,1,2-тетрафлуороетан R-124, HCFC-124 −12 CHFClCF3
1,1-дихлоро-1-флуороетан R-141b, HCFC-141b 32 Cl2FC-CH3
1-хлоро-1,1-дифлуороетан R-142b, HCFC-142b −9,2 ClF2C-CH3
Тетрахлоро-1,2-дифлуороетан Фреон 112, R-112, CFC-112 91,5 CCl2FCCl2F
Тетрахлоро-1,1-дифлуороетан Фреон 112a, R-112a, CFC-112a 91,5 CClF2CCl3
1,1,2-Трихлоротрифлуороетан Фреон 113, R-113, CFC-113 48 CCl2FCClF2
1-бромо-2-хлоро-1,1,2-трифлуороетан Халон 2311a 51,7 CHClFCBrF2
2-бромо-2-хлоро-1,1,1-трифлуороетан Халон 2311 50,2 CF3CHBrCl
1,1-Дихлоро-2,2,3,3,3-пентрафлуоропропан R-225ca, HCFC-225ca 51 CF3CF2CHCl2
1,3-Дихлоро-1,2,2,3,3-пентрафлуоропропан R-225cb, HCFC-225cb 56 CClF2CF2CHClF

История[редактиране | редактиране на кода]

Тетрахлорометан (CCl4) се използва в пожарогасителите и стъклените противопожарни гранати от края на 19 век до края на Втората световна война. Белгийският учен Фредерик Суартс първи синтезира CFC съединения през 1890-те години. Той разработва ефективен агент на обмяна, който заменя хлорида във въглеродния тетрахлорид с флуор, при което се получават CFC-11 (CCl3F) и CFC-12 (CCl2F2). Опитите с хлороалкани за пожарогасене на военните самолети започват през 1920-те години. Фреон е търговското име на група хлорофлуоровъглероди, използвани главно като хладилни агенти, но намиращи приложение и в пожарогасенето и като гориво в аерозолите.

През 1960-те години флуороалканите и бромофлуороалканите бързо стават известни като високоефективни противопожарни материали. Към края на десетилетието те вече са стандартни материали там, където водните и праховите пожарогасители представляват заплаха от повреждане на имота (стаи с компютри, телекомуникационно оборудване, лаборатории, музеи и други). През 1970-те години бромофлуороалканите се използват за бързо потушаване на тежки пожари в ограничените пространства на военните кораби с минимален риск за екипажа.

След 1980-те години употребата на CFC съединения попада под много сериозни регулации, поради разрушителното им влияние върху озоновия слой. Вредата, която носят тези съединения, е открита от Шерууд Роуланд и Марио Молина още през 1974 г. Оказва се, че едно от най-желаните свойства на CFC съединенията, тяхната слаба реактивност, е ключът към най-разрушителния им ефект. Липсата им на реактивност ги прави устойчиви в продължение на над сто години, през което време те се разсейват в горната стратосфера.[5] Веднъж попаднали там, ултравиолетовото лъчение на Слънцето вече е достатъчно силно, за да предизвика разцепване на C-Cl връзките.

През 1987 г. е съставен Монреалският протокол, който налага драстични ограничения върху производството на хлорофлуоровъглеродите. И докато той ограничава производството и употребата на CFC съединения, емисиите от наличните запаси на CFC съединения не се регулират.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. "Climate Change." The White House. 6 August 2014.
  2. Samson Reiny. NASA Study: First Direct Proof of Ozone Hole Recovery Due to Chemicals Ban. // NASA, 4 януари 2018.
  3. Siegemund, Günter et al. (2002) „Fluorine Compounds, Organic“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a11_349
  4. Rossberg, M. et al. (2006) „Chlorinated Hydrocarbons“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a06_233.pub2
  5. Lee, Bing-Sun и др. The Relationship of Meteorological and Anthropogenic Factors to Time Series Measurements of CFC-11, CFC-12, and CH3CCl3 Concentrations in the Urban Atmosphere. // Atmospheric Environment 42 (33). октомври 2008. DOI:10.1016/j.atmosenv.2008.05.042. с. 7707.