Clorofluorcarboneto (CFC)

Clorofluorcarbonetos (CFC) são compostos voláteis que derivam de hidrocarbonetos (em geral metano e etano), em que um ou mais átomos de hidrogênio são substituídos por átomos de flúor ou cloro. Também chamados de clorofluorocarbonos, tais compostos são comumente designados pela sigla CFC. Os CFC são conhecidos pela sua baixa reatividade, pelo fato de não serem inflamáveis, terem baixo ponto de ebulição, além de serem inodoros, insípidos, incolores e terem baixa toxicidade.

Os clorofluorcarbonetos são usados principalmente como líquidos refrigerantes, tendo sua produção se iniciado na década de 1930 e atingido o máximo na década de 1970, quando se percebeu que tais compostos eram responsáveis pela diminuição da camada de ozônio na estratosfera. Desde então, o Protocolo de Montreal estabelece regras rigorosas para seu consumo, importação e exportação, fazendo com que o consumo de CFC seja muito menor do que era há décadas.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre clorofluorcarboneto (CFC)
• 2 - O que é CFC?
• 3 - Fórmula dos CFC
• 4 - Características dos clorofluorcarbonetos (CFC)
• 5 - Onde encontrar CFC?
• 6 - Consequências do uso do CFC para o meio ambiente
• 7 - Controle dos CFC na atmosfera
• 8 - Como surgiram os clorofluorcarbonetos (CFC)?

Resumo sobre clorofluorcarboneto (CFC)

• Clorofluorcarbonetos ou clorofluorocarbonos são derivados voláteis de hidrocarbonetos que possuem átomos de cloro ou flúor no lugar de átomos de hidrogênio.

• São comumente designados pela sigla CFC.

• Os CFC são quimicamente estáveis, não inflamáveis, inodoros, insípidos, incolores, com baixa toxicidade e possuem baixo ponto de ebulição.

• São utilizados principalmente como líquidos refrigerantes e eram vendidos sob o nome comercial de Freon.

• Começaram a ser produzidos na década de 1930, atingindo grande pico na década de 1970, contudo, percebeu-se que tais compostos eram os responsáveis por diminuir a camada de ozônio da estratosfera.

• No fim da década de 1970, foi estabelecido o Protocolo de Montreal, que trouxe controle rigoroso ao consumo, produção, importação e exportação de CFC, diminuindo consideravelmente a utilização e a comercialização de tais compostos.

O que é CFC?

CFC é a sigla para uma classe de compostos conhecidos como clorofluorcarbonetos (também chamados de clorofluorocarbonos ou clorofluorocarbonetos), consistindo em derivados voláteis de hidrocarbonetos (em geral, metano e etano), em que um ou mais átomos de hidrogênios são substituídos por átomos de flúor ou cloro.

Fórmula dos CFC

Comumente os CFC possuem fórmula geral CCl_nF_4–n, quando derivados de metano, e C₂Cl_nF_6–n, quando derivados de etano. Neste caso, o valor de “n” não pode ser zero. Os CFC são muito conhecidos também pela sua nomenclatura comercial, a qual utiliza números para indicar à qual CFC estamos nos referindo. A fórmula geral dessa nomenclatura é CFC-XY, em que X é o número de hidrogênios acrescido de uma unidade (H + 1), enquanto Y apresenta o número de átomos de flúor.

Os átomos de cloro não aparecem nessa nomenclatura, mas são facilmente identificados se lembrarmos que os átomos de carbono realizam apenas quatro ligações químicas. Assim sendo, o CFC-11 possui 1 átomo de carbono, nenhum átomo de hidrogênio (X = 1, logo, H + 1 = 1, então, H = 0) e 1 átomo de flúor (Y = 1). Como o carbono faz 4 ligações, e até então só foi identificado 1 átomo de flúor, então existem 3 átomos de cloro, ou seja, o CFC-11 é o CCl₃F.

De forma análoga, o CFC-22 possui 1 átomo de carbono, 1 átomo de hidrogênio, 2 átomos de flúor e, pelo fato de o carbono fazer 4 ligações químicas, apenas 1 átomo de cloro; logo, o CFC-22 é o CHClF₂.

Para CFC com dois ou mais átomos de carbono, adota-se a fórmula geral CFC-XYZ, em que:

• X é o número de carbonos subtraído de uma unidade (C – 1).

• Y é o número de hidrogênios acrescido de uma unidade (H + 1).

• Z é o número de átomos de flúor presentes.

Da mesma forma, os átomos de cloro são tirados pela diferença com base nas quatro ligações do átomo de carbono. Contudo, lembre-se de que haverá uma ligação carbono-carbono e, por isso, o número total de ligantes é igual a seis (tal qual num etano).

Por exemplo, o CFC-113 possui X = 1, então possui 2 átomos de carbono (C – 1 = 1, C = 2); possui Y = 1, então possui nenhum átomo de hidrogênio (H + 1 = 1, H = 0); possui Z = 3, então possui 3 átomos de flúor. Dessa forma, podemos afirmar que o CFC-113 é o C₂Cl₃F₃.

Veja também: Como é definida a nomenclatura dos hidrocarbonetos

Características dos clorofluorcarbonetos (CFC)

Os CFC possuem características físicas e químicas que justificam os seus principais usos industriais e comerciais, eles são/têm:

• inflamáveis;

• insípidos (sem gosto);

• inodoros (sem cheiro);

• baixa toxicidade;

• boa estabilidade química;

• baixa corrosividade durante o uso;

• baixo custo;

• voláteis (ponto de ebulição próximo a 0 °C);

• custo razoável.

Onde os clorofluorcarbonetos (CFC) são utilizados?

Devido a sua segurança, volatilidade, custo e estabilidade química, os CFC se mostraram bons compostos para serem utilizados como:

• solventes;

• extintores de incêndio;

• propelentes em latas de aerossóis (como desodorante em spray);

• como gases refrigerantes (em geladeiras, freezers e aparelhos de refrigeração);

• como agentes sopradores na produção de espumas, como a de poliuretano.

Os CFC eram vendidos no mercado pela indústria química DuPont sob o nome registrado como Freon.

Onde encontrar CFC?

Boa parte dos CFC que hoje existem no planeta é de origem antropogênica (humana). Estudos comprovam que a quantidade de CFC oriunda de atividade natural é ínfima se comparada a que foi produzida pelos seres humanos. Leituras de camadas não muito inferiores do gelo apontam que, no século XIX, a concentração de CFC na atmosfera era praticamente nula.

De fato, a produção de CFC se iniciou na década de 1930, com picos nas décadas de 1970 e 1980, e os dados demonstram que a produção dos CFC-11 e CFC-12 aumentaram de 100 toneladas, em 1931, para 583 mil toneladas, em 1980. Sua produção só freou no fim dos anos 1980, com a instituição do Protocolo de Montreal. Boa parte dos CFC produzidos migra para camadas superiores da atmosfera, como a estratosfera, o que traz severas consequências para a nossa vida na Terra.

Consequências do uso do CFC para o meio ambiente

Os CFC estão intimamente ligados a um problema conhecido como o buraco na camada de ozônio, uma camada rica em ozônio (O₃), responsável por absorver uma parte da radiação solar, e que se localiza na estratosfera (15-30 km em relação ao solo terrestre).

Apesar de serem mais densos que o ar, os CFC são estáveis quimicamente e acabam sendo carregados das camadas mais inferiores da atmosfera (a troposfera) para a estratosfera como consequência de diferenças de pressão e temperatura. Tais mecanismos de misturas intercamadas acabam sendo mais rápidos que o tempo necessário para que processos químicos retirem os CFC do ar. Eles acabam sendo carreados em pacotes de ar e contaminantes, tal qual pessoas sendo carregadas em um balão de ar quente.

Para serem eliminados na troposfera e não alcançarem a estratosfera, só há duas formas de eliminação dos CFC: deposição (por chuva) ou reação. Ocorre que tais compostos são pouco solúveis em água e, por isso, a chuva não é um bom mecanismo de eliminação dos gases CFC. Já no que diz respeito às reações, são necessários agentes oxidantes, tais como radicais hidroxila, nitrato ou ozônio.

Contudo, dada estabilidade e baixa reatividade com tais radicais oxidantes, os CFC acabam permanecendo por muito tempo no ar e chegam tranquilamente à estratosfera. Apenas para nível de comparação, o radical hidroxila necessita de 80 anos para reagir com os CFC, algo que ele leva cerca de 17 dias para fazer com o metanol.

Uma vez na estratosfera, os CFC podem sofrer uma reação de fotólise (quebra pela ação da luz) e liberar radicais cloro. Como exemplo, usaremos o CFC-11 (CFCl₃) e o CFC-12 (CF₂Cl­₂):

• Fotólise do CFC: CFCl₃ (ou CF₂Cl₂) + luz → CFCl₂ (ou CF₂Cl) + Cl

• Perda de O₃ em média e alta estratosfera:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Global:             O₃ + O → 2 O₂

• Perda de O₃ em baixa estratosfera:

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + HO₂ → HOCl + O₂

HOCl + luz → Cl + OH

OH + O₃ → HO₂ + O₂

Global:             2 O₃ → 3 O₂

Já é consenso científico que os CFC são agentes principais no buraco detectado na camada de ozônio, no fim dos anos 1970, na região da Antártica.

Saiba mais: Quais são os gases do efeito estufa?

Controle dos CFC na atmosfera

Como forma de conter os CFC na atmosfera e demonstrar a preocupação com a redução da camada de ozônio, em 1985, diversos países se reuniram na Áustria, mais precisamente em Viena, na Convenção de Viena para a Proteção da Camada de Ozônio. Tal evento foi de extrema importância para que, em 1987, surgisse o Protocolo de Montreal sobre as Substâncias que Destroem a Camada de Ozônio, um tratado internacional que passou a vigorar no primeiro dia de 1989.

O Protocolo de Montreal foi assinado por diversos países, entre eles o Brasil, o qual deu efeito de lei as suas ações por meio do Decreto nº 99.280, de 06 de junho de 1990. O objetivo principal seria a progressiva redução da produção e do consumo das chamadas substâncias que destroem a camada de ozônio (SDO) até sua total eliminação.

O Protocolo de Montreal é o único acordo ambiental multilateral cuja adoção é universal, ou seja, os 197 Estados assumiram o compromisso de proteger a camada de ozônio. No Brasil, os CFC possuem importação proibida, assim como não há produção nacional de SDO. O controle fica à cargo do Ibama, e apenas alguns SDO possuem importação permitida, porém com restrições e amplo controle.

Como surgiram os clorofluorcarbonetos (CFC)?

Na década de 1920, os refrigeradores e os sistemas de ar-condicionado utilizavam compostos como amônia, clorometano, propano e dióxido de enxofre como fluidos refrigerantes. Apesar de efetivos, tais compostos eram tóxicos e inflamáveis. Além disso, uma exposição a eles poderia causar não só danos severos como também levar à morte.

Foi aí que um time, liderado por Thomas Midgley Jr., trabalhou para desenvolver uma alternativa que não tivesse tais questões para servir como fluido refrigerante. A equipe focou em compostos halogenados, conhecidos por sua volatilidade e inércia química, propriedades de interesse para as substâncias.

O primeiro composto a ser desenvolvido foi o CF₂Cl₂, nessa época conhecido como Freon (ou CFC-12). Pelos seus estudos, Midgley recebeu diversas honrarias, como a Medalha Perkin, da Society Chemical Industry, em 1937, e a Medalha Priestley, o mais alto prêmio da sociedade americana de química (a American Chemical Society).

Na década de 1970, os CFC estavam muito difundidos, com a produção anual atingindo próximo a 1 milhão de toneladas, representando uma fatia de quase 500 milhões de dólares da indústria química.

Fontes:

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KIM, K.; SHON, Z.; NGUYEN, H. T.; JEON, E. A review of major chlorofluorocarbons and their halocarbon alternatives in the air. Atmospheric Environment. n. 45. p. 1369-1382. 2011.

MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE E MUDANÇA DO CLIMA. Convenção de Viena e Protocolo de Montreal. 29 abr. 2022. Disponível em: https://www.gov.br/mma/pt-br/assuntos/climaozoniodesertificacao/camada-de-ozonio/convencao-de-viena-e-protocolo-de-montreal. Acesso em 25 jun. 2023.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química