خواصها (Properties)

مواد فلورات الكربون الكلورية (chlorofluorocarbons (CFCs هي فئة من المركبات التي جرى تطويرها أول مرة في ثلاثينيات القرن العشرين، وهي تتصف بخواص تجعلها مفيدة جداً في عدد من التطبيقات. فمن خواصها المرغوب فيها اللزوجة القليلة والتوتر السطحي المنخفض ودرجة حرارة الغليان المنخفضة والخمول الحيوي والكيميائي الذي جعلها غير سامة وغير قابلة للاحتراق. وحين ضغط هذه الغازات عند درجة حرارة الغرفة تصبح سائلة، وحين رفع الضغط عنها تعود إلى شكلها الغازي مستهلكة مقداراً كبيراً من الحرارة. لذا يُستفاد من هذه الخواص في التبريد ووسائل نفخ الرغوة البوليمرية والمذيبات المستعملة في تنظيف الإلكترونيات والتجهيزات الأخرى.

لكي نفهم الأهمية البيئية لمواد فلورات الكربون الكلورية CFCs، نبدأ بالنظر إلى طريقة تسميتها. توضع مصطلحات هذه المواد تبعاً لما يلي:

ويتحقق توازن الذرات اللازم للكربون المشبع بعدئذ بواسطة الكلور. ثمة طريقة سهلة لتحديد الصيغة الكيميائية من الرمز العددي لمركب CFC معيّن تتمثل بإضافة 90 إلى ذلك العدد. يعطي عندئذ العدد المعدل الثلاثي المنازل عدد ذرات الكربون والهدروجين والفلور على التتالي.

المثال 5.3 الربط بين الاسم المشترك CFC وصيغته الكيميائية

يمكن تحديد الصيغة الكيميائية للمركب 115-CFC بقاعدة الـ 90 على النحو التالي:

115+90=205

باتباع الطريقة المذكورة آنفاً، يشير العدد 205 إلى أن ثمة 2 ذرة كربون، و 0 ذرة هدروجين، و 5 ذرات فلور. .. ونظراً إلى أن ثمة حاجة إلى ست ذرات لتحقيق الإشباع، وإلى وجود سلسلة من ذرتي كربون، تكون الذرة المتبقية التي لم تُحتسب هي ذرة الكلور.

بذلك تكون الصيغة الكيميائية للمركب 115-CFC هي CF₃CF₂Cl .

وتُستعمل أحرف لاحقة للإشارة إلى الإيزومرات (isomer). فالحرف اللاحق a في CFC-114a يميز المركب CF₂CF₂CF₃ من المركب CF₂CF₂CI الذي يسمى بــ.CFC-114b

وبرغم أن جزيئات الـ CFC أثقل كثيراً من الجزيئات الأخرى الموجودة في الهواء، فإنها تنزع نحو الامتزاج الجيد والتوزع المتجانس في التروبوسفير بسبب المزج الشديد الذي يحصل بالحمل الحراري. ووفقاً لما ذكر آنفاً، إحدى الصفات الهامة لمركبات الـ CFCs هي أنها خاملة تماماً حيوياً وكيميائياً في بيئة الأرض والتروبوسفير. ونظراً إلى أنها لا تتفاعل، فإنها تدور في التروبوسفير إلى أن تخرج إلى الستراتوسفير. وفي حين أنها لا تتفاعل في التروبوسفير، تخضع عند الارتفاعات العالية إلى التفكيك الضوئي بسبب تعرضها إلى سيالة قوية من الأشعة فوق البنفسجية العالية الطاقة. وفي حالة المركب 11-CFC الذي يحتوي على ثلاث ذرات كلور، تكون خطوة التفكيك الضوئي الأولى هي التالية:

ويستطيع جذر الكلور النقال الآن المشاركة في دورات التحفيز الموصوفة بالتفاعلات 26.3-28.3. ويمكن أيضاً تحرير جذر كلور ثان أو حتى ثالث بمزيد من التفكك الذي يحصل للمتبقي.

يبيِّن الجدول 1.3 بعض الخواص والمميزات البيئية لمركبات فلورات الكربون الكلورية التي استعملت على نطاق واسع حتى تسعينيات القرن العشرين. وفيما يخص أغراض هذا الكتاب، إحدى أهم تلك الخواص هي قرينة استنزاف الأوزون ozone depletion potential ODP التي تُعرف بأنها نسبة المفعول الطويل الأمد لمادة كيميائية معينة في الأوزون إلى مفعول كتلة مكافئة من 11-CFC، وهو المقيس الذي تقاس عليه الكيماويات الأخرى. يُستفاد من قيم قرينة استنزاف الأوزون بوصفها دليلاً للتنبؤ بالمفعول الكلي لجنس كيميائي معيّن في طبقة الأوزون. تأخذ قرينة استنزاف الأوزون في الحسبان قابلية الجنس للتفاعل، وعمره في التروبوسفير، وكتلته المولية. وتعتبر كمية الكلور في الجنس الكيميائي على درجة من الأهمية أيضاً. فالمركب 114-CF₂ClCE₂Cl) CFC) يحتوي على ذرتي كلور وتساوي قرينة استنزافه للأوزون 

1.0، في حين أن 115-CF₂ClCF₃) CFC) الذي يحتوي على ذرة كلور واحدة يتصف بقرينة أقل كثيراً وتساوي 0.6 وعلى نحو مشابه، يتصف رباعي كلور الكربون CCl، الذي يحتوي على أربع ذرات كلور في جزيئه، بقرينة استنزاف عالية (1.1-1.2). يقترن معظم مركّبات فلورات الكربون الكلورية بقيم لقرينة استنزاف الأوزون تقع بين 0.1 و 1.0، في حين أن بعض مركبات فلورات كربون كلور الهدروجين (HCFCs، انظر ما يرد لاحقاً) تقترن بقيم قرينة استنزاف للأوزون تقل بعشر مرات (0.10.01). أما فلورات كربون كلور الهدروجين التي لا تحتوي على الكلور، فقرينة استنزافها للأوزون تساوي الصفر.

الجدول 1.3 خواص مركبات فلورات الكربون الكلورية CFCs الشائعة^(*) . المزج معطاة بالجزء الحجمي من التريليون pptv

(*) قيم قرينة استنزاف الأوزون مأخوذة من:

US Environmental Protection Agency (EPA)'s Stratospheric Protection Division.

وتراكيز الـ CFC مأخوذة من :

Stratospheric Ozone Depletion: Fall 1994 update, Environmental Indicator Bulletin, SOE Bulletin no.94-6, State of the Environment Directorate, Environment Canada, Fall 1994

وبقية القيم مأخوذة من:

R. P. Wayne, Chemistry of Atmospheres (Oxford: Clarendon Press, 1991).

(**) النسبة المئوية للإسهام في استنزاف الأوزون مبنية على الأجناس الرئيسية التي تحتوي على الهالوجين.

 م1: العمر في التروبوسفير بالسنة ، م2: قرينة استنزاف الأوزون، م3 معدل الانبعاث ^-1kg y 10، م4: نسب المزج في التروبوسفير (ppt) ، م5 الإسهام في تدمير الأوزون (%).

لقد انتقل قسم كبير من مركبات فلورات الكربون الكلورية (CFCS) التي أُنتجت خلال السبعين سنة الماضية إلى الستراتوسفير، حيث تمثل مصدراً رئيسياً لتزايد تراكيز الكلور فيه. ويُعتقد الآن أن التناقص المرصود في تركيز أوزون الستراتوسفير يعود بمعظمه إلى التدمير المحفّز بدورة الكلور. وهذا هو سبب توجيه المساعي الدولية الكبيرة نحو تقييد استعمال تلك المركبات. وقد أدت تلك المساعي إلى عدد من الاتفاقيات التي يمثل بروتوكول مونتريال لعام 1987 عنصراً مركزياً فيها.