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 llama comúnmente freón y se utilizaba como refrigerante. Muchos CFC se han utilizado ampliamente como refrigerantes , propulsores (en aplicaciones de aerosoles ), sistemas de extinción de incendios gaseosos y disolventes . Como resultado de que los CFC contribuyen al agotamiento de la capa de ozono en la atmósfera superior , la fabricación de dichos compuestos se ha eliminado gradualmente en virtud del Protocolo de Montreal y están siendo reemplazados por otros productos como los hidrofluorocarbonos (HFC) y las hidrofluoroolefinas (HFO) [1] incluidos R-410A , R-134a y R-1234yf . [2] [3] [4]
Como ocurre con los alcanos más simples , el carbono de los CFC se une con simetría tetraédrica . Debido a que los átomos de flúor y cloro difieren mucho en tamaño y carga efectiva del hidrógeno y entre sí, los CFC derivados del metano se desvían de la simetría tetraédrica perfecta. [5]
Las propiedades físicas de los CFC y los HCFC se pueden ajustar mediante cambios en el número y la identidad de los átomos de halógeno . En general, son volátiles pero menos que sus alcanos originales. La disminución de la 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 apagan los radicales libres que sustentan las llamas.
Las densidades de los CFC son más altas 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 normalmente mediante intercambio de halógenos a partir de metanos y etanos clorados. Es ilustrativa la síntesis de clorodifluorometano a partir de cloroformo :
Los derivados bromados se generan mediante reacciones de radicales libres de hidroclorofluorocarbonos, reemplazando los enlaces CH por enlaces C-Br. La producción del anestésico 2-bromo-2-cloro-1,1,1-trifluoroetano ("halotano") es ilustrativa:
Los CFC y 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 ha comercializado. Además, se conocen muchos ejemplos de mayor cantidad de carbono, así como de compuestos relacionados que contienen bromo. Los usos incluyen refrigerantes , agentes espumantes , propulsores de aerosoles en aplicaciones medicinales y disolventes desengrasantes.
Cada año se producen miles de millones de kilogramos de clorodifluorometano como precursor del tetrafluoroetileno , el monómero que se convierte en teflón . [7]
Se utilizará un sistema de numeración especial para los alcanos fluorados, con el prefijo Freón-, 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 .
Freón-12, por ejemplo, indica un derivado del metano (sólo dos números) que contiene dos átomos de flúor (los segundos 2) y nada de 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 clase CFC/R/freón es tomar la numeración y agregarle 90. El valor resultante dará el número de carbonos como el primer número, el segundo número dará el número de átomos de hidrógeno y el tercer número dará el número de átomos de flúor. El resto de 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 del 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 de deducir la composición molecular en comparación con el método descrito en el párrafo anterior es que proporciona el número de átomos de carbono de la molécula. [9]
Los freones que contienen bromo se indican con cuatro números. Los isómeros , que son comunes para los derivados del etano y del propano, se indican con letras después de los números:
La reacción de los CFC responsable del agotamiento del ozono es la escisión fotoinducida de un enlace C-Cl: [10]
El átomo de cloro, escrito a menudo como Cl . , se comporta de manera muy diferente a la molécula de cloro (Cl 2 ). El radical Cl . es de 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 una mayor cantidad 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 fueron eliminados mediante el Protocolo de Montreal debido a su papel en el agotamiento de la capa de ozono .
Los impactos atmosféricos de los CFC no se limitan a su papel como sustancias químicas que agotan la capa de ozono. Las bandas de absorción infrarroja 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] , denominada "ventana atmosférica" debido a la relativa transparencia de la atmósfera dentro de esta región. [15]
La fuerza de las bandas de absorción de 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 "súper" efecto invernadero a partir de los CFC y otros gases que contienen flúor no reactivos, como los perfluorocarbonos y los HFC. , HCFC , bromofluorocarbonos , SF 6 y NF 3 . [17] Esta absorción de "ventana atmosférica" se intensifica por la baja concentración de cada CFC individual. Debido a que el CO 2 está cerca de la saturación con altas concentraciones y pocas bandas de absorción infrarroja, el balance de radiación y, por tanto, el efecto invernadero tiene baja sensibilidad a los cambios en la concentración de CO 2 ; [18] el aumento de 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 potenciar el efecto invernadero que el CO 2 .
Los grupos están eliminando activamente los CFC heredados para reducir su impacto en la atmósfera. [20]
Según la NASA en 2018, el agujero de la capa de ozono ha comenzado a recuperarse como resultado de las prohibiciones de CFC. [21] Sin embargo, una investigación publicada en 2019 informa de un aumento alarmante de 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 relacionados con la fuga de clorometano de los refrigeradores, se inició 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. A la corporación Frigidaire se le concedió 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 extravagantemente todas estas propiedades inhalando una bocanada de gas y usándola para soplar. apagó una vela [23] en 1930. [24] [25]
En 1930, General Motors y Du Pont formaron 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 resultado de que los CFC no son en gran medida tóxicos, rápidamente se convirtieron en el refrigerante preferido en grandes sistemas de aire acondicionado. Se revisaron los códigos de salud pública de las ciudades para designar 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 mil millones de dólares y una producción anual de más de 1 millón de toneladas métricas. No fue hasta 1974 que dos químicos de la Universidad de California, el profesor F. Sherwood Rowland y el Dr. Mario Molina, descubrieron por primera vez que el uso de clorofluorocarbonos estaba provocando un agotamiento significativo de las concentraciones de ozono atmosférico. Esto inició el esfuerzo ambiental que finalmente resultó en la promulgación del Protocolo de Montreal. [27] [28]
Durante la Segunda Guerra Mundial , varios cloroalcanos eran de uso estándar en aviones militares, aunque estos primeros halones adolecían de una toxicidad excesiva. Sin embargo, después de la guerra poco a poco se hicieron más comunes también en la aviación civil. En la década de 1960, los fluoroalcanos y los bromofluoroalcanos estuvieron disponibles y rápidamente se reconocieron como materiales altamente eficaces contra incendios. Gran parte de las primeras investigaciones con el Halón 1301 se llevaron a cabo bajo los auspicios de las Fuerzas Armadas de los EE. UU., mientras que el Halón 1211 se desarrolló inicialmente principalmente en el Reino Unido. A finales 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, interruptores de telecomunicaciones, laboratorios, museos y colecciones de arte. A partir de los buques de guerra , en la década de 1970, los bromofluoroalcanos también llegaron a asociarse progresivamente con la rápida extinción de incendios graves en espacios confinados con un riesgo mínimo para el personal.
A principios de la década de 1980, los bromofluoroalcanos eran de uso común en aviones, barcos y vehículos grandes, así como en instalaciones y galerías de computación. Sin embargo, comenzaba a expresarse 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 cubría los bromofluoroalcanos bajo las mismas restricciones; en cambio, el consumo de bromofluoroalcanos se congeló a los niveles de 1986. Esto se debe al hecho de que se pensaba que la descarga de emergencia de los sistemas de extinción tenía un volumen demasiado pequeño para producir un impacto significativo y era demasiado importante para la seguridad humana como para restringirla. [29]
Desde finales de la década de 1970, el uso de CFC ha estado fuertemente regulado debido a sus efectos destructivos sobre la capa de ozono . Después del 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 en Irlanda . En una expedición de investigación autofinanciada que finalizó en 1973, Lovelock midió el CFC-11 tanto en el Ártico como en la Antártida, encontró la presencia del gas en cada una de las 50 muestras de aire recolectadas y concluyó 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 dio como resultado la primera publicación que sugería la conexión en 1974. Resulta que uno de los CFC más atractivos Sus características (su baja reactividad) son clave para sus efectos más destructivos. La falta de reactividad de los CFC les confiere una vida útil que puede superar los 100 años, dándoles tiempo para difundirse hacia la estratosfera superior . [30] Una vez en la estratosfera, la radiación ultravioleta del sol es lo suficientemente fuerte como para causar la escisión homolítica del enlace C-Cl. En 1976, en virtud de la Ley de Control de Sustancias Tóxicas, la EPA prohibió la fabricación y el uso comercial de CFC y propulsores de aerosoles. Esto fue posteriormente reemplazado por las enmiendas de 1990 a la Ley de Aire Limpio para abordar el agotamiento del ozono estratosférico. [31]
En 1987, en respuesta al dramático agotamiento estacional de la capa de ozono sobre la Antártida , los diplomáticos en Montreal forjaron un tratado, el Protocolo de Montreal , que pedía reducciones drásticas en la producción de CFC. El 2 de marzo de 1989, 12 países de la Comunidad Europea acordaron prohibir la producción de todos los CFC para finales de siglo. En 1990, los diplomáticos se reunieron en Londres y votaron a favor de fortalecer significativamente el Protocolo de Montreal pidiendo una eliminación completa de los CFC para el año 2000. Para el año 2010, los CFC también deberían haberse eliminado por completo de los países en desarrollo.
Debido a que los únicos CFC disponibles para los países que adhieren al tratado provienen del reciclaje, sus precios han aumentado considerablemente. El fin de la producción a nivel mundial también debería poner fin al contrabando de este material. Sin embargo, actualmente existen problemas de contrabando de CFC, como lo reconoció el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) en un informe de 2006 titulado "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 los años noventa. El informe estimó que entre 7.000 y 14.000 toneladas de CFC se introducen de contrabando anualmente a los países en desarrollo. Los países asiáticos son los que tienen más 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 prohibió posteriormente la producción de CFC en 2010. [33] También se examinaron posibles razones para el continuo contrabando de CFC: El informe señaló que muchos de los sistemas de refrigeración que fueron diseñados para funcionar utilizando productos CFC prohibidos tienen una larga vida útil y continúan funcionando. El coste de sustituir el equipamiento de estos artículos es a veces más barato que equiparlos con un aparato más respetuoso con el ozono. Además, el contrabando de CFC no se considera un problema importante, por lo que las sanciones percibidas por el contrabando son bajas. En 2018, se llamó la atención del público sobre la cuestión de que en un lugar desconocido del este de Asia se ha 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 la eventual eliminación de los CFC, se están realizando esfuerzos para detener estos problemas actuales de incumplimiento.
En la época 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, se incluyeron los halones 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 existentes de CFC no están reguladas por el acuerdo. En 2002, se estimaba 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 emitan durante la próxima década [ ¿cuándo? ] si no se toman medidas, representa una amenaza tanto para la capa de ozono como para el clima. [40] Una proporción 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 de fabricación fundamental de DuPont para el freón ("Process for Fluorinating Halohydrocarbons", Patente de EE. UU. nº 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 Regulaciones sobre compuestos que agotan la capa de ozono. [42] En 1986, DuPont, con nuevas patentes en mano, revirtió su postura anterior y condenó públicamente los CFC. [43] 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 cubrirían la demanda mundial de refrigerantes. [43]
El uso de determinados cloroalcanos como disolventes para aplicaciones a gran escala, como la limpieza en seco, ha sido eliminado progresivamente, por ejemplo, por la directiva IPPC sobre gases de efecto invernadero de 1994 y por la directiva de compuestos orgánicos volátiles (COV) de la UE de 1997. Permitido Los usos del clorofluoroalcano son únicamente medicinales.
Los bromofluoroalcanos se han eliminado en gran medida 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, según el Protocolo de Montreal y las directrices de la Unión Europea.
La producción de nuevas existencias cesó en la mayoría de los países (probablemente en todos) en 1994. [44] [45] [46] Sin embargo, muchos países todavía exigen que las aeronaves estén equipadas con sistemas de extinción de incendios con halones porque no se ha descubierto ninguna alternativa segura y completamente satisfactoria para esto. solicitud. También existen algunos otros usos altamente especializados. Estos programas reciclan halones a través de "bancos de halones" coordinados por Halon Recycling Corporation [47] para garantizar que la descarga a la atmósfera se produzca sólo en una emergencia genuina y para conservar las existencias restantes.
Los sustitutos provisionales de los CFC son los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), que agotan el ozono estratosférico, pero en mucha menor medida 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 (PAO) de 0. [49] DuPont comenzó a producir hidrofluorocarbonos como alternativas al freón en la década de 1980. Estos incluían refrigerantes Suva y propulsores Dymel. [50] Los refrigerantes naturales son soluciones respetuosas con el clima que disfrutan de un apoyo cada vez mayor por parte de grandes empresas y gobiernos interesados en reducir las emisiones de calentamiento global procedentes de la refrigeración y el aire acondicionado .
Los hidrofluorocarbonos están incluidos en el Protocolo de Kioto y están regulados por la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal [51] debido a su altísimo potencial de calentamiento global y al reconocimiento de las contribuciones de los halocarbonos al cambio climático. [52]
El 21 de septiembre de 2007, aproximadamente 200 países acordaron acelerar la eliminación total de los hidroclorofluorocarbonos para 2020 en una cumbre de Montreal patrocinada por las Naciones Unidas . A las naciones en desarrollo se les dio hasta 2030. Muchas naciones, como Estados Unidos y China , que anteriormente se habían resistido a tales esfuerzos , estuvieron de acuerdo con el cronograma de eliminación acelerada. [53] India eliminó con éxito los HCFC para 2020. [54]
Si bien se ha prohibido la nueva producción de estos refrigerantes, todavía existen grandes volúmenes en sistemas más antiguos y se dice que representan una amenaza inmediata para nuestro medio ambiente. [55] Prevenir la liberación de estos refrigerantes dañinos se ha clasificado como una de las acciones más efectivas que podemos tomar para mitigar el cambio climático catastrófico. [56]
El trabajo sobre alternativas a los clorofluorocarbonos en los refrigerantes comenzó a finales de la década de 1970, después de que se publicaran 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 llegar a la capa de ozono. Sin embargo, una fracción significativa de los HCFC se descomponen en la estratosfera y han contribuido a una acumulación de cloro mayor de lo previsto 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, Estados Unidos 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 debe eliminarse por completo y sustituirse por sustancias sin PAO como el ciclopentano , los HFO y el HFC-345a antes de enero de 2020. [57]
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 están cada vez más disponibles en nuevos acondicionadores de aire con sistemas divididos. [58] Varios otros disolventes y métodos han sustituido el uso de CFC en análisis de laboratorio. [59]
En los inhaladores de dosis medidas (MDI), se desarrolló como propulsor un sustituto que no afecta al ozono, conocido como " hidrofluoroalcano ". [60]
El desarrollo de hidrofluoroolefinas (HFO) como sustitutos de los hidroclorofluorocarbonos y los hidrofluorocarbonos comenzó después de la enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal en 2016, que pedía la eliminación gradual de los refrigerantes con alto potencial de calentamiento global (PCA) y su sustitución por otros refrigerantes con un menor potencial de calentamiento global. GWP, más cercano al del dióxido de carbono. [61] Los HFO tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono de 0,0, en comparación con el 1,0 del principal CFC-11, y un bajo PCA que los convierte en alternativas ambientalmente más seguras a los CFC, HCFC y HFC. [62] [63]
Las hidrofluoroolefinas sirven como reemplazos funcionales para aplicaciones en las que alguna vez se usaron hidrofluorocarbonos de alto PCA. En abril de 2022, la EPA firmó una norma final prepublicada que incluye el HFO-1234yf en el Programa de Política de Nuevas Alternativas Significativas (SNAP) para aire acondicionado de vehículos motorizados en vehículos no de carretera y accesorios de servicio para latas de refrigerante pequeñas. Esta resolución permite que el HFO-1234yf tome el control en aplicaciones en las que alguna vez se utilizaron CFC que agotan la capa de ozono, como el R-12, y HFC de alto PCA, como el R-134a. [64] La eliminación gradual y la sustitución de los CFC y los HFC en la industria del automóvil reducirán en última instancia la liberación de estos gases a la atmósfera y tendrán una contribución positiva a la mitigación del cambio climático. [65] [66]
Dado que la historia temporal de las concentraciones de CFC en la atmósfera es relativamente bien conocida, han supuesto una limitación importante para la circulación oceánica. Los CFC se disuelven en el agua de mar en la superficie del océano y posteriormente se transportan 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 atmosférica en el tiempo y la circulación y mezcla de los océanos.
Los clorofluorocarbonos (CFC) son compuestos antropogénicos que se han liberado a la atmósfera desde la década de 1930 en diversas aplicaciones, como aire acondicionado, refrigeración, agentes espumantes en espumas, aislamientos y materiales de embalaje, propulsores en latas de aerosol y como disolventes. [67] La entrada de CFC en el océano los hace extremadamente útiles como trazadores transitorios para estimar las tasas y vías de circulación oceánica y los procesos de mezcla. [68] Sin embargo, debido a las restricciones a la producción de CFC en la década de 1980, las concentraciones atmosféricas de CFC-11 y CFC-12 han dejado de aumentar, y la proporción de CFC-11 a CFC-12 en la atmósfera ha ido disminuyendo constantemente, lo que dificulta la datación con agua. de masas de agua sea más problemático. [68] Por cierto, la producción y liberación de hexafluoruro de azufre (SF 6 ) han aumentado rápidamente en la atmósfera desde la década de 1970. [68] Al igual que los CFC, el SF 6 también es un gas inerte y no se ve afectado por las actividades químicas o biológicas oceánicas. [69] 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 SF 6 como trazadores de la circulación oceánica permite derivar tasas de procesos oceánicos debido a la función de fuente dependiente del tiempo. El tiempo transcurrido desde que una masa de agua subterránea estuvo por última vez en contacto con la atmósfera es la edad derivada del trazador. [70] Se pueden obtener estimaciones de la edad basándose en la presión parcial de un compuesto individual y la relación de la presión parcial de los CFC entre sí (o SF 6 ). [70]
La edad de una parcela de agua se puede estimar mediante la edad de presión parcial de CFC (pCFC) o la edad de presión parcial de SF6 ( pSF6 ) . La edad de pCFC de una muestra de agua se define como:
donde [CFC] es la concentración de CFC medida (pmol kg −1 ) y F es la solubilidad del gas CFC en agua de mar en función de la temperatura y la salinidad. [71] La presión parcial de CFC se expresa en unidades de 10 a 12 atmósferas o partes por billón (ppt). [72] Las mediciones de solubilidad de CFC-11 y CFC-12 fueron medidas previamente por Warner y Weiss [72] Además, la medición de solubilidad de CFC-113 fue medida por Bu y Warner [73] y SF 6 por Wanninkhof et al. . [74] y Bullister et al. [75] 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 de los mínimos cuadrados ajustados a las mediciones de solubilidad. [73] Esta ecuación se deriva de la ecuación integrada de Van 't Hoff y la dependencia logarítmica de la salinidad de Setchenow. [73]
Cabe señalar que la solubilidad de los CFC aumenta al disminuir la temperatura aproximadamente un 1% por grado Celsius. [70]
Una vez que se deriva la presión parcial del CFC (o SF 6 ), se compara con las historias atmosféricas de CFC-11, CFC-12 o SF 6 en las que el pCFC corresponde directamente al año con el mismo. La diferencia entre la fecha correspondiente y la fecha de recogida de la muestra de agua de mar es la edad media de la parcela de agua. [70] 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 a una presión parcial de CFC. [70]
Según sus hojas de datos de seguridad de materiales, los CFC y los 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 provocar mareos, pérdida de concentración, depresión del sistema nervioso central o arritmia cardíaca . Los vapores desplazan el aire y pueden provocar asfixia en espacios reducidos. La absorción dérmica de clorofluorocarbonos es posible, pero baja. Donde la absorción pulmonar de los clorofluorocarbonos inhalados ocurre rápidamente con concentraciones sanguíneas máximas que ocurren en tan solo 15 segundos y concentraciones estables se igualan después de 20 minutos. La absorción de clorofluorocarbonos ingeridos por vía oral es de 35 a 48 veces menor en comparación con la inhalación. [76] Aunque no son inflamables, sus productos de combustión incluyen ácido fluorhídrico y especies relacionadas. [77] La exposición ocupacional normal está clasificada en 0,07% y no plantea ningún riesgo grave para la salud. [78]
![{\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}\left({\frac {100}{T}}\right)+a_{3}\ln \left({\frac {T}{100 }}\right)+a_{4}\left({\frac {T}{100}}\right)^{2}+S\left[b_{1}+b_{2}\left({\frac {T}{100}}\right)+b_{3}\left({\frac {T}{100}}\right)^{2}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed8b5fa4bad529e3f88c8f85d3fb46005440d651)
