Hlorofluorougljenik

Из Википедије, слободне енциклопедије
(преусмерено са Hlorofluorougljenici)
Иди на навигацију Иди на претрагу
Molekul hlorofluorougljenika
C = ugljenik,
Cl = hlor,
F = fluor.
Prezentacija godišnje distribucije ozona iznad Severne Amerike, u tri stepena. Počinje sa mnogo ozona posebno iznad Aljaske, a 2060. bi sav prešao sa severa na jug
(projekcije NASA za ozon u stratosferi, u Dobsonovim jedinicama, ako se hlorofluorougljenici ne zabrane)

Hlorofluorougljenici (CFC) – hemijska nomenklatura prema IUPAC-u: hloro fluorougljenici (CFC) – su složena hemijska grupa organskih jedinjenja niske molekulske težine, koji se upotrebljavaju kao pogonsko gorivo, rashlađivači ili rastvarači. CFC su ugljovodonici u kojima su atomi vodonika zamenjeni hlorom i fluorom, tako da pripadaju podskupu halougljenika. Oni koji sadrže samo jednu vezu zovu se zasićeni hlorofluorougljenici. Ako veze više ne sadrže vodonik, to su hlorofluorougljenici.

Tokom 1970-ih i 1980-ih godina, utvrđeno je da se oslobađanjem CFC u atmosferu, u velikoj meri smanjuje ozonski omotač u stratosferi (i stvaraju ozonske rupe). Zbog toga je upotreba CFC sada zabranjena u mnogim oblastima ranije primjene.[1][2][3]

Kao halougljenici ili halogenisani ugljovodonici, ova jedinjenja pripadaju grupi ugljovodonika u kojima je najmanje jedan atom vodonika zamenjen jednim od halogena: fluorom, hlorom, bromom ili jodom. U organskoj hemiji, jednostavno halogeni ugljiovodonici se skraćeno označavaju kao s R-X, gdje je R radikal ugljovodonika, a X je atom halogena.

Ove supstance koje su često odlični organski rastvarači.

Oni obično imaju višu tačku ključanja od odgovarajućih ugljovodonika, jer im molekuli, zbog povećanja Van der Valsove sile, formiraju snažnije interakcije. To je uglavnom zbog bolje moći polarizacije halogena sa više vodonika, što potpuno popunjava halogena grupa. Fluor i monohlormetan su na sobnoj temperaturi gasovi, jodometan je tečnost, a potpuno halogenizirani ugljenik tetrajodid je već u čvrstom stanju.

Posebno su interesantni fluorirani ugljovodonici, u kojih se tačka ključanja, povećanjem fluoriranja, čak može smanjiti.

Pod HCFC je delomično uvršten i halogeni CFC, čiji atomi vodonika su samo delomično zamenjeni atomima hlora i fluora. Oni imaju mnogo niži potencijal oštećenja ozonskog omotača od CFC, a i njihov potencijal povećanja globalnog zagrevanja je takođe znatno niži od CFC-a. Osim toga, HCFC već snižen u troposferi i samo delomično dospeva u stratosferu.

Klase jedinjenja i nomenklatura[уреди]

  • Hlorofluorougljenici (CFC): kada potiču od metana i etana, ova jedinjenja imaju formule CCl mF4m i C2ClmF6-m, gde je m različito od nule.
  • Hidrohlorofluorougljenici (HCFC): kada potiču od metana i etana, ova jedinjenja imaju formule CClmFnH4-mn i C2ClxFyH6-xy, gde m, n, x i y iznose nula (0).
  • Bromohlorofluorougljenici i bromofluorougljenici imaju formule slične CFC i HCFC, ali su sa bromom.
  • Hidrofluorougljenici (HFC): kada su izvedeni iz metana, etana, propana i butana, ova jedinjenja imaju odgovarajuće formule CFmH4-m, C2FmH6-m, C3FmH8-m, i C4FmH10-m, gde 'm nije nula (=0).

Sistem numeracije[уреди]

Numeracijski sistem se koristi za fluorisane alkane, sa prefiksom freon-, R, CFC i HCFC–. Krajnje desne vrednosti označavaju broj atoma fluora, naredna vrednost levo je broj atoma vodonika plus 1, a naredna vrednosti levo je broj atoma ugljenika manje jedan (nula se ne navodi). Preostali atomi su hlorni. Stoga, oznaka freon-12 ukazuje na metanski derivat (samo dva broja) koji sadrži dva fluora atoma (drugi 2) i nema vodonika (1-1 = 0) CCl2F2.

Druga, lakša jednačina koja se može primeniti kako bi dobila ispravna molekulska formula CFC/R/ jedinjenja freonske klase, je da se dobijenom broju doda 90. Rezultirajuća vrednost je broj ugljenika kao prvi broj, drugi broj je broj atoma vodonika, a treći pokazuje broj atoma fluora. Ostatak nestalih ugljenikovih veza zauzimaju atomi hlora. Vrednost ove jednačine se uvek izražava kao trodijelni broj. Jednostavan primer je CFC-12: 90 + 12 = 102 → 1 atom ugljenika, 0 vodonika, 2 fluora, a samim tim i 2 atoma hlora, što daje CCl2F2. Glavna prednost ovog načina izračunavanja molekulskog sastava u odnosu na ranije metode, je u tome što prikazuje i broj atoma ugljenika u molekulima.

Freoni koji sadrže brom označavaju se sa četiri broja. Izomeri, koji su obično etanski i propanski derivati, označeni su slovima koja slede numeraciju.

Glavni hlorofluorougljenici
Sistemsko ime Uobičajeno
ime i kod
Tačka ključanja
( °C)
Formula
Trihlorofluorometan Freon-11, R-11, CFC-11 23.77 CCl3F
Dihlorodifluorometan Freon-12, R-12, CFC-12 −29.8 CCl2F2
Difluorometan/Pentafluoroetan R-410A, Puron, AZ-20 −48.5 50% CH2F2/50% CHF2CF3
Hlorotrifluorometan Freon-13, R-13, CFC-13 −81 CClF3
Hlorodifluorometan R-22, HCFC-22 −40.8 CHClF2
Dihlorofluorometan R-21, HCFC-21 8.9 CHCl2F
Hlorofluorometan Freon 31, R-31, HCFC-31 −9.1 CH2ClF
Bromohlorodifluorometan BCF, Halon 1211, H-1211, Freon 12B1 −3.7 CBrClF2
1,1,2-Trihloro-1,2,2-trifluoroetan Freon 113, R-113, CFC-113, 1,1,2-Trihlorotrifluoroetan 47.7 Cl2FC-CClF2
1,1,1-Trihloro-2,2,2-trifluoroetan Freon 113a, R-113a, CFC-113a 45.9 Cl3C-CF3
1,2-Dihloro-1,1,2,2-tetrafluoroetan Freon 114, R-114, CFC-114, Dihlorotetrafluoroetan 3.8 ClF2C-CClF2
1-Hloro-1,1,2,2,2-pentafluoroetan Freon 115, R-115, CFC-115, Hloropentafluoroetan −38 ClF2C-CF3
2-Hloro-1,1,1,2-tetrafluoroetan R-124, HCFC-124 −12 CHFClCF3
1,1-Dihloro-1-fluoroetan R-141b, HCFC-141b 32 Cl2FC-CH3
1-Hloro-1,1-difluoroetan R-142b, HCFC-142b −9.2 ClF2C-CH3
Tetrahloro-1,2-difluoroetan Freon 112, R-112, CFC-112 91.5 CCl2FCCl2F
Tetrahloro-1,1-difluoroetan Freon 112a, R-112a, CFC-112a 91.5 CClF2CCl3
1,1,2-Trihlorotrifluoroetan Freon 113, R-113, CFC-113 48 CCl2FCClF2
1-Bromo-2-hloro-1,1,2-trifluoroetan Halon 2311a 51.7 CHClFCBrF2
2-Bromo-2-chloro-1,1,1-trifluoroetan Halon 2311 50.2 CF3CHBrCl
1,1-Dihloro-2,2,3,3,3-pentafluoropropan R-225ca, HCFC-225ca 51 CF3CF2CHCl2
1,3-Dihloro-1,2,2,3,3-pentafluoropropan R-225cb, HCFC-225cb 56 CClF2CF2CHClF

Delovanje[уреди]

Hlorofluorougljici su vrlo stabilni, nezapaljivi, bez mirisa, transparentni (bezbojni) i često su netoksični ili samo imaju nisku toksičnost. CFC iz serije metana i etana imaju nisku tačku ključanja i kompresijom mogu biti lahko ukapljeni. Zbog inertnosti, hlorofluorougljici (CFC) imaju vremenski dug boravak u atmosferi . Stoga se dižu u stratosferu, gde se razlažu pod uticajem ultraljubičastog zračenja. Tako se otpuštaji radikali hlora ili fluora, koji reagiraju sa ozonom i oštećuju ga. Godine 1981. Virahadran Ramanatan je opisao da je vrlo jak efekat staklene bašte i da će ispuštanje CFC u Zemljinu atmosferu, do 2000. zagrati je u punoj meri, ako emisija tog gasa ne bude drastično smanjena.[4][5][6]

U 2007., u atmosferi su nađena tri CFC sa atipičnim svojstvima, koja su visoko reaktivna i toksična

Proizvodnja[уреди]

Direktno fluorisanje alkana je teško sprovesti, jer je to vrlo egzotermna reakcija, obično eksplozivna i gotovo uvek je rezultat mešavina perfluoriranih jedinjenja. Tehnički se odvajaju hlorofluoroalkani od fluorisanih odgovarajućih hloroalkana s bezvodnim fluorovodonikom, na fiksnim katalizatorima od aluminijuma ili hrom fluorida. Takođe je moguće i upotreba antimon (V) hlorida, kao katalizatora.

  • Primer 1: reakcija ugljeniktetrahlorida s bezvodnim fluorovodonikom u mešavini dihlorodifuorometan, trihlor i hlorovodononik:
.
  • Primer 2: Reakcija hloroforma s bezvodnim fluorovodonikom u hlorodifluorometanu (freon 22). Tu je katalizator antimon (V) hlorid. Takođe je moguća elektrofluorinacija po Simonsu. Ovo je anodno fluoriranje u bezvodni fluorovodonik, u naponu koji vrši oslobađanje elementarnog fluora ako ga nema dovoljno:
.

Freoni[уреди]

Freon je najpre bio naziv aerosolnog kontejnera kompanije © Mikael Damkier/ Shutterstock.com.. Ime freon je registrirani zaštitni znak E.I. du Pont de Nemours & Company.

Sadržavao je nekoliko jednostavnih fluorovanih alifatski organskih jedinjenja, koji se koriste u trgovini i industriji. Osim fluora i ugljenika, prvi freoni često sadrže vodonik, hlor ili brom. Tako je, freon vrsta hlorofluorougljenika (CFC), hidrohlorofluorougljenika (HCFC), i srodnih jedinjenja.

Freoni su bezbojni, bezmirisani, nezapaljivi, nekorozivni gasovi ili tečnosti, niske toksičnosti koje su uvedene kao rashladna sredstva u 1930-im; takođe su se pokazali korisnim kao pogonsko gorivo u aerosolu i u brojnim tehničkim aplikacijama. Njihove niske tačke ključanja, niske površinske napetosti i niske viskoznosti ih čine posebno korisnim u proizvodnji rashladnih uređaja. Oni su izuzetno stabilni, inertni sastojci. U primeni freona nema opasnosti od požara, niti odaju miris u opticaju kroz hlađenje i klima-uređajima. Najvažniji članovi grupe su dihlorodifuorometan (freon 12), trihlorfluormetan (freon 11), hlorodifluorometan (freon 22), dihlorotetrafluoroetan (freon 114), i trihlorotrifluoroetan (freon 113).

Danas je freon zbirno ime za više vrsta gasova koji su se upotrebljavali ili se upotrebljavaju u rashladnim uređajima. Iako pogrešno, počelo se upotrebljavati za skoro sve vrste rashladnih hemijskih sredstava, bez obzira na sastav, pa se tako došlo i do kontroverzne situacije da se freonom nazovu i neki gasovi, kao što su ugljovodonici: metan, etan, propan, itd.

Sredinom 1970-ih, fotohemijskom disocijacijom, utvrđeno je da su freon i srodni CFC umešani u glavne uzročnike očigledne degradacije Zemljinog ozonskog omotača. Nedostatak ozona može doneti pretnju životu na Zemlji, jer on upija ultraljubičasto zračenje koje može izazvati rak kože. Upotreba freona u aerosol-sprejnim kontejnerima je zabranjena u SAD, krajem 1970-ih godina. Do ranih 1990-ih, gomilaju se dokazi o oštećenjima ozona u polarnim područjima, što je povećalo interesovanje javnosti alarmiranje problema, a do 1996. je većina razvijenih zemalja zabranila proizvodnju gotovo svih freona.

Historija i upotreba[уреди]

Krajem 19. veka, proizvedeni su prvi halogenirani ugljovodonici direktnim fluorisanjem (Moissanu) i elektrofilnom katalizom je dobijena razmena halogena (Swarts). Prve CFC (CFCl3 i CF2Cl2) je 1929. sitetizirao Tomas Midgli u kompaniji General Motors. Od 1930. CFC su industrijski proizvođeni i, sve više, kao rashladno sredstvo u opremu za hlađenje, kao pogonsko gorivo od aerosola , kao agensi za pene, kao i rastvarači za čišćenje. Upotreba kao rashlađivača u frižiderima je zabranjena od 1995. godine, zbog učešća CFC u oštećenju ozonskog omotača.

Bromirani CFC su korišteni kao sredstva za gašenje požara, a poznati su kao haloni.

Pre prve upotrebe CFC, 1974. godine bilo je upozorenja na moguće posledice, ali to nije ozbiljno shvaćeno. Otkrića ozonske rupe 1985, uticalo je na promenu svesti. Prema Montrealskom protokolu, od 16. septembra 1987. godine, mnoge zemlje su se obavezale na drastično smanjenje proizvodnje CFC-a. Dana 29. juna 1990. Međunarodna konferencija o zaštiti ozonskog omotača u Londonu (vidi Londonske konferencija), naložila je zabranu ili delimično smanjenje proizvodnje i upotreba CFC i HCFC od 2000. Sporazumom je predviđeno do 1995. godine smanjiti potrošnju CFC za 50%, do 1997. za 85%. Hemijska stabilnost čini ove gasove samo neznatno razgradivim u atmosferi (srednje vreme zadržavanja, u zavisnosti od proizvoda, traje 44-180 godina).

Glavni CFC u rashladnim uređajima
Oznaka Uobičajeno ime Sumarna formula Tačka ključanja
Trihhlorfluorometan Freon 11 CCl3F 24,9 °C
Dihlordifluorometan Freon 12 CCl2F2 −30 °C
Dihlorfluorometan Freon 21 CHCl2F 8,9 °C
Hlordifluorometan Freon 22 CHClF2 −40,7 °C
1,1,2-Trihlor-1,2,2-trifluoroetan Freon 113 CClF2–CCl2F 48 °C
1,2-Dihlor-1,1,2,2-tetrafluoroetan Freon 114 ili Kriofluoran CClF2–CClF2 3,5 °C

Uticaj na životnu sredinu[уреди]

Pošto je niske molekulske težine, vodonik bez CFK, zbog svoje hemijske stabilnosti i velika nestabilnosti u stratosferi, reaguje sa ozonskim omotač. Na primer:

Pritom = foton odgovarajuće frekvencije i hlorni radikal.

Hlorni radikali pretvaraju ozon u biatomni kiseoik. Vezani hlor i kiseonik se ponovo otpuštaju, uz nastanak molekulskog hlora. Putem fotona hlornih radikala, ponovo nastaje odgovarajuća energija, tako da ciklus može početi ispočetka:

Zato se uništava ozonski omotač. Bez njegove zaštitne akcije, znatno da bi se UV zračenje probijalo na Zemljinu površinu, što nanosi štetu biljkama, životinjama i ljudima.[7][8][9][10]

CFC takođe apsorbuje sunčevo zračenje u infracrvenom području (jače od CO2) i vodi u skladu sa svojim potencijalom globalnog zagrijavanja (u ekvivalentu CO2) pojačavaju globalno zagrijavanje. Neki CFC povećavaju potencijal globalnog zagrijavanja u odnosu na ugljen-dioksid do deset hiljada puta.

Alternative[уреди]

Alternative za goriva bazirana na CFC za aerosol- raspršivanje uključuju HFA-134a, koji ne utiče na ozonski omotač, ali je stvara efekat staklene bašte. Međutim, kao lahka za ukapljivanje pod pritiskom, koristi se mješavina alkana, propana i butana. Konzervirani sprejevi nose simbol opasnosti (vrlo lako zapaljivo) habanja. Za rashlađivače se koriste propan, butan, pentan, amonijak, 2,3,3,3-tetrafluoropropen ili ugljen-dioksid i rashladn hlor, kao što su R134a, R404a, itd kao alternative, imajući u vidu da je su prve tri supstance zapaljive, a amonijaka i 2,3,3,3-tetrafluoropropen korozivni i su otrovni.

Kao alternativa CFC u elektronskoj industriji, u proizvodnji ravnih ekrana, solarne ćelije i mikrokola, preporučuje se azot trifluorid. Prema novim metodima mjerenja, još u 2.008. Zabilježena su značajna oštećenja koncentracije ozona u atmosferi i očite klimatske promene.

Nepravilno recikliranje starih frižidera, ipak odnosi velike količine CFC u atmosferu.

Vidi još[уреди]

Reference[уреди]

  1. ^ Atkins P., de Paula J. : Physical chemistry, 8th Ed. W. H. Freeman, San Francisco,}. 2006. ISBN 978-0-7167-8759-4.
  2. ^ -{Binder H. H.: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart. 1999. ISBN 978-3-7776-0736-8.
  3. ^ Whitten K.W., Gailey K. D. and Davis R. E. : General chemistry, 4th Ed. Saunders College Publishing, Philadelphia. 1992. ISBN 978-0-03-072373-5.
  4. ^ Petrucci R.H., Harwood W.S. and Herring F.G. : General Chemistry, 8th Ed. Prentice-Hall. New York: 2002. ISBN 978-0-13-014329-7.
  5. ^ Laidler K. J.: Physical chemistry with biological applications. Benjamin/Cummings, Menlo Park. 1978. ISBN 978-0-8053-5680-9.
  6. ^ Weast R. C., Ed. : CRC Handbook of chemistry and physics. Chemical Rubber Publishing Company, Boca Raton. 1990. ISBN 978-0-8493-0470-5.
  7. ^ Campbell N. A.; et al. (2008). Biology. 8th Ed. Person International Edition, San Francisco. ISBN 978-0-321-53616-7. 
  8. ^ Molecular Biology of the Cell, 4th Ed. Garland Science. 2002. ISBN 978-0-8153-4072-0.  |first1= захтева |last1= у Authors list (помоћ)
  9. ^ G, Voet. Biochemistry, 3rd Ed.[publisher= Wiley. ISBN 978-0-471-19350-0.  |first1= захтева |last1= у Authors list (помоћ)
  10. ^ Bajrović K; Jevrić-Čaušević A.; Hadžiselimović R., ур. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB) Sarajevo. ISBN 978-9958-9344-1-4. 

Литература[уреди]

Spoljašnje veze[уреди]