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Landesverband

Fluorchlorkohlenwasserstoffe

Herstellung

Eine direkte Fluorierung organischer Verbindungen wäre viel zu heftig. Man stellt Fluorchlorkohlenwasserstoffe daher aus Chlorkohlenwasserstoffen her, indem man diese mit Fluorwasserstoff in einer nucleophilen Substitutionsreaktion umsetzt. Die Reaktion erfordert eine Lewissäure, zum Beispiel Aluminiumtrifluorid als Katalysator:

Reaktionsgleichung

Niedermolekulare FCKWs (C1 - C2) wurden als Kältemittel oder wegen ihrer Unbrennbarkeit auch als Treibmittel in Spraydosen verwendet. Bei Raumtemperatur flüssige FCKWs sind vorzügliche Lösemittel und damit z.B. gute Reinigungsmittel.

Schädigung der Ozonschicht in der Stratosphäre

Niedermolekulare FCKWs steigen allmählich bis in die Stratosphäre auf. Dort sind sie kurzwelliger UV-Strahlung ("UV-C") ausgesetzt, wodurch Chlor-Kohlenstoff-Bindungen homolytisch unter Bildung zweier Radikale gespalten werden. Beispiel:

Reaktionsgleichung

Das Chlorradikal zersetzt zunächst ein Ozonmolekül

Reaktionsgleichung

Das ClO. kann verschiedene Folgereaktionen eingehen, die aber letztlich zum gleichen Ergebnis führen. Eine Möglichkeit ist, dass es mit sich selbst reagiert:

Reaktionsgleichung

Da das Chlormolekül wiederum durch UV-Licht leicht in 2 Chloratomradikale aufgepalten werden kann, ist der Kreislauf geschlossen, denn die Chlorradikale zersetzen wiederum weitere Ozonmoleküle.

Ein weiterer Luftbestandteil, der in die Stratosphäre aufsteigen kann, ist Lachgas (N2O). Es wird dort ebenfalls photolytisch gespalten und letztlich zu den miteinander im Gleichgewicht stehenden Gasen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert. Da Stickstoffdioxid ebenfalls ein Radikal ist, kann es mit ClO. zum Chlornitrat reagieren:

Reaktionsgleichung

Das Chlornitrat ist ein vergleichsweise stabiles Molekül, welches nur langsam durch UV-C-Strahlung wieder Chlorradikale abspalten kann. Man nennt es deshalb eine "Reservoirspezies". In sehr kalten Polanärchten mit Stratosphärentemperaturen < 80 °C kann es aber zur Ausbildung von Stratosphärenwolken kommen, die aus ausgefrorener Salpetersäure bestehen. Das Chlornitrat (Zum Verständnis können Sie es auch als ein gemischtes Anhydrid aus Hypochloriger Säure und Salpetersäure auffassen) zersetzt sich dabei mit Wasser wie folgt:

Reaktionsgleichung

Im Gegensatz zum Chlornitrat spaltet Hypochlorige Säure bei UV-Bestrahlung aber sehr leicht ein Chlorradikal ab. Wenn also nach der Polarnacht die Sonne wieder aufgeht, kommt es zu einer massiven Freisetzung von Chlorradikalen und damit einem starken Ozonabbau. Dieser Effekt ist unter dem Namen "Ozonloch" bekannt.

Ersatzstoffe

Als Treibgas in Spraydosen werden heute nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe verwendet, z.B. Propan/Butan. Ganz bewusst nimmt man dabei zur Verhinderung weiteren Ozonabbaus die Gefahr in Kauf, dass diese Gase extrem entzündlich sind und deshalb heutzutage bei unsachgemäßer Handhabung von Spraydosen Brände oder Explosionen möglich sind.

Als Kältemittel verwendete FCKWs sind zunächst vorwiegend durch FKWs ersetzt worden. FKWs schädigen zwar nicht die Ozonschicht, sind aber - wie FCKWs im übrigen auch - sehr starke Treibhausgase, weshalb man dazu übergeht, stattdessen entweder ebenfalls Kohlenwasserstoffe oder z.B. Ammoniak oder Kohlenstoffdioxid zu verwenden. Da die Kälteanlagen für das entsprechende Kältemittel ausgelegt sein müssen, kann man bestehende Anlagen nicht einfach von heute auf morgen mit anderen Kältemitteln befüllen, weshalb neue Kältemittel längere Zeit brauchen, um sich durchzusetzen.

Das einzige für chemische Reinigungen noch zugelassene halogenierte Lösemittel ist Tetrachlorethylen ("PER"). Der Buchstabe "P" auf dem Waschetikett eines Textils bedeutet, dass es mit Tetrachlorethylen gereinigt werden kann. Tetrachlorethylen ist nicht ozonschädigend, wohl aber umweltgefährdend, weshalb in den Maschinen einer chemischen Reinigung die Freisetzung von Tetrachlorethylen strikt ausgeschlossen bleiben muss. Auch hier gibt es Bestrebungen zur Substitution durch Kohlenwasserstoffe, die hier aber zur Reduktion des Brandpotentials lägerkettig sind (C9 -C12; Handelsname "Shellsol").

Immerhin deutet sich an, dass das Verwendungsverbot von FCKWs langsam Wirkung zeigt, das Ozonloch sich also nicht mehr vergrößert und vielleicht sogar schon wieder abzunehmen beginnt.

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