Clorofluorocarbonos

Triclorofluorometano (Freón-11, CFC-11 o R-11), ejemplo de un clorofluorocarbono.

Los clorofluorocarbonos ( CFC , nomenclatura química de la IUPAC : cloro fluorocarbonos , HCFC o freones ) son un extenso grupo químico de compuestos orgánicos de bajo peso molecular que se utilizan como propulsores , refrigerantes o disolventes . Los CFC son hidrocarburos en los que los átomos de hidrógeno han sido reemplazados por los halógenos cloro y flúor ; son un subgrupo de los hidrocarburos halogenados . Los CFC que contienen solo enlaces simples se denominan CFC saturados . Si el compuesto ya no contiene hidrógeno, se llama clorofluorocarbonos . Durante las décadas de 1970 y 1980 quedó claro que la liberación de CFC a la atmósfera es en gran medida responsable del agotamiento de la capa de ozono en la estratosfera (" agujero de ozono "), razón por la cual el uso de CFC ahora está prohibido en muchas áreas de aplicación.

Con el nombre de clorofluorocarburo "parcialmente halogenado" de los HCFC , sus átomos de hidrógeno son reemplazados parcialmente por átomos de cloro y flúor: tienen un potencial de agotamiento del ozono mucho menor que los CFC, su potencial de calentamiento global también es muy inferior al de los CFC. Además, los HCFC ya se descomponen en la troposfera y solo llegan parcialmente a la estratosfera.

propiedades

Los CFC son muy resistentes, no inflamables, inodoros, transparentes (incoloros) y, a menudo, no son tóxicos o tienen un bajo nivel de toxicidad . Los CFC de las series metano y etano tienen un punto de ebullición bajo y pueden licuarse fácilmente por compresión. Dado que pueden absorber grandes cantidades de calor durante la evaporación, son particularmente importantes como refrigerantes (ver más abajo). Los CFC, debido a su inercia, tienen un alto tiempo de residencia en la atmósfera . Por lo tanto, se elevan a la estratosfera, donde son degradados por los rayos ultravioleta. Esto libera radicales de cloro o flúor , que reaccionan con el ozono de la capa de ozono y la dañan. En 1981, Veerabhadran Ramanathan describió que el fuerte efecto invernadero de los clorofluorocarbonos por sí solos calentaría la atmósfera terrestre en un grado completo para el año 2000 si las emisiones de este gas no se redujeran drásticamente.

En 2007, se detectaron en la atmósfera tres CFC con propiedades atípicas, muy reactivos y tóxicos.

Dado que no se conocen reacciones naturales que liberen CFC, el análisis espectral se utilizará en el futuro para buscar CFC en atmósferas de exoplanetas , lo que significaría que probablemente exista una civilización productora de CFC allí.

Fabricación

La fluoración directa de los alcanos es difícil de realizar, ya que la reacción altamente exotérmica suele tener lugar de forma explosiva y casi siempre conduce a una mezcla de compuestos perfluorados. Técnicamente, los clorofluoroalcanos se obtienen fluorando los correspondientes cloroalcanos con fluoruro de hidrógeno anhidro sobre catalizadores de lecho fijo hechos de fluoruros de aluminio o cromo . También es posible utilizar un catalizador de cloruro de antimonio (V).

Ejemplo 1

Conversión de tetracloruro de carbono con fluoruro de hidrógeno anhidro en una mezcla de diclorodifluorometano , triclorofluorometano y cloruro de hidrógeno :

${\ Displaystyle {\ ce {2 \, CCl_ {4} \ +3 \, HF \ longrightarrow CCl_ {2} F_ {2} \ + CCl_ {3} F \ +3 \, HCl}}}$

Ejemplo 2

Reacción de cloroformo con fluoruro de hidrógeno anhidro en clorodifluorometano (Freón 22). Aquí se utiliza cloruro de antimonio (V) como catalizador.

${\ Displaystyle {\ ce {CHCl_ {3} \ +2 \, HF \ longrightarrow CHClF_ {2} \ +2 \, HCl}}}$

También es posible la electrofluoración según Simons. La fluoración anódica se lleva a cabo en fluoruro de hidrógeno anhidro a un voltaje que aún no es suficiente para liberar flúor elemental.

Historia y uso

A finales del siglo XIX, los primeros hidrocarburos halogenados se produjeron mediante fluoración directa (Moissan) e intercambio de halógenos catalizado electrofilicamente (Swarts). Los primeros CFC (CFCl ₃ y CF ₂ Cl ₂ ) fueron sintetizados en 1929 por Thomas Midgley en General Motors . A partir de 1930, los CFC se produjeron técnicamente y se utilizaron cada vez más como refrigerantes en máquinas de refrigeración , como propulsores para aerosoles , como propulsores para espumas , como agentes de limpieza y disolventes . Su uso como refrigerante en refrigeradores está prohibido desde 1995 porque los CFC contribuyen a la destrucción de la capa de ozono .

Los CFC que contienen bromo se utilizaron como agentes extintores de incendios y también se conocen como halones .

Los químicos Harold D. Johnston, Emanuel Sassim, Paul J. Crutzen (en realidad un meteorólogo), Frank Sherwood Rowland y Mario J. Molina descubrieron el mecanismo radical a principios de la década de 1970. Los CFC se convierten en radicales reactivos que pueden destruir el ozono en la estratosfera. El uso de CFC se advirtió por primera vez en 1974, pero esto solo se tomó en serio en los EE. UU. El descubrimiento del agujero de ozono en 1985 provocó un cambio de opinión. En el Protocolo de Montreal del 16 de septiembre de 1987, muchos países se comprometieron a reducir drásticamente la producción de CFC. El 29 de junio de 1990, la conferencia internacional sobre la protección de la capa de ozono en Londres (ver también Conferencia de Londres ) decidió prohibir o al menos restringir severamente la producción y uso de CFRP y CFC a partir del año 2000. El acuerdo preveía reducir el uso de CFC en un 50% para 1995 y en un 85% para 1997. A partir de 2018, se reconoció públicamente que una fuente desconocida en el este de Asia ha estado emitiendo cantidades significativas de CFC de alrededor de 13.000 t anuales desde aproximadamente 2012. Según una investigación de la Agencia de Investigación Ambiental , esto se debió al hecho de que numerosos fabricantes chinos de materiales de construcción utilizan CFC-11 en la producción de espuma aislante. La estabilidad química hace que estos gases sean difíciles de degradar en la atmósfera (tiempo medio de residencia entre 44 y 180 años, según el producto). A principios de 2021 se demostró que las emisiones de China se han reducido drásticamente.

Los principales refrigerantes CFC:

Impacto medioambiental

Los CFRP de bajo peso molecular , libres de hidrógeno, ingresan a la estratosfera debido a su estabilidad química y su alta volatilidad y reaccionan con la capa de ozono . Ejemplo:

${\ Displaystyle \ mathrm {CF_ {2} Cl_ {2}} + h \ cdot \ nu \ longrightarrow \ mathrm {CF_ {2} Cl ^ {*} + Cl ^ {*}}}$

Un fotón significa una frecuencia adecuada y un radical cloro .${\ Displaystyle h \ cdot \ nu}$${\ Displaystyle \ mathrm {Cl ^ {*}}}$

El radical de cloro descompone el ozono en oxígeno biológico ( molecular ) O ₂ . El cloro unido al oxígeno se vuelve a liberar, por lo que se forma cloro molecular Cl ₂ . Mediante un fotón de energía adecuada, los radicales de cloro se liberan nuevamente, permitiendo que el ciclo comience de nuevo:

${\ Displaystyle \ mathrm {Cl ^ {*} + O_ {3} \ longrightarrow ClO ^ {*} + O_ {2}}}$

${\ Displaystyle \ mathrm {2 \, ClO ^ {*} \ longrightarrow Cl_ {2} O_ {2} \ longrightarrow Cl_ {2} + O_ {2}}}$

${\ Displaystyle \ mathrm {Cl_ {2}} + h \ cdot \ nu \ longrightarrow \ mathrm {2 \, Cl ^ {*}}}$

Los CFC representan una amenaza para la capa de ozono

Esto destruye la capa de ozono. Sin los efectos protectores de la radiación ultravioleta dura puede penetrar en la superficie de la tierra y dañar las plantas , los animales y los seres humanos .

Los CFC también absorben la radiación solar en el rango infrarrojo (más fuertemente que el CO ₂ ) y contribuyen de manera diferente al calentamiento global según su respectivo potencial de calentamiento global (en equivalente de CO ₂ ) . Algunos CFC superan en diez mil veces el potencial de calentamiento global del dióxido de carbono.

Restricciones y prohibiciones

“Los CFC fueron prohibidos en Estados Unidos en 1974.” A pesar de los esfuerzos globales para reducir drásticamente la producción, en 1997 “el mercado de estos compuestos [...] rondaba los 27 millones de kilos por valor de 1.500 millones de dólares. [...] En los países del tercer mundo, los CFC no estarán prohibidos hasta 2010. "

El reciclaje inadecuado de refrigeradores viejos en Alemania (datos de 2006) aún libera grandes cantidades de CFC a la atmósfera, mientras que en Austria se separan muchos más CFC durante el reciclaje.

Alternativas

Las alternativas a los propulsores a base de CFC para aerosoles : la pulverización incluye a .. HFA-134a , que no afecta la capa de ozono, pero promueve el efecto invernadero . La mayoría de las veces, sin embargo, se utiliza una mezcla de alcanos de propano y butano que es fácil de licuar bajo presión , por lo que estos aerosoles llevan el símbolo de peligro extremadamente inflamable . En lo que respecta a refrigerantes , como alternativas se encuentran disponibles propano, butano, pentano , amoníaco , 2,3,3,3-tetrafluoropropeno o dióxido de carbono , así como refrigerantes sin cloro como el R134a , R404a, etc., aunque conviene señalarlo. que las tres primeras sustancias son inflamables, el amoníaco y el 2,3,3,3-tetrafluoropropeno son corrosivos y tóxicos .

El trifluoruro de nitrógeno , que se ha utilizado desde entonces, se recomendó como alternativa a los CFC en la industria electrónica en la fabricación de pantallas planas, células solares y microcircuitos . En 2008, nuevos métodos de medición demostraron su concentración en la atmósfera y el daño significativo al clima.

Ver también

• Fluorocarbonos (HFC)

literatura

• Ulrich Schurath: Fluorocarbonos: ¿un riesgo medioambiental? En: Chemistry in Our Time , Volumen 11, 1977, No. 6, págs. 181-189, doi : 10.1002 / ciuz.19770110604 .
• Peter Frieß , Andreas Fickers (eds.): Dieter Bärmann y Wolfgang Lohbeck hablan sobre "¿Publicidad contra la destrucción del medio ambiente?" La introducción del primer refrigerador sin CFC ni HFC (= TechnikDialog , número 8). Deutsches Museum / Lemmens, Bonn 1997, ISBN 3-932306-05-8 .

Observaciones

1. ↑ Específicamente representa la constante de Planck y la frecuencia (ver fotón ).${\ Displaystyle h}$${\ Displaystyle \ nu}$
2. ↑ La declaración proviene de Bill Bryson : A Brief History of Almost Everything , 2005, p. 197 y está documentada por Wayne Biddle: A Field Guide to the invisible , New York, Henry Holt & Co, 1998, p. 62: “A Kilos de CFC pueden capturar y destruir varios miles de kilos de ozono de la atmósfera ".

enlaces web

Wikcionario: clorofluorocarbono  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones

• El Protocolo de Montreal de 1987 y el Acuerdo Industrial para la Protección de la Capa de Ozono (Convenio de Viena de 1985)
• Servidor educativo de Hamburgo: CFC - Cambio climático

Evidencia individual

1. ↑ ^{a b c d e} Vollhardt, K. Peter C.; Schore, Neil E.; Butenschön, Holger: Química orgánica. 5a ed. Nueva York: John Wiley & Sons, 2011, p. 133.
2. ↑ Spencer Weart: El descubrimiento del calentamiento global: otros gases de efecto invernadero . Centro de Historia del Instituto Americano de Física , aip.org
3. ↑ JC Laube y A. Engel: Primeras observaciones atmosféricas de tres clorofluorocarbonos (PDF; 504 kB). en: Atmos. Chem. Phys. Discutir. , 2008, 8, págs. 6683-6695.
4. ↑ Kai Stoppel: "Los CFC serían una indicación de una civilización". Consultado el 27 de noviembre de 2019 . 
5. ↑ ^{a b} H. Beyer, W. Walter, Hidrocarburos fluorados . Libro de texto de química orgánica , 22a edición, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1991, p. 138ff.
6. ↑ Asesino del ozono: una sustancia prohibida en la atmósfera - WELT. En: welt.de. Consultado el 18 de mayo de 2018 . 
7. ^ El aumento de las emisiones químicas que forman agujeros de ozono y una fuente misteriosa en el este de Asia puede ser la responsable - The Independent. En: independent.co.uk. Consultado el 18 de mayo de 2018 . 
8. ↑ CFC: Por qué China sigue lanzando el químico peligroso al aire - WELT. En: welt.de. Consultado el 10 de octubre de 2018 . 
9. ↑ Jeff Tollefson: Las emisiones ilegales de CFC se han detenido desde que los científicos dieron la alarma . En: Naturaleza . 10 de febrero de 2021, doi : 10.1038 / d41586-021-00360-0 . 
10. ↑ Información de producción en Wayne Biddle: Field Guide , 1998, p. 63, en Bill Bryson : A Brief History of Almost Everything , Goldmann, Edition 2005, p. 207.
11. ↑ Güven Purtul: "Caso problemático en la trituradora" , Süddeutsche Zeitung , 17 de mayo de 2010, consultado el 29 de noviembre de 2020.
12. ↑ Súper gas de efecto invernadero descubierto en la atmósfera , Scinexx, Springer.
13. ↑ Dieter Bärmann, Jefe de la División de Productos de Refrigeración, BSH Bosch y Siemens Hausgeräte GmbH, Hersbruck y Wolfgang Lohbeck , empleado senior de Greenpeace.