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[1].
История названия
правитьВ 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
правитьВсего 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»[2]. 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
правитьФизические свойства
правитьФреоны — бесцветные газы или жидкости без запаха. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, очень плохо — в воде и иных полярных растворителях.
| 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 | 86,468 |
| C2H2F4 | тетрафторэтан | R-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 | 137,368 |
| CCl4 | тетрахлорметан | R-10 | -22,87 | 76,75 | 153,82 |
| CF3Br | трифторбромметан | R-13B1 | -174,7 | -57,77 | 148,910 |
| CF2Br2 | дифтордибромметан | R-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
правитьЧистые 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.
Виды фреонов (хладонов)
правитьВ соответствии со степенью воздействия на озоновый слой фреоны (хладоны) делят на следующие группы:
| Группа | Класс соединений | Фреоны (хладоны) | Воздействие на озоновый слой |
|---|---|---|---|
| A | Хлорфторуглероды (ClFC) | R-11, R-12, R-13, R-111, | Вызывают истощение озонового слоя |
| Бромфторуглероды (BrFC) | R-12B1, R-12B2, R-113B2, R-13B2,
R-13B1, R-21B1, R-22B1, R-114B2 | ||
| B | Хлорфторуглеводороды (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-233 |
Вызывают слабое истощение озонового слоя |
| C | Фторуглеводороды (HFC) | R-23, R-32, R-41, R-125, R-134, R-143,
R-152, R-161,R-227, R-236, R-245, R-254 |
Озонобезопасные 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)
правитьПо 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
правитьФизиологическое 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
правитьВлияние на озоновый слой
правитьОдной из причин уменьшения озона в стратосфере и образование озоновых дыр является производство и применение хлор- и бромсодержащих фреонов[3]. 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[4] 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.[5]. На замену фреону R-22 должен прийти фреон R-410A, а также ретрофиты R-407C, R-422D. Начиная с 2021 года в связи с ужесточением правил[6] 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[7].
Парниковый эффект
правитьПарниковая активность (англ. GWP — 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.[8]
Применение
править- 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[2]:
- тетрафторэтилена 2CF2HCl → CF2 = CF2 + 2HCl;
- трифторхлорэтилена CF2ClCFCl2 + Zn → CF2 = CFCl + ZnCl2;
- винилиденфторида CF2ClCH3 → CF2 = CH2 + HCl.
См. также
править
- Киотский протокол
- Монреальский протокол
- Хлорфторуглероды
- R-410A
- Novec 1230 — замена фреонов для целей пожаротушения
Примечания
править- ↑ Новая иллюстрированная энциклопедия (Ун-Че). — М.: Большая Российская энциклопедия, 2002. — Т. 19. — 255 с. — ISBN 5-85270-211-0, 5-85270-218-8.
- ↑ 1 2 3 Промышленные фторорганические продукты: справочное издание / Б.Н.Максимов, В.Г.Барабанов, И.Л.Серушкин и др.. — 2-е, перераб. и доп. — СПб.: «Химия», 1996. — 544 с. — ISBN 5-7245-1043-X.
- ↑ United Nations Environment Programme. Ozone Secretariat. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2010. Дата обращения: 16 августа 2011. Архивировано из оригинала 10 июля 2011 года.
- ↑ What You Should Know about Refrigerants When Purchasing or Repairing a Residential A/C System or Heat Pump. Дата обращения: 10 февраля 2010. Архивировано 17 января 2016 года.
- ↑ Рынок хладагентов России в перспективе грядущего вывода гидрохлорфторуглеродов из обращения. Дата обращения: 5 января 2012. Архивировано 10 июля 2011 года.
- ↑ Решение Коллегии ЕЭК от 16.03.2021 № 30 . Таможенные документы. Альта-Софт. Дата обращения: 28 июля 2021. Архивировано 28 июля 2021 года.
- ↑ Каким фреоном заправлять кондиционер? Дата обращения: 12 декабря 2018. Архивировано 19 сентября 2017 года.
- ↑ Глобальное потепление оказалось на треть обусловлено выбросами фреонов. ТАСС. Дата обращения: 5 января 2023. Архивировано 5 января 2023 года.