Хлорофлуоровъглерод

Хлорофлуоровъглеродите (CFC) са органични съединения, изцяло или частично халогенирани алканови въглеводороди, които съдържат въглерод (C), водород (H), хлор (Cl) и флуор (F). Образуват се като летливи деривати на метан, етан и пропан. ДюПон ги популяризира под търговското наименование фреони.
Най-широко разпространен е дихлородифлуорометанът (също фреон-12). Много CFC съединения намират широко приложение като хладилни агенти, горива (при аерозоли) и разтворители. Тъй като тези съединения допринасят за изтъняването на озоновия слой в горната атмосфера, производството им постепенно се прекратява по силата на Монреалския протокол, а те се заменят с други продукти като хидрофлуоровъглероди (HFC). Данни на НАСА от 2018 г. сочат, че озоновият слой се възстановява вследствие забраната на хлорофлуоровъглеродите.
Както и при по-простите алкани, въглеродът в CFC съединения се свързва в тетраедрална симетрия. Тъй като атомите на флуора и хлора се различават значително по размер и заряд както от водорода, така и помежду си, хлорофлуоровъглеродите след метана се отклоняват от идеалната тетраедрална симетрия.
Физичните свойства на хлорофлуоровъглеродите могат да се управляват чрез промени в броя и халогенните атоми. По принцип са летливи, но по-малко от началните алкани. Намалената летливост се дължи на молекулярната полярност, предизвикана от халидите, която въвежда допълнителни междумолекулни взаимодействия. Метанът кипи при −161 °C, докато флуорометаните кипят между −51,7 (CF2H2) и −128 °C (CF4). Хлорофлуоровъглеродите имат дори по-висока температура на кипене, тъй като хлоридите се поляризират дори повече от флуоридите. Поради полярността си, CFC съединенията са полезни разтворители, а температурата им на кипене ги прави подходящи за хладилни агенти. Хлорофлуоровъглеродите са много по-малко запалими от метана, отчасти защото съдържат по-малко C-H връзки, но и защото освободените халиди гасят свободните радикали, които поддържат пламъците.
Плътността на CFC съединенията е по-висока от съответстващите им алкани. По принцип плътността на тези съединения зависи от броя хлориди.
CFC и HCFC съединенията обикновено се получават чрез халогенен обмен, започващ от хлорирани метани и етани. Показателен е синтезът на хлородифлуорометан от хлороформ:
Бромираните деривати се генерират от реакции на хидрохлорофлуоровъглероди със свободни радикали на, при което C-H връзките се заместват от C-Br връзки. Получаването на обезболяващия 2-бром-2-хлор-1,1,1-трифлуороетан (халотан) е показателно:
CFC и HCFC съединенията имат различни приложения, поради ниската им токсичност, реактивност и запалимост. Всяка пермутация на флуора, хлора и водорода, основаваща се на метан и етан, е проучена, като повечето вече са комерсиализирани. Употребяват се като хладилни агенти, разпенващи агенти, горива в медицински приложения и обезмасляващи разтворители.
Милиарди килограми хлородифлуорометан се произвеждат всяка година като прекурсор на тетрафлуороетилен – мономерът, от който се изработва тефлон.
За флуорираните алкани се използва специална система за номериране с префикси Фреон-, R-, CFC- и HCFC-, където най-дясната стойност обозначава броя флуорни атоми, следващата стойност наляво е броят водородни атоми плюс 1, следващата стойност наляво е броят въглеродни атоми минус 1, а останалите атоми са на хлора. Така например, Фреон-12 обозначава метанов дериват (само две числа), съдържащ два флуорни атоми и нито един водороден. Следователно, това е CCl2F2. Фреоните, съдържащи бром, се обозначават с четири цифри.
Тетрахлорометан (CCl4) се използва в пожарогасителите и стъклените противопожарни гранати от края на 19 век до края на Втората световна война. Белгийският учен Фредерик Суартс първи синтезира CFC съединения през 1890-те години. Той разработва ефективен агент на обмяна, който заменя хлорида във въглеродния тетрахлорид с флуор, при което се получават CFC-11 (CCl3F) и CFC-12 (CCl2F2). Опитите с хлороалкани за пожарогасене на военните самолети започват през 1920-те години. Фреон е търговското име на група хлорофлуоровъглероди, използвани главно като хладилни агенти, но намиращи приложение и в пожарогасенето и като гориво в аерозолите.
През 1960-те години флуороалканите и бромофлуороалканите бързо стават известни като високоефективни противопожарни материали. Към края на десетилетието те вече са стандартни материали там, където водните и праховите пожарогасители представляват заплаха от повреждане на имота (стаи с компютри, телекомуникационно оборудване, лаборатории, музеи и други). През 1970-те години бромофлуороалканите се използват за бързо потушаване на тежки пожари в ограничените пространства на военните кораби с минимален риск за екипажа.
След 1980-те години употребата на CFC съединения попада под много сериозни регулации, поради разрушителното им влияние върху озоновия слой. Вредата, която носят тези съединения, е открита от Шерууд Роуланд и Марио Молина още през 1974 г. Оказва се, че едно от най-желаните свойства на CFC съединенията, тяхната слаба реактивност, е ключът към най-разрушителния им ефект. Липсата им на реактивност ги прави устойчиви в продължение на над сто години, през което време те се разсейват в горната стратосфера. Веднъж попаднали там, ултравиолетовото лъчение на Слънцето вече е достатъчно силно, за да предизвика разцепване на C-Cl връзките.
През 1987 г. е съставен Монреалският протокол, който налага драстични ограничения върху производството на хлорофлуоровъглеродите. И докато той ограничава производството и употребата на CFC съединения, емисиите от наличните запаси на CFC съединения не се регулират.