- Właściwości i otrzymywanie freonów
- Zastosowanie freonów
- Oddziaływanie freonów na warstwę ozonową
- Przeciwdziałanie powiększaniu dziury ozonowej
Emisja freonów do środowiska jest jedną z głównych przyczyn rozkładu ozonu w atmosferze ziemskiej. Przed odkryciem tego zjawiska freony stosowane były masowo w roli gazów nośnych w opakowaniach aerozoli, czynników chłodniczych w lodówkach i klimatyzatorach, spulchniaczy do produkcji materiałów izolacyjnych oraz opakowań a również rozpuszczalników i środków oczyszczających w przemyśle elektronicznym. Związkami chemicznymi również niszczącymi warstwę ozonową są też halony, które stosowane są w gaśnicach, bromek metylu, który jest pestycydem, 1,1,1-trójchloroetan będący rozpuszczalnikiem przemysłowym oraz czterochlorek węgla który stosowany jest w wielu procesach technologicznych, na przykład w trakcie produkcji pestycydów czy barwników.
Freony były powszechnie używane w lodówkach, fot. pixabay.com
Właściwości i otrzymywanie freonów
Freony występują w różnych postaciach. Najpopularniejszą z nich jest R-12 czyli dichlorodifluorometan o wzorze sumarycznym CCl2F2. W warunkach ciśnienia atmosferycznego i w temperaturze pokojowej freony mają postać gazową. Są bezwonne lub mają zapach eteru. Nie wyróżniają się żadną barwą oraz są nietoksyczne i niepalne. Freony niższe charakteryzują się wysokim ciepłem parowania oraz dużą prężnością pary w niskich temperaturach. Freony są to pochodne chlorowcowe nasyconych węglowodorów alifatycznych (łańcuchowych). W cząsteczce do podstawowego łańcucha węglowego dołączone są atomy chloru i fluoru, a niekiedy również bromu. Produkcja freonu odbywa się poprzez działanie fluorowodorem na halogenopochodne metanu lub etanu w towarzystwie katalizatora.Zastosowanie freonów
Obecnie freony są częściowo wycofywane z produkcji i użytku ze względu na swoje właściwości niszczące warstwę ozonową Ziemi, ale w niektórych przypadkach dalej są stosowane. Najczęściej można je spotkać w instalacjach chłodniczych oraz przy produkcji spienionych tworzyw sztucznych. Wykorzystywane są również jako gaz napędowy do pojemników ciśnieniowych takich jak dezodoranty, lakiery do włosów itp. Również stosowane są do produkcji różnych rozpuszczalników oraz środków do mycia urządzeń elektrycznych. W przemyśle samochodowym są stosowane do odtłuszczania urządzeń klimatyzacyjnych a także jako dodatek do lakierów samochodowych.
Do produkcji areozoli wykorzystywane są freony. Źródło: pixabay.com
Oddziaływanie freonów na warstwę ozonową
Ozonosfera, to warstwa zwiększonej koncentracji ozonu w stratosferze znajdująca się głównie 25-30 km nad powierzchnią Ziemi. Jej zadaniem jest ochrona organizmów żywych przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego. Całkowicie pochłania promienie UV-C, w większości promieniowanie UV-B i po części promieniowanie UV-A. Substancje chemiczne zawierające chlor i brom (freony i halony) katalizują rozkład ozonu.Związki te uwolnione do dolnej warstwy troposfery powoli przemieszczają się ku górze do stratosfery. Tam pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozpadają się i zostaje uwolniony chlor (w przypadku freonów) lub brom (w przypadku halonów). Co roku w okresie od września do listopada następuje cienienie warstwy ozonowej nad Antarktyką i rośnie wtedy wir polarny czyli masa zimnego powietrza, która krąży wokół bieguna południowego, oddzielając go od cieplejszego powietrza reszty planety. To zimne powietrze powoduje formowanie się stratosferycznych chmur polarnych, pełnych kryształków lodu, do których przylegają uwolnione atomy chloru i bromu. Zachodzi reakcja chemiczna, katalizowana przez światło słoneczne, w wyniku której atomy chloru lub bromu powodują rozpad cząsteczek ozonu do cząsteczek tlenu. Uwalniane do atmosfery atomy chloru i wodoru są bardzo niebezpieczne ponieważ zostają w niej przez wiele lat. Po opisanym procesie wir polarny się rozpada a zubożone w ozon powietrze wędruje na północ, rozprzestrzenia się nad Ameryką Południową, Nową Zelandią i Australią i tam rozcieńcza warstwę ozonu stratosferycznego.
Powiększanie się dziury ozonowej na przestrzeni lat. Źródło Wikipedia.en
Zwiększony poziom promieniowania ultrafioletowego może również zakłócać działanie całych ekosystemów. Ekspozycja antarktycznego fitoplanktonu na promieniowanie UVB powoduje spadek jego produktywności, co wpływa na otoczenie ponieważ te mikroskopijne glony są podstawą antarktycznego łańcucha troficznego. Udowodniono, że promieniowanie UV hamuje fotosyntezę u fitoplanktonu i powoduje straty w populacjach ryb arktycznych na skutek różnych mutacji zachodzących jeszcze w jajach. Istnieją podejrzenia, że wysoki poziom promieniowania UV może też niekorzystnie wpływać na uprawy i lasy. Wpływ promieniowania UVB na rośliny jest złożony i jeszcze nie do końca poznany.
Zaćma jest jednym ze skutków powiększania się dziury ozonowej. Źródło: Wikipedia
Przeciwdziałanie powiększaniu dziury ozonowej
Dziura ozonowa po raz pierwszy została zaobserwowana w 1985 roku nad Antarktydą. W kolejnych latach zostało przeprowadzonych wiele badań w wyniku których wykazano, że emisja freonów do atmosfery jest jedną z przyczyn niszczenia warstwy ozonowej. 22 marca 1985 roku przez Państwa Wspólnoty Europejskiej została podpisana Konwencja Wiedeńska w sprawie ochrony warstwy ozonowej.Traktat wszedł w życie 22 września 1988 roku i zobowiązywał zaangażowane państwa do prowadzenia regularnych pomiarów poziomu cząsteczek ozonu w atmosferze oraz prowadzenie badań naukowych nad skutkami zanikania warstwy ozonowej. Sygnatariusze zobowiązali się również do ograniczenia emisji gazów odpowiedzialnych za zubażanie warstwy ozonowej. Kolejnym porozumieniem, tym razem globalnym, był Protokół Montrealski podpisany 16 września 1987 roku. Początkowo zakładał redukcję produkcji freonów o 50% jednak w kolejnych latach był wielokrotnie zaostrzany do postaci w której dążymy do całkowitego wyeliminowania substancji znajdujących się na liście zakazanych – uznanych za niebezpieczne dla warstw ozonowej. Do Protokołu Montrealskiego przystąpiło 160 państw.
Zaobserwowana w dniach 21-30 września 2006 r. średnia powierzchnia dziury ozonowej była największą obserwowaną w historii. By NASA [Public domain], via Wikimedia Commons
Bibliografia
- Gary W. VanLoon, Stephen J. Duffy; “Chemia środowiska”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007;
- Grażyna Łabno; “Ekologia. Słownik encyklopedyczny”; Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006;
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. II ”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998;
- K.M. Pazdro; “Podstawy chemii dla kandydatów na wyższe uczelnie”; Wydawnictwo Edukacyjne, Warszawa 1991;
- promil
