Вред от фреонов

Введение

 

Озон разрушается под воздействием соединений хлора, известных как фреоны, которые, также разрушаясь под воздействием солнечной радиации, 
освобождают хлор, "отрывающий" от молекул озона "третий" атом. Хлор в 
соединения не образовывает, но служит катализатором "разрыва". Таким 
образом, один атом хлора способен "погубить" много озона. Считается, что 
соединения хлора способны оставаться в атмосфере от 50 до 1500 лет (в 
зависимости от состава вещества). Земли. Наблюдения за озоновым слоем 
планеты проводились антарктическими экспедициями с середины 50-х. 
Озоновая дыра над Антарктидой, увеличивающаяся по весне и уменьшающаяся к осени, была обнаружена в 1985 году. Открытие метеорологов вызвало цепь последствий экономического характера, о которых будет сказано ниже. Дело в том, что в существовании дыры была обвинена химическая промышленность, производящая вещества, содержащие фреоны, способствующие разрушению озона (от дезодорантов до холодильных).

В вопросе о том насколько  человек повинен в образовании "озоновых дыр"- единого мнения нет.

Точка зрения "зеленых": да, безусловно, повинен. Производство 
соединений, приводящих к разрушению озона, следует свести к минимуму, а 
лучше и вообще прекратить. То есть отказаться от целого сектора 
промышленности, с оборотом в многие миллиарды долларов. А если не 
отказаться - то перевести ее на "безопасные" рельсы, что тоже стоит 
денег.

Точка зрения скептиков: человеческое влияние на атмосферные процессы, при всей его разрушительности в локальном плане, в планетарном масштабе - ничтожно. Антифреоновая кампания "зеленых" имеет вполне прозрачную экономическую и политическую подоплеку: с ее помощью крупные американские корпорации (Дюпон, например), душат своих зарубежных конкурентов, навязывая соглашения по "охране окружающей среды" на государственном уровне и насильно вводя новый технологический виток, который более слабые в экономическом отношении государства выдержать не в состоянии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Общие свойства фреонов

 

1.1 История

 

До начала 1930-х годов типичными  хладонами, которые использовались в механических холодильных системах были аммиак, диоксид серы, метилхлорид  и диоксид углерода. Однако ни одно из этих веществ не обладало всеми  свойствами идеального хладагента.

В конце 1920-х годов Томас Мидглей  открыл новое семейство фреонов  – хлорфторуглероды (ХФУ), которое обладало оптимальными свойствами. В 1931 году фирма Дюпон представила на рынке новую торговую марку - Фреон и начала коммерческое производство Фреона-11 и Фреона-12. В 1936 году фирма Дюпон начала производство другого хладагента – гидрохлорфторуглерода (ГХФУ) - Фреона-22. С этими открытиями промышленность получила "зеленый свет" массовому выпуску разнообразной холодильной техники и индустриальные страны приступили к широкомасштабному производству всех видов холодильников и установок для кондиционирования воздуха.

К началу 1970-х годов мировой рынок ХФУ и ГХФУ принял огромные размеры. Приблизительно в то же время производители хладагентов стали задаваться вопросом о конечной судьбе этих композиций, которые после окончания срока службы холодильников попадали в атмосферу. Исследования показали, что некоторые из этих композиций необычайно долговечны в силу своей химической стабильности и могут существовать в атмосфере без разрушения в течение десятков лет. Эти соединения содержат атомы хлора, которые вступают во взаимодействие с озоном при разрушении молекулы хладагента в верхних слоях атмосферы. Стратосферный озон поглощает большую часть солнечных ультрафиолетовых лучей. Разрушение озонового слоя увеличивает уровень ультрафиолетовой радиации на земле, что может приводить к раковым заболеваниям у людей и животных, а также гибели растений.

К началу 1980-х годов специалисты  ряда стран, занимающиеся вопросами  изучения влияния фреонов ХФУ и ГХФУ на окружающую среду, выразили беспокойство в связи с ещё одной возникшей глобальной проблемой - повышением парникового эффекта.

Парниковый эффект возникает вследствие того, что некоторые газы земной атмосферы задерживают инфракрасное излучение, которое испускает земная поверхность. Явление парникового  эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно зарождение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура  поверхности земного шара была бы примерно на 20К ниже, чем она есть.

Удержание инфракрасного излучения  в природе происходит благодаря  парам воды, содержащимся в воздухе  и в облаках. Однако не дают рассеиваться данному излучению и другие газы, представляющие собой продукты деятельности человечества, в частности диоксид  углерода и хладоны категории  ХФУ. В связи с тем, что наличие  в атмосфере диоксида углерода и  ХФУ увеличивает эффективность  удержания земного инфракрасного  излучения по сравнению с естественной природной эффективностью, средняя  температура поверхности Земли  повышается больше, чем нужно, обусловливая искусственный парниковый эффект, который добавляется к природному.

Концентрация всех вместе взятых фреонов ХФУ в атмосфере гораздо ниже, чем концентрация диоксида углерода. Зато эффективность ХФУ по удержанию инфракрасного излучения во много тысяч раз выше эффективности диоксида углерода. Кроме того, у них очень длительный период жизни (60 лет для Фреона R11, 120 лет для Фреона R12 и 250 лет для Фреона R115, который входит в состав Фреона R502).

 

1.2 Физические свойства

 

Фреоны (другое их название - хлорфторуглероды) представляет собой бесцветные газы или жидкости, без запаха, как правило, хорошо растворимые в органических растворителях, а также во многих смазочных маслах и практически нерастворимые в воде. Фреоны – это смесь метана и этана, в которых атомы водорода замещаются атомами фтора и хлора. Фреоны очень инертны в химическом отношении, поэтому они не горят на воздухе, невзрывоопасны даже при контакте с открытым пламенем. Однако при нагревании фреонов свыше 250 °C образуются весьма ядовитые продукты, например фосген COCl₂, который в годы первой мировой войны использовался как боевое отравляющее вещество.Устойчивы к действию кислот и щелочей.

Известно более 40 различных фреонов, большинство из которых выпускается  промышленностью. Среди них существует несколько типов фреона, отличающихся химическими формулами и физическими  свойствами.

Наиболее распространены следующие  соединения:

1. трихлорфторметан (t кипения - 23,8°C) — Фреон R-11, Фреон-11, Хладон-11
2. дифтордихлорметан (t кип. — 29,8°C) — Фреон R-12, Фреон-12, Хладон-12
3. трифторхлорметан (t кип. — 81,5°C) — Фреон R-13, Фреон-13, Хладон-13
4. тетрафторметан (t кип. — 128°C) — Фреон R-14, Фреон-14, Хладон-14
5. дифторхлорметан ( t кип — 40,8°C) — Фреон R-22, Фреон-22, Хладон-22
6. хлорофторокарбонат (t кип — 51,4°C) — Фреон R-410A, Фреон-R410A,

 

1.3 Химические свойства

 

ХЛАДОНЫ (фреоны), насыщенные фторуглероды или полифторуглеводороды (часто содержат также атомы С1, реже - Вr).  Торговые названия хладонов состоят из фирменного названия (в России - хладон, в США - фреон, по международному стандарту - буква R) и  цифрового обозначения, в котором первая цифра - число атомов С минус единица (для соединение метанового ряда эта цифра опускается), вторая - число атомов Н плюс единица, третья - число атомов F (если число атомов F больше 9, то ставится дефис и далее цифра, указывающая на число атомов F в молекуле), например дифторхлорметан CHF₂C1 называется хладоном 22, декафторбутан C₄Fig - хладоном 31-10. Для хладонов, содержащих атомы Вr, ставится буква В и цифра, показывающая число атомов Вr, например дифторхлорбромметан CF₂ClBr называется хладоном 12В1. Для циклических хладонов перед цифровым обозначением ставится буква С, например  перфторциклобутан называется хладоном С318. При наличии изомеров цифровое обозначение соответствует наиболее симметричному соединение (наименьшая разность масс левой и правой частей молекулы), а у последующих, все более несимметричных, добавляются буквы а, b, с и т. д., напр. 1,1,1-трифторэтан наз. хладоном 143а. При наличии двойной связи в молекуле хладона в качестве четвертой цифры используют единицу.  Хладоны- газообразные или жидкие вещества , растворимы в органических растворителях, плохо или практически не растворимы в воде; некоторые хладоны образуют кристаллогидраты.  Хладоны относительно инертны, их хим. превращения требуют высоких температур. Пиролиз ряда хладонов при 600-1150 °С приводит к фторолефинам, фторпарафинам, галогенам или галогеноводородам (если хладон содержит атомы Н), например.:

При УФ облучении в присутвие О₂ хладоны разрушаются с образованием радикалов, которые диспропорционируют до фторкарбонильных соединений, фторолефинов, галогенов и других. Хлорсодержащие хладоны при УФ облучении выделяют атомарный хлор, который взаимодействует с молекулами озона:

В стратосфере это приводит к  снижению концентрации озона (так называемые озоновые дыры). При взаимодействии с Н₂ хладоны дегидрогалогенируются или образуют продукты замещения галогенов на Н; водородсодержащие хладоны взаимодействуют с Вr₂ и С1₂ при высоких температурах, например:

При взаимодействии хладонов с F₂ образуется, как правило, смесь продуктов фторирования. Хладоны, содержащие С1 или Вr, замещают их на F при реакции с HF в присут. катализаторов, например:

Бромсодержащие хладоны склонны  к термическому распаду, могут ингибировать цепные радикальные процессы (окисление и др.).

 

1.4 Получение

 

Основные промышленные методы получения хладонов: жидко- или газофазное фторирование хлор- или бромпарафинов фтором, фторидами металлов или безводным HF в присутствии галогенидов Sb; диспропорционирование полифторхлоралканов при 150-250 °С в присутствие А1₂О₃ или А1С1₃; хлорирование либо бромирование фтороуглеводородов при 500-600°С: 

Хладоны могут быть получены также  фторированием алканов или алкилгалогенидов SF₄ либо электромеханическим фторированием алкилгалогенидов или алкенилгалогенидов, например:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II.Применение  и  вред от фреонов

 

2.1 Применение фреонов

 
1) используется в качестве рабочего вещества - хладагента в холодильной технике;  
2) применяется в парфюмерии и медицине для создания аэрозолей;  
3) применяется в пожаротушении на опасных объектах (например, электростанции, корабли и т. д.);

Современный хладон или фреон, так  же как и многие эпоксидные смолы  абсолютно безопасны с точки  зрения экологии, поэтому их можно  использовать в самых разных сферах и областях промышленности. 

В настоящее время хладон и фреон  применяют в качестве газового диэлектрика, порообразователя при изготовлении пенопласта, пропеллента и индикатора при тестировании герметичности  систем и т.п. 

Кроме того фреон применяется в  системах газового пожаротушения. Для  газового пожаротушения фреон хорош  тем, что его свойства позволяют  легко вытеснять необходимый  для горения кислород из зданий. 

Новейшие установки газового пожаротушения  имеют ряд преимуществ перед  применением их водяными, пенными, аэрозольными или порошковыми аналогами. 

Ранее в производстве холодильных  установок применялся аммиак, однако небезопасность его использования  заставила искать альтернативные хладагенты. Хладоны или фреоны относятся  к хладагентам нового поколения, которые в настоящее время  широко применяются в производстве различного холодильного оборудования бытового и промышленного назначения, такого как холодильники и кондиционеры.  

Кроме того, современные марки хладагентов  абсолютно безопасны для экологии, поэтому сфера их применения стала  значительно шире. Сегодня их используют в качестве газового диэлектрика, порообразователя при производстве пенопласта, пропеллента  и индикатора при тестировании герметичности  систем. 

Также хладоны (фреоны) используются в системах газового пожаротушения. Эта область применения обусловлена  свойством фреона - вытеснять необходимый  для горения кислород из помещения. Необходимо отметить, что современные  установки газового пожаротушения  имеют ряд преимуществ перед  использованием водяных, пенных, аэрозольных  и порошковых аналогов. 

Одним из самых главных достоинств систем газового пожаротушения является их способность потушить огонь в  любом месте помещения. А последствия  их использования легко устраняются  проветриванием, не принося еще большего материального ущерба. Кроме того, в отличие от других систем, установки  газового пожаротушения устойчивы  к воздействию температур, что также обуславливается физико-химическими свойствами фреона. 

 

2.2 Основные виды фреонов

 

Хладагент R22. Дихлорфторметан (CHClF2). Однокомпонентный бесцветный газ со слабым запахом хлороформа. В зависимости от давления имеет температуру кипения от +10 до -70°С и температуру конденсации не выше +50°С. При нормальном атмосферном давлении кипит при температуре -30°С. При сжатии газообразный фреон переходит в фазу жидкости. Потенциал разрушения озонового слоя (ODP = 0,05), потенциал парникового эффекта на 100 лет (GWP = 1700, т.е. в 1700 раз больше, чем от молекул CO2), ПДК в воздухе при воздействии сроком 1 час порядка 3гр/м.куб. Взрыво-, пожаробезопасен.

При использовании фреона R22 применяются  алкилбензольные и минеральные  масла. Не растворим в воде, но при  взаимодействии с водой образует сильные кислоты. Всвязи с этим фактором необходимо тщательно удалять влагу  из системы (доля остаточной влаги должна быть не более 0,0025% объема фреона). При  температуре выше 250°С начинает разлагаться  на хлорид водорода, фтористый водород, также образуется небольшое количество фосгена. Активное температурное разложение начинается при нагреве выше 330°С. По сравнению с другими марками  фреонов имеет меньшую текучесть, благодаря большему размеру молекул. Дозаправка системы может производиться  фреоном как в газообразном, так  и в жидком состоянии.