Freony to powszechna nazwa chloro- i fluoropochodnych węglowodorów alifatycznych. Właściwą nazwą jest skrót CFC, pochodzący od angielskiego chlorofluorocarbons.

RnqE3qjEhhVg9

Na ilustracji są dwa wzory przestrzenne. Wzór dichlorodifluorometanu: atom węgla łączy się u góry z atomem chloru, na dole z dwoma atomami fluoru i z jednym atomem chloru. Wzór 1,1,1,2-tetrafluoroetanu: połączone są ze sobą dwa atomy węgla. Atom węgla leżący po lewej stronie wzoru łączy się z trzema atomami fluoru, leżący po prawej stronie wzoru z jednym atomem fluoru i dwoma wodoru.

CFC zaczęto z powodzeniem stosować w przemyśle już pod koniec lat 40. XX w. Bardzo szybko znalazły zastosowanie jako środki chłodnicze w lodówkach, chłodniach i klimatyzacjach. Były prawdziwą rewolucją, więc rozszerzono wykorzystywanie CFC do produkcji lakierów, kosmetyków, leków, środków czyszczących i wielu innych.

Są masowo stosowane jako czynniki chłodzące (np. w lodówkach, klimatyzatorach), nośniki gazów w aerozolach, środki przeciwpożarowe, środki miejscowo znieczulające, środki spieniające do pianek, półprodukty chemiczne, nośniki ciepła, rozpuszczalniki oraz odtłuszczacze metalowych powierzchni.

Ze względu na swoją małą aktywność chemiczną, wydawały się idealne do wielu zastosowań i trudno im odmówić wielu atrakcyjnych dla przemysłu cech, np.:

• nie powodują utleniania substancji, z którymi się stykają;

• nie są rozpuszczalne w wodzie;

• są bardzo lotne, dzięki czemu nie gromadzą się na obszarach zamieszkiwanych przez organizmy żywe.

Ostatecznie okazało się, że teoretycznie najlepsze cechy freonów, jak właśnie trwałość, obojętność i lotność, są dużym zagrożeniem dla środowiska, a co za tym idzie – również dla naszego życia. Uwolnione freonyfreonyfreony nie gromadzą się tylko w dolnych warstwach atmosfery, ale przemieszczają się w jej wyższe partie, czyli do stratosfery. To, co ceniliśmy z punktu widzenia naszych potrzeb, a więc ta trwałość i mała reaktywność, sprawia, że związki te mogą pozostawać w ziemi przez setki lat, działając tym samym destrukcyjnie. Mimo to, pod wpływem światła ultrafioletowego freony rozpadają się na wolne pierwiastki:

Węgiel, powstały w rozpadzie, ulega spalaniu, jednak fluor i chlor wchodzą w reakcję z cząsteczkami ozonu ${\text{O}}_3$, powodując ich rozpad i powstanie tlenków fluoru i chloru oraz cząsteczek ${\text{O}}_2$. Zjawisko rozpadu freonów i ich niszczącego wpływu na warstwę ozonowąwarstwa ozonowa (ozonosfera)warstwę ozonową odkryli w 1971 roku dwaj chemicy: Amerykanin Sherwood Rowland i Meksykanin Mario Molina.

W 1976 r. na wniosek ONZ freony trafiły na listę związków stanowiących zagrożenie dla środowiska, ale nie zostały wycofane z użycia. Fakt, iż były bardzo tanie oraz wręcz niezastąpione w wielu zastosowaniach powodował, iż koncerny przemysłowe niechętnie z niego rezygnowały. W roku 1982 podczas rutynowych badań warstwy ozonowej nad Antarktydą, prowadzonych przez brytyjską stację naukową „Halley Bay”, naukowcy odkryli, że spora część warstwy ozonowej zniknęła.

Kolejne badania potwierdziły, iż warstwa ozonowa nad biegunem zaczęła w szybkim tempie znikać. W październiku 1987 roku warstwa ta była o połowę mniejsza niż w roku 1982, a w 1989 zniknęło prawie 95% początkowej ilości ozonu.

Naukowcy zaczęli szczegółowo badać zjawisko powstawania tzw. dziury ozonowejdziura ozonowadziury ozonowej. Doszli oni do wniosku, iż przyczyną tego była wciąż rosnąca koncentracja freonów w górnych warstwach atmosfery.

Warstwa ozonowa rozciąga się między 15 a 50 kilometrami n.p.m. To otaczająca Ziemię otoczka wewnątrz stratosfery o grubości kilkunastu kilometrów, w której luźno poruszają się cząsteczki ozonu i pozostałe gazy tworzące atmosferę. Na tych wysokościach ozon jest jedynym gazem w atmosferze, mogącym absorbować promieniowanie ultrafioletowe oraz zamieniać zaabsorbowane promieniowanie na energię cieplną, dzięki czemu pełni rolę atmosferycznego termoregulatora.

Czy zastanawialiście się kiedyś, ile ozonu znajduje się w warstwie ozonowej? 5%? 30%? A może 70%?

W rzeczywistości jest go znacznie mniej! Jego masa stanowi zaledwie 5/100 000 masy całej atmosfery, a po nadaniu mu gęstości i temperatury takiej, jaka panuje przy powierzchni Ziemi, stworzyłby warstwę o grubości zaledwie 3mm!

Dziura ozonowa to zjawisko obniżenia stężenia ozonu (${\text{O}}_3$) w stratosferze atmosfery ziemskiej. Występuje głównie w obszarach podbiegunowych (co jest wynikiem globalnej cyrkulacji powietrza).

Nawet kilka procent ozonu mniej powoduje, iż natężenie promieniowania UV na Ziemi znacznie wzrasta, co może prowadzi do zatrzymywania fotosyntezy (uszkodzenie chlorofilu), do zmian klimatycznych oraz przyczynia się do zwiększenia ilości przypadków raka skóry oraz chorób oczu. Naukowcy szacują, że w atmosferze znajduje się ponad 20 mln ton CFC. Jedna cząsteczka chloru z CFC może zniszczyć do 100 tysięcy cząsteczek ozonu. Właśnie z tego powodu modyfikowane są światowe standardy dotyczące urządzeń klimatyzacyjnych. Zamiast CFC stosuje się nową substancję o nazwie HFC (wodorofluorowęglowodory).

ODP, czyli Potencjał niszczenia warstwy ozonowejpotencjał niszczenia warstwy ozonowejPotencjał niszczenia warstwy ozonowej (ang. Ozone Depletion Potential), to wskaźnik utworzony w celu ilościowej oceny wpływu poszczególnych substancji na warstwę ozonową.

Największe zagrożenie dla grubości warstwy ozonowej stanowią substancje, które możemy podzielić na dwie grupy:

• zawierające atomy chloru lub bromu, czyli CFC, tj. R11, R12, R113 i R115 oraz ich mieszaniny,

• halonyhalonyhalony, np. 1211, 1301 czy 2402.

Jedna cząsteczka chloru z CFC może zniszczyć do 100 tysięcy cząsteczek ozonu. Właśnie z tego powodu modyfikowane są światowe standardy dotyczące urządzeń klimatyzacyjnych. Zamiast CFC stosuje się nową substancję o nazwie HFC (wodorofluorowęglowodory) - czynniki te uznawane są za substancje o zerowym wskaźniku ODP.

W roku 1987 w celu przeciwdziałania niszczeniu warstwy ozonowej społeczność międzynarodowa ustanowiła Protokół montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową. Był to pierwszy traktat międzynarodowy podpisany przez wszystkie kraje świata. Jest uznawany za największy sukces w zakresie ochrony środowiska w historii ONZ. Celem Protokołu montrealskiego jest obniżenie produkcji i zużycia substancji zubożających warstwę ozonową, aby ograniczyć ich obecność w atmosferze i w ten sposób chronić warstwę ozonową Ziemi.

Od czasu podjęcia przez kraje działań na mocy protokołu montrealskiego, globalne zużycie, m.in. CFC i halonów, zmniejszyło się o około 98%. W efekcie, także ich stężenie w atmosferze spada, a warstwa ozonowa wykazuje pierwsze oznaki regeneracji.

Obecne w stratosferze freony, pod wpływem światła ultrafioletowego (o długości fali 175 nm‑220 nm) ulegają rozkładowi, uwalniając chlor atomowy.

Rozpad cząsteczek ozonu pod wpływem chloru zachodzi na drodze reakcji katalitycznych, w wyniku których pojedynczy atom chloru może spowodować rozpad tysięcy cząsteczek ozonu. Na szczęście większość chloru atmosferycznego istnieje w postaci nieaktywnych katalitycznie form, tj. ${\text{Cl}}_2$ i ${\text{ClONO}}_2$.

RsPiXPtBQJkXe

Na ilustracji przedstawiono rozkład cząsteczek ozonu przez atom chloru. Rozpad ozonu zachodzi pod wpływem światła. Na początku schematu jest CFC w postaci trzech zielonych kulek oznaczających atomy chloru, jednej szarej kulki i jednej żółtej. Od CFC strzałka do cząsteczki CFC, z której pod wpływem promieniowania UV wybita została zielona kulka oznaczająca atom chloru. Następnie strzałka do trzech połączonych czerwonych kulek - to cząsteczka ozonu O indeks dolny trzy. Od ozonu strzałka do cząsteczki ClO zbudowanej z jednej zielonej kulki połączonej z czerwoną kulką. Pod cząsteczką ClO jest cząsteczka dwuatomowa tlenu zbudowana z dwóch czerwonych kulek. Jest przy niej strzałka skierowana na zewnątrz schematu. Od ClO strzałka do ClO, w jego stronę jest strzałka z jedną czerwoną kulką z napisem: tlen. Od ClO strzałka do atomu chloru (zielonej kulki). Na wysokości atomu chloru dwie czerwone kulki ze strzałką skierowaną na zewnątrz schematu. Od atomu chloru prowadzi strzałka, w pewnej odległości od cząsteczki ozonu.

W jaki sposób tworzone były specyficzne nazwy freonów?

Słownik

Bibliografia

Encyklopedia PWN

http://kosmos.icm.edu.pl/PDF/1993/79.pdf

https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-7599369/Hole-ozone-smallest-discovery-1982-NASA-confirms.html

https://www.sciencedirect.com/topics/chemical-engineering/chlorofluorocarbon

https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/17-7-catalysis

https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/cfcs-ozone.html