Los clorofluorocarbonos ( CFC ) y los hidroclorofluorocarbonos ( HCFC ) son hidrocarburos total o parcialmente halogenados que contienen carbono (C), hidrógeno (H), cloro (Cl) y flúor (F), producidos como derivados volátiles del metano , etano y propano .
El ejemplo más común es el diclorodifluorometano (R-12). El R-12 también se denomina comúnmente freón y se utilizaba como refrigerante. Muchos CFC se han utilizado ampliamente como refrigerantes , propelentes (en aplicaciones de aerosoles ), sistemas de extinción de incendios gaseosos y disolventes . Como resultado de la contribución de los CFC al agotamiento del ozono en la atmósfera superior , la fabricación de dichos compuestos se ha eliminado gradualmente en virtud del Protocolo de Montreal y se están reemplazando por otros productos como los hidrofluorocarbonos (HFC) y las hidrofluoroolefinas (HFO) [1], incluidos el R-410A , el R-134a y el R-1234yf . [2] [3] [4]
Al igual que en los alcanos más simples , el carbono en los CFC se enlaza con simetría tetraédrica . Debido a que los átomos de flúor y cloro difieren mucho en tamaño y carga efectiva con respecto al hidrógeno y entre sí, los CFC derivados del metano se desvían de la simetría tetraédrica perfecta. [5]
Las propiedades físicas de los CFC y HCFC se pueden ajustar mediante cambios en el número e identidad de los átomos de halógeno . En general, son volátiles, pero menos que sus alcanos originales. La menor volatilidad se atribuye a la polaridad molecular inducida por los haluros , que induce interacciones intermoleculares. Así, el metano hierve a -161 °C, mientras que los fluorometanos hierven entre -51,7 (CF 2 H 2 ) y -128 °C (CF 4 ). Los CFC tienen puntos de ebullición aún más altos porque el cloruro es incluso más polarizable que el fluoruro. Debido a su polaridad, los CFC son disolventes útiles y sus puntos de ebullición los hacen adecuados como refrigerantes. Los CFC son mucho menos inflamables que el metano, en parte porque contienen menos enlaces CH y en parte porque, en el caso de los cloruros y bromuros, los haluros liberados extinguen los radicales libres que mantienen las llamas.
Las densidades de los CFC son mayores que las de sus alcanos correspondientes. En general, la densidad de estos compuestos se correlaciona con la cantidad de cloruros.
Los CFC y los HCFC se producen generalmente por intercambio de halógenos a partir de metanos y etanos clorados. Un ejemplo ilustrativo es la síntesis de clorodifluorometano a partir de cloroformo :
Los derivados bromados se generan por reacciones de radicales libres de hidroclorofluorocarbonos, reemplazando enlaces CH por enlaces C-Br. La producción del anestésico 2-bromo-2-cloro-1,1,1-trifluoroetano ("halotano") es ilustrativa:
Los CFC y los HCFC se utilizan en diversas aplicaciones debido a su baja toxicidad, reactividad e inflamabilidad. [6] Se han examinado todas las permutaciones de flúor, cloro e hidrógeno basadas en metano y etano y la mayoría se han comercializado. Además, se conocen muchos ejemplos de cantidades más altas de carbono, así como compuestos relacionados que contienen bromo. Los usos incluyen refrigerantes , agentes de expansión , propelentes de aerosoles en aplicaciones medicinales y disolventes desengrasantes.
Anualmente se producen miles de millones de kilogramos de clorodifluorometano como precursor del tetrafluoroetileno , el monómero que se convierte en teflón . [7]
Se debe utilizar un sistema de numeración especial para los alcanos fluorados, con los prefijos Freon-, R-, CFC- y HCFC-, donde el valor más a la derecha indica el número de átomos de flúor, el siguiente valor a la izquierda es el número de átomos de hidrógeno más 1, y el siguiente valor a la izquierda es el número de átomos de carbono menos uno (no se indican los ceros), y los átomos restantes son cloro .
El freón-12, por ejemplo, indica un derivado del metano (sólo dos números) que contiene dos átomos de flúor (los segundos 2) y ningún hidrógeno (1-1=0). Por lo tanto, es CCl 2 F 2 . [8]
Otra ecuación que se puede aplicar para obtener la fórmula molecular correcta de los compuestos de la clase CFC/R/Freón es tomar la numeración y sumarle 90. El valor resultante dará el número de carbonos como primer número, el segundo número da el número de átomos de hidrógeno y el tercer número da el número de átomos de flúor. El resto de los enlaces de carbono no contabilizados están ocupados por átomos de cloro. El valor de esta ecuación es siempre un número de tres cifras. Un ejemplo sencillo es el de CFC-12, que da: 90+12=102 -> 1 carbono, 0 hidrógenos, 2 átomos de flúor y, por tanto, 2 átomos de cloro, lo que da como resultado CCl 2 F 2 . La principal ventaja de este método para deducir la composición molecular en comparación con el método descrito en el párrafo anterior es que da el número de átomos de carbono de la molécula. [9]
Los freones que contienen bromo se representan con cuatro números. Los isómeros , que son comunes para los derivados del etano y el propano, se indican con letras que siguen a los números:
La reacción de los CFC que es responsable del agotamiento del ozono es la escisión fotoinducida de un enlace C-Cl: [10]
El átomo de cloro, que se escribe a menudo como Cl . , se comporta de forma muy diferente a la molécula de cloro (Cl 2 ). El radical Cl . tiene una larga vida en la atmósfera superior, donde cataliza la conversión de ozono en O 2 . El ozono absorbe la radiación UV-B, por lo que su agotamiento permite que más de esta radiación de alta energía llegue a la superficie de la Tierra. Los átomos de bromo son catalizadores aún más eficientes; por lo tanto, los CFC bromados también están regulados. [11]
Los CFC se eliminaron gradualmente a través del Protocolo de Montreal debido a su papel en el agotamiento de la capa de ozono .
Los efectos atmosféricos de los CFC no se limitan a su papel como sustancias químicas que destruyen la capa de ozono. Las bandas de absorción infrarrojas impiden que el calor en esa longitud de onda escape de la atmósfera terrestre. Los CFC tienen sus bandas de absorción más fuertes de los enlaces CF y C-Cl en la región espectral de 7,8 a 15,3 μm [14], conocida como la "ventana atmosférica" debido a la relativa transparencia de la atmósfera dentro de esta región. [15]
La fuerza de las bandas de absorción de los CFC y la susceptibilidad única de la atmósfera en longitudes de onda donde los CFC (de hecho, todos los compuestos de flúor covalentes) absorben radiación [16] crea un "super" efecto invernadero a partir de los CFC y otros gases que contienen flúor no reactivos, como los perfluorocarbonos , los HFC , los HCFC , los bromofluorocarbonos , el SF6 y el NF3 . [17] Esta absorción de "ventana atmosférica" se intensifica por la baja concentración de cada CFC individual. Debido a que el CO2 está cerca de la saturación con altas concentraciones y pocas bandas de absorción infrarrojas, el presupuesto de radiación y, por lo tanto, el efecto invernadero tienen baja sensibilidad a los cambios en la concentración de CO2 ; [ 18] el aumento de la temperatura es aproximadamente logarítmico. [19] Por el contrario, la baja concentración de CFC permite que sus efectos aumenten linealmente con la masa, [17] de modo que los clorofluorocarbonos son gases de efecto invernadero con un potencial mucho mayor para mejorar el efecto invernadero que el CO2 .
Los grupos están eliminando activamente los clorofluorocarbonos (CFC) heredados para reducir su impacto en la atmósfera. [20]
Según la NASA , en 2018 el agujero en la capa de ozono comenzó a cerrarse como resultado de las prohibiciones de los CFC. [21] Sin embargo, una investigación publicada en 2019 informa de un aumento alarmante de los CFC, lo que apunta a un uso no regulado en China. [22]
Antes y durante la década de 1920, los refrigeradores utilizaban gases tóxicos como refrigerantes, incluidos amoníaco, dióxido de azufre y clorometano. Más tarde, en la década de 1920, después de una serie de accidentes fatales que implicaron la fuga de clorometano de los refrigeradores, comenzó un importante esfuerzo de colaboración entre las corporaciones estadounidenses Frigidaire, General Motors y DuPont para desarrollar una alternativa más segura y no tóxica. A Thomas Midgley Jr. de General Motors se le atribuye la síntesis de los primeros clorofluorocarbonos. La corporación Frigidaire recibió la primera patente, número 1.886.339, para la fórmula de los CFC el 31 de diciembre de 1928. En una demostración para la Sociedad Química Estadounidense , Midgley demostró de manera extravagante todas estas propiedades inhalando una bocanada del gas y usándolo para apagar una vela [23] en 1930. [24] [25]
En 1930, General Motors y Du Pont formaron la Kinetic Chemical Company para producir freón y, en 1935, Frigidaire y sus competidores vendieron más de 8 millones de refrigeradores que utilizaban R-12. En 1932, Carrier comenzó a utilizar R-11 en la primera unidad de aire acondicionado doméstica autónoma del mundo, conocida como "gabinete atmosférico". Como los CFC eran en gran medida no tóxicos, rápidamente se convirtieron en el refrigerante de elección en los grandes sistemas de aire acondicionado. Se revisaron los códigos de salud pública en las ciudades para designar a los clorofluorocarbonos como los únicos gases que podían usarse como refrigerantes en los edificios públicos. [26]
El crecimiento de los CFC continuó durante las décadas siguientes, lo que llevó a un pico de ventas anuales de más de 1.000 millones de dólares, con una producción anual de más de 1 millón de toneladas métricas. No fue hasta 1974 cuando dos químicos de la Universidad de California, el profesor F. Sherwood Rowland y el doctor Mario Molina, descubrieron por primera vez que el uso de clorofluorocarbonos estaba causando una reducción significativa de las concentraciones de ozono atmosférico. Esto dio inicio a la iniciativa ambiental que finalmente resultó en la promulgación del Protocolo de Montreal. [27] [28]
Durante la Segunda Guerra Mundial , varios cloroalcanos se usaban de manera estándar en los aviones militares, aunque estos primeros halones sufrían de una toxicidad excesiva. Sin embargo, después de la guerra se volvieron lentamente más comunes también en la aviación civil. En la década de 1960, los fluoroalcanos y bromofluoroalcanos estuvieron disponibles y rápidamente fueron reconocidos como materiales de extinción de incendios altamente efectivos. Gran parte de las primeras investigaciones con Halon 1301 se llevaron a cabo bajo los auspicios de las Fuerzas Armadas de los EE. UU., mientras que Halon 1211 se desarrolló, inicialmente, principalmente en el Reino Unido. A fines de la década de 1960, eran estándar en muchas aplicaciones donde los extintores de agua y polvo seco representaban una amenaza de daño a la propiedad protegida, incluidas salas de computadoras, conmutadores de telecomunicaciones, laboratorios, museos y colecciones de arte. Comenzando con los buques de guerra , en la década de 1970, los bromofluoroalcanos también comenzaron a asociarse progresivamente con la rápida extinción de incendios graves en espacios confinados con un riesgo mínimo para el personal.
A principios de los años 1980, los bromofluoroalcanos eran de uso común en aviones, barcos y vehículos de gran tamaño, así como en instalaciones informáticas y galerías. Sin embargo, se empezó a expresar preocupación por el impacto de los cloroalcanos y bromoalcanos en la capa de ozono . La Convención de Viena para la Protección de la Capa de Ozono no incluyó a los bromofluoroalcanos bajo las mismas restricciones, en lugar de ello, el consumo de bromofluoroalcanos se congeló en los niveles de 1986. Esto se debe al hecho de que se pensaba que la descarga de emergencia de los sistemas de extinción era demasiado pequeña en volumen para producir un impacto significativo y demasiado importante para la seguridad humana como para restringirla. [29]
Desde finales de los años 70, el uso de los CFC ha estado muy regulado debido a sus efectos destructivos sobre la capa de ozono . Tras el desarrollo de su detector de captura de electrones , James Lovelock fue el primero en detectar la presencia generalizada de CFC en el aire, encontrando una fracción molar de 60 ppt de CFC-11 sobre Irlanda . En una expedición de investigación autofinanciada que finalizó en 1973, Lovelock midió el CFC-11 tanto en el Ártico como en la Antártida, encontrando la presencia del gas en cada una de las 50 muestras de aire recogidas y concluyendo que los CFC no son peligrosos para el medio ambiente. Sin embargo, el experimento proporcionó los primeros datos útiles sobre la presencia de CFC en la atmósfera. El daño causado por los CFC fue descubierto por Sherry Rowland y Mario Molina , quienes, después de escuchar una conferencia sobre el tema del trabajo de Lovelock, se embarcaron en una investigación que resultó en la primera publicación que sugería la conexión en 1974. Resulta que una de las características más atractivas de los CFC, su baja reactividad, es clave para sus efectos más destructivos. La falta de reactividad de los CFC les da una vida útil que puede superar los 100 años, lo que les da tiempo para difundirse en la estratosfera superior . [30] Una vez en la estratosfera, la radiación ultravioleta del sol es lo suficientemente fuerte como para causar la ruptura homolítica del enlace C-Cl. En 1976, bajo la Ley de Control de Sustancias Tóxicas, la EPA prohibió la fabricación comercial y el uso de CFC y propelentes de aerosoles. Esto fue reemplazado más tarde en las enmiendas de 1990 a la Ley de Aire Limpio para abordar el agotamiento del ozono estratosférico. [31]
En 1987, en respuesta a una dramática reducción estacional de la capa de ozono sobre la Antártida , los diplomáticos en Montreal forjaron un tratado, el Protocolo de Montreal , que exigía reducciones drásticas en la producción de CFC. El 2 de marzo de 1989, 12 naciones de la Comunidad Europea acordaron prohibir la producción de todos los CFC para fines de siglo. En 1990, los diplomáticos se reunieron en Londres y votaron para fortalecer significativamente el Protocolo de Montreal al exigir una eliminación completa de los CFC para el año 2000. Para 2010, los CFC también deberían haber sido eliminados por completo de los países en desarrollo.
Como los únicos CFC disponibles para los países que se adhieren al tratado son los procedentes del reciclaje, sus precios han aumentado considerablemente. El fin mundial de la producción también debería poner fin al contrabando de este material. Sin embargo, existen problemas actuales de contrabando de CFC, como reconoció el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) en un informe de 2006 titulado "Illegal Trade in Ozone Depleting Substances" (Comercio ilegal de sustancias que agotan la capa de ozono). El PNUMA estima que entre 16.000 y 38.000 toneladas de CFC pasaron por el mercado negro a mediados de la década de 1990. El informe estima que entre 7.000 y 14.000 toneladas de CFC se introducen de contrabando anualmente en los países en desarrollo. Los países asiáticos son los que registran el mayor contrabando; En 2007, se descubrió que China, India y Corea del Sur representaban alrededor del 70% de la producción mundial de CFC, [32] Corea del Sur luego prohibió la producción de CFC en 2010. [33] También se examinaron las posibles razones para el continuo contrabando de CFC: el informe señaló que muchos de los sistemas de refrigeración que fueron diseñados para funcionar utilizando los productos de CFC prohibidos tienen una vida útil prolongada y continúan funcionando. El costo de reemplazar el equipo de estos artículos a veces es más barato que equiparlos con un aparato más respetuoso con el ozono. Además, el contrabando de CFC no se considera un problema significativo, por lo que las sanciones percibidas por el contrabando son bajas. En 2018, se llamó la atención pública sobre el problema de que en un lugar desconocido del este de Asia se han producido una cantidad estimada de 13.000 toneladas métricas anuales de CFC desde aproximadamente 2012 en violación del protocolo. [34] [35] Si bien es probable que se eliminen gradualmente los CFC, se están realizando esfuerzos para frenar estos problemas actuales de incumplimiento.
En el momento del Protocolo de Montreal , se comprendió que las descargas deliberadas y accidentales durante las pruebas y el mantenimiento del sistema representaban volúmenes sustancialmente mayores que las descargas de emergencia y, en consecuencia, los halones se incluyeron en el tratado, aunque con muchas excepciones. [36] [37] [38]
Si bien la producción y el consumo de CFC están regulados por el Protocolo de Montreal, las emisiones de los bancos de CFC existentes no están reguladas por el acuerdo. En 2002, se estimó que había 5.791 kilotones de CFC en productos existentes, como refrigeradores, acondicionadores de aire, latas de aerosol y otros. [39] Se prevé que aproximadamente un tercio de estos CFC se emitirán durante la próxima década [ ¿cuándo? ] si no se toman medidas, lo que representa una amenaza tanto para la capa de ozono como para el clima. [40] Una parte de estos CFC se puede capturar y destruir de forma segura mediante incineración controlada a alta temperatura que destruye la molécula de CFC. [41]
En 1978, Estados Unidos prohibió el uso de CFC como el freón en latas de aerosol, lo que marcó el comienzo de una larga serie de acciones regulatorias contra su uso. La patente crítica de DuPont para la fabricación de freón ("Proceso para fluorar halohidrocarburos", patente estadounidense n.° 3258500) expiraba en 1979. Junto con otros pares industriales, DuPont formó un grupo de presión, la "Alianza para una política responsable de CFC", para combatir las regulaciones de los compuestos que dañan la capa de ozono. [42] En 1986, DuPont, con nuevas patentes en la mano, revirtió su postura anterior y condenó públicamente los CFC. [43] Los representantes de DuPont comparecieron ante el Protocolo de Montreal instando a que se prohibieran los CFC en todo el mundo y declararon que sus nuevos HCFC satisfarían la demanda mundial de refrigerantes. [43]
El uso de ciertos cloroalcanos como disolventes para aplicaciones a gran escala, como la limpieza en seco, ha sido eliminado gradualmente, por ejemplo, por la Directiva IPPC sobre gases de efecto invernadero en 1994 y por la Directiva sobre compuestos orgánicos volátiles (COV) de la UE en 1997. Los usos permitidos de los clorofluoroalcanos son únicamente con fines medicinales.
Los bromofluoroalcanos han sido prácticamente eliminados y la posesión de equipos para su uso está prohibida en algunos países, como los Países Bajos y Bélgica, desde el 1 de enero de 2004, con base en el Protocolo de Montreal y las directrices de la Unión Europea.
En la mayoría de los países (probablemente en todos) la producción de nuevos arsenales cesó en 1994. [44] [45] [46] Sin embargo, muchos países siguen exigiendo que los aviones estén equipados con sistemas de extinción de incendios de halón porque no se ha descubierto ninguna alternativa segura y completamente satisfactoria para esta aplicación. También existen otros usos altamente especializados. Estos programas reciclan el halón a través de "bancos de halón" coordinados por la Halon Recycling Corporation [47] para garantizar que la descarga a la atmósfera se produzca sólo en caso de una auténtica emergencia y para conservar los arsenales restantes.
Los sustitutos provisionales de los CFC son los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), que agotan el ozono estratosférico, pero en una medida mucho menor que los CFC. [48] En última instancia, los hidrofluorocarbonos (HFC) reemplazarán a los HCFC. A diferencia de los CFC y los HCFC, los HFC tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono (ODP) de 0. [49] DuPont comenzó a producir hidrofluorocarbonos como alternativas al freón en la década de 1980. Estos incluían refrigerantes Suva y propelentes Dymel. [50] Los refrigerantes naturales son soluciones respetuosas con el clima que disfrutan de un apoyo cada vez mayor de grandes empresas y gobiernos interesados en reducir las emisiones de calentamiento global de la refrigeración y el aire acondicionado .
Los hidrofluorocarbonos están incluidos en el Protocolo de Kyoto y están regulados por la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal [51] debido a su muy alto potencial de calentamiento global (PCG) y al reconocimiento de las contribuciones de los halocarbonos al cambio climático. [52]
El 21 de septiembre de 2007, en una cumbre de Montreal patrocinada por las Naciones Unidas , aproximadamente 200 países acordaron acelerar la eliminación total de los hidroclorofluorocarbonos para 2020. A los países en desarrollo se les dio hasta 2030. Muchos países, como Estados Unidos y China , que anteriormente se habían resistido a tales esfuerzos , aceptaron el cronograma acelerado de eliminación gradual. [53] La India logró con éxito la eliminación completa del HCFC-141 b en 2020. [54]
Se informó que los niveles de HCFC en la atmósfera habían comenzado a disminuir en 2021 debido a su eliminación gradual en virtud del Protocolo de Montreal. [55]
Si bien se ha prohibido la producción de estos refrigerantes, todavía existen grandes volúmenes de ellos en sistemas más antiguos y se ha dicho que representan una amenaza inmediata para nuestro medio ambiente. [56] Prevenir la liberación de estos refrigerantes nocivos se ha clasificado como una de las acciones más eficaces que podemos tomar para mitigar el catastrófico cambio climático. [57]
El trabajo sobre alternativas a los clorofluorocarbonos en refrigerantes comenzó a fines de la década de 1970, después de que se publicaron las primeras advertencias sobre daños al ozono estratosférico .
Los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) son menos estables en la atmósfera inferior, lo que les permite descomponerse antes de alcanzar la capa de ozono. Sin embargo, una fracción significativa de los HCFC se descomponen en la estratosfera y han contribuido a una mayor acumulación de cloro allí de lo que se predijo originalmente. Las alternativas posteriores que carecen de cloro, los hidrofluorocarbonos (HFC), tienen una vida útil aún más corta en la atmósfera inferior. [48] Uno de estos compuestos, el HFC-134a , se utilizó en lugar del CFC-12 en los acondicionadores de aire de los automóviles. Los refrigerantes de hidrocarburos (una mezcla de propano/isobutano) también se utilizaron ampliamente en sistemas de aire acondicionado móviles en Australia, los EE. UU. y muchos otros países, ya que tenían excelentes propiedades termodinámicas y funcionaban particularmente bien en temperaturas ambiente altas. El 1,1-dicloro-1-fluoroetano (HCFC-141b) ha reemplazado al HFC-134a, debido a sus bajos valores de ODP y GWP. Y según el Protocolo de Montreal, se supone que el HCFC-141b se eliminará por completo y se reemplazará con sustancias que produzcan cero ODP, como ciclopentano , HFO y HFC-345a, antes de enero de 2020. [58]
Entre los refrigerantes naturales (junto con el amoníaco y el dióxido de carbono), los hidrocarburos tienen impactos ambientales insignificantes y también se utilizan en todo el mundo en aplicaciones de refrigeración doméstica y comercial, y se están volviendo disponibles en nuevos acondicionadores de aire de sistema dividido. [59] Varios otros solventes y métodos han reemplazado el uso de CFC en análisis de laboratorio. [60]
En los inhaladores de dosis medidas (MDI), se desarrolló un sustituto que no afecta al ozono como propulsor, conocido como " hidrofluoroalcano ". [61]
El desarrollo de hidrofluoroolefinas (HFO) como reemplazos de los hidroclorofluorocarbonos y los hidrofluorocarbonos comenzó después de la enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal en 2016, que exigía la eliminación gradual de los refrigerantes de alto potencial de calentamiento global (PCG) y su reemplazo por otros refrigerantes con un PCG menor, más cercano al del dióxido de carbono. [62] Los HFO tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono de 0,0, en comparación con el 1,0 del CFC-11 principal, y un PCG bajo que los convierte en alternativas ambientalmente más seguras que los CFC, HCFC y HFC. [63] [64]
Las hidrofluoroolefinas sirven como reemplazos funcionales para aplicaciones en las que antes se usaban hidrofluorocarbonos de alto PCA. En abril de 2022, la EPA firmó una norma final prepublicada que incluye al HFO-1234yf en el Programa de Política de Nuevas Alternativas Significativas (SNAP) para Aire Acondicionado de Vehículos de Motor en Vehículos No de Carretera y Accesorios de Servicio para Latas Pequeñas de Refrigerante. Esta norma permite que el HFO-1234yf se haga cargo de las aplicaciones en las que antes se usaban CFC que agotan la capa de ozono, como el R-12, y HFC de alto PCA, como el R-134a. [65] La eliminación gradual y el reemplazo de los CFC y HFC en la industria automotriz reducirán en última instancia la liberación de estos gases a la atmósfera y, a su vez, tendrán una contribución positiva a la mitigación del cambio climático. [66] [67]
Dado que la historia temporal de las concentraciones de CFC en la atmósfera es relativamente bien conocida, han proporcionado una importante restricción sobre la circulación oceánica. Los CFC se disuelven en el agua de mar en la superficie del océano y luego son transportados al interior del océano. Debido a que los CFC son inertes, su concentración en el interior del océano refleja simplemente la convolución de su evolución temporal atmosférica y la circulación y mezcla oceánicas.
Los clorofluorocarbonos (CFC) son compuestos antropogénicos que se han liberado a la atmósfera desde la década de 1930 en varias aplicaciones, como en aire acondicionado, refrigeración, agentes espumantes en espumas, aislamientos y materiales de embalaje, propelentes en latas de aerosol y como disolventes. [68] La entrada de CFC en el océano los hace extremadamente útiles como trazadores transitorios para estimar las tasas y las vías de circulación oceánica y los procesos de mezcla. [69] Sin embargo, debido a las restricciones de producción de CFC en la década de 1980, las concentraciones atmosféricas de CFC-11 y CFC-12 han dejado de aumentar, y la relación CFC-11 a CFC-12 en la atmósfera ha estado disminuyendo constantemente, lo que hace que la datación de masas de agua sea más problemática. [69] Por cierto, la producción y liberación de hexafluoruro de azufre (SF 6 ) han aumentado rápidamente en la atmósfera desde la década de 1970. [69] De manera similar a los CFC, el SF 6 también es un gas inerte y no se ve afectado por las actividades químicas o biológicas oceánicas. [70] Por lo tanto, el uso de CFC junto con SF 6 como trazador resuelve los problemas de datación del agua debido a la disminución de las concentraciones de CFC.
El uso de CFC o SF6 como trazadores de la circulación oceánica permite la derivación de tasas para los procesos oceánicos debido a la función de fuente dependiente del tiempo. El tiempo transcurrido desde que una masa de agua subterránea estuvo en contacto por última vez con la atmósfera es la edad derivada del trazador. [71] Las estimaciones de edad se pueden derivar en función de la presión parcial de un compuesto individual y la relación de la presión parcial de CFC entre sí (o SF6 ) . [71]
La edad de una parcela de agua se puede estimar mediante la edad de la presión parcial de CFC (pCFC) o la edad de la presión parcial de SF6 (pSF6 ) . La edad de pCFC de una muestra de agua se define como:
donde [CFC] es la concentración medida de CFC (pmol kg −1 ) y F es la solubilidad del gas CFC en agua de mar en función de la temperatura y la salinidad. [72] La presión parcial de CFC se expresa en unidades de 10-12 atmósferas o partes por billón (ppt). [73] Las mediciones de solubilidad de CFC-11 y CFC-12 han sido medidas previamente por Warner y Weiss [73] Además, la medición de solubilidad de CFC-113 fue medida por Bu y Warner [74] y SF 6 por Wanninkhof et al. [75] y Bullister et al. [76] Estos autores mencionados anteriormente han expresado la solubilidad (F) a una presión total de 1 atm como:
donde F = solubilidad expresada en mol l −1 o mol kg −1 atm −1 , T = temperatura absoluta, S = salinidad en partes por mil (ppt), a 1 , a 2 , a 3 , b 1 , b 2 y b 3 son constantes que se determinarán a partir del ajuste de mínimos cuadrados a las mediciones de solubilidad. [74] Esta ecuación se deriva de la ecuación integrada de Van 't Hoff y la dependencia logarítmica de la salinidad de Setchenow. [74]
Se puede observar que la solubilidad de los CFC aumenta con la disminución de la temperatura aproximadamente un 1 % por grado Celsius. [71]
Una vez que se obtiene la presión parcial del CFC (o SF 6 ), se compara con los historiales temporales atmosféricos de CFC-11, CFC-12 o SF 6 en los que el pCFC corresponde directamente al año con el mismo. La diferencia entre la fecha correspondiente y la fecha de recolección de la muestra de agua de mar es la edad promedio de la parcela de agua. [71] La edad de una parcela de agua también se puede calcular utilizando la relación de dos presiones parciales de CFC o la relación de la presión parcial de SF 6 con una presión parcial de CFC. [71]
Según sus hojas de datos de seguridad de materiales, los CFC y HCFC son líquidos y gases incoloros, volátiles y no tóxicos con un olor etéreo ligeramente dulce. La sobreexposición a concentraciones del 11% o más puede causar mareos, pérdida de concentración, depresión del sistema nervioso central o arritmia cardíaca . Los vapores desplazan el aire y pueden causar asfixia en espacios confinados. La absorción dérmica de clorofluorocarbonos es posible, pero baja. La captación pulmonar de clorofluorocarbonos inhalados ocurre rápidamente y las concentraciones máximas en sangre se producen en tan solo 15 segundos, con concentraciones constantes que se estabilizan después de 20 minutos. La absorción de clorofluorocarbonos ingeridos por vía oral es de 35 a 48 veces menor en comparación con la inhalación. [77] Aunque no son inflamables, sus productos de combustión incluyen ácido fluorhídrico y especies relacionadas. [78] La exposición ocupacional normal se estima en 0,07% y no plantea ningún riesgo grave para la salud. [79]
![{\displaystyle pCFC={\frac {[CFC]}{F(T,S)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d2662166456bba71b0bd9991a30d238d64b6e23e)
![{\displaystyle \ln F=a_{1}+a_{2}({\frac {100}{T}}\right)+a_{3}\ln ({\frac {T}{100}}\right)+a_{4}({\frac {T}{100}}\right)^{2}+S\left[b_{1}+b_{2}({\frac {T}{100}}\right)+b_{3}({\frac {T}{100}}\right)^{2}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed8b5fa4bad529e3f88c8f85d3fb46005440d651)
