ХФУ - очень полезные химические соединения

В 1930 году американский инженер Томас Мидгли демонстрировал новый хладоагент в Американском химическом обществе. Мидгли вдыхал в себя дифтордихлорметан (CCl₂F₂) и задувал им свечу.

Именно таким впечатляющим способом Мидгли хотел охарактеризовать два важных свойства CC1₂F₂ - нетоксичность и негорючесть. В то время в качестве хладоагента в основном использовали аммиак. Температура кипения аммиака, равная -37°С, позволяет легко сжижать его с помощью компрессора. К сожалению, аммиак токсичен и обладает резким запахом.

Т. Мидгли получил задание найти заменитель аммиаку, то есть найти соединение, которое имело бы подобную температуру кипения, но было химически неактивным и потому безопасным. Мидгли нашел CCl₂F₂.

CCl₂F₂ принадлежит к классу хлорфторуглеродов (ХФУ). Эти соединения содержат в молекуле хлор, фтор и углерод. К этому классу относятся несколько соединений с разными температурами кипения. Именно это свойство сыграло важную роль при их применении. Среди ХФУ всегда можно найти вещество, отвечающее требованиям по температуре кипения.

Другие важные свойства ХФУ: они химически неактивны, имеют низкую горючесть и низкую токсичность.

Томас Мидгли и другие химики, синтезировавшие ХФУ, сделали свою работу слишком хорошо. Был найден класс крайне нереакционноспособных соединений, из-за чего они великолепно подходили для указанных выше применений. Сложность в том, что эти соединения оказались слишком неактивными.

Время жизни ХФУ в тропосфере оценивается примерно в 100 лет. Эти соединения располагают очень большим временем для того, чтобы достичь стратосферы, где они уже не будут более химически инертными.

По мере того как люди все больше узнают о влиянии ХФУна статосферный озон, они начинают все настогйчивее требовать замены этих соединений на более безопасные. Это важная задача и поставлена сейчас перед химической промышленностью.

Прогресс в этом направлении был достигнут очень быстро. В качестве заменителей используются хлорфторуглеводороды (ХФУВ) и фторуглеводороды (ФУВ). Отличие этих веществ от ХФУ состоит в том, что их молекулы имеют связь Н-С и разрушаются в тропосфере.

К сожалению, однако, это пока не лучшее решение. И ХФУ, и их заменители – парниковые газы, и они приводят к глобальному потеплению климата. Есть также опасения, что некоторые из продуктов распада этих соединений могут быть токсичны.

Метан во спасение

Атомы хлора – неблагоприятный компонент стратосферы. Они взаимодействуют с озоном и разрушают его. Они настолько химически активны, что быстро разрушили бы почти весь озон, если бы в стратосфере не было других веществ. К счастью, в стратосфере есть и другие молекулы, которые реагируют с хлором.

Метан СН₄ - одна из таких молекул. Метан образуется на Земле в больших количествах в результате жизнедеятельности живых организмов. Большая часть метана окисляется в тропосфере, но значительное количество газа в конце концов достигает стратосферы.

Попавший в стратосферу метан выводит атомарный хлор, взаимодействуя с ним по реакции

СН₄ + Cl → СН₃ + НCl

Образующийся по этой реакции хлорид водорода может, опускаясь вниз, попадать в тропосферу и выпадать с осадками. Таким образом часть атомов хлора уходит из стратосферы. К сожалению, того количества метана, которое присутствует в стратосфере, недостаточно, чтобы концентрация атомарного хлора там не увеличивалась.

Задание 8

Ниже приведены три реакции с участием хлора, которые могут происходить в стратосфере:

СН₄ + С1 → СН₃ + НС1 (реакция 8)

С1 + С1 → С1₂ (реакция 9)

С1 + С1₂ → С1₂ + Cl(реакция 10)

1. Для каждой из реакций ответьте на следующие вопросы:

а) Разрыв какой связи происходит во время реакции? Используя справочные таблицы, найдите энергию этой связи.

б) Какая новая связь образуется в реакции? Найдите по таблицам энергию этой связи.

в) Зная энергии этих связей, найдите реакции.

2. Решить задачи № 10, 11, 14, 15.