Практическая работа Фреоны, свойства, применение

Фреоны (равноценное название – ХФУ газы или хлорфторуглеводороды) относятся к галогенпроизводным алканов. Они химически инертные, негорючие, взрывобезопасные, нетоксичные даже при концентрации 40%, нерастворимые в воде. Фреоны являются легколетучими газами и практически не подвергаясь никаким изменениям поднимаются в статосферу. Пребывание хлорфторуглеводородов в атмосфере в зависимости от условий оценивается в 40-150 лет. Фреонышироко используются как хладагенты в холодильных установках и кондиционерах, при получении искусственных пен, стиральных и чистящих порошков. Долгое время фреоны считались безопасными, однако, в середине 70-х гг. ученые предположили, что, уменьшение стратосферного озона может происходит в результате химических реакций с участием фреонов. Атомарный хлор образуется в результате фотохимического разрушения фреонов в стратосфере: CF₂Cl₂ + hv → CF₂Cl_º + Cl_º.

Образующийся таким образом атом хлора может разрушить до 100 тысяч молекул озона, выступая в качестве катализатора в каталитических реакциях.

Цель работы: изучение свойств алканов, хлоралканов, фторалканов и выбор хладагента.

Справочные материалы: схема «Принцип работы холодильника»; таблицы «Свойства некоторых галогенпроизводных алканов», «Фреоны, применяемые в настоящее время», «Свойства заменители фреонов».

Рис. Принцип работы холодильника

Ключевые символы и термины:

· Сокращенное обозначение - это код, используемый в промышленности для идентификации соединения (HCFC - фторхлоруглеводороды, HFC – фторуглеводороды).

· X - холодильник и воздушный кондиционер: П - поверхностно-активное вещество; А - пропеллент в аэрозольных баллончиках (незначительные количества); Р - растворитель для химической чистки.

· Т низкая - токсичность определена не окончательно, но предположительно она должна быть низкой.

· ПРОС - потенциал разрушения озонового слоя - является мерой определения воздействия соединения на озон стратосферы. Принято, что ПРОС для CCI₃F равен 1.

· Цены в фунтах за тонну приведены на 1992 г.

Таблица 1.4. Свойства некоторых галогенпроизводных алканов

Таблица 1.5. Фреоны, применяемые в настоящее время

Таблица 1.6. Свойства заменителей фреонов

Ход работы

1. Соединения, полученные путем замещения атомов водорода в алканах на атомы хлора и фтора, также подходят на роль хладагентов. Разные атомы галогенов в разных положениях придают таким соединениям различные свойства. В таблицах 1.4, 1.5, 1.6, приведены некоторые свойства алканов, хлоралканов и фторалканов. Исходя из свойств приведенных соединений, ответьте на нижеследующие вопросы:

§ Как замещение атомов водорода на атомы хлора и фтора влияет на воспламеняемость соединений?

§ Почему хлоралканы имеют более высокие температуры кипения, чем соответствующие алканы?

§ Почему алканы дешевле, чем хлоралканы, а фторалаканы являются более дорогими продуктами?

2. Используя приведенную в таблице 1.5 информацию и выполните следующие задания:

§ «Сконструируйте» соединения с подходящими свойствами.

§ По возможности предскажите свойства, которые, по вашему мнению, должно иметь данное соединение. Что вы можете сказать о вероятных недостатках этого соединения?

3. На основании информации, приведенной в таблице 1.6, скажите, какое из перечисленных соединений является наиболее подходящим заменителем используемых в настоящее время фреонов:

§ Для CCI₂F₂ (фреон 12) в качестве хладагента?

§ Для CCI₂FCCIF₂ (фреон 113) в качестве растворителя для химической чистки?

В каждом случае назовите сначала 2-3 соединения, затем сделайте окончательный выбор. Объясните причины своего выбора. Какая дополнительная информация необходима вамдля принятия окончательного решения?

Вопросы и задания для самостоятельной работы:

1. Охлаждающая жидкость (хладагент) является определяющей для всего процесса. Она должна иметь подходящую температуру кипения - достаточно высокую, чтобы сжижаться при сжатии, но достаточно низкую, чтобы легко испаряться (примерно 240 К). Многие годы в качестве хладагента использовали аммиак. Как вы думаете, какие еще свойства должен иметь хладагент?

2. Представьте себя на месте Томаса Мидгелея в 1930 г., ведущего поиск подходящего заменителя аммиаку в качестве хладагента. Вы изучили свойства углеводородов и галогеналканов. Какие преимущества и недостатки имеют хладагенты, молекулы которых содержат:

а) Атомы водорода?

б) Атомы хлора?

в)Атомы фтора?

3. Какие факторы, по вашему мнению, в основном определяют цену заменителей фреонов?

4. Посмотрите на значения потенциала разрушения озонового слоя (ПРОС) для различных соединений. Какие свойства соединений, по вашему мнению, обуславливают высокие значения ПРОС? Объясните, почему.

5. Напишите формулы фреонов Ф-123 и Ф-11. Какой из них более опасен для озонового слоя.