Фреоны: история

ФреоныХлорфторуглероды вошли в обыденную жизнь в начале прошлого века. До 1931 года для получения низких температур использовали аммиак NH3, воду H2O, метан CH4, диоксид угле- рода CO2, пропан C3H8, этан C2H6, этилен C2H4, изобутан i-C4H10, сернистый ангидрид SO2, хлористый этил C2H5Cl и хлористый метил CH3Cl. Потом наступил переломный момент — в 1928 году химик Томас Миджли-младший дал полученному им дихлордифторметану название «фреон», а позднее эту торговую марку зарегистрировала компания «Дюпон» (на самом деле только дихлордифторметан можно называть фреоном, но это название давно стало общим для всего класса веществ). Новые соединения оказались носителями уникальных термо- динамических свойств, инертными и нетоксичными, поэтому они очень быстро вытеснили все остальные хладагенты. Фреон был первым хлорфторуглеродом (ХФУ, англ. аббревиатура CFC), который пошел в массовое производство.

Затем число хлорфторуглеродов, производимых мировой промышленностью, стало быстро расти. Однако самые знаменитые среди них пять, поскольку они полностью обеспечивали рабочий диапазон температур от -41о до +48оС, создаваемый холодильными установками. Это трихлорфтор-метан (CCl3F, или CFC-11), дихлордифторметан (CCl2F2, илиCFC-12), хлордифторметан (CHClF2, или HCFC-22), трихлортрифторэтан (CCl2F-CF2Cl, или CFC-113) и дихлортетрафторэтан (CClF2-CClF2, или CFC-114).
Впрочем, все ХФУ используют не только как хладагенты в холодильных установках и кондиционерах. Многие из них — хорошие растворители, исходные вещества в крупнотоннажном синтезе полимеров, пенообразователи, диэлектрики, инертные жидкости и многое другое. Дихлордифторметан, например, отличный пропеллент (инертный газ, создающий давление в спреях), а трихлорфторметан применяли и как пропеллент, и в производстве пенополистирола.

В 1970-х годах американские ученые Шервуд Роуленд и Марио Молина описали механизм разрушения хлорфторуглеродами атмосферного озона, за что позже получили Нобелевскую премию. В нижних слоях атмосферы эти со- единения не разрушаются и ни с чем не взаимодействуют. Со временем они попадают в стратосферу, где под влиянием ультрафиолетового излучения распадаются, образуя радикалы.

Именно этот механизм лежит в основе разрушения озона O3. Хлорсодержащие фторуглероды, распадаясь в стратосфере, высвобождают радикал Cl · (атомарный хлор), который взаимодействует с озоном и превращает его в кислород. При этом один радикал хлора может «испортить» около миллиона молекул озона. Именно поэтому, согласно официальной точке зрения, озон исчезает из стратосферы.

ХФУ объявили основными виновниками озоновых дыр, существование которых подтверждено с 80-х годов прошлого века. Ради справедливости надо отметить, что у этой теории существует немало противников. Тем не менее в 1987 году был подписан Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, согласно которому 150 государств обязались прекратить производство некоторых хлор- и бромсодержащих фторуглеродов. Монреальский протокол предусматривал поэтапный вывод из обращения сначала ХФУ, а во вторую очередь — гидрохлорфторуглеродов, или ГХФУ (то есть соединений, молекула которых содержит еще и водород).

В прошлом 2010 году первый этап завершился, и производство ХФУ первого поколения (CCl3F, CCl2F2, CClF2-CF2Cl, CF3-CF2Cl) прекратили даже развивающиеся страны. Заметное снижение концентрации этих ХФУ, как считают ученые, произойдет только через 50 лет после прекращения их выброса в атмосферу — именно столько времени будут там циркулировать остатки хлор- и бромсодержащих фторуглеродов. При этом если они основные виновники уничтожения озонового слоя, то его восстановление должно занять еще больше времени. А чем их заменить? Согласно современным представлениям, фторуглеводороды делятся на три группы: вещества с высокой озоноразрушающей силой (ХФУ), с низкой (ГХФУ) и полностью безопасные для озонового слоя, содержащие только фтор и углерод или фтор, водород и углерод (ФУ и ГФУ). Получается, что с точки зрения «озоновой проблемы» наиболее перспективны ФУ и ГФУ — вот о них и пойдет речь.