氯氟碳化合物

氯氟碳化合物

氯氟碳化合物(Chlorofluorocarbons,簡稱 CFCs),又稱氟氯烴,是一類只含有氯、氟和碳的有機物。代表性物質是三氯氟甲烷。屬於氟利昂(Freons)中的一類物質。用作製冷劑、壓縮噴霧噴射劑、發泡劑。因消耗大氣層中的臭氧而引起世界各國的重視。《蒙特利爾議定書》要求籤署國逐步減少使用並最終於 1996 年停止使用氯氟碳化合物。

簡介


歷史氯氟碳化合物(英文學名:Chlorofluorocarbons 簡稱:CFCs)是由一群美國科學家於1928年人工合成,用作冷藏器的冷凍劑(雪種),因為過往的冷凍劑(例如氨及二氧化硫)都易燃或有毒。其後,氯氟碳化合物被廣泛使用,直至科學家意識到氯氟碳化合物的害處為止。產生氯氟碳化合物由一個烷烴經鹵化反應﹝自由基取代反應﹞與氟、氯份子結合而成,而烷烴的氫原子會被氟或氯原子所取代;仍有氫原子未被取代的則稱為含氯氟烴(HCFCs)。
尤其是對臭氧層的破壞,部份使用后的氯氟碳化合物升到同溫層。由於其低活躍性、低生物降解性及不溶於水,氯氟碳化合物很難被分解。氯氟碳化合物在太陽的紫外線照射下會分解出氯氣自由基,破壞臭氧(臭氧減少與氯氟碳化合物)。由於此等破壞是連鎖反應,故威力相當驚人。據估計,一個氯原子可以破壞近十萬個臭氧分子。
CFC 分子
CFC 分子

製備與表徵

和其它鹵代烴的製備一樣,氯氟碳化合物可由烷烴經鹵代反應(屬於自由基反應),使氟、氯原子取代氫原子而製成。產物可由分光光度法氣相色譜、質譜等方法來表徵。

用途


由於氯氟碳化合物無味、無易燃性、無毒性、無腐蝕性及相當穩定,所以用途廣泛。
壓縮噴霧噴射劑:液態氯氟碳化合物通常被加進噴漆及殺蟲劑等壓縮噴霧的容器。當使用者使用壓縮噴霧時,容器內的壓力會降低,導致液態氯氟碳化合物氣化,令內里的液體噴射出來。
清潔劑:氯氟碳化合物能夠溶解油脂,故被用作電子零件及金屬用品的清潔劑。
冷凍劑:被用作冷凍劑的氯氟碳化合物,被稱為氟利昂。氟利昂氣化時吸收大量內能,令附近環境變冷,所以成為冷藏器(例如冰箱及空調)的冷凍劑。
發泡劑:在製造發泡膠的過程中,氯氟碳化合物被混合於塑膠中,成為發泡膠的氣泡。
抗凝劑:氯氟碳化合物也被加進汽油中,防止汽油因低溫而凝結。

對環境的影響

美國化學家 F. Rowland、M. Molina 和荷蘭化學家 P. Crutzen 發現,氯氟碳化合物一旦進入大氣層,就會在平流層內積累並消耗其中的臭氧,引發臭氧空洞。這是因為來自太陽的紫外線會使平流層內的氯氟碳化合物分解生成遊離的氯原子,這些氯原子和臭氧反應,使臭氧變為氧氣(發現這一過程使這三名化學家獲得了 1995 年的諾貝爾化學獎)。平流層的臭氧可以吸收紫外線,而氯氟碳化合物引起的臭氧量減少使得大量短波的紫外線到達地球表面,危害人和其它生物體的安全(比如導致皮膚癌或損害基因)。地球的臭氧空洞
另外,氯氟碳化合物還是溫室氣體,會引起全球氣候變暖。

對人體健康的影響

吸入大量氯氟碳化合物會損傷肺、中樞神經系統、心臟、肝和腎。癥狀包括睏倦、口齒不清、方向障礙等。誤食氯氟碳化合物會導致噁心和腹瀉。皮膚接觸會導致皮膚敏感甚至皮炎。暴露於過高劑量氯氟碳化合物中會導致死亡。不具有致癌性。

影響


大氣層中CFC-11的每月平均混合比
大氣層中CFC-11的每月平均混合比
氯氟碳化物是引起地球暖化的第二重要氣體。當我們使用冷媒、噴霧和發泡產品時,其中就含有氟氯碳化物,當中又以CFC-11、CFC-12、CFC-13的使用量最多。在各種氯氟碳化合物中,以CFC-11及CFC-12較為重要,因為其濃度比較高以及它們對平流層內的O3有很大影響。在多種人造的氯氟碳化合物中,以CFC-11及CFC-12的濃度最高,分別約為0.27及0.55ppbv(量度於冒納羅亞觀象台,1997)。從它們的“全球變暖潛能”數值顯示這兩種氣體吸收紅外線輻射的能力相當高,估計在八十年代期間除了CO2以外,CFC-11及CFC-12在所有溫室氣體中對輻射力的影響已佔了三份之一。
氯氟碳化合物可被氫氟碳化合物及碳氫化合物取代,雖然不會破壞臭氧層,但均具有一定的易燃性和毒性。

限制使用


由於氯氟碳化合物對臭氧層的破壞日益嚴重,故多個國家於1987年9月於加拿大蒙特利爾簽署《蒙特利爾議定書》,分階段限制氯氟碳化合物的使用。由1996年1月1日起,氯氟碳化合物正式被禁止生產。

可行代用品


氯氟碳化合物(CFCs)可被氫氯氟碳化合物(HCFCs)、氫氟碳化合物(HFCs)及碳氫化合物取代,雖然不會破壞臭氧層,但均具有一定的易燃性和毒性。而且HFCs是屬於《京都議定書》規定的第四類溫室氣體,也是中美氣候變化聯合聲明中需要重點削減的“強效溫室氣體”。

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