- Kelas bahaya PBB 2.3
- Bahaya sekunder PBB 2.1
Struktur molekul
Molekul CO, seperti molekul nitrogen isoelektronik, memiliki ikatan rangkap tiga. Karena molekul-molekul ini memiliki struktur yang serupa, sifat-sifatnya juga serupa - titik leleh dan titik didih yang sangat rendah, nilai entropi standar yang mendekati, dll.
Dalam kerangka metode ikatan valensi, struktur molekul CO dapat digambarkan dengan rumus: C≡O:, dan ikatan ketiga terbentuk menurut mekanisme donor-akseptor, di mana karbon adalah akseptor pasangan elektron, dan oksigen adalah donor.
Karena adanya ikatan rangkap tiga, molekul CO sangat kuat (energi disosiasi adalah 1069 kJ / mol, atau 256 kkal / mol, yang lebih besar daripada molekul diatomik lainnya) dan memiliki jarak antar inti yang kecil (d C≡O = 0,1128 nm atau 1, 13Å).
Molekul terpolarisasi lemah, momen listrik dipolnya = 0,04·10 -29 C·m (arah momen dipol O - →C +). Potensi ionisasi 14,0 V, konstanta gaya kopling k = 18,6.
Sejarah penemuan
Karbon monoksida pertama kali diproduksi oleh ahli kimia Prancis Jacques de Lasson dengan memanaskan seng oksida dengan arang, tetapi awalnya dikira hidrogen karena dibakar dengan nyala api biru. Fakta bahwa gas ini mengandung karbon dan oksigen ditemukan oleh ahli kimia Inggris William Cruikshank. Karbon monoksida di luar atmosfer bumi pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Belgia M. Mizhot (M. Migeotte) pada tahun 1949 dengan adanya pita vibrasi-rotasi utama dalam spektrum IR Matahari.
Karbon monoksida di atmosfer bumi
Ada sumber alami dan antropogenik untuk masuk ke atmosfer bumi. Dalam kondisi alami, di permukaan bumi, CO terbentuk selama dekomposisi anaerobik yang tidak lengkap dari senyawa organik dan selama pembakaran biomassa, terutama selama kebakaran hutan dan padang rumput. Karbon monoksida terbentuk di dalam tanah baik secara biologis (diekskresikan oleh organisme hidup) maupun non-biologis. Pelepasan karbon monoksida karena senyawa fenolik yang umum di tanah yang mengandung gugus OCH3 atau OH dalam posisi orto atau para sehubungan dengan gugus hidroksil pertama telah dibuktikan secara eksperimental.
Keseimbangan keseluruhan produksi CO non-biologis dan oksidasinya oleh mikroorganisme tergantung pada kondisi lingkungan tertentu, terutama pada kelembaban dan nilai . Misalnya, dari tanah kering, karbon monoksida dilepaskan langsung ke atmosfer, sehingga menciptakan konsentrasi maksimum lokal dari gas ini.
Di atmosfer, CO adalah produk dari reaksi berantai yang melibatkan metana dan hidrokarbon lainnya (terutama isoprena).
Sumber antropogenik utama CO saat ini adalah gas buang dari mesin pembakaran internal. Karbon monoksida dihasilkan ketika bahan bakar hidrokarbon dibakar dalam mesin pembakaran internal pada suhu yang tidak mencukupi atau ketika sistem suplai udara tidak disetel dengan baik (tidak cukup oksigen yang disuplai untuk mengoksidasi CO menjadi CO 2 ). Di masa lalu, sebagian besar emisi CO antropogenik ke atmosfer berasal dari gas penerangan yang digunakan untuk penerangan dalam ruangan pada abad ke-19. Dalam komposisi, itu kira-kira sesuai dengan gas air, yaitu mengandung hingga 45% karbon monoksida. Saat ini, di sektor kota, gas ini telah digantikan oleh gas alam yang jauh lebih tidak beracun (perwakilan yang lebih rendah dari seri alkana homolog - propana, dll.)
Asupan CO dari sumber alami dan antropogenik kira-kira sama.
Karbon monoksida di atmosfer berada dalam siklus yang cepat: waktu tinggal rata-rata sekitar 0,1 tahun, dioksidasi oleh hidroksil menjadi karbon dioksida.
Resi
cara industri
2C + O 2 → 2CO (efek termal dari reaksi ini adalah 22 kJ),
2. atau saat mengurangi karbon dioksida dengan batu bara panas:
CO 2 + C 2CO (ΔH=172 kJ, S=176 J/K).
Reaksi ini sering terjadi di tungku tungku, ketika peredam tungku ditutup terlalu dini (sampai batubara benar-benar habis terbakar). Karbon monoksida yang dihasilkan, karena toksisitasnya, menyebabkan gangguan fisiologis ("kelelahan") dan bahkan kematian (lihat di bawah), karenanya salah satu nama sepele - "karbon monoksida". Gambar reaksi yang terjadi di tungku ditunjukkan pada diagram.
Reaksi reduksi karbon dioksida adalah reversibel, pengaruh suhu pada keadaan kesetimbangan reaksi ini ditunjukkan pada grafik. Aliran reaksi ke kanan memberikan faktor entropi, dan ke kiri - faktor entalpi. Pada suhu di bawah 400 °C, kesetimbangan hampir sepenuhnya bergeser ke kiri, dan pada suhu di atas 1000 °C ke kanan (ke arah pembentukan CO). Pada suhu rendah, laju reaksi ini sangat lambat, sehingga karbon monoksida cukup stabil dalam kondisi normal. Kesetimbangan ini memiliki nama khusus keseimbangan kamar kerja.
3. Campuran karbon monoksida dengan zat lain diperoleh dengan melewatkan udara, uap air, dll. melalui lapisan kokas panas, batu bara keras atau coklat, dll. (lihat gas produser, gas air, gas campuran, gas sintesis).
metode laboratorium
TLV (konsentrasi ambang batas maksimum, AS): 25 MPC r.z. menurut Standar Higienis GN 2.2.5.1313-03 adalah 20 mg/m³
Perlindungan terhadap karbon monoksida
Karena nilai kalor yang begitu baik, CO adalah komponen dari berbagai campuran gas teknis (lihat, misalnya, gas produser) yang digunakan, antara lain, untuk pemanasan.
halogen. Reaksi dengan klorin telah menerima aplikasi praktis terbesar:
CO + Cl 2 → COCl 2
Reaksinya eksotermik, efek termalnya 113 kJ, dengan adanya katalis (karbon aktif) sudah berlangsung pada suhu kamar. Sebagai hasil dari reaksi, fosgen terbentuk - zat yang tersebar luas di berbagai cabang kimia (dan juga sebagai agen perang kimia). Dengan reaksi analog, COF 2 (karbonil fluorida) dan COBr 2 (karbonil bromida) dapat diperoleh. Karbonil iodida tidak diterima. Eksotermisitas reaksi menurun dengan cepat dari F ke I (untuk reaksi dengan F 2, efek termalnya adalah 481 kJ, dengan Br 2 - 4 kJ). Dimungkinkan juga untuk memperoleh turunan campuran, seperti COFCl (untuk detailnya, lihat turunan halogen dari asam karbonat).
Dengan mereaksikan CO dengan F 2 , selain karbonil fluorida, senyawa peroksida (FCO) 2 O 2 dapat diperoleh. Ciri-cirinya: titik leleh -42°C, titik didih +16°C, memiliki bau khas (mirip bau ozon), terurai dengan ledakan bila dipanaskan di atas 200 °C (produk reaksi CO 2 , O 2 dan COF 2), dalam suasana asam bereaksi dengan kalium iodida menurut persamaan:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
Karbon monoksida bereaksi dengan kalkogen. Dengan belerang membentuk karbon sulfida COS, reaksi berlangsung ketika dipanaskan, menurut persamaan:
CO + S → COS ΔG° 298 = 229 kJ, S° 298 = 134 J/K
Selenoksida COSe dan telluroksida COTe yang serupa juga telah diperoleh.
Mengembalikan SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
Dengan logam transisi, ia membentuk senyawa yang sangat mudah menguap, mudah terbakar, dan beracun - karbonil, seperti Cr (CO) 6, Ni (CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9, dll.
Sebagaimana dinyatakan di atas, karbon monoksida sedikit larut dalam air, tetapi tidak bereaksi dengannya. Juga, tidak bereaksi dengan larutan basa dan asam. Namun, ia bereaksi dengan lelehan alkali:
CO + KOH → HCOOK
Reaksi yang menarik adalah reaksi karbon monoksida dengan logam kalium dalam larutan amonia. Dalam hal ini, senyawa eksplosif kalium dioksodikarbonat terbentuk:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
Dengan bereaksi dengan amonia pada suhu tinggi, senyawa industri penting, HCN, dapat diperoleh. Reaksi berlangsung dengan adanya katalis (oksida
Tanggal publikasi 28.01.2012 12:18
Karbon monoksida- karbon monoksida, yang terlalu sering terdengar pada keracunan oleh produk pembakaran, kecelakaan di industri atau bahkan di rumah. Karena sifat racun khusus dari senyawa ini, pemanas air gas rumah biasa dapat menyebabkan kematian seluruh keluarga. Ada ratusan contoh tentang ini. Tapi mengapa ini terjadi? Apa sebenarnya karbon monoksida itu? Mengapa berbahaya bagi manusia?
Apa itu karbon monoksida, rumus, sifat dasar
Rumus karbon monoksida yang sangat sederhana dan menunjukkan penyatuan atom oksigen dan karbon - CO, - salah satu senyawa gas paling beracun. Tetapi tidak seperti banyak zat berbahaya lainnya yang hanya digunakan untuk tujuan industri yang sempit, kontaminasi kimia karbon monoksida dapat terjadi selama proses kimia yang benar-benar biasa, bahkan dalam kehidupan sehari-hari.
Namun, sebelum beralih ke bagaimana sintesis zat ini terjadi, pertimbangkan apa itu karbon monoksida secara umum dan apa sifat fisik utamanya:
- gas tidak berwarna tanpa rasa dan bau;
- titik leleh dan titik didih yang sangat rendah: -205 dan -191,5 derajat Celcius, masing-masing;
- kepadatan 0,00125 g/cc;
- sangat mudah terbakar dengan suhu pembakaran tinggi (hingga 2100 derajat Celcius).
Pembentukan karbon monoksida
Di rumah atau industri pembentukan karbon monoksida biasanya terjadi dalam salah satu dari beberapa cara yang cukup sederhana, yang dengan mudah menjelaskan risiko sintesis zat ini secara tidak sengaja dengan risiko bagi personel perusahaan atau penghuni rumah di mana peralatan pemanas tidak berfungsi atau keselamatan telah dilanggar. Pertimbangkan cara utama pembentukan karbon monoksida:
- pembakaran karbon (batubara, kokas) atau senyawanya (bensin dan bahan bakar cair lainnya) dalam kondisi kekurangan oksigen. Seperti yang Anda duga, kurangnya udara segar, berbahaya dari sudut pandang risiko sintesis karbon monoksida, mudah terjadi pada mesin pembakaran internal, kolom domestik dengan gangguan ventilasi, tungku industri dan konvensional;
- interaksi karbon dioksida biasa dengan batubara panas. Proses seperti itu terjadi di tungku secara konstan dan sepenuhnya dapat dibalik, tetapi, mengingat kekurangan oksigen yang telah disebutkan, dengan peredam tertutup, karbon monoksida terbentuk dalam jumlah yang jauh lebih besar, yang merupakan bahaya mematikan bagi manusia.
Mengapa karbon monoksida berbahaya?
Dalam konsentrasi yang cukup sifat karbon monoksida yang dijelaskan oleh aktivitas kimianya yang tinggi, sangat berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan manusia. Inti dari keracunan semacam itu terletak, pertama-tama, pada kenyataan bahwa molekul-molekul senyawa ini secara instan mengikat hemoglobin darah dan menghilangkan kemampuannya untuk membawa oksigen. Dengan demikian, karbon monoksida mengurangi tingkat respirasi seluler dengan konsekuensi paling serius bagi tubuh.
Menjawab pertanyaan" Mengapa karbon monoksida berbahaya?"Perlu disebutkan bahwa, tidak seperti banyak zat beracun lainnya, seseorang tidak merasakan bau tertentu, tidak mengalami ketidaknyamanan dan tidak dapat mengenali keberadaannya di udara dengan cara lain, tanpa peralatan khusus. Akibatnya, korban sama sekali tidak mengambil tindakan untuk melarikan diri, dan ketika efek karbon monoksida (mengantuk dan kehilangan kesadaran) menjadi jelas, mungkin sudah terlambat.
Karbon monoksida berakibat fatal dalam waktu satu jam pada konsentrasi udara di atas 0,1%. Pada saat yang sama, knalpot mobil penumpang biasa mengandung 1,5 hingga 3% zat ini. Dan itu dengan asumsi mesin dalam kondisi baik. Ini dengan mudah menjelaskan fakta bahwa keracunan karbon monoksida sering terjadi justru di garasi atau di dalam mobil yang tertutup salju.
Kasus paling berbahaya lainnya di mana orang telah diracuni oleh karbon monoksida di rumah atau di tempat kerja adalah ...
- tumpang tindih atau kerusakan ventilasi kolom pemanas;
- penggunaan tungku kayu atau batu bara yang buta huruf;
- kebakaran di ruang tertutup;
- dekat dengan jalan raya yang sibuk;
- di perusahaan industri di mana karbon monoksida digunakan secara aktif.
Karbon monoksida (karbon monoksida, karbon monoksida, karbon(II) oksida) adalah gas yang tidak berwarna, sangat beracun, tidak berasa dan tidak berbau, lebih ringan dari udara (dalam kondisi normal). Rumus kimianya adalah CO
Struktur molekul
Karena adanya ikatan rangkap tiga, molekul CO sangat kuat (energi disosiasi adalah 1069 kJ / mol, atau 256 kkal / mol, yang lebih besar daripada molekul diatomik lainnya) dan memiliki jarak antar inti yang kecil ( d C≡O = 0,1128 nm atau 1,13 ).
Molekul terpolarisasi lemah, momen dipol listriknya = 0,04⋅10 29 C m . Sejumlah penelitian telah menunjukkan bahwa muatan negatif dalam molekul CO terkonsentrasi pada atom karbon C O + (arah momen dipol dalam molekul berlawanan dengan asumsi sebelumnya). Energi ionisasi 14,0 eV, konstanta kopling gaya k = 18,6 .
Properti
Karbon monoksida(II) adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. mudah terbakar Apa yang disebut "bau karbon monoksida" sebenarnya adalah bau kotoran organik.
| Energi pembentukan standar Gibbs G | 137,14 kJ/mol (g) (pada 298 K) |
| Entropi Standar Pendidikan S | 197,54 J/mol K (g) (pada 298 K) |
| Kapasitas panas molar standar Cp | 29,11 J/mol K (g) (pada 298 K) |
| Entalpi leleh H tolong | 0,838 kJ/mol |
| Entalpi didih H tidur | 6,04 kJ/mol |
| Temperatur kritis t Kreta | -140.23°C |
| tekanan kritis P Kreta | 3.499 MPa |
| Kepadatan kritis krit | 0,301 g/cm³ |
Jenis utama reaksi kimia yang melibatkan karbon monoksida (II) adalah reaksi adisi dan reaksi redoks, yang menunjukkan sifat pereduksi.
Pada suhu kamar, CO tidak aktif, aktivitas kimianya meningkat secara signifikan ketika dipanaskan dan dalam larutan. Jadi, dalam larutan, ia mengembalikan garam,, dan lainnya ke logam yang sudah pada suhu kamar. Ketika dipanaskan, ia juga mereduksi logam lain, misalnya CO + CuO → Cu + CO 2. Ini banyak digunakan dalam pirometalurgi. Metode untuk deteksi kualitatif CO didasarkan pada reaksi CO dalam larutan dengan paladium klorida, lihat di bawah.
Oksidasi CO dalam larutan sering berlangsung pada tingkat yang nyata hanya dengan adanya katalis. Saat memilih yang terakhir, sifat agen pengoksidasi memainkan peran utama. Jadi, KMnO 4 paling cepat mengoksidasi CO dengan adanya perak yang terbagi halus, K 2 Cr 2 O 7 - dengan adanya garam, KClO 3 - dengan adanya OsO 4. Secara umum, CO memiliki sifat pereduksi yang mirip dengan hidrogen molekuler.
Di bawah 830 °C, CO adalah zat pereduksi yang lebih kuat, dan hidrogen yang lebih tinggi. Jadi kesetimbangan reaksi
H 2 O + C O C O 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\panah kanankiri CO_(2)+H_(2))))hingga 830 °C bergeser ke kanan, di atas 830 °C ke kiri.
Menariknya, ada bakteri yang mampu memperoleh energi yang mereka butuhkan untuk hidup karena oksidasi CO.
Karbon monoksida (II) terbakar dengan nyala biru (suhu awal reaksi 700 ° C) di udara:
2 C O + O 2 → 2 C O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CO+O_(2)\rightarrow 2CO_(2)))) (Δ G° 298 = 257 kJ, S° 298 = 86 J/K).Temperatur pembakaran CO bisa mencapai 2100 °C. Reaksi pembakaran adalah satu rantai, dan inisiator adalah sejumlah kecil senyawa yang mengandung hidrogen (air, amonia, hidrogen sulfida, dll.)
Karena nilai kalor yang begitu baik, CO adalah komponen dari berbagai campuran gas teknis (lihat, misalnya, gas produser) yang digunakan, antara lain, untuk pemanasan. Meledak bila dicampur dengan udara; batas konsentrasi bawah dan atas perambatan api: dari 12,5 hingga 74% (berdasarkan volume) .
halogen. Reaksi dengan klorin telah menerima aplikasi praktis terbesar:
C O + C l 2 → C O C l 2 . (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)\panah kanan COCl_(2))).)Dengan mereaksikan CO dengan F 2 , selain COF 2 karbonil fluorida, senyawa peroksida (FCO) 2 O 2 dapat diperoleh. Ciri-cirinya : titik leleh -42°C, titik didih +16°C, memiliki bau khas (mirip bau ozon), terurai dengan ledakan bila dipanaskan di atas 200 °C (produk reaksi CO2 , O2 dan COF 2), dalam suasana asam bereaksi dengan kalium iodida menurut persamaan:
(F C O) 2 O 2 + 2 K I → 2 K F + I 2 + 2 C O 2. (\displaystyle (\mathsf ((FCO)_(2)O_(2)+2KI\rightarrow 2KF+I_(2)+2CO_(2).)))Karbon monoksida(II) bereaksi dengan kalkogen. Dengan belerang membentuk karbon sulfida COS, reaksi berlangsung ketika dipanaskan, menurut persamaan:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS))) (Δ G° 298 = 229 kJ, S° 298 = 134 J/K).Karbon selenoksida COSe dan karbon telluroksida COTe juga telah diperoleh.
Mengembalikan SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S . (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.)))Dengan logam transisi, ia membentuk senyawa yang mudah terbakar dan beracun - karbonil, seperti,,,, dll. Beberapa di antaranya mudah menguap.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow )))Karbon monoksida(II) sedikit larut dalam air, tetapi tidak bereaksi dengannya. Juga, tidak bereaksi dengan larutan basa dan asam. Namun, ia bereaksi dengan lelehan alkali untuk membentuk format yang sesuai:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\panah kanan HCOOK.)))Reaksi yang menarik adalah reaksi karbon monoksida (II) dengan logam kalium dalam larutan amonia. Ini membentuk senyawa eksplosif kalium dioksodikarbonat:
2 K + 2 C O → K 2 C 2 O 2 . (\displaystyle (\mathsf (2K+2CO\rightarrow K_(2)C_(2)O_(2).))) x C O + y H 2 → (\displaystyle (\mathsf (xCO+yH_(2)\rightarrow ))) alkohol + alkana linier.Proses ini merupakan sumber produk industri penting seperti metanol, bahan bakar diesel sintetis, alkohol polihidrat, minyak dan pelumas.
Tindakan fisiologis
Toksisitas
Karbon monoksida sangat beracun.
Efek toksik karbon monoksida (II) disebabkan oleh pembentukan karboksihemoglobin - kompleks karbonil yang jauh lebih kuat dengan hemoglobin, dibandingkan dengan kompleks hemoglobin dengan oksigen (oksihemoglobin). Dengan demikian, proses transportasi oksigen dan respirasi seluler terhambat. Konsentrasi udara lebih besar dari 0,1% mengakibatkan kematian dalam waktu satu jam.
- Korban harus dibawa ke udara segar. Dalam kasus keracunan ringan, hiperventilasi paru-paru dengan oksigen sudah cukup.
- Ventilasi buatan pada paru-paru.
- Lobeline atau kafein di bawah kulit.
- karboksilase secara intravena.
Pengobatan dunia tidak tahu penangkal yang dapat diandalkan untuk digunakan dalam kasus keracunan karbon monoksida.
Perlindungan terhadap karbon monoksida(II)
karbon monoksida endogen
Karbon monoksida endogen diproduksi secara normal oleh sel-sel tubuh manusia dan hewan dan bertindak sebagai molekul pemberi sinyal. Ini memainkan peran fisiologis yang dikenal dalam tubuh, khususnya menjadi neurotransmitter dan menginduksi vasodilatasi. Karena peran karbon monoksida endogen dalam tubuh, gangguan metabolisme dikaitkan dengan berbagai penyakit, seperti penyakit neurodegeneratif, aterosklerosis pembuluh darah, hipertensi, gagal jantung, dan berbagai proses inflamasi.
Karbon monoksida endogen terbentuk di dalam tubuh karena aksi oksidasi enzim heme oksigenase pada heme, yang merupakan produk penghancuran hemoglobin dan mioglobin, serta protein yang mengandung heme lainnya. Proses ini menyebabkan pembentukan sejumlah kecil karboksihemoglobin dalam darah manusia, bahkan jika orang tersebut tidak merokok dan tidak menghirup udara atmosfer (selalu mengandung sejumlah kecil karbon monoksida eksogen), tetapi oksigen murni atau campuran nitrogen dan oksigen.
Mengikuti bukti pertama yang muncul pada tahun 1993 bahwa karbon monoksida endogen adalah neurotransmitter normal dalam tubuh manusia, serta salah satu dari tiga gas endogen yang biasanya memodulasi jalannya reaksi inflamasi dalam tubuh (dua lainnya adalah oksida nitrat (II) dan hidrogen sulfida), karbon monoksida endogen telah mendapat perhatian yang cukup besar dari dokter dan peneliti sebagai pengatur biologis yang penting. Di banyak jaringan, ketiga gas yang disebutkan di atas telah terbukti menjadi agen anti-inflamasi, vasodilator, dan juga menginduksi angiogenesis. Namun, tidak semuanya begitu sederhana dan tidak ambigu. Angiogenesis tidak selalu memberikan efek yang menguntungkan, karena berperan dalam pertumbuhan tumor ganas pada khususnya, dan juga merupakan salah satu penyebab kerusakan retina pada degenerasi makula. Secara khusus, penting untuk dicatat bahwa merokok (sumber utama karbon monoksida dalam darah, memberikan konsentrasi beberapa kali lebih tinggi daripada produksi alami) meningkatkan risiko degenerasi makula retina sebesar 4-6 kali.
Ada teori bahwa di beberapa sinapsis sel saraf, di mana informasi disimpan untuk waktu yang lama, sel penerima, sebagai respons terhadap sinyal yang diterima, menghasilkan karbon monoksida endogen, yang mentransmisikan sinyal kembali ke sel pengirim, yang menginformasikannya. kesiapannya untuk menerima sinyal darinya di masa depan, dan meningkatkan aktivitas sel pemancar sinyal. Beberapa sel saraf ini mengandung guanylate cyclase, suatu enzim yang diaktifkan ketika terkena karbon monoksida endogen.
Penelitian tentang peran karbon monoksida endogen sebagai agen anti-inflamasi dan sitoprotektor telah dilakukan di banyak laboratorium di seluruh dunia. Sifat karbon monoksida endogen ini membuat efek pada metabolismenya menjadi target terapi yang menarik untuk pengobatan berbagai kondisi patologis seperti kerusakan jaringan yang disebabkan oleh iskemia dan reperfusi berikutnya (misalnya, infark miokard, stroke iskemik), penolakan transplantasi, aterosklerosis vaskular, sepsis berat, malaria berat, penyakit autoimun. Uji klinis pada manusia juga telah dilakukan, tetapi hasilnya belum dipublikasikan.
Secara ringkas, apa yang diketahui hingga tahun 2015 tentang peran karbon monoksida endogen dalam tubuh dapat diringkas sebagai berikut:
- Karbon monoksida endogen adalah salah satu molekul pensinyalan endogen yang penting;
- Karbon monoksida endogen memodulasi fungsi SSP dan kardiovaskular;
- Karbon monoksida endogen menghambat agregasi trombosit dan adhesinya ke dinding pembuluh darah;
- Mempengaruhi pertukaran karbon monoksida endogen di masa depan mungkin menjadi salah satu strategi terapi penting untuk sejumlah penyakit.
Sejarah penemuan
Toksisitas asap yang dikeluarkan selama pembakaran batubara dijelaskan oleh Aristoteles dan Galen.
Karbon monoksida (II) pertama kali diperoleh oleh ahli kimia Prancis Jacques de Lasson dalam pemanasan seng oksida dengan batu bara, tetapi pada awalnya disalahartikan sebagai hidrogen, karena dibakar dengan nyala api biru.
Fakta bahwa gas ini mengandung karbon dan oksigen ditemukan oleh ahli kimia Inggris William Kruikshank. Toksisitas gas diselidiki pada tahun 1846 oleh dokter Prancis Claude Bernard dalam percobaan pada anjing.
Karbon monoksida (II) di luar atmosfer bumi pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Belgia M. Mizhot (M. Migeotte) pada tahun 1949 dengan adanya pita vibrasi-rotasi utama dalam spektrum IR Matahari. Karbon(II) oksida ditemukan di medium antarbintang pada tahun 1970.
Resi
cara industri
- Ini terbentuk selama pembakaran karbon atau senyawa berdasarkan itu (misalnya, bensin) dalam kondisi kekurangan oksigen:
- atau saat mengurangi karbon dioksida dengan batu bara panas:
Reaksi ini terjadi selama tungku tungku, ketika peredam tungku ditutup terlalu dini (sampai batubara benar-benar terbakar). Karbon monoksida (II) yang terbentuk dalam kasus ini, karena toksisitasnya, menyebabkan gangguan fisiologis ("kelelahan") dan bahkan kematian (lihat di bawah), karenanya salah satu nama sepele - "karbon monoksida".
Reaksi reduksi karbon dioksida adalah reversibel, pengaruh suhu pada keadaan kesetimbangan reaksi ini ditunjukkan pada grafik. Aliran reaksi ke kanan memberikan faktor entropi, dan ke kiri - faktor entalpi. Pada suhu di bawah 400 °C, kesetimbangan hampir sepenuhnya bergeser ke kiri, dan pada suhu di atas 1000 °C ke kanan (ke arah pembentukan CO). Pada suhu rendah, laju reaksi ini sangat rendah; oleh karena itu, karbon monoksida (II) cukup stabil dalam kondisi normal. Kesetimbangan ini memiliki nama khusus keseimbangan kamar kerja.
- Campuran karbon monoksida (II) dengan zat lain diperoleh dengan melewatkan udara, uap air, dll. melalui lapisan kokas panas, batu bara atau batu bara coklat, dll. (lihat gas produser, gas air, gas campuran, gas sintesis ).
metode laboratorium
- Penguraian asam format cair di bawah aksi asam sulfat pekat panas atau melewatkan asam format berbentuk gas di atas fosfor oksida P 2 O 5 . Skema reaksi:
- Pemanasan campuran asam oksalat dan asam sulfat pekat. Reaksi berjalan sesuai dengan persamaan:
- Memanaskan campuran kalium heksasianoferat(II) dengan asam sulfat pekat. Reaksi berjalan sesuai dengan persamaan:
- Pemulihan dari seng karbonat oleh magnesium saat dipanaskan:
Penentuan karbon monoksida (II)
Secara kualitatif, keberadaan CO dapat ditentukan dengan penggelapan larutan paladium klorida (atau kertas yang diresapi dengan larutan ini). Penggelapan dikaitkan dengan pelepasan paladium logam yang terdispersi halus sesuai dengan skema:
P d C l 2 + C O + H 2 O → P d + C O 2 + 2 H C l . (\displaystyle (\mathsf (PdCl_(2)+CO+H_(2)O\panah kanan Pd\panah bawah +CO_(2)+2HCl.)))Reaksi ini sangat sensitif. Larutan standar: 1 gram paladium klorida per liter air.
Penentuan kuantitatif karbon monoksida (II) didasarkan pada reaksi iodometrik:
5 C O + I 2 O 5 → 5 C O 2 + I 2. (\displaystyle (\mathsf (5CO+I_(2)O_(5)\rightarrow 5CO_(2)+I_(2).)))Aplikasi
- Karbon monoksida(II) adalah reagen antara yang digunakan dalam reaksi dengan hidrogen dalam proses industri yang paling penting untuk produksi alkohol organik dan hidrokarbon langsung.
- Karbon monoksida (II) digunakan untuk mengolah daging hewan dan ikan, memberikan warna merah cerah dan tampilan kesegaran, tanpa mengubah rasa (teknologi asap bening dan Asap hambar). Konsentrasi CO yang diperbolehkan adalah 200 mg/kg daging.
- Karbon monoksida(II) merupakan komponen utama gas generator yang digunakan sebagai bahan bakar pada kendaraan berbahan bakar gas.
- Karbon monoksida dari knalpot mesin digunakan oleh Nazi selama Perang Dunia II untuk membantai orang dengan cara diracun.
Karbon monoksida(II) di atmosfer bumi
Ada sumber alami dan antropogenik untuk masuk ke atmosfer bumi. Dalam kondisi alami, di permukaan bumi, CO terbentuk selama dekomposisi anaerobik yang tidak lengkap dari senyawa organik dan selama pembakaran biomassa, terutama selama kebakaran hutan dan padang rumput. Karbon monoksida (II) terbentuk di dalam tanah baik secara biologis (diekskresikan oleh organisme hidup) maupun non-biologis. Pelepasan karbon monoksida (II) karena senyawa fenolik yang umum di tanah yang mengandung gugus OCH 3 atau OH dalam posisi orto atau para sehubungan dengan gugus hidroksil pertama telah dibuktikan secara eksperimental.
Keseimbangan keseluruhan produksi CO non-biologis dan oksidasinya oleh mikroorganisme tergantung pada kondisi lingkungan tertentu, terutama pada kelembaban dan nilai . Misalnya, dari tanah kering, karbon monoksida(II) dilepaskan langsung ke atmosfer, sehingga menciptakan konsentrasi maksimum lokal dari gas ini.
Di atmosfer, CO adalah produk dari reaksi berantai yang melibatkan metana dan hidrokarbon lainnya (terutama isoprena).
Sumber antropogenik utama CO saat ini adalah gas buang dari mesin pembakaran internal. Karbon monoksida dihasilkan ketika bahan bakar hidrokarbon dibakar dalam mesin pembakaran internal pada suhu yang tidak mencukupi atau ketika sistem suplai udara tidak disetel dengan baik (tidak cukup oksigen yang disuplai untuk mengoksidasi CO menjadi CO 2 ). Di masa lalu, sebagian besar emisi CO antropogenik ke atmosfer berasal dari gas penerangan yang digunakan untuk penerangan dalam ruangan pada abad ke-19. Dalam komposisi, itu kira-kira sesuai dengan gas air, yaitu mengandung hingga 45% karbon monoksida (II). Di sektor publik, ini tidak digunakan karena adanya analog yang jauh lebih murah dan lebih hemat energi -
Karbon monoksida, karbon monoksida (CO) adalah gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa yang sedikit kurang padat daripada udara. Ini beracun bagi hemoglobin hewan (termasuk manusia) jika konsentrasinya di atas sekitar 35 ppm, meskipun juga diproduksi dalam metabolisme hewan normal dalam jumlah kecil, dan diyakini memiliki beberapa fungsi biologis normal. Di atmosfer, ia adalah variabel spasial dan cepat membusuk, dan memiliki peran dalam pembentukan ozon di permukaan tanah. Karbon monoksida terdiri dari satu atom karbon dan satu atom oksigen yang dihubungkan oleh ikatan rangkap tiga, yang terdiri dari dua ikatan kovalen, serta satu ikatan kovalen datif. Ini adalah karbon monoksida paling sederhana. Ini isoelektronik dengan anion sianida, kation nitrosonium, dan nitrogen molekuler. Dalam kompleks koordinasi, ligan karbon monoksida disebut karbonil.
Cerita
Aristoteles (384-322 SM) pertama kali menggambarkan proses pembakaran batu bara, yang mengarah pada pembentukan asap beracun. Pada zaman kuno, ada metode eksekusi - untuk menutup penjahat di kamar mandi dengan bara api. Namun, saat itu mekanisme kematiannya belum jelas. Tabib Yunani Galen (129-199) menyarankan bahwa ada perubahan komposisi udara yang merugikan seseorang ketika dihirup. Pada tahun 1776, ahli kimia Prancis de Lasson menghasilkan CO dengan memanaskan seng oksida dengan kokas, tetapi ilmuwan tersebut secara keliru menyimpulkan bahwa produk gas tersebut adalah hidrogen karena dibakar dengan nyala api biru. Gas tersebut diidentifikasi sebagai senyawa yang mengandung karbon dan oksigen oleh ahli kimia Skotlandia William Cumberland Cruikshank pada tahun 1800. Toksisitasnya pada anjing diselidiki secara menyeluruh oleh Claude Bernard sekitar tahun 1846. Selama Perang Dunia II, campuran gas yang mengandung karbon monoksida digunakan untuk bahan bakar kendaraan bermotor yang beroperasi di belahan dunia di mana bensin dan solar langka. Eksternal (dengan beberapa pengecualian) arang atau generator gas yang berasal dari kayu dipasang dan campuran nitrogen atmosfer, karbon monoksida dan sejumlah kecil gas gasifikasi lainnya diumpankan ke pencampur gas. Campuran gas yang dihasilkan dari proses ini dikenal sebagai gas kayu. Karbon monoksida juga digunakan dalam skala besar selama Holocaust di beberapa kamp kematian Nazi Jerman, terutama di van gas Chelmno dan dalam program pembunuhan "eutanasia" T4.
Sumber
Karbon monoksida terbentuk selama oksidasi parsial senyawa yang mengandung karbon; itu terbentuk ketika tidak ada cukup oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida (CO2), seperti ketika bekerja di atas kompor atau mesin pembakaran internal, di ruang terbatas. Di hadapan oksigen, termasuk konsentrasi atmosfer, karbon monoksida terbakar dengan nyala biru, menghasilkan karbon dioksida. Gas batubara, yang banyak digunakan sampai tahun 1960-an untuk penerangan dalam ruangan, memasak dan pemanasan, mengandung karbon monoksida sebagai komponen bahan bakar yang signifikan. Beberapa proses dalam teknologi modern, seperti peleburan besi, masih menghasilkan karbon monoksida sebagai produk sampingan. Di seluruh dunia, sumber karbon monoksida terbesar adalah sumber alami, karena reaksi fotokimia di troposfer, yang menghasilkan sekitar 5 × 1012 kg karbon monoksida per tahun. Sumber alami CO lainnya termasuk gunung berapi, kebakaran hutan, dan bentuk pembakaran lainnya. Dalam biologi, karbon monoksida secara alami diproduksi oleh aksi heme oksigenase 1 dan 2 pada heme dari pemecahan hemoglobin. Proses ini menghasilkan sejumlah karboksihemoglobin pada orang normal, bahkan jika mereka tidak menghirup karbon monoksida. Sejak laporan pertama bahwa karbon monoksida adalah neurotransmitter normal pada tahun 1993, serta salah satu dari tiga gas yang secara alami memodulasi respon inflamasi dalam tubuh (dua lainnya adalah oksida nitrat dan hidrogen sulfida), karbon monoksida telah menerima banyak perhatian sebagai biologis. pengatur. Di banyak jaringan, ketiga gas tersebut bertindak sebagai agen antiinflamasi, vasodilator, dan promotor pertumbuhan neovaskular. Sejumlah kecil karbon monoksida sedang diuji secara klinis sebagai obat. Namun, jumlah karbon monoksida yang berlebihan menyebabkan keracunan karbon monoksida.
Sifat Molekuler
Karbon monoksida memiliki berat molekul 28,0, membuatnya sedikit lebih ringan dari udara, yang memiliki berat molekul rata-rata 28,8. Menurut hukum gas ideal, CO karena itu kurang padat daripada udara. Panjang ikatan antara atom karbon dan atom oksigen adalah 112,8 pm. Panjang ikatan ini konsisten dengan ikatan rangkap tiga, seperti pada molekul nitrogen (N2), yang memiliki panjang ikatan yang sama dan berat molekul yang hampir sama. Ikatan rangkap karbon-oksigen lebih panjang, misalnya 120,8 m untuk formaldehida. Titik didih (82 K) dan titik leleh (68 K) sangat mirip dengan N2 (masing-masing 77 K dan 63 K). Energi disosiasi ikatan 1072 kJ/mol lebih kuat daripada N2 (942 kJ/mol) dan merupakan ikatan kimia terkuat yang diketahui. Keadaan dasar elektron karbon monoksida adalah singlet, karena tidak ada elektron yang tidak berpasangan.
Momen ikatan dan dipol
Karbon dan oksigen bersama-sama memiliki total 10 elektron di kulit valensi. Mengikuti aturan oktet untuk karbon dan oksigen, dua atom membentuk ikatan rangkap tiga, dengan enam elektron yang sama dalam tiga orbital molekul ikatan, daripada ikatan rangkap yang biasa ditemukan dalam senyawa karbonil organik. Karena empat elektron bersama berasal dari atom oksigen dan hanya dua dari karbon, satu orbital ikatan ditempati oleh dua elektron dari atom oksigen, membentuk ikatan datif atau dipol. Ini menghasilkan polarisasi C O molekul, dengan muatan negatif kecil pada karbon dan muatan positif kecil pada oksigen. Dua orbital ikatan lainnya masing-masing menempati satu elektron dari karbon dan satu dari oksigen, membentuk ikatan kovalen (polar) dengan polarisasi C → O terbalik, karena oksigen lebih elektronegatif daripada karbon. Dalam karbon monoksida bebas, muatan negatif bersih - tetap berada di ujung karbon, dan molekul memiliki momen dipol kecil 0,122 D. Jadi, molekulnya asimetris: oksigen memiliki kerapatan elektron lebih banyak daripada karbon, dan juga muatan positif kecil , dibandingkan dengan karbon, yang negatif. Sebaliknya, molekul dinitrogen isoelektronik tidak memiliki momen dipol. Jika karbon monoksida bertindak sebagai ligan, polaritas dipol dapat dibalik dengan muatan negatif bersih di ujung oksigen, tergantung pada struktur kompleks koordinasi.
Polaritas ikatan dan keadaan oksidasi
Studi teoretis dan eksperimental menunjukkan bahwa, meskipun elektronegativitas oksigen lebih besar, momen dipol berlangsung dari ujung karbon yang lebih negatif ke ujung oksigen yang lebih positif. Ketiga ikatan ini sebenarnya adalah ikatan kovalen polar yang sangat terpolarisasi. Polarisasi yang dihitung untuk atom oksigen adalah 71% untuk ikatan dan 77% untuk kedua ikatan . Keadaan oksidasi karbon menjadi karbon monoksida di masing-masing struktur ini adalah +2. Ini dihitung sebagai berikut: semua elektron ikatan dianggap milik atom oksigen yang lebih elektronegatif. Hanya dua elektron non-ikatan pada karbon yang ditempatkan pada karbon. Dalam hitungan ini, karbon hanya memiliki dua elektron valensi dalam molekul dibandingkan dengan empat dalam atom bebas.
Sifat biologis dan fisiologis
Toksisitas
Keracunan karbon monoksida adalah jenis keracunan udara fatal yang paling umum di banyak negara. Karbon monoksida adalah zat yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, tetapi sangat beracun. Ini menggabungkan dengan hemoglobin untuk membentuk karboksihemoglobin, yang "merebut" situs dalam hemoglobin yang biasanya membawa oksigen tetapi tidak efisien untuk memberikan oksigen ke jaringan tubuh. Konsentrasi serendah 667 ppm dapat menyebabkan hingga 50% hemoglobin tubuh diubah menjadi karboksihemoglobin. Kadar karboksihemoglobin 50% dapat menyebabkan kejang, koma, dan kematian. Di Amerika Serikat, Departemen Tenaga Kerja membatasi tingkat paparan karbon monoksida jangka panjang di tempat kerja hingga 50 bagian per juta. Untuk waktu yang singkat, penyerapan karbon monoksida bersifat kumulatif, karena waktu paruhnya sekitar 5 jam di udara segar. Gejala keracunan karbon monoksida yang paling umum dapat mirip dengan jenis keracunan dan infeksi lainnya, dan termasuk gejala seperti sakit kepala, mual, muntah, pusing, kelelahan, dan perasaan lemah. Keluarga yang terkena dampak sering percaya bahwa mereka adalah korban keracunan makanan. Bayi bisa mudah tersinggung dan menyusu dengan buruk. Gejala neurologis termasuk kebingungan, disorientasi, penglihatan kabur, pingsan (kehilangan kesadaran), dan kejang. Beberapa deskripsi keracunan karbon monoksida termasuk perdarahan retina serta warna merah ceri yang tidak normal pada darah. Pada sebagian besar diagnosis klinis, ciri-ciri ini jarang terjadi. Salah satu kesulitan dengan kegunaan efek "ceri" ini adalah bahwa ia mengoreksi, atau menutupi, penampilan yang tidak sehat, karena efek utama menghilangkan hemoglobin vena adalah membuat orang yang mati lemas tampak lebih normal, atau orang mati tampak hidup. , mirip dengan efek pewarna merah dalam komposisi pembalseman. Efek pewarnaan pada jaringan keracunan CO anoksik ini disebabkan oleh penggunaan komersial karbon monoksida dalam pewarnaan daging. Karbon monoksida juga mengikat molekul lain seperti mioglobin dan sitokrom oksidase mitokondria. Paparan karbon monoksida dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada jantung dan sistem saraf pusat, terutama di globus pallidus, sering dikaitkan dengan kondisi kronis jangka panjang. Karbon monoksida dapat memiliki efek buruk yang serius pada janin wanita hamil.
fisiologi manusia normal
Karbon monoksida diproduksi secara alami dalam tubuh manusia sebagai molekul pemberi sinyal. Dengan demikian, karbon monoksida mungkin memiliki peran fisiologis dalam tubuh sebagai neurotransmitter atau relaksan pembuluh darah. Karena peran karbon monoksida dalam tubuh, kelainan metabolisme dikaitkan dengan berbagai penyakit, termasuk neurodegenerasi, hipertensi, gagal jantung, dan peradangan.
CO berfungsi sebagai molekul pensinyalan endogen.
CO memodulasi fungsi sistem kardiovaskular
CO menghambat agregasi dan adhesi trombosit
CO dapat memainkan peran sebagai agen terapeutik yang potensial
Mikrobiologi
Karbon monoksida adalah nutrisi untuk archaea metanogenik, blok bangunan untuk asetil koenzim A. Ini adalah topik untuk bidang baru kimia bioorganometalik. Mikroorganisme ekstremofilik dengan demikian dapat memetabolisme karbon monoksida di tempat-tempat seperti ventilasi panas gunung berapi. Pada bakteri, karbon monoksida dihasilkan oleh reduksi karbon dioksida oleh enzim karbon monoksida dehidrogenase, protein yang mengandung Fe-Ni-S. CooA adalah protein reseptor karbon monoksida. Ruang lingkup aktivitas biologisnya masih belum diketahui. Ini mungkin menjadi bagian dari jalur sinyal pada bakteri dan archaea. Prevalensinya pada mamalia belum ditetapkan.
Prevalensi
Karbon monoksida ditemukan di berbagai lingkungan alami dan buatan manusia.
Karbon monoksida hadir dalam jumlah kecil di atmosfer, terutama sebagai produk aktivitas gunung berapi, tetapi juga merupakan produk dari kebakaran alami dan buatan manusia (misalnya kebakaran hutan, pembakaran sisa tanaman, dan pembakaran tebu). Pembakaran bahan bakar fosil juga berkontribusi pada pembentukan karbon monoksida. Karbon monoksida terjadi dalam bentuk terlarut dalam batuan vulkanik cair pada tekanan tinggi di mantel bumi. Karena sumber karbon monoksida alami bervariasi, sangat sulit untuk mengukur emisi gas alam secara akurat. Karbon monoksida adalah gas rumah kaca yang membusuk dengan cepat dan juga memberikan pemaksaan radiasi tidak langsung dengan meningkatkan konsentrasi metana dan ozon troposfer melalui reaksi kimia dengan konstituen atmosfer lainnya (misalnya radikal hidroksil, OH) yang sebaliknya akan menghancurkannya. Sebagai hasil dari proses alami di atmosfer, akhirnya teroksidasi menjadi karbon dioksida. Karbon monoksida berumur pendek di atmosfer (rata-rata berlangsung sekitar dua bulan) dan memiliki konsentrasi variabel spasial. Di atmosfer Venus, karbon monoksida dibuat oleh fotodisosiasi karbon dioksida oleh radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih pendek dari 169 nm. Karena viabilitasnya yang lama di troposfer tengah, karbon monoksida juga digunakan sebagai pelacak transportasi untuk plume polutan.
polusi perkotaan
Karbon monoksida adalah polutan atmosfer sementara di beberapa daerah perkotaan, terutama dari pipa knalpot mesin pembakaran internal (termasuk kendaraan, generator portabel dan siaga, mesin pemotong rumput, mesin cuci, dll) dan dari pembakaran tidak sempurna berbagai bahan bakar lainnya (termasuk kayu bakar, batubara, arang, minyak, lilin, propana, gas alam, dan sampah). Polusi CO yang besar dapat diamati dari luar angkasa di atas kota.
Peran dalam pembentukan ozon di permukaan tanah
Karbon monoksida, bersama dengan aldehida, adalah bagian dari serangkaian siklus reaksi kimia yang membentuk kabut fotokimia. Bereaksi dengan radikal hidroksil (OH) untuk memberikan HOCO antara radikal, yang dengan cepat mentransfer hidrogen radikal O2 untuk membentuk radikal peroksida (HO2) dan karbon dioksida (CO2). Radikal peroksida kemudian bereaksi dengan oksida nitrat (NO) untuk membentuk nitrogen dioksida (NO2) dan radikal hidroksil. NO 2 memberikan O(3P) melalui fotolisis, sehingga membentuk O3 setelah bereaksi dengan O2. Karena radikal hidroksil terbentuk selama pembentukan NO2, keseimbangan urutan reaksi kimia, dimulai dengan karbon monoksida, mengarah pada pembentukan ozon: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (Di mana hν mengacu pada foton dari cahaya diserap oleh molekul NO2 secara berurutan) Meskipun pembentukan NO2 merupakan langkah penting dalam memproduksi ozon tingkat rendah, hal itu juga meningkatkan jumlah ozon dengan cara lain, agak saling eksklusif, dengan mengurangi jumlah NO yang tersedia untuk bereaksi dengan ozon.
polusi udara dalam ruangan
Dalam lingkungan tertutup, konsentrasi karbon monoksida dapat dengan mudah naik ke tingkat yang mematikan. Rata-rata, 170 orang meninggal setiap tahun di Amerika Serikat akibat produk konsumen non-otomotif yang menghasilkan karbon monoksida. Namun, menurut Departemen Kesehatan Florida, "Lebih dari 500 orang Amerika meninggal setiap tahun karena paparan karbon monoksida yang tidak disengaja dan ribuan lainnya di AS memerlukan perhatian medis darurat untuk keracunan karbon monoksida non-fatal." Produk-produk ini termasuk peralatan pembakaran bahan bakar yang rusak seperti kompor, kompor, pemanas air, dan pemanas ruangan gas dan minyak tanah; peralatan yang digerakkan secara mekanis seperti generator portabel; perapian; dan arang, yang dibakar di rumah dan ruang tertutup lainnya. American Association of Poison Control Centers (AAPCC) melaporkan 15.769 kasus keracunan karbon monoksida, yang mengakibatkan 39 kematian pada tahun 2007. Pada tahun 2005, CPSC melaporkan 94 kematian terkait dengan keracunan karbon monoksida dari generator. Empat puluh tujuh dari kematian itu terjadi selama pemadaman listrik karena cuaca buruk, termasuk Badai Katrina. Namun, orang-orang sekarat karena keracunan karbon monoksida dari barang-barang non-makanan seperti mobil yang dibiarkan berjalan di garasi yang terhubung dengan rumah. Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit melaporkan bahwa setiap tahun, beberapa ribu orang pergi ke ruang gawat darurat rumah sakit karena keracunan karbon monoksida.
Kehadiran dalam darah
Karbon monoksida diserap melalui pernapasan dan memasuki aliran darah melalui pertukaran gas di paru-paru. Hal ini juga diproduksi selama metabolisme hemoglobin dan memasuki darah dari jaringan, dan dengan demikian hadir di semua jaringan normal, bahkan jika tidak dihirup ke dalam tubuh. Tingkat normal karbon monoksida yang bersirkulasi dalam darah adalah antara 0% dan 3%, dan lebih tinggi pada perokok. Kadar karbon monoksida tidak dapat dinilai melalui pemeriksaan fisik. Tes laboratorium memerlukan sampel darah (arteri atau vena) dan analisis laboratorium untuk oksimeter CO. Selain itu, carboxyhemoglobin (SPCO) non-invasif dengan oksimetri CO berdenyut lebih efektif daripada metode invasif.
Astrofisika
Di luar Bumi, karbon monoksida adalah molekul paling melimpah kedua di medium antarbintang, setelah molekul hidrogen. Karena asimetrinya, molekul karbon monoksida menghasilkan garis spektral yang jauh lebih terang daripada molekul hidrogen, membuat CO lebih mudah dideteksi. CO antarbintang pertama kali terdeteksi oleh teleskop radio pada tahun 1970. Saat ini merupakan pelacak gas molekuler yang paling umum digunakan di medium antarbintang galaksi, dan hidrogen molekuler hanya dapat dideteksi dengan sinar ultraviolet, yang membutuhkan teleskop ruang angkasa. Pengamatan karbon monoksida memberikan sebagian besar informasi tentang awan molekul tempat sebagian besar bintang terbentuk. Beta Pictoris, bintang paling terang kedua di konstelasi Pictor, menunjukkan kelebihan radiasi inframerah dibandingkan dengan bintang normal dari jenisnya, karena banyaknya debu dan gas (termasuk karbon monoksida) di dekat bintang.
Produksi
Banyak metode telah dikembangkan untuk menghasilkan karbon monoksida.
produksi industri
Sumber industri utama CO adalah gas produser, campuran yang terutama mengandung karbon monoksida dan nitrogen, terbentuk ketika karbon dibakar di udara pada suhu tinggi ketika ada kelebihan karbon. Di dalam oven, udara dipaksa melalui lapisan kokas. Awalnya CO2 yang dihasilkan diseimbangkan dengan sisa batubara panas untuk menghasilkan CO. Reaksi CO2 dengan karbon menghasilkan CO disebut reaksi Boudouard. Di atas 800 ° C, CO adalah produk dominan:
CO2 + C → 2 CO (ΔH = 170 kJ/mol)
Sumber lain adalah "gas air", campuran hidrogen dan karbon monoksida yang dihasilkan oleh reaksi endotermik uap dan karbon:
H2O + C → H2 + CO (ΔH = +131 kJ/mol)
Syngas serupa lainnya dapat diperoleh dari gas alam dan bahan bakar lainnya. Karbon monoksida juga merupakan produk sampingan dari reduksi bijih oksida logam dengan karbon:
MO + C → M + CO
Karbon monoksida juga diproduksi oleh oksidasi langsung karbon dalam jumlah terbatas oksigen atau udara.
2C (s) + O 2 → 2CO (g)
Karena CO adalah gas, proses reduksi dapat dikontrol dengan pemanasan menggunakan entropi reaksi positif (menguntungkan). Diagram Ellingham menunjukkan bahwa produksi CO lebih disukai daripada CO2 pada suhu tinggi.
Persiapan di laboratorium
Karbon monoksida mudah diperoleh di laboratorium dengan dehidrasi asam format atau asam oksalat, misalnya dengan asam sulfat pekat. Cara lain adalah dengan memanaskan campuran homogen bubuk logam seng dan kalsium karbonat, yang melepaskan CO dan meninggalkan seng oksida dan kalsium oksida:
Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO
Perak nitrat dan iodoform juga memberikan karbon monoksida:
CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI
kimia koordinasi
Sebagian besar logam membentuk kompleks koordinasi yang mengandung karbon monoksida yang terikat secara kovalen. Hanya logam dengan tingkat oksidasi yang lebih rendah yang akan bergabung dengan ligan karbon monoksida. Ini karena kerapatan elektron yang cukup diperlukan untuk memfasilitasi donasi balik dari orbital DXZ logam, ke orbital molekul * dari CO. Pasangan elektron bebas pada atom karbon dalam CO juga menyumbangkan kerapatan elektron dalam dx²-y² pada logam untuk membentuk ikatan sigma. Donasi elektron ini juga dimanifestasikan oleh efek cis, atau labilisasi ligan CO pada posisi cis. Nikel karbonil, misalnya, dibentuk oleh kombinasi langsung karbon monoksida dan nikel logam:
Ni + 4 CO → Ni(CO) 4 (1 bar, 55 °C)
Untuk alasan ini, nikel di dalam tabung atau bagiannya tidak boleh bersentuhan dalam waktu lama dengan karbon monoksida. Nikel karbonil mudah terurai kembali menjadi Ni dan CO setelah kontak dengan permukaan panas, dan metode ini digunakan untuk pemurnian nikel komersial dalam proses Mond. Dalam karbonil nikel dan karbonil lainnya, pasangan elektron pada karbon berinteraksi dengan logam; karbon monoksida menyumbangkan pasangan elektron ke logam. Dalam situasi seperti itu, karbon monoksida disebut ligan karbonil. Salah satu karbonil logam yang paling penting adalah pentakarbonil besi, Fe(CO)5. Banyak kompleks logam-CO dibuat dengan dekarbonilasi pelarut organik daripada dari CO. Misalnya, iridium triklorida dan trifenilfosfin bereaksi dalam refluks 2-metoksietanol atau DMF untuk menghasilkan IrCl(CO)(PPh3)2. Karbonil logam dalam kimia koordinasi biasanya dipelajari dengan menggunakan spektroskopi inframerah.
Kimia organik dan kimia kelompok utama unsur
Dengan adanya asam kuat dan air, karbon monoksida bereaksi dengan alkena untuk membentuk asam karboksilat dalam proses yang dikenal sebagai reaksi Koch-Haaf. Dalam reaksi Guttermann-Koch, arena diubah menjadi turunan benzaldehida dengan adanya AlCl3 dan HCl. Senyawa organolitium (seperti butillitium) bereaksi dengan karbon monoksida, tetapi reaksi ini memiliki aplikasi ilmiah yang kecil. Meskipun CO bereaksi dengan karbokation dan karbanion, CO relatif tidak reaktif dengan senyawa organik tanpa intervensi katalis logam. Dengan reagen dari kelompok utama, CO mengalami beberapa reaksi yang luar biasa. Klorinasi CO adalah proses industri yang menghasilkan senyawa fosgen penting. Dengan borana, CO membentuk aduk, H3BCO, yang isoelektronik dengan kation asilium +. CO bereaksi dengan natrium untuk membuat produk yang berasal dari ikatan C-C. Senyawa sikloheksahehekson atau trikuinoil (C6O6) dan siklopentanapenton atau asam leukonat (C5O5), yang sejauh ini hanya diperoleh dalam jumlah sedikit, dapat dianggap sebagai polimer karbon monoksida. Pada tekanan di atas 5 GPa, karbon monoksida diubah menjadi polimer padat karbon dan oksigen. Ini metastabil pada tekanan atmosfer, tetapi merupakan bahan peledak yang kuat.
Penggunaan
Industri kimia
Karbon monoksida adalah gas industri yang memiliki banyak kegunaan dalam produksi bahan kimia curah. Sejumlah besar aldehida diperoleh dengan reaksi hidroformilasi alkena, karbon monoksida dan H2. Hidroformilasi dalam proses Shell memungkinkan untuk membuat prekursor deterjen. Fosgen, cocok untuk memproduksi isosianat, polikarbonat dan poliuretan, diproduksi dengan melewatkan karbon monoksida murni dan gas klorin melalui lapisan karbon aktif berpori yang berfungsi sebagai katalis. Produksi dunia senyawa ini pada tahun 1989 diperkirakan mencapai 2,74 juta ton.
CO + Cl2 → COCl2
Metanol diproduksi oleh hidrogenasi karbon monoksida. Dalam reaksi terkait, hidrogenasi karbon monoksida melibatkan pembentukan ikatan C-C, seperti dalam proses Fischer-Tropsch, di mana karbon monoksida dihidrogenasi menjadi bahan bakar hidrokarbon cair. Teknologi ini memungkinkan batubara atau biomassa diubah menjadi bahan bakar solar. Dalam proses Monsanto, karbon monoksida dan metanol bereaksi dengan adanya katalis berbasis rhodium dan asam hidroiodik homogen untuk membentuk asam asetat. Proses ini bertanggung jawab untuk sebagian besar produksi industri asam asetat. Pada skala industri, karbon monoksida murni digunakan untuk memurnikan nikel dalam proses Mond.
pewarna daging
Karbon monoksida digunakan dalam sistem pengemasan atmosfer yang dimodifikasi di Amerika Serikat, terutama dalam produk daging segar seperti daging sapi, babi, dan ikan, untuk mempertahankan penampilan segarnya. Karbon monoksida bergabung dengan mioglobin untuk membentuk karboksimioglobin, pigmen merah ceri cerah. Karboksimioglobin lebih stabil dari bentuk teroksidasi mioglobin, oksimioglobin, yang dapat mengoksidasi metmyoglobin pigmen coklat. Warna merah yang stabil ini dapat bertahan lebih lama dari daging kemasan konvensional. Tingkat karbon monoksida yang umum digunakan pada tanaman yang menggunakan proses ini adalah 0,4% hingga 0,5%. Teknologi ini pertama kali diakui sebagai "umumnya aman" (GRAS) oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) pada tahun 2002 untuk digunakan sebagai sistem pengemasan sekunder, dan tidak memerlukan pelabelan. Pada tahun 2004, FDA menyetujui CO sebagai metode pengemasan utama, yang menyatakan bahwa CO tidak menutupi bau busuk. Terlepas dari keputusan ini, masih bisa diperdebatkan apakah metode ini menutupi pembusukan makanan. Pada tahun 2007, sebuah RUU diusulkan di Dewan Perwakilan Rakyat AS untuk menyebut proses pengemasan yang dimodifikasi menggunakan karbon monoksida sebagai aditif warna, tetapi RUU itu tidak disahkan. Proses pengemasan ini dilarang di banyak negara lain, termasuk Jepang, Singapura, dan negara-negara di Uni Eropa.
Obat
Dalam biologi, karbon monoksida secara alami diproduksi oleh aksi heme oksigenase 1 dan 2 pada heme dari pemecahan hemoglobin. Proses ini menghasilkan sejumlah karboksihemoglobin pada orang normal, bahkan jika mereka tidak menghirup karbon monoksida. Sejak laporan pertama bahwa karbon monoksida adalah neurotransmitter normal pada tahun 1993, serta salah satu dari tiga gas yang secara alami memodulasi respons inflamasi dalam tubuh (dua lainnya adalah oksida nitrat dan hidrogen sulfida), karbon monoksida telah menerima banyak penelitian klinis. perhatian sebagai pengatur biologis. . Di banyak jaringan, ketiga gas tersebut diketahui bertindak sebagai agen antiinflamasi, vasodilator, dan penambah pertumbuhan neovaskular. Namun, masalah ini kompleks karena pertumbuhan neovaskular tidak selalu bermanfaat, karena berperan dalam pertumbuhan tumor serta perkembangan degenerasi makula basah, penyakit yang risikonya meningkat 4 hingga 6 kali lipat dengan merokok (sumber utama karbon monoksida) dalam darah, beberapa kali lebih banyak dari produksi alami). Ada teori bahwa di beberapa sinapsis sel saraf, ketika ingatan jangka panjang disimpan, sel penerima menghasilkan karbon monoksida, yang dilewatkan kembali ke ruang transmisi, menyebabkannya lebih mudah ditransmisikan di masa depan. Beberapa sel saraf ini telah terbukti mengandung guanylate cyclase, enzim yang diaktifkan oleh karbon monoksida. Banyak laboratorium di seluruh dunia telah melakukan penelitian yang melibatkan karbon monoksida mengenai sifat anti-inflamasi dan sitoprotektifnya. Sifat-sifat ini dapat digunakan untuk mencegah perkembangan sejumlah kondisi patologis, termasuk cedera reperfusi iskemik, penolakan transplantasi, aterosklerosis, sepsis berat, malaria berat, atau penyakit autoimun. Uji klinis pada manusia telah dilakukan, tetapi hasilnya belum dirilis.
Sifat fisik karbon monoksida (karbon monoksida CO) pada tekanan atmosfer normal dianggap tergantung pada suhu pada nilai negatif dan positifnya.
Dalam tabel berikut sifat fisik CO disajikan: kepadatan karbon monoksida ρ , kapasitas panas spesifik pada tekanan konstan Cp, koefisien konduktivitas termal λ dan viskositas dinamis μ .
Tabel pertama menunjukkan densitas dan kalor jenis karbon monoksida CO pada rentang suhu dari -73 hingga 2727°C.
Tabel kedua memberikan nilai sifat fisik karbon monoksida seperti konduktivitas termal dan viskositas dinamisnya dalam kisaran suhu dari minus 200 hingga 1000 °C.
Kepadatan karbon monoksida, serta, sangat tergantung pada suhu - ketika karbon monoksida CO dipanaskan, kerapatannya berkurang. Sebagai contoh, pada suhu kamar, kerapatan karbon monoksida adalah 1,129 kg / m 3, tetapi dalam proses pemanasan hingga suhu 1000 ° C, kerapatan gas ini berkurang 4,2 kali - hingga nilai 0,268 kg / m 3.
Dalam kondisi normal (suhu 0°C) karbon monoksida memiliki densitas 1,25 kg/m 3 . Jika kita membandingkan kerapatannya dengan atau gas umum lainnya, maka kerapatan karbon monoksida relatif terhadap udara kurang penting - karbon monoksida lebih ringan daripada udara. Ini juga lebih ringan dari argon, tetapi lebih berat dari nitrogen, hidrogen, helium, dan gas ringan lainnya.
Kapasitas panas spesifik karbon monoksida dalam kondisi normal adalah 1040 J/(kg derajat). Ketika suhu gas ini naik, kapasitas panas spesifiknya meningkat. Misalnya, pada 2727°C nilainya adalah 1329 J/(kg derajat).
| t, °С | , kg / m 3 | C p , J/(kg derajat) | t, °С | , kg / m 3 | C p , J/(kg derajat) | t, °С | , kg / m 3 | C p , J/(kg derajat) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -73 | 1,689 | 1045 | 157 | 0,783 | 1053 | 1227 | 0,224 | 1258 |
| -53 | 1,534 | 1044 | 200 | 0,723 | 1058 | 1327 | 0,21 | 1267 |
| -33 | 1,406 | 1043 | 257 | 0,635 | 1071 | 1427 | 0,198 | 1275 |
| -13 | 1,297 | 1043 | 300 | 0,596 | 1080 | 1527 | 0,187 | 1283 |
| -3 | 1,249 | 1043 | 357 | 0,535 | 1095 | 1627 | 0,177 | 1289 |
| 0 | 1,25 | 1040 | 400 | 0,508 | 1106 | 1727 | 0,168 | 1295 |
| 7 | 1,204 | 1042 | 457 | 0,461 | 1122 | 1827 | 0,16 | 1299 |
| 17 | 1,162 | 1043 | 500 | 0,442 | 1132 | 1927 | 0,153 | 1304 |
| 27 | 1,123 | 1043 | 577 | 0,396 | 1152 | 2027 | 0,147 | 1308 |
| 37 | 1,087 | 1043 | 627 | 0,374 | 1164 | 2127 | 0,14 | 1312 |
| 47 | 1,053 | 1043 | 677 | 0,354 | 1175 | 2227 | 0,134 | 1315 |
| 57 | 1,021 | 1044 | 727 | 0,337 | 1185 | 2327 | 0,129 | 1319 |
| 67 | 0,991 | 1044 | 827 | 0,306 | 1204 | 2427 | 0,125 | 1322 |
| 77 | 0,952 | 1045 | 927 | 0,281 | 1221 | 2527 | 0,12 | 1324 |
| 87 | 0,936 | 1045 | 1027 | 0,259 | 1235 | 2627 | 0,116 | 1327 |
| 100 | 0,916 | 1045 | 1127 | 0,241 | 1247 | 2727 | 0,112 | 1329 |
Konduktivitas termal karbon monoksida dalam kondisi normal adalah 0,02326 W/(m derajat). Ini meningkat dengan suhu dan pada 1000 ° C menjadi sama dengan 0,0806 W/(m derajat). Perlu dicatat bahwa konduktivitas termal karbon monoksida sedikit kurang dari nilai y ini.
Viskositas dinamis karbon monoksida pada suhu kamar adalah 0,0246·10 -7 Pa·s. Ketika karbon monoksida dipanaskan, viskositasnya meningkat. Karakter ketergantungan viskositas dinamis pada suhu seperti itu diamati dalam . Perlu dicatat bahwa karbon monoksida lebih kental daripada uap air dan karbon dioksida CO 2 , tetapi memiliki viskositas lebih rendah daripada oksida nitrat NO dan udara.
