- Classe de perigo da ONU 2.3
- Perigo secundário da ONU 2.1
A estrutura da molécula
A molécula de CO, como a molécula isoeletrônica de nitrogênio, tem uma ligação tripla. Como essas moléculas são semelhantes em estrutura, suas propriedades também são semelhantes - pontos de fusão e ebulição muito baixos, valores próximos de entropias padrão, etc.
Dentro da estrutura do método de ligações de valência, a estrutura da molécula de CO pode ser descrita pela fórmula: C≡O:, e a terceira ligação é formada de acordo com o mecanismo doador-aceptor, onde o carbono é um aceptor de par de elétrons, e o oxigênio é um doador.
Devido à presença de uma ligação tripla, a molécula de CO é muito forte (a energia de dissociação é 1069 kJ/mol, ou 256 kcal/mol, que é mais do que qualquer outra molécula diatômica) e tem uma pequena distância internuclear (d C≡O = 0,1128 nm ou 1, 13Å).
A molécula é fracamente polarizada, o momento elétrico de seu dipolo μ = 0,04·10 -29 C·m (direção do momento de dipolo O - →C +). Potencial de ionização 14,0 V, constante de acoplamento de força k = 18,6.
Histórico de descobertas
O monóxido de carbono foi produzido pela primeira vez pelo químico francês Jacques de Lasson aquecendo óxido de zinco com carvão, mas foi inicialmente confundido com hidrogênio porque queimava com uma chama azul. O fato desse gás conter carbono e oxigênio foi descoberto pelo químico inglês William Cruikshank. O monóxido de carbono fora da atmosfera da Terra foi descoberto pela primeira vez pelo cientista belga M. Mizhot (M. Migeotte) em 1949 pela presença da principal banda vibracional-rotacional no espectro IR do Sol.
Monóxido de carbono na atmosfera da Terra
Existem fontes naturais e antropogênicas de entrada na atmosfera da Terra. Em condições naturais, na superfície da Terra, o CO é formado durante a decomposição anaeróbica incompleta de compostos orgânicos e durante a combustão de biomassa, principalmente durante incêndios florestais e de estepe. O monóxido de carbono é formado no solo biologicamente (excretado por organismos vivos) e não biologicamente. A liberação de monóxido de carbono devido a compostos fenólicos comuns em solos contendo grupos OCH 3 ou OH em posições orto ou para em relação ao primeiro grupo hidroxila foi comprovada experimentalmente.
O balanço geral da produção de CO não biológico e sua oxidação por microrganismos depende das condições ambientais específicas, principalmente da umidade e do valor de . Por exemplo, de solos áridos, o monóxido de carbono é liberado diretamente na atmosfera, criando assim máximos locais na concentração desse gás.
Na atmosfera, o CO é o produto de reações em cadeia envolvendo metano e outros hidrocarbonetos (principalmente isopreno).
A principal fonte antropogênica de CO atualmente são os gases de escape dos motores de combustão interna. O monóxido de carbono é produzido quando combustíveis de hidrocarbonetos são queimados em motores de combustão interna em temperaturas insuficientes ou quando o sistema de suprimento de ar está mal ajustado (não é fornecido oxigênio suficiente para oxidar CO a CO 2 ). No passado, uma proporção significativa das emissões antropogênicas de CO na atmosfera vinha do gás de iluminação usado para iluminação interna no século XIX. Em composição, correspondia aproximadamente ao gás água, ou seja, continha até 45% de monóxido de carbono. Atualmente, no setor municipal, esse gás foi substituído por gás natural muito menos tóxico (representantes inferiores da série homóloga de alcanos - propano, etc.)
A ingestão de CO de fontes naturais e antropogênicas é aproximadamente a mesma.
O monóxido de carbono na atmosfera está em um ciclo rápido: o tempo médio de residência é de cerca de 0,1 ano, oxidado por hidroxila a dióxido de carbono.
Recibo
maneira industrial
2C + O 2 → 2CO (o efeito térmico desta reação é de 22 kJ),
2. ou ao reduzir o dióxido de carbono com carvão quente:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
Essa reação geralmente ocorre em um forno de forno quando o amortecedor do forno é fechado muito cedo (até que os carvões tenham queimado completamente). O monóxido de carbono resultante, devido à sua toxicidade, causa distúrbios fisiológicos ("burnout") e até a morte (veja abaixo), daí um dos nomes triviais - "monóxido de carbono". A imagem das reações que ocorrem no forno é mostrada no diagrama.
A reação de redução de dióxido de carbono é reversível, o efeito da temperatura no estado de equilíbrio desta reação é mostrado no gráfico. O fluxo da reação para a direita fornece o fator de entropia e para a esquerda - o fator de entalpia. Em temperaturas abaixo de 400°C, o equilíbrio é quase completamente deslocado para a esquerda e em temperaturas acima de 1000°C para a direita (na direção da formação de CO). Em baixas temperaturas, a velocidade dessa reação é muito lenta, de modo que o monóxido de carbono é bastante estável em condições normais. Este equilíbrio tem um nome especial equilíbrio boudoir.
3. As misturas de monóxido de carbono com outras substâncias são obtidas passando ar, vapor de água, etc. através de uma camada de coque quente, hulha ou hulha, etc. (ver gás de produção, gás de água, gás misto, gás de síntese).
método laboratorial
TLV (concentração limite máxima, EUA): 25 MPC r.z. de acordo com os padrões de higiene GN 2.2.5.1313-03 é 20 mg/m³
Proteção contra monóxido de carbono
Devido a um poder calorífico tão bom, o CO é um componente de várias misturas técnicas de gases (ver, por exemplo, gás de produção) usado, entre outras coisas, para aquecimento.
halogênios. A reação com o cloro recebeu a maior aplicação prática:
CO + Cl 2 → COCl 2
A reação é exotérmica, seu efeito térmico é de 113 kJ, na presença de um catalisador (carvão ativado) ocorre já à temperatura ambiente. Como resultado da reação, o fosgênio é formado - uma substância que se tornou difundida em vários ramos da química (e também como agente de guerra química). Por reações análogas, COF 2 (fluoreto de carbonila) e COBr 2 (brometo de carbonila) podem ser obtidos. Iodeto de carbonila não foi recebido. A exotermicidade das reações diminui rapidamente de F para I (para reações com F 2, o efeito térmico é de 481 kJ, com Br 2 - 4 kJ). Também é possível obter derivados mistos, como COFCl (para detalhes, veja derivados de halogênio do ácido carbônico).
Pela reação de CO com F 2 , além de fluoreto de carbonila, pode-se obter um composto de peróxido (FCO) 2 O 2 . Suas características: ponto de fusão -42°C, ponto de ebulição +16°C, tem um odor característico (semelhante ao cheiro de ozônio), se decompõe com uma explosão quando aquecido acima de 200°C (produtos da reação CO 2 , O 2 e COF 2), em meio ácido reage com iodeto de potássio de acordo com a equação:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
O monóxido de carbono reage com calcogênios. Com enxofre forma sulfeto de carbono COS, a reação prossegue quando aquecida, de acordo com a equação:
CO + S → COS ΔG° 298 = -229 kJ, ΔS° 298 = -134 J/K
Também foram obtidos selenóxido COSe e teluróxido COTe.
Restaura SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
Com metais de transição, forma compostos muito voláteis, combustíveis e tóxicos - carbonilas, como Cr (CO) 6, Ni (CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9, etc.
Como dito acima, o monóxido de carbono é ligeiramente solúvel em água, mas não reage com ela. Além disso, não reage com soluções de álcalis e ácidos. No entanto, reage com derretimentos alcalinos:
CO + KOH → HCOOK
Uma reação interessante é a reação do monóxido de carbono com o potássio metálico em uma solução de amônia. Neste caso, o composto explosivo dioxodicarbonato de potássio é formado:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
Ao reagir com amônia em altas temperaturas, um importante composto industrial, HCN, pode ser obtido. A reação ocorre na presença de um catalisador (óxido
Monóxido de carbono (monóxido de carbono, monóxido de carbono, óxido de carbono(II)) é um gás incolor, extremamente tóxico, insípido e inodoro, mais leve que o ar (em condições normais). A fórmula química é CO.
A estrutura da molécula
Devido à presença de uma ligação tripla, a molécula de CO é muito forte (a energia de dissociação é de 1069 kJ/mol, ou 256 kcal/mol, que é mais do que qualquer outra molécula diatômica) e tem uma pequena distância internuclear ( d C≡O = 0,1128 nm ou 1,13 Å).
A molécula é fracamente polarizada, seu momento de dipolo elétrico μ = 0,04⋅10 −29 C m . Numerosos estudos mostraram que a carga negativa na molécula de CO está concentrada no átomo de carbono C − ←O + (a direção do momento de dipolo na molécula é oposta ao anteriormente assumido). Energia de ionização 14,0 eV, força de acoplamento constante k = 18,6 .
Propriedades
O monóxido de carbono (II) é um gás incolor, inodoro e insípido. combustível O chamado "cheiro de monóxido de carbono" é na verdade o cheiro de impurezas orgânicas.
| Energia de formação de Gibbs padrão Δ G | -137,14 kJ/mol (g) (a 298 K) |
| Entropia Padrão da Educação S | 197,54 J/mol K (g) (a 298 K) |
| Capacidade de calor molar padrão Cp | 29,11 J/mol K (g) (a 298 K) |
| Entalpia de fusão Δ H pl | 0,838 kJ/mol |
| entalpia de ebulição Δ H pular | 6,04 kJ/mol |
| Temperatura critica t Creta | -140,23°C |
| pressão crítica P Creta | 3,499 MPa |
| Densidade crítica ρ crit | 0,301 g/cm³ |
Os principais tipos de reações químicas em que o monóxido de carbono (II) está envolvido são as reações de adição e as reações redox, nas quais apresenta propriedades redutoras.
À temperatura ambiente, o CO é inativo, sua atividade química aumenta significativamente quando aquecido e em soluções. Assim, em soluções, restaura sais e outros metais já à temperatura ambiente. Quando aquecido, também reduz outros metais, por exemplo CO + CuO → Cu + CO 2. Isto é amplamente utilizado em pirometalurgia. O método para a detecção qualitativa de CO é baseado na reação de CO em solução com cloreto de paládio, veja abaixo.
A oxidação do CO em solução geralmente ocorre a uma taxa perceptível apenas na presença de um catalisador. Ao escolher o último, a natureza do agente oxidante desempenha o papel principal. Assim, o KMnO 4 oxida mais rapidamente o CO na presença de prata finamente dividida, K 2 Cr 2 O 7 - na presença de sais, KClO 3 - na presença de OsO 4. Em geral, o CO é semelhante em suas propriedades redutoras ao hidrogênio molecular.
Abaixo de 830 °C, o CO é um agente redutor mais forte e, mais alto, o hidrogênio. Então o equilíbrio da reação
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\rightleftarrows CO_(2)+H_(2)))))até 830 °C deslocado para a direita, acima de 830 °C para a esquerda.
Curiosamente, existem bactérias capazes de obter a energia de que necessitam para a vida devido à oxidação do CO.
O monóxido de carbono (II) queima com uma chama azul (temperatura de início da reação 700 ° C) no ar:
2 C O + O 2 → 2 C O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CO+O_(2)\rightarrow 2CO_(2))))) (Δ G° 298 = -257 kJ, Δ S° 298 = -86 J/K).A temperatura de combustão do CO pode chegar a 2100 °C. A reação de combustão é em cadeia e os iniciadores são pequenas quantidades de compostos contendo hidrogênio (água, amônia, sulfeto de hidrogênio, etc.)
Devido a um poder calorífico tão bom, o CO é um componente de várias misturas técnicas de gases (ver, por exemplo, gás de produção) usado, entre outras coisas, para aquecimento. Explosivo quando misturado com ar; limites de concentração inferior e superior de propagação da chama: de 12,5 a 74% (em volume) .
halogênios. A reação com o cloro recebeu a maior aplicação prática:
C O + C l 2 → C O C l 2 . (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)\rightarrow COCl_(2))).)Ao reagir CO com F 2 , além de COF 2 fluoreto de carbonila, pode ser obtido um composto de peróxido (FCO) 2 O 2 . Suas características: ponto de fusão -42 ° C, ponto de ebulição +16 ° C, tem um odor característico (semelhante ao cheiro de ozônio), quando aquecido acima de 200 ° C, se decompõe com uma explosão (produtos da reação CO 2 , O 2 e COF 2), em meio ácido reage com iodeto de potássio de acordo com a equação:
(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).))))O monóxido de carbono (II) reage com calcogênios. Com enxofre forma sulfeto de carbono COS, a reação prossegue quando aquecida, de acordo com a equação:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS)))) (Δ G° 298 = -229 kJ, Δ S° 298 = -134 J/K).Também foram obtidos selenóxido de carbono COSe e teluróxido de carbono COTe.
Restaura SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S . (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.))))Com os metais de transição, forma compostos combustíveis e tóxicos - carbonilas, como,,,, etc. Alguns deles são voláteis.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow ))))O monóxido de carbono (II) é ligeiramente solúvel em água, mas não reage com ela. Além disso, não reage com soluções de álcalis e ácidos. No entanto, reage com derretimentos alcalinos para formar os formatos correspondentes:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\rightarrow HCOOK.))))Uma reação interessante é a reação do monóxido de carbono (II) com o potássio metálico em uma solução de amônia. Isso forma o composto explosivo dioxodicarbonato de potássio:
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 ))))álcoois + alcanos lineares.Esse processo é fonte de produtos industriais críticos, como metanol, óleo diesel sintético, álcoois poli-hídricos, óleos e lubrificantes.
Ação fisiológica
Toxicidade
O monóxido de carbono é altamente tóxico.
O efeito tóxico do monóxido de carbono (II) é devido à formação de carboxiemoglobina - um complexo de carbonila muito mais forte com a hemoglobina, em comparação com o complexo de hemoglobina com oxigênio (oxiemoglobina). Assim, os processos de transporte de oxigênio e respiração celular são bloqueados. Concentrações no ar superiores a 0,1% resultam em morte dentro de uma hora.
- A vítima deve ser levada para o ar fresco. Em caso de envenenamento leve, a hiperventilação dos pulmões com oxigênio é suficiente.
- Ventilação artificial dos pulmões.
- Lobelina ou cafeína sob a pele.
- Carboxilase intravenosa.
A medicina mundial não conhece antídotos confiáveis para uso em caso de envenenamento por monóxido de carbono.
Proteção contra monóxido de carbono(II)
monóxido de carbono endógeno
O monóxido de carbono endógeno é produzido normalmente pelas células do corpo humano e animal e atua como uma molécula sinalizadora. Desempenha um papel fisiológico conhecido no corpo, em particular sendo um neurotransmissor e indutor de vasodilatação. Devido ao papel do monóxido de carbono endógeno no organismo, seus distúrbios metabólicos estão associados a várias doenças, como doenças neurodegenerativas, aterosclerose dos vasos sanguíneos, hipertensão, insuficiência cardíaca e vários processos inflamatórios.
O monóxido de carbono endógeno é formado no corpo devido à ação oxidante da enzima heme oxigenase sobre o heme, que é um produto da destruição da hemoglobina e da mioglobina, bem como de outras proteínas que contêm heme. Este processo provoca a formação de uma pequena quantidade de carboxiemoglobina no sangue humano, mesmo que a pessoa não fume e não respire ar atmosférico (sempre contendo pequenas quantidades de monóxido de carbono exógeno), mas oxigênio puro ou uma mistura de nitrogênio e oxigênio.
Após a primeira evidência que apareceu em 1993 de que o monóxido de carbono endógeno é um neurotransmissor normal no corpo humano, bem como um dos três gases endógenos que normalmente modulam o curso das reações inflamatórias no corpo (os outros dois são o óxido nítrico (II) e sulfeto de hidrogênio), o monóxido de carbono endógeno tem recebido considerável atenção de clínicos e pesquisadores como um importante regulador biológico. Em muitos tecidos, todos os três gases mencionados acima demonstraram ser agentes anti-inflamatórios, vasodilatadores e também induzir a angiogênese. No entanto, nem tudo é tão simples e inequívoco. A angiogénese nem sempre é um efeito benéfico, uma vez que desempenha um papel no crescimento de tumores malignos em particular, sendo também uma das causas de danos na retina na degeneração macular. Em particular, é importante notar que fumar (a principal fonte de monóxido de carbono no sangue, dando concentração várias vezes maior do que a produção natural) aumenta o risco de degeneração macular da retina em 4-6 vezes.
Existe uma teoria de que em algumas sinapses de células nervosas, onde a informação é armazenada por muito tempo, a célula receptora, em resposta ao sinal recebido, produz monóxido de carbono endógeno, que transmite o sinal de volta para a célula transmissora, que a informa. de sua prontidão para receber sinais dele no futuro e aumentar a atividade da célula transmissora de sinal. Algumas dessas células nervosas contêm guanilato ciclase, uma enzima que é ativada quando exposta ao monóxido de carbono endógeno.
Pesquisas sobre o papel do monóxido de carbono endógeno como agente anti-inflamatório e citoprotetor têm sido realizadas em muitos laboratórios ao redor do mundo. Essas propriedades do monóxido de carbono endógeno tornam o efeito em seu metabolismo um alvo terapêutico interessante para o tratamento de várias condições patológicas, como danos teciduais causados por isquemia e reperfusão subsequente (por exemplo, infarto do miocárdio, acidente vascular cerebral isquêmico), rejeição de transplantes, aterosclerose vascular, sepse grave, malária grave, doenças autoimunes. Ensaios clínicos em humanos também foram realizados, mas seus resultados ainda não foram publicados.
Em resumo, o que se sabe a partir de 2015 sobre o papel do monóxido de carbono endógeno no corpo pode ser resumido da seguinte forma:
- O monóxido de carbono endógeno é uma das moléculas de sinalização endógenas importantes;
- O monóxido de carbono endógeno modula as funções do SNC e cardiovasculares;
- O monóxido de carbono endógeno inibe a agregação plaquetária e sua adesão às paredes dos vasos;
- Influenciar a troca de monóxido de carbono endógeno no futuro pode ser uma das estratégias terapêuticas importantes para uma série de doenças.
Histórico de descobertas
A toxicidade da fumaça emitida durante a combustão do carvão foi descrita por Aristóteles e Galeno.
O monóxido de carbono (II) foi obtido pela primeira vez pelo químico francês Jacques de Lasson no aquecimento de óxido de zinco com carvão, mas foi inicialmente confundido com hidrogênio, pois queimava com uma chama azul.
O fato desse gás conter carbono e oxigênio foi descoberto pelo químico inglês William Kruikshank. A toxicidade do gás foi investigada em 1846 pelo médico francês Claude Bernard em experimentos com cães.
O monóxido de carbono (II) fora da atmosfera da Terra foi descoberto pela primeira vez pelo cientista belga M. Mizhot (M. Migeotte) em 1949 pela presença da principal banda vibracional-rotacional no espectro IR do Sol. O óxido de carbono (II) foi descoberto no meio interestelar em 1970.
Recibo
maneira industrial
- É formado durante a combustão de carbono ou compostos baseados nele (por exemplo, gasolina) em condições de falta de oxigênio:
- ou ao reduzir o dióxido de carbono com carvão quente:
Esta reação ocorre durante o forno do forno, quando o amortecedor do forno é fechado muito cedo (até que os carvões tenham queimado completamente). O monóxido de carbono (II) formado neste caso, devido à sua toxicidade, causa distúrbios fisiológicos (“burnout”) e até a morte (veja abaixo), daí um dos nomes triviais - “monóxido de carbono”.
A reação de redução de dióxido de carbono é reversível, o efeito da temperatura no estado de equilíbrio desta reação é mostrado no gráfico. O fluxo da reação para a direita fornece o fator de entropia e para a esquerda - o fator de entalpia. Em temperaturas abaixo de 400°C, o equilíbrio é quase completamente deslocado para a esquerda e em temperaturas acima de 1000°C para a direita (na direção da formação de CO). Em baixas temperaturas, a velocidade dessa reação é muito baixa; portanto, o monóxido de carbono (II) é bastante estável em condições normais. Este equilíbrio tem um nome especial equilíbrio boudoir.
- As misturas de monóxido de carbono (II) com outras substâncias são obtidas passando ar, vapor de água, etc. através de uma camada de coque quente, carvão ou linhite, etc. (ver gás gerador, gás de água, gás misto, gás de síntese).
método laboratorial
- Decomposição de ácido fórmico líquido sob a ação de ácido sulfúrico concentrado a quente ou passagem de ácido fórmico gasoso sobre óxido de fósforo P 2 O 5 . Esquema de reação:
- Aquecimento de uma mistura de ácidos oxálico e sulfúrico concentrado. A reação ocorre de acordo com a equação:
- Aquecer uma mistura de hexacianoferrato(II) de potássio com ácido sulfúrico concentrado. A reação ocorre de acordo com a equação:
- Recuperação de carbonato de zinco por magnésio quando aquecido:
Determinação de monóxido de carbono (II)
Qualitativamente, a presença de CO pode ser determinada pelo escurecimento das soluções de cloreto de paládio (ou papel impregnado com esta solução). O escurecimento está associado à liberação de paládio metálico finamente disperso de acordo com o esquema:
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\rightarrow Pd\downarrow +CO_(2)+2HCl.))))Esta reação é muito sensível. Solução padrão: 1 grama de cloreto de paládio por litro de água.
A determinação quantitativa de monóxido de carbono (II) é baseada na reação iodométrica:
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).))))Inscrição
- O monóxido de carbono(II) é um reagente intermediário utilizado em reações com hidrogênio nos processos industriais mais importantes para a produção de álcoois orgânicos e hidrocarbonetos lineares.
- O monóxido de carbono (II) é utilizado para processar carnes e peixes de animais, conferindo-lhes uma cor vermelha brilhante e uma aparência de frescor, sem alterar o sabor (tecnologias fumaça clara e Fumaça sem gosto). A concentração permitida de CO é de 200 mg/kg de carne.
- O monóxido de carbono (II) é o principal componente do gás de gerador usado como combustível em veículos a gás natural.
- O monóxido de carbono do escapamento do motor foi usado pelos nazistas durante a Segunda Guerra Mundial para massacrar pessoas por envenenamento.
Monóxido de carbono (II) na atmosfera da Terra
Existem fontes naturais e antropogênicas de entrada na atmosfera da Terra. Em condições naturais, na superfície da Terra, o CO é formado durante a decomposição anaeróbica incompleta de compostos orgânicos e durante a combustão de biomassa, principalmente durante incêndios florestais e de estepe. O monóxido de carbono (II) é formado no solo tanto biologicamente (excretado por organismos vivos) quanto não biologicamente. A liberação de monóxido de carbono (II) devido a compostos fenólicos comuns em solos contendo grupos OCH 3 ou OH em posições orto ou para em relação ao primeiro grupo hidroxila foi comprovada experimentalmente.
O balanço geral da produção de CO não biológico e sua oxidação por microrganismos depende das condições ambientais específicas, principalmente da umidade e do valor de . Por exemplo, de solos áridos, o monóxido de carbono (II) é liberado diretamente na atmosfera, criando assim máximos locais na concentração desse gás.
Na atmosfera, o CO é o produto de reações em cadeia envolvendo metano e outros hidrocarbonetos (principalmente isopreno).
A principal fonte antropogênica de CO atualmente são os gases de escape dos motores de combustão interna. O monóxido de carbono é produzido quando combustíveis de hidrocarbonetos são queimados em motores de combustão interna em temperaturas insuficientes ou quando o sistema de suprimento de ar está mal ajustado (não é fornecido oxigênio suficiente para oxidar CO a CO 2 ). No passado, uma proporção significativa das emissões antropogênicas de CO na atmosfera vinha do gás de iluminação usado para iluminação interna no século XIX. Em composição, correspondia aproximadamente ao gás água, ou seja, continha até 45% de monóxido de carbono (II). No setor público, não é usado devido à presença de um análogo muito mais barato e mais eficiente em termos energéticos -
ÓXIDO DE CARBONO (MONÓXIDO DE CARBONO). Óxido de carbono(II) (monóxido de carbono) CO, monóxido de carbono não formador de sal. Isso significa que não há ácido correspondente a esse óxido. O monóxido de carbono (II) é um gás incolor e inodoro que se liquefaz à pressão atmosférica a uma temperatura de -191,5 ° C e solidifica a -205 ° C. A molécula de CO é semelhante em estrutura à molécula de N2: ambas contêm um número igual de elétrons (tais moléculas são chamadas de isoeletrônicas), os átomos nelas são conectados por uma ligação tripla (duas ligações na molécula de CO são formadas devido aos elétrons 2p dos átomos de carbono e oxigênio, e a terceira é formada pelo doador-aceptor mecanismo com a participação do par de elétrons solitário do oxigênio e do orbital 2p livre do carbono). Como resultado, as propriedades físicas do CO e do N2 (pontos de fusão e ebulição, solubilidade em água, etc.) são muito próximas.
O monóxido de carbono (II) é formado durante a combustão de compostos contendo carbono com acesso insuficiente ao oxigênio, bem como quando o carvão quente entra em contato com o produto da combustão completa - dióxido de carbono: C + CO2 → 2CO. Em laboratório, o CO é obtido pela desidratação do ácido fórmico pela ação do ácido sulfúrico concentrado sobre o ácido fórmico líquido quando aquecido, ou pela passagem de vapores de ácido fórmico sobre P2O5: HCOOH → CO + H2O. O CO é obtido pela decomposição do ácido oxálico: H2C2O4 → CO + CO2 + H2O. É fácil separar o CO de outros gases passando por uma solução alcalina.
Em condições normais, o CO, como o nitrogênio, é quimicamente bastante inerte. Somente em temperaturas elevadas o CO tende a sofrer reações de oxidação, adição e redução. Assim, em temperaturas elevadas, reage com álcalis: CO + NaOH → HCOONa, CO + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2. Essas reações são usadas para remover CO de gases industriais.
O monóxido de carbono(II) é um combustível de alto teor calórico: a combustão é acompanhada pela liberação de uma quantidade significativa de calor (283 kJ por 1 mol de CO). Misturas de CO com ar explodem em seu conteúdo de 12 a 74%; Felizmente, na prática, essas misturas são extremamente raras. Na indústria, para obter CO, é realizada a gaseificação do combustível sólido. Por exemplo, soprar vapor de água através de uma camada de carvão aquecida a 1000o C leva à formação de gás de água: C + H2O → CO + H2, que tem um poder calorífico muito alto. No entanto, a incineração está longe de ser o uso mais lucrativo do gás de água. A partir dele, por exemplo, é possível obter (na presença de vários catalisadores sob pressão) uma mistura de hidrocarbonetos sólidos, líquidos e gasosos - uma matéria-prima valiosa para a indústria química (reação de Fischer-Tropsch). Da mesma mistura, enriquecendo-a com hidrogênio e usando os catalisadores necessários, podem ser obtidos álcoois, aldeídos e ácidos. De particular importância é a síntese de metanol: CO + 2H2 → CH3OH - a matéria-prima mais importante para a síntese orgânica, portanto, essa reação é realizada na indústria em grande escala.
As reações em que o CO é um agente redutor podem ser demonstradas pelo exemplo da redução do ferro do minério durante o processo de alto-forno: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. A redução de óxidos metálicos com óxido de carbono(II) é de grande importância nos processos metalúrgicos.
As moléculas de CO são caracterizadas por reações de adição a metais de transição e seus compostos com a formação de compostos complexos - carbonilas. Exemplos são carbonilos metálicos líquidos ou sólidos Fe(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Ni(CO)4, Cr(CO)6, etc. metal e CO. Desta forma, metais em pó de alta pureza podem ser obtidos. Às vezes, “estrias” de metal são visíveis no queimador de um fogão a gás; isso é uma consequência da formação e decomposição do carbonil de ferro. Atualmente, milhares de carbonilas metálicas diversas foram sintetizadas contendo, além do CO, ligantes inorgânicos e orgânicos, por exemplo, PtCl2(CO), K3, Cr(C6H5Cl)(CO)3.
O CO também é caracterizado pela reação do composto com o cloro, que à luz já ocorre à temperatura ambiente com a formação de fosgênio extremamente tóxico: CO + Cl2 → COCl2. Essa reação é em cadeia, segue um mecanismo radicalar envolvendo átomos de cloro e radicais livres COCl. Apesar de sua toxicidade, o fosgênio é amplamente utilizado na síntese de muitos compostos orgânicos.
O monóxido de carbono (II) é um veneno forte, pois forma complexos fortes com moléculas biologicamente ativas contendo metais; ao mesmo tempo, a respiração do tecido é perturbada. As células do sistema nervoso central são especialmente afetadas. A ligação de CO aos átomos de Fe(II) na hemoglobina do sangue impede a formação de oxiemoglobina, que transporta oxigênio dos pulmões para os tecidos. Já com teor de 0,1% de CO no ar, esse gás desloca metade do oxigênio da oxiemoglobina. Na presença de CO, a morte por asfixia pode ocorrer mesmo na presença de grandes quantidades de oxigênio. Portanto, o CO é chamado de monóxido de carbono. Em uma pessoa "irritada", o cérebro e o sistema nervoso são afetados principalmente. Para a salvação, em primeiro lugar, é necessário ar limpo que não contenha CO (ou melhor ainda - oxigênio puro), enquanto o CO associado à hemoglobina é gradualmente substituído por moléculas de O2 e a asfixia desaparece. A concentração média diária máxima permitida de CO no ar atmosférico é de 3 mg/m3 (cerca de 3,10–5%), e no ar da zona de trabalho é de 20 mg/m3.
Normalmente, o teor de CO na atmosfera não excede 10-5%. Este gás entra no ar como parte dos gases vulcânicos e dos pântanos, com as secreções de plâncton e outros microrganismos. Assim, 220 milhões de toneladas de CO2 são emitidas anualmente das camadas superficiais do oceano para a atmosfera. A concentração de CO nas minas de carvão é alta. Muito monóxido de carbono é produzido durante os incêndios florestais. A fundição de cada milhão de toneladas de aço é acompanhada pela formação de 300 a 400 toneladas de CO. No total, a liberação tecnogênica de CO no ar chega a 600 milhões de toneladas por ano, das quais mais da metade é contabilizada pelos veículos. Com um carburador não ajustado, até 12% de CO pode ser contido nos gases de escape! Portanto, na maioria dos países, foram introduzidos padrões rigorosos para o teor de CO no escapamento dos carros.
A formação de CO sempre ocorre durante a combustão de compostos contendo carbono, incluindo madeira, com acesso insuficiente ao oxigênio, bem como quando o carvão quente entra em contato com o dióxido de carbono: C + CO2 → 2CO. Tais processos também ocorrem em fornos rurais. Portanto, fechar a chaminé do fogão prematuramente para manter o calor geralmente resulta em envenenamento por monóxido de carbono. Não se deve pensar que os cidadãos que não aquecem fogões estão segurados contra envenenamento por CO; por exemplo, é fácil para eles se envenenarem em uma garagem mal ventilada onde um carro com o motor em funcionamento está parado. O CO também está contido nos produtos de combustão do gás natural na cozinha. Muitos acidentes de aviação no passado ocorreram devido ao desgaste do motor ou mau ajuste: CO entrou no cockpit e envenenou a tripulação. O perigo é agravado pelo fato de que o CO não pode ser detectado pelo cheiro; A este respeito, o monóxido de carbono é mais perigoso que o cloro!
O monóxido de carbono (II) praticamente não é absorvido pelo carvão ativo e, portanto, uma máscara de gás convencional não economiza desse gás; para absorvê-lo, é necessário um cartucho adicional de hopcalite, contendo um catalisador que “queima” CO em CO2 com a ajuda do oxigênio atmosférico. Cada vez mais carros de passeio são fornecidos com catalisadores de pós-combustão, apesar do alto custo desses catalisadores baseados em metais de platina.
Data de publicação 28.01.2012 12:18
Monóxido de carbono- o monóxido de carbono, que se ouve com demasiada frequência quando se trata de envenenamento por produtos de combustão, acidentes na indústria ou mesmo em casa. Devido às propriedades tóxicas especiais deste composto, um aquecedor de água a gás doméstico comum pode causar a morte de uma família inteira. Existem centenas de exemplos disso. Mas por que isso está acontecendo? O que é monóxido de carbono, realmente? Por que é perigoso para os humanos?
O que é monóxido de carbono, fórmula, propriedades básicas
Fórmula de monóxido de carbono que é muito simples e denota a união de um átomo de oxigênio e carbono - CO, - um dos compostos gasosos mais tóxicos. Mas, ao contrário de muitas outras substâncias perigosas que são usadas apenas para fins industriais restritos, a contaminação química por monóxido de carbono pode ocorrer durante processos químicos completamente comuns, mesmo na vida cotidiana.
No entanto, antes de passar para como ocorre a síntese dessa substância, considere o que é monóxido de carbono em geral e quais são suas principais propriedades físicas:
- gás incolor sem sabor e cheiro;
- pontos de fusão e ebulição extremamente baixos: -205 e -191,5 graus Celsius, respectivamente;
- densidade 0,00125 g/cc;
- altamente combustível com uma alta temperatura de combustão (até 2100 graus Celsius).
Formação de monóxido de carbono
Em casa ou indústria formação de monóxido de carbono geralmente ocorre de uma das várias maneiras bastante simples, o que explica facilmente o risco de síntese acidental desta substância com risco para o pessoal da empresa ou moradores da casa onde o equipamento de aquecimento apresentou mau funcionamento ou a segurança foi violada. Considere as principais formas de formação de monóxido de carbono:
- combustão de carbono (carvão, coque) ou seus compostos (gasolina e outros combustíveis líquidos) em condições de falta de oxigênio. Como você pode imaginar, a falta de ar fresco, perigosa do ponto de vista do risco de síntese de monóxido de carbono, ocorre facilmente em motores de combustão interna, colunas domésticas com ventilação prejudicada, fornos industriais e convencionais;
- interação de dióxido de carbono comum com carvão quente. Tais processos ocorrem no forno constantemente e são completamente reversíveis, mas, dada a já mencionada falta de oxigênio, com o amortecedor fechado, o monóxido de carbono é formado em quantidades muito maiores, o que é um perigo mortal para as pessoas.
Por que o monóxido de carbono é perigoso?
Em concentração suficiente propriedades do monóxido de carbono que se explica por sua alta atividade química, é extremamente perigoso para a vida e a saúde humana. A essência de tal envenenamento reside, em primeiro lugar, no fato de que as moléculas desse composto se ligam instantaneamente à hemoglobina do sangue e a privam de sua capacidade de transportar oxigênio. Assim, o monóxido de carbono reduz o nível de respiração celular com as consequências mais graves para o corpo.
Respondendo a pergunta " Por que o monóxido de carbono é perigoso?“Vale ressaltar que, ao contrário de muitas outras substâncias tóxicas, uma pessoa não sente nenhum cheiro específico, não sente desconforto e não é capaz de reconhecer sua presença no ar por qualquer outro meio, sem equipamentos especiais. a vítima simplesmente não toma medidas para escapar, e quando os efeitos do monóxido de carbono (sonolência e perda de consciência) se tornam aparentes, pode ser tarde demais.
O monóxido de carbono é fatal dentro de uma hora em concentrações no ar acima de 0,1%. Ao mesmo tempo, o escapamento de um carro de passeio completamente comum contém de 1,5 a 3% dessa substância. E isso supondo que o motor esteja em boas condições. Isso explica facilmente o fato de que envenenamento por monóxido de carbono muitas vezes ocorre precisamente em garagens ou dentro de um carro selado com neve.
Outros casos mais perigosos em que as pessoas foram envenenadas por monóxido de carbono em casa ou no trabalho são ...
- sobreposição ou quebra da ventilação da coluna de aquecimento;
- uso analfabeto de fogões a lenha ou carvão;
- em incêndios em espaços fechados;
- perto de rodovias movimentadas;
- em empresas industriais onde o monóxido de carbono é usado ativamente.
Monóxido de carbono (II ), ou monóxido de carbono, o CO foi descoberto pelo químico inglês Joseph Priestley em 1799. É um gás incolor, insípido e inodoro, é pouco solúvel em água (3,5 ml em 100 ml de água a 0°C), tem baixa pontos de fusão (-205 °C) e pontos de ebulição (-192 °C).
O monóxido de carbono entra na atmosfera da Terra durante a combustão incompleta de substâncias orgânicas, durante erupções vulcânicas e também como resultado da atividade vital de algumas plantas inferiores (algas). O nível natural de CO no ar é 0,01-0,9 mg/m 3 . O monóxido de carbono é altamente tóxico. No corpo humano e nos animais superiores, reage ativamente com
A chama da queima de monóxido de carbono tem uma bela cor azul-violeta. É fácil observar por si mesmo. Para fazer isso, você precisa acender um fósforo. A parte inferior da chama é luminosa - essa cor é dada por partículas quentes de carbono (um produto da combustão incompleta da madeira). De cima, a chama é cercada por uma borda azul-violeta. Isso queima o monóxido de carbono formado durante a oxidação da madeira.
um complexo composto de ferro - o heme do sangue (associado à proteína glo-bin), interrompendo as funções de transferência e consumo de oxigênio pelos tecidos. Além disso, entra em interação irreversível com algumas enzimas envolvidas no metabolismo energético da célula. Em uma concentração de monóxido de carbono em uma sala de 880 mg / m 3, a morte ocorre após algumas horas e a 10 g / m 3 - quase instantaneamente. O teor máximo permitido de monóxido de carbono no ar é de 20 mg / m 3. Os primeiros sinais de envenenamento por CO (em uma concentração de 6-30 mg / m 3) são uma diminuição da sensibilidade da visão e da audição, dor de cabeça, alteração da frequência cardíaca. Se uma pessoa foi envenenada por monóxido de carbono, ela deve ser levada para o ar fresco, deve ser administrada respiração artificial, em casos leves de envenenamento, deve ser administrado chá ou café forte.
Grandes quantidades de monóxido de carbono ( II ) entram na atmosfera como resultado da atividade humana. Assim, um carro emite, em média, cerca de 530 kg de CO2 no ar por ano. Ao queimar 1 litro de gasolina em um motor de combustão interna, as emissões de monóxido de carbono flutuam de 150 a 800 g. Nas rodovias da Rússia, a concentração média de CO é de 6 a 57 mg / m 3, ou seja . O monóxido de carbono acumula-se em quintais mal ventilados perto de auto-estradas, em caves e garagens. Nos últimos anos, pontos especiais foram organizados nas estradas para controlar o teor de monóxido de carbono e outros produtos da combustão incompleta de combustível (CO-CH-control).
À temperatura ambiente, o monóxido de carbono é bastante inerte. Não interage com soluções aquosas e alcalinas, ou seja, é um óxido não formador de sal, no entanto, quando aquecido, reage com álcalis sólidos: CO + KOH \u003d HSOOK (formato de potássio, sal de ácido fórmico); CO + Ca (OH) 2 \u003d CaCO 3 + H 2. Essas reações são usadas para liberar hidrogênio do gás de síntese (CO + 3H 2), que é formado durante a interação do metano com o vapor de água superaquecido.
Uma propriedade interessante do monóxido de carbono é sua capacidade de formar compostos com metais de transição - carbonilas, por exemplo: Ni +4CO ® 70°C Ni(CO)4.
Monóxido de carbono (II ) é um excelente agente redutor. Quando aquecido, é oxidado pelo oxigênio atmosférico: 2CO + O 2 \u003d 2CO 2. Esta reação também pode ser realizada à temperatura ambiente usando um catalisador - platina ou paládio. Esses catalisadores são instalados em carros para reduzir as emissões de CO na atmosfera.
A reação do CO com o cloro produz um gás muito venenoso, o fosgênio (t kip \u003d 7,6 ° С): CO + Cl 2 \u003d COCl 2 . Anteriormente, era usado como agente de guerra química e agora é usado na produção de polímeros sintéticos de poliuretano.
O monóxido de carbono é usado na fundição de ferro e aço para a redução de ferro a partir de óxidos; também é amplamente utilizado em síntese orgânica. Durante a interação de uma mistura de óxido de carbono ( II ) com hidrogênio, dependendo das condições (temperatura, pressão), vários produtos são formados - álcoois, compostos carbonílicos, ácidos carboxílicos. De particular importância é a reação da síntese de metanol: CO + 2H 2 \u003d CH3OH , que é um dos principais produtos da síntese orgânica. O monóxido de carbono é usado para sintetizar o fos-gene, ácido fórmico, como um combustível de alto teor calórico.
