【元素家族——連載66】氟化工（二）氟利昂的前世今生

製冷技術對人類社會的改變超過了我們的想像，在我們身邊，冰箱讓我們可以更長久的保鮮食物；空調讓我們不管嚴寒還是酷暑都可以正常的工作學習和生活。前面說到硝石的時候我們提到中國的土法製冰，但是這種方法需要化學藥品才能實現，是不可逆的過程。19世紀卡諾提出卡諾熱機循環之後，人們才發現只需要一個簡單的卡諾循環就可以轉移熱能。

【我們必須感謝卡諾，這個小鮮肉，他的發現導致了冰箱、空調的發明。】

卡諾循環中的低溫熱源是由可液化的氣體製冷劑提供的，最早的製冷劑是氨或者二氧化硫，非常不環保。1929年，發生在俄亥俄州克利夫蘭某家醫院的冰箱泄漏事故使超過100人喪生。這起事件讓美國人托馬斯·米奇利心情十分沉重，他想，必須要研製一種穩定、不易燃、不腐蝕且無毒的新型製冷劑。

他查看門捷列夫的化學元素周期表，發現只有位於周期表右邊的非金屬元素能生成在室溫下呈氣態的化合物，同時他還注意到化合物的可燃性從左到右依次減小，比如：甲烷很容易燃燒，氨就很不容易了，水和氟化氫則是怎麼都燒不起來，因此，鹵化物是非常好的阻燃劑。從下往上看，溴的毒性太大，也太容易被氧化，因此他考慮用氟、氯化合物來做新型製冷劑。有了好的想法和思路，工作起來就更加得心應手，僅僅用了三天，他就合成出二氟二氯甲烷（即CFC-12，R12）

【一般叫他「小托馬斯·米奇利」，在世時他被認為是世界上最傑出的發明家，先後被授予鉑金獎章、普利斯特里獎等化學界最高榮譽，1944 年，他還當選美國化學會的主席。】

美國杜邦公司於1931年將R12工業化，商標名稱為Freon（氟里昂）。我們也會經常聽到氟氯烴、氯氟烴、氯氟碳化合物、氟氯碳化合物等名詞，其實都是一個東西。更專業一點，讓我們看看英文縮寫的分類，HFC指的是氟取代部分氫原子的烴類，也叫氫氟烴；CFC指的是氯和氟取代所有氫原子的烴類，氟利昂R12就是一種CFC；還有一種HCFC，就是氯和氟取代部分氫原子的烴類，比如R22。

由於杜邦公司大規模的生產這些類型的化合物，其製冷劑商標Freon（氟里昂）幾乎成為這些製冷劑的代名詞，大多數民眾可能不知道上面那些拗口的名詞，但是一定知道氟利昂。

【氟里昂最早由杜邦公司生產出來的，為什麼老是杜邦？圖中的R-22是氫二氟氯甲烷。】

幾十年後，人們才發現，氯氟碳化合物對臭氧層的危害極大，這一點我們在臭氧那一章節也描述過。到了1987年，《蒙特利爾公約》問世，明確提出要限制生產和銷售R11、R22、R113、R114和R115等氟利昂的產量，到1998年其產量要逐步降低到1986年生產水平的50%，並在二十一世紀初儘可能地取消這類產品。

【NASA做的預測圖，假設人類不禁止氯氟碳化合物，臭氧層將被破壞殆盡。】

在這個問題上，氟很冤，大家可以複習一下臭氧那一章節，有一張圖詳細描述了氯氟碳化合物破壞臭氧的機理，實際起到破壞作用的是氯自由基。確實，不含氯的氫氟烴HFC對臭氧是沒有傷害作用的。因此，人們又開始大量生產氫氟烴HFC作為新型製冷劑。

有些商家針對臭氧層破壞的問題，推出了「無氟冰箱」，「無氟空調」，其中就是使用氫氟烴HFC作製冷劑的，似乎叫做「無氯冰箱」更為貼切一點。也許，氟因為性質太猛烈而背上了罵名。

【「無氟」這個概念有點無厘頭，你覺得呢？】

接著，人們又發現，包括氫氟烴HFC在內，所有的氯氟碳化合物都是強烈的溫室效應氣體，這相當於給氯氟碳化合物判了死刑。

1999年初，中國就曾出台一項旨在保護臭氧層的措施，該措施中制定了這樣的計劃：「到2010年，我國將全面禁止生產和使用消耗臭氧層的物質——氟利昂。」這個計劃中只提到了CFC、HCFC，對HFC隻字未提，所以HFC在中國仍然可以生產和使用。

即使如此，很遺憾的現狀是，新型製冷劑的價格居高不下，商家為了確保自己的價格競爭力仍然大量使用氟利昂。路漫漫其修遠兮啊！

【氟利昂會毀滅地球嗎？】

文末，推薦一下我的公眾號：理性邊界。《元素家族》系列文章已經寫到鉑系元素，歷經200多篇，在公眾號里全系列連載。但知乎上均為審閱版本，公眾號里為原始版本，希望大家多多指點。

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