氟氯化碳

米拉Senthilingam

本周，所有人都在关注环境问题，布莱恩·克莱格带我们回到过去，看看一个老恶棍。

布莱恩·克莱格

如今，我们喜欢发出嘘声和嘘声的环境化合物是二氧化碳，但回到几年前，它是cfc -氯氟烃。在20世纪70年代，这种多功能化合物家族被发现会破坏地球的臭氧层，增加穿过平流层的紫外线水平，增加下面人群患皮肤癌的风险。

在20世纪20年代，当通用汽车公司的小托马斯·米格利(Thomas Midgley Junior)正在寻找氨和丙烷的替代品作为制冷剂时，没有人会想到这种可能性。Midgley在几年前就已经对环境产生了影响，当时他将四乙基铅作为一种抗撞击化合物引入汽油。现在他要从污染低层大气转向引入化学物质攻击平流层。

现有的制冷剂是有毒的，在某些情况下是高度易燃的。Midgley认为他已经找到了理想的替代者——这一观点在接下来的50年里得到了普遍认可，1941年Midgley获得了美国化学学会的最高荣誉——普里斯特利奖章。他开发的氟氯化碳是一系列化合物，其中甲烷和乙烷等简单烷烃中的所有氢都被氯和氟取代。

氟氯化碳中最受欢迎的两种是三氯氟甲烷和二氯二氟甲烷，它们被统称为氟利昂，这是米奇利对这个家族的第一个贡献，他只用了三天时间就开发出来了。与早期的替代品不同，这些化合物既无毒也不易燃。在普里斯特利奖颁奖典礼上，米格利在演讲中戏剧性地展示了这一点:他吸入气体，然后在蜡烛上轻轻地呼出，以熄灭火焰。(不建议使用这种方法，因为高浓度的氯氟烃会导致头晕和心律失常。)

从20世纪20年代起，氟氯化碳成为制冷和空调领域的主要化合物，由于其低毒和不可燃性的双重优点，也越来越多地用作气溶胶喷雾剂的推进剂。氯氟烃中的一种，二氟氯甲烷，在转化为四氟乙烯时仍在大规模使用，而四氟乙烯本身就是聚四氟乙烯的基础。作为添加了溴原子的氟氯化碳的变体，溴氯二氟甲烷也被证明是一种优秀的灭火剂，以哈龙的品牌名称进入灭火器和消防控制系统。

为什么不喜欢这些安全、多功能的化合物呢?答案首先来自环境科学家詹姆斯·洛夫洛克。他发现，在他采集大气样本的任何地方，甚至在北极和南极，都有氯氟烃存在。洛夫洛克并没有得出任何风险的结论，但在1974年，在加州大学欧文分校工作的化学家弗兰克·舍伍德·罗兰和马里奥·莫利纳提出了大气中的氯氟烃一点也不安全的理论。

两个因素综合起来说明了这一点。一是氯氟烃在大多数条件下都非常稳定。这种反应性的缺乏是它们的吸引力的一部分，这意味着一旦进入大气层，它们可以在大气中渗透至少100年。当氯氟烃上升到平流层时，来自太阳的紫外线辐射明显更强，它们最终会发生反应。这里紫外线中的能量足以破坏碳和氯之间的键，将活性自由基释放到大气中。

一旦被释放，臭氧中的氯就有了一个天然的反应伙伴，即三原子氧分子。氯自由基作为臭氧分解的催化剂，首先从一个臭氧分子上剥离一个氧原子，留下正常的氧₂，然后以一氧化氯的形式从另一个臭氧分子中获取第二个氧原子，恢复氯自由基以造成更大的破坏。

这是一个问题，因为臭氧层提供了一个重要的屏蔽进入紫外线。有了足够的臭氧，紫外线就会被吸收，分离出一个氧自由基，这个自由基很快就会与一个二氧分子重新结合，重新形成臭氧。入射紫外线的能量最终会使大气变暖。但如果臭氧层大量消失，照射到地球表面的紫外线量就会增加，从而增加患皮肤癌的风险。

起初，人们认为这种影响非常小，但在1985年，英国南极调查局的科学家在南极发表了令人震惊的结果自然报告显示，去年冬天，南极上空正在形成所谓的臭氧层空洞。似乎只有在极低温度下才会形成的非常高的云，有助于将氯集中在平流层中，足以破坏大部分臭氧。虽然“空洞”听起来像是一个完全的缺口，但这更典型的是平流层下部减少80%左右，导致臭氧的总体减少约50%——不是一个完全的空洞，但仍然足以引起关注。

到20世纪70年代末，氯氟烃开始在气溶胶中被禁止，1987年签署了《蒙特利尔议定书》，敲响了制冷中氯氟烃的丧钟。自从采取行动减少向大气中排放氟氯化碳以来，对南极臭氧层的影响已经显著减少，尽管最近几个冬天北极异常寒冷的天气条件扭转了这一趋势，使南极臭氧层的损耗首次与2011年的南极空洞相当。

在某种程度上，氯氟烃遭遇了不幸的突破。当他们到达平流层时，发现他们有一个致命的弱点。但没有人能否认这些化合物在当时是神奇的化合物，它们取代了危险的化学物质，给我们带来了一个凉爽的世界。

米拉Senthilingam

科学作家布莱恩·克莱格(Brian Clegg)在这里讲述了氯氟烃(cfc)的冷却和灾难性化学作用。下周，我们将回到更久远的过去，聆听一个关于恐惧和悲伤的故事。

菲尔·罗宾逊

一个年轻人垂头丧气地坐在椅子上，医生无力地试图安慰他。“你不要灰心，”他提议道，“和你一样惨的人还有很多。”到底是什么折磨着病人还没有说出来，但是这个年轻人的羞愧和他对他的女孩不可能有未来的悲伤间接地暗示了这个诊断的耻辱和本质。当年轻人问:“有人被治愈过吗?”医生没有安慰的话。

如果在今天播放，这个场景可能会让观众联想到艾滋病的诊断。但这是一部1940年拍摄的电影的开场，场景本身设定在今天的100多年前。事实上，诊断结果是梅毒，这部电影是《埃利希医生的灵丹妙药》:保罗·埃利希的传记片，讲述了第一种化疗药物萨尔瓦散的故事

米拉Senthilingam

你可以通过下周菲尔·罗宾逊的讲座了解萨尔瓦散对抗致命梅毒的化学原理元素中的化学成分．在那之前，感谢大家的聆听。我是Meera Senthilingam。