Фреоны

Фреоны, хладоны — техническое название группы галогенсодержащих производных насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), применяемых в качестве хладагентов, пропеллентов, вспенивателей, растворителей. Чаще всего водород в алканах замещается фтором, но также может быть замещён хлором, бромом и (реже) иодом.

История названия

В 1928 году американскому химику корпорации «Дженерал Моторс» (General Motors Research) Томасу Миджли (1889—1944) удалось выделить и синтезировать в своей лаборатории химическое соединение, получившее впоследствии название «Фреон». Через некоторое время «Химическая кинетическая компания» («Kinetic Chemical Company»), которая занималась промышленным производством нового газа — Фреон-12, ввела обозначение хладагента буквой R (Refrigerant — охладитель, хладагент). Такое наименование получило широкое распространение и со временем полное название хладагентов стало записываться в составном варианте — торговая марка производителя и общепринятое обозначение хладагента. Например: торговая марка GENETRON®AZ-20 соответствует хладагенту R-410A, который состоит из хладагентов R-32 (50 %) и R-125 (50 %). Существует также торговая марка с таким же названием, как и у химического соединения — FREON® (Фреон), основным правообладателем которой ранее являлась компания «Дюпон» (DuPont), а теперь компания The Chemours Company (Chemours), созданная на базе одного из подразделений Дюпон. Это совпадение в названии до сих пор вызывает путаницу и споры — можно ли словом фреон называть произвольные хладагенты.

Общая характеристика Всего известно более 40 различных фреонов; большинство из них используются в промышленности. Название «фреон» фирмы DuPont (США) в течение многих лет использовалось в литературе как общетехнический термин для хладагентов. В СССР и РФ чаще использовался термин «хладоны». Большинство фреонов представляют собой галогенсодержащие углеводороды. В качестве исключения в категорию фреонов иногда включают изобутан, циклопентан и пропан, поскольку данные вещества также широко применяются в качестве компонента хладагентов.

Свойства

Физические свойства Фреоны — бесцветные газы или жидкости без запаха. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, очень плохо — в воде и иных полярных растворителях.

Основные физические свойства фреонов метанового ряда Химическая формула Наименование Техническое обозначение Температура плавления, °C Температура кипения, °C Относительная молекулярная масса CFH3 фторметан R-41 -141,8 -79,64 34,033 CF2H2 дифторметан R-32 -136 -51,7 52,024 CF3H трифторметан R-23 -155,15 -82,2 70,014 CF4 тетрафторметан R-14 -183,6 -128,0 88,005 CFClH2 фторхлорметан R-31 — -9 68,478 CF2ClH хлордифторметан R-22 -157,4 -40,85 86,468C2H2F4тетрафторэтанR-134a -103,3 -26.3 102,03 CF3Cl трифторхлорметан R-13 -181 -81,5 104,459 CFCl2H фтордихлорметан R-21 -127 8,7 102,923 CF2Cl2 дифтордихлорметан R-12 -155,95 -29,74 120,913 CFCl3 фтортрихлорметан R-11 -110,45 23,65 137,368CCl4тетрахлорметанR-10 -22,8776,75153,82 CF3Br трифторбромметан R-13B1 -174,7 -57,77 148,910 CF2Br2 дибромдифторметанR-12B2 -141 24,2 209,816 CF2ClBr дифторхлорбромметан R-12B1 -159,5 -3,83 165,364 CF2BrH дифторбромметан R-22B1 — -15,7 130,920 CFCl2Br фтордихлорбромметан R-11B1 — 51,9 181,819 CF3I трифториодметан R-13I1 — -22,5 195,911

Химические свойства Чистые фреоны относительно инертны при стандартных условиях (за исключением безгалогеновых фреонов-алканов и циклоалканов) — они не горят на воздухе, не взрывоопасны даже при контакте с открытым пламенем, но могут активно взаимодействовать с щелочными и щёлочноземельными металлами, чистым алюминием, магнием и его сплавами. При температуре свыше 250 °C фреоны могут взаимодействовать с названными металлами, образуя хлороводород (и/или фтороводород), фосген, карбонилфторид и другие удушающие высокотоксичные вещества.

Некоторые фреоны устойчивы к действию кислот и щелочей.

Виды фреонов (хладонов) В соответствии со степенью воздействия на озоновый слой фреоны (хладоны) делят на следующие группы:

ГруппаКласс соединенийФреоны (хладоны)Воздействие на озоновый слой AХлорфторуглероды (ClFC)R-11, R-12, R-13, R-111, R-112, R-113, R-113а, R-114, R-115Вызывают истощение озонового слоя Бромфторуглероды (BrFC)R-12B1, R-12B2, R-113B2, R-13B2, R-13B1, R-21B1, R-22B1, R-114B2 BХлорфторуглеводороды (HClFC)R-21, R-22, R-31, R-121, R-122, R-123, R-124, R-131, R-132, R-133, R-141, R-142в, R-151, R-221,

R-222, R-223, R-224, R-225, R-231, R-232, R-233Вызывают слабое истощение озонового слоя CФторуглеводороды (HFC)R-23, R-32, R-41, R-125, R-134, R-143, R-152, R-161,R-227, R-236, R-245, R-254Озонобезопасные фреоны (хладоны) Фторуглероды (перфторуглеводороды) (CF)R-14, R-116, R-218, R-C318

Наиболее распространены следующие соединения: дифтордихлорметан (tкип −29,8 °C) — Фреон R-12 тетрафторэтан (tкип − 31 °C) — Фреон R-134A хлордифторметан (tкип −54 °C) — Фреон R-22 изобутан (tкип −11,73 °C) — Фреон R-600a

Правила цифрового обозначения фреонов (хладонов) По международному стандарту ISO 817:1974 техническое обозначение фреона (хладона) состоит из буквенного обозначения R (от слова refrigerant) и цифрового обозначения: первая цифра справа — это число атомов фтора в соединении; вторая цифра справа — это число атомов водорода в соединении плюс единица; третья цифра справа — это число атомов углерода в соединении минус единица (для соединений метанового ряда нуль опускается); число атомов хлора в соединении находят вычитанием суммарного числа атомов фтора и водорода из общего числа атомов, которые могут соединяться с атомами углерода; для циклических производных в начале определяющего номера ставится буква C; в случае, когда на месте хлора находится бром, в конце определяющего номера ставится буква B и цифра, показывающая число атомов брома в молекуле. в случае, когда на месте хлора находится иод, в конце определяющего номера ставится буква I и цифра, показывающая число атомов иода в молекуле. Пример: Тетрафторэтан R134A (C2H2F4) (C2−1=1;H2+1=3;F4=4)

Воздействие на человека Физиологическое воздействие фреонов на организм человека сильно отличается в зависимости от химической природы конкретного соединения и может варьироваться от практически нейтрального (напр. тетрафторметан) до высокотоксичного (напр. трифторбромметан). В целом хладоны обладают удушающим действием вследствие того, что они не поддерживают дыхание. Некоторые хладоны кроме прочего могут воздействовать на сердечно-сосудистую и нервную системы и вызывать развитие спазмов сосудов и мышц в сочетании со стойкими нарушениями микроциркуляции крови.

Некоторые соединения могут нарушать работу кальциевых каналов, а также способны накапливаться в организме вследствие высокой липофильности и концентрирования в жировой ткани и мембранах клеток. Особенно опасны последствия острых и подострых отравлений, а также хронических отравлений. В таких случаях особенно сильно поражается печень, а далее — почки. Также могут разрушаться лёгочные мембраны, особенно при наличии примесей органических растворителей и четырёххлористого углерода — развиваются эмфиземы и рубцевание. Хроническое воздействие и отравление средними и малыми концентрациями токсичных хладагентов может привести к нарушениям в работе эндокринной системы и обмена веществ в организме.

Воздействие на окружающую среду

Влияние на озоновый слой

Одной из причин уменьшения озона в стратосфере и образование озоновых дыр является производство и применение хлор- и бромсодержащих фреонов. Попадая после использования в атмосферу, они разлагаются под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Высвободившиеся компоненты активно взаимодействуют с озоном в галогеновом цикле распада атмосферного озона.

Подписание и ратификация странами ООН Монреальского протокола привели к уменьшению производства озоноразрушающих фреонов.

В связи с пагубным влиянием озоноразрушающего фреона R-22 его использование год от года сокращается в США и Европе, где с 2010 года официально запрещено применять этот фреон. В России c 2011 года прекращён импорт холодильного оборудования, в том числе кондиционеров промышленного и полупромышленного класса, работающих на данном фреоне, однако сам фреон пока производится в стране.. На замену холодильным установкам на фреоне R-22 пришли установки на фреоне R-410A. В свою очередь, фреон R-410a уступает место более современному R-32. Начиная с 2021 года в связи с ужесточением правил ЕЭС по ввозу и вывозу хладагентов наиболее часто используемым фреоном стал R-290 (пропан).

В автомобильных кондиционерах до 1992 года в основном применялся тип фреона R-12 (дифтордихлорэтан), вредный для озонового слоя, поэтому для этих целей стали применять R-134 (тетрафторэтан), который более безопасен для озонового слоя Земли.

Парниковый эффект

Парниковая активность ( — ПГП) фреонов в зависимости от марки варьируется в пределах от 1300 до 8500 раз выше чем у углекислого газа при одинаковых объёмах. Основным источником фреонов являются холодильные установки и аэрозоли.

Применение Используется в качестве рабочего вещества — хладагента в холодильных установках. Как выталкивающая основа в аэрозольных баллончиках. Применяется в парфюмерии и медицине для создания аэрозолей. Применяется в пожаротушении на опасных объектах (например, электростанции, корабли и т. д.). Как вспенивающий реагент при производстве полиуретановой продукции. В качестве сырья для промышленного производства фторолефинов: тетрафторэтилена 2CF2HCl → CF2 = CF2 + 2HCl; трифторхлорэтилена CF2ClCFCl2 + Zn → CF2 = CFCl + ZnCl2; винилиденфторида CF2ClCH3 → CF2 = CH2 + HCl.

См. также

Киотский протокол Монреальский протокол Хлорфторуглероды R-410A Novec 1230 — замена фреонов для целей пожаротушения

Примечания

* Категория:Галогенированные растворители