Fluorchlorkohlenwasserstoffe

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Einleitung

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs), Bezeichnung für halogenierte Kohlenwasserstoffe, in denen Wasserstoffatome durch Fluor- und Chloratome ersetzt sind. Nach den Regeln der IUPAC werden die FCKWs als Chlorfluorkohlenwasserstoffe (CFKW) bezeichnet.

Streng genommen enthalten FCKWs mindestens ein Wasserstoffatom pro Molekül, um der Bezeichnung „Kohlenwasserstoff” gerecht zu werden. Aber in der Fachliteratur und auch im allgemeinen Sprachgebrauch findet man häufig die Bezeichnung FCKW für Verbindungen, deren Moleküle keine Wasserstoffatome enthalten. An der BezeichnungFCKW wird auch festgehalten, weil sich die Struktur der Moleküle formal von der Struktur der entsprechenden Kohlenwasserstoffe ableiten lässt, wie z. B. Dichlordifluormethan (Cl₂CF₂) von Methan (CH₄). Korrekt heißen vollhalogenierte FCKWs aber Fluorchlorkohlenstoffe (FCKs) oder nach den Regeln der IUPAC Chlorfluorkohlenstoffe (CFKs).

Die wichtigsten vollhalogenierten FCKWs sind Trichlorfluormethan (Cl₃CF), Dichlordifluormethan (Cl₂CF₂), Trichlortrifluorethan (Cl₃C8CF₃), Dichlortetrafluorethan (Cl₂C8CF₄) und Chlorpentafluorethan (ClC8CF₅). FCKW-Verbindungen wurden lange Zeit als Kältemittel (siehe Kühlung), als Treibmittel (Treibgase) sowie zu Reinigungszwecken (chemische Reinigung) eingesetzt, weil sie sich durch hohe chemische und thermische Belastbarkeit auszeichnen.

FCKWs gelten als Hauptquelle für das in der Stratosphäre anzutreffende Chlor, das die Ozonschicht schädigt (siehe Ozonloch). Daher verpflichtete sich eine Reihe von Staaten 1987 im so genannten Montrealer Protokoll, die Gefährdung der Ozonschicht durch FCKWs zu verringern; drei Jahre später wurde das Protokoll noch verschärft: In drei Stufen sollte auf vollhalogenierte FCKWs verzichtet werden; insbesondere die vollhalogenierten FCKWs der Methan-, Ethan- und Propanreihe sollten weltweit unterbunden werden. In den Ländern der Europäischen Union wurde die Herstellung von vollhalogenierten FCKWs Ende 1994 eingestellt, während in anderen Regionen bis heute verbotene FCKWs hergestellt und eingesetzt werden.

In Bezug auf so genannte teilhalogenierte FCKWs (H-FCKWs) wurde das Montrealer Protokoll u. a. 1999 verschärft. Danach dürfen Industrieländer keinen H-FCKW-Handel mit Staaten betreiben, die nicht Vertragsstaat des Montrealer Protokolls sind. Entwicklungsländer sollen ab 2010 ganz auf vollhalogenierte FCKWs verzichten und die Herstellung von teilhalogenierten FCKWs ab 2016 einstellen. Um den Ausstieg zu erleichtern, wurde ein multilateraler Fonds eingerichtet.

Von einem schnellen Wiederaufbau der Ozonschicht kann man trotz zahlreicher Verbote und Einschränkungen nicht ausgehen, da die FCKWs zum einen sehr langlebig sind, zum anderen erst nach circa 15 Jahren die Stratosphäre erreichen, wo ihre zerstörerische Wirkung einsetzt. Für den Nachweis von FCKWs in der Atmosphäre nutzt man verschiedene, meist spektroskopische Analyseverfahren. Um die Konzentration von FCKWs in früheren Zeiten zu ermitteln, untersucht man die in polarem Eis und Schnee eingeschlossene Luft.

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Spezielle Kennzeichnung

In der chemischen Verfahrenstechnik hat man für FCKWs und auch für einige andere halogenierte Kohlenwasserstoffe (wasserstoff- und bromhaltige) ein besonderes Codesystem eingeführt. Danach erhält jede dieser Verbindungen als Kennzeichnung den Buchstaben R, gefolgt von zwei bis vier Ziffern (R steht für englisch Refrigant, Kühlmittel):

• Die Ziffer rechts gibt die Anzahl der Fluoratome des FCKWs wieder.
• Die Stelle links davon gibt eine um eins größere Zahl an, als Wasserstoffatome enthalten sind.
• Noch eine Stelle nach links folgt die Zahl für die Kohlenstoffatome. Sie ist um eins kleiner, als Kohlenstoffatome in der Verbindung enthalten sind. Im Fall der Methane wäre diese Zahl null und wird zur Vereinfachung weggelassen.
• Aus der Anzahl der Fluor-, Wasserstoff- und Kohlenstoffatome (vierwertig) lässt sich auf die Anzahl der Chloratome schließen.

Hierzu ein paar Beispiele:

• R 11: 1 Fluoratom, 0 Wasserstoffatome, 1 Kohlenstoffatom, 3 Chloratome; Trichlorfluormethan (Cl₃CF)
• R 12: 2 Fluoratome, 0 Wasserstoffatome, 1 Kohlenstoffatom, 2 Chloratome; Dichlordifluormethan (Cl₂CF₂)
• R 113: 3 Fluoratome, 0 Wasserstoffatome, 2 Kohlenstoffatome, 3 Chloratome; Trichlortrifluorethan (Cl₃C8CF₃)

Bei ungesättigten Verbindungen wird noch eine weitere Stelle eingeführt. Demzufolge steht R 1113 für: 1  Doppelbindung, 3 Fluoratome, 0 Wasserstoffatome, 2 Kohlenstoffatome, 1 Chloratom; also Chlortrifluorethen bzw. -ethylen (ClFC9CF₂). Kleinbuchstaben wie a, b oder c geben Auskunft über unsymmetrische Substitution; z. B. R 134a: 4 Fluoratome, 2 Wasserstoffatome, 2 Kohlenstoffatome, 0 Chloratome; 1,1,1,2-Tetrafluorethan (F₃C8CH₂F). Im Falle von bromierten Verbindungen setzt man den Buchstaben B (plus Anzahl der Bromatome) rechts neben die Ziffernfolge, z. B. R 13 B1: 1 Bromatom, 3 Fluoratome, 0 Wasserstoffatome, 1 Kohlenstoffatom, 0 Chloratome; Bromtrifluormethan (BrCF₃).

Siehe auch Atmosphäre; Feuerlöschmittel; Chlorkohlenwasserstoffe; Umwelt