- Clasa de pericol ONU 2.3
- Pericol secundar ONU 2.1
Structura moleculei
Molecula de CO, ca și molecula de azot izoelectronic, are o legătură triplă. Deoarece aceste molecule sunt similare ca structură, proprietățile lor sunt, de asemenea, similare - puncte de topire și fierbere foarte scăzute, valori apropiate ale entropiilor standard etc.
În cadrul metodei legăturilor de valență, structura moleculei de CO poate fi descrisă prin formula: C≡O:, iar a treia legătură se formează conform mecanismului donor-acceptor, unde carbonul este un acceptor de pereche de electroni, iar oxigenul este un donator.
Datorită prezenței unei triple legături, molecula de CO este foarte puternică (energia de disociere este de 1069 kJ/mol, sau 256 kcal/mol, care este mai mult decât cea a oricărei alte molecule diatomice) și are o distanță internucleară mică (d C≡O = 0,1128 nm sau 1, 13Â).
Molecula este slab polarizată, momentul electric al dipolului său μ = 0,04·10 -29 C·m (direcția momentului dipol O - →C +). Potențial de ionizare 14,0 V, constantă de cuplare a forței k = 18,6.
Istoria descoperirilor
Monoxidul de carbon a fost produs pentru prima dată de chimistul francez Jacques de Lasson prin încălzirea oxidului de zinc cu cărbune, dar inițial a fost confundat cu hidrogen, deoarece ardea cu o flacără albastră. Faptul că acest gaz conține carbon și oxigen a fost descoperit de chimistul englez William Cruikshank. Monoxidul de carbon din afara atmosferei Pământului a fost descoperit pentru prima dată de omul de știință belgian M. Mizhot (M. Migeotte) în 1949 prin prezența principalei benzi vibraționale-rotaționale în spectrul IR al Soarelui.
Monoxid de carbon în atmosfera Pământului
Există surse naturale și antropice de intrare în atmosfera Pământului. În condiții naturale, la suprafața Pământului, CO se formează în timpul descompunerii anaerobe incomplete a compușilor organici și în timpul arderii biomasei, în principal în timpul incendiilor de pădure și stepă. Monoxidul de carbon se formează în sol atât biologic (excretat de organismele vii), cât și non-biologic. Eliberarea de monoxid de carbon din cauza compușilor fenolici obișnuiți în solurile care conțin grupări OCH 3 sau OH în poziții orto sau para față de prima grupare hidroxil a fost dovedită experimental.
Echilibrul general al producției de CO nebiologic și oxidarea acestuia de către microorganisme depinde de condițiile specifice de mediu, în primul rând de umiditate și valoarea de . De exemplu, din solurile aride, monoxidul de carbon este eliberat direct în atmosferă, creând astfel maxime locale în concentrația acestui gaz.
În atmosferă, CO este produsul reacțiilor în lanț care implică metanul și alte hidrocarburi (în principal izoprenul).
Principala sursă antropogenă de CO sunt în prezent gazele de eșapament ale motoarelor cu ardere internă. Monoxidul de carbon se formează atunci când combustibilii cu hidrocarburi sunt arse în motoarele cu ardere internă la temperaturi insuficiente sau un sistem de alimentare cu aer prost reglat (nu este furnizat suficient oxigen pentru a oxida CO la CO 2 ). În trecut, o proporție semnificativă a emisiilor antropice de CO în atmosferă proveneau din gazul de iluminat utilizat pentru iluminatul interior în secolul al XIX-lea. În compoziție, acesta corespundea aproximativ cu apa gazoasă, adică conținea până la 45% monoxid de carbon. În prezent, în sectorul municipal, acest gaz a fost înlocuit cu gaz natural mult mai puțin toxic (reprezentanți mai mici ai seriei omoloage de alcani - propan etc.)
Aportul de CO din surse naturale și antropice este aproximativ același.
Monoxidul de carbon din atmosferă este într-un ciclu rapid: timpul mediu de rezidență este de aproximativ 0,1 an, oxidat de hidroxil în dioxid de carbon.
chitanta
mod industrial
2C + O 2 → 2CO (efectul termic al acestei reacții este de 22 kJ),
2. sau la reducerea dioxidului de carbon cu cărbune fierbinte:
CO2 + C↔2CO (AH=172 kJ, AS=176 J/K).
Această reacție apare adesea într-un cuptor când amortizorul cuptorului este închis prea devreme (până când cărbunii s-au ars complet). Monoxidul de carbon rezultat, datorită toxicității sale, provoacă tulburări fiziologice („burnout”) și chiar moarte (vezi mai jos), de unde și una dintre denumirile banale – „monoxid de carbon”. Imaginea reacțiilor care au loc în cuptor este prezentată în diagramă.
Reacția de reducere a dioxidului de carbon este reversibilă, efectul temperaturii asupra stării de echilibru a acestei reacții este prezentat în grafic. Fluxul reacției la dreapta oferă factorul de entropie, iar la stânga - factorul de entalpie. La temperaturi sub 400°C, echilibrul este aproape complet deplasat spre stânga, iar la temperaturi peste 1000°C spre dreapta (în direcția de formare a CO). La temperaturi scăzute, viteza acestei reacții este foarte lentă, astfel încât monoxidul de carbon este destul de stabil în condiții normale. Acest echilibru are un nume special echilibru de budoar.
3. Amestecuri de monoxid de carbon cu alte substanțe se obțin prin trecerea aerului, vaporilor de apă etc. printr-un strat de cocs fierbinte, cărbune tare sau brun etc. (vezi gaz producător, gaz apă, gaz mixt, gaz de sinteză).
metoda de laborator
TLV (concentrație maximă de prag, SUA): 25 MPC r.z. conform Standardelor de Igienă GN 2.2.5.1313-03 este de 20 mg/m³
Protecție împotriva monoxidului de carbon
Datorită unei puteri calorice atât de bune, CO este o componentă a diferitelor amestecuri tehnice de gaze (vezi, de exemplu, gazul de producător) utilizate, printre altele, pentru încălzire.
halogeni. Reacția cu clorul a primit cea mai mare aplicație practică:
CO + Cl 2 → COCl 2
Reacția este exotermă, efectul ei termic este de 113 kJ, în prezența unui catalizator (cărbune activ) se desfășoară deja la temperatura camerei. Ca rezultat al reacției, se formează fosgen - o substanță care a devenit larg răspândită în diferite ramuri ale chimiei (și, de asemenea, ca agent de război chimic). Prin reacții analoge se pot obține COF2 (fluorura de carbonil) și COBr2 (bromură de carbonil). Nu sa primit iodură de carbonil. Exotermicitatea reacțiilor scade rapid de la F la I (pentru reacțiile cu F 2, efectul termic este de 481 kJ, cu Br 2 - 4 kJ). De asemenea, este posibil să se obțină derivați mixți, cum ar fi COFCl (pentru detalii, vezi derivații halogenați ai acidului carbonic).
Prin reacţia CO cu F2, pe lângă fluorura de carbonil, se poate obţine un compus peroxid (FCO)202. Caracteristicile sale: punctul de topire -42°C, punctul de fierbere +16°C, are un miros caracteristic (asemănător cu mirosul de ozon), se descompune cu explozie la încălzire peste 200°C (produși de reacție CO 2 , O 2 și COF 2), în mediu acid reacţionează cu iodura de potasiu conform ecuaţiei:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
Monoxidul de carbon reacţionează cu calcogenii. Cu sulful formează sulfură de carbon COS, reacția are loc la încălzire, conform ecuației:
CO + S → COS ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/K
S-au obținut, de asemenea, selenoxid COSe și teluroxid COTe similare.
Restabilește SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
Cu metalele de tranziție formează compuși foarte volatili, combustibili și toxici - carbonili, precum Cr (CO) 6, Ni (CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 etc.
După cum sa menționat mai sus, monoxidul de carbon este ușor solubil în apă, dar nu reacționează cu acesta. De asemenea, nu reacționează cu soluțiile de alcali și acizi. Cu toate acestea, reacţionează cu topiturile alcaline:
CO + KOH → HCOOK
O reacție interesantă este reacția monoxidului de carbon cu potasiul metalic într-o soluție de amoniac. În acest caz, se formează compusul exploziv dioxodicarbonat de potasiu:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
Prin reacția cu amoniacul la temperaturi ridicate, se poate obține un compus industrial important, HCN. Reacția are loc în prezența unui catalizator (oxid
Data publicării 28.01.2012 12:18
Monoxid de carbon- monoxid de carbon, care se aude prea des când vine vorba de otrăviri cu produse de ardere, accidente în industrie sau chiar acasă. Datorită proprietăților toxice speciale ale acestui compus, un încălzitor de apă obișnuit pe gaz poate provoca moartea unei întregi familii. Există sute de exemple în acest sens. Dar de ce se întâmplă asta? Ce este de fapt monoxidul de carbon? De ce este periculos pentru oameni?
Ce este monoxidul de carbon, formula, proprietățile de bază
Formula monoxidului de carbon care este foarte simplu și denotă unirea unui atom de oxigen și carbon - CO, - unul dintre cei mai toxici compuși gazoși. Dar, spre deosebire de multe alte substanțe periculoase care sunt utilizate numai în scopuri industriale înguste, contaminarea chimică cu monoxid de carbon poate apărea în timpul proceselor chimice complet obișnuite, chiar și în viața de zi cu zi.
Cu toate acestea, înainte de a trece la modul în care are loc sinteza acestei substanțe, luați în considerare ce este monoxidul de carbonîn general și care sunt principalele sale proprietăți fizice:
- gaz incolor, fără gust și miros;
- puncte de topire și de fierbere extrem de scăzute: -205 și respectiv -191,5 grade Celsius;
- densitate 0,00125 g/cc;
- foarte combustibil cu o temperatură ridicată de ardere (până la 2100 de grade Celsius).
Formarea monoxidului de carbon
În casă sau în industrie formarea de monoxid de carbon apare de obicei într-unul din mai multe moduri destul de simple, ceea ce explică cu ușurință riscul sintezei accidentale a acestei substanțe cu un risc pentru personalul întreprinderii sau rezidenții casei în care echipamentul de încălzire a funcționat defectuos sau a fost încălcat siguranța. Luați în considerare principalele moduri de formare a monoxidului de carbon:
- arderea carbonului (cărbune, cocs) sau a compușilor acestuia (benzină și alți combustibili lichizi) în condiții de lipsă de oxigen. După cum ați putea ghici, o lipsă de aer proaspăt, periculoasă din punct de vedere al riscului sintezei monoxidului de carbon, apare cu ușurință în motoarele cu ardere internă, coloanele casnice cu ventilație defectuoasă, cuptoarele industriale și convenționale;
- interacțiunea dioxidului de carbon obișnuit cu cărbunele fierbinte. Astfel de procese au loc în cuptor în mod constant și sunt complet reversibile, dar, având în vedere lipsa de oxigen deja menționată, cu clapeta închisă, se formează monoxid de carbon în cantități mult mai mari, ceea ce reprezintă un pericol de moarte pentru oameni.
De ce este periculos monoxidul de carbon?
În concentrație suficientă proprietățile monoxidului de carbon care se explică prin activitatea sa chimică ridicată, este extrem de periculoasă pentru viața și sănătatea umană. Esența unei astfel de otrăviri constă, în primul rând, în faptul că moleculele acestui compus leagă instantaneu hemoglobina din sânge și o privează de capacitatea sa de a transporta oxigen. Astfel, monoxidul de carbon reduce nivelul respirației celulare cu cele mai grave consecințe pentru organism.
Răspunzând la întrebarea „ De ce este periculos monoxidul de carbon?„Este de menționat că, spre deosebire de multe alte substanțe toxice, o persoană nu simte niciun miros anume, nu simte disconfort și nu este capabilă să-și recunoască prezența în aer prin alte mijloace, fără echipamente speciale. Drept urmare, victima pur și simplu nu ia măsuri pentru a scăpa, iar atunci când efectele monoxidului de carbon (somnolență și pierderea conștienței) devin evidente, poate fi prea târziu.
Monoxidul de carbon este fatal într-o oră la concentrații în aer de peste 0,1%. În același timp, evacuarea unei mașini de pasageri complet obișnuite conține de la 1,5 până la 3% din această substanță. Și asta presupunând că motorul este în stare bună. Acest lucru explică cu ușurință faptul că intoxicare cu monoxid de carbon apare adesea tocmai în garaje sau în interiorul unei mașini sigilate cu zăpadă.
Alte cazuri cele mai periculoase în care oamenii au fost otrăviți cu monoxid de carbon acasă sau la locul de muncă sunt...
- suprapunerea sau defalcarea ventilației coloanei de încălzire;
- utilizarea analfabetă a sobelor cu lemne sau cărbune;
- asupra incendiilor în spații închise;
- aproape de autostrăzi aglomerate;
- la întreprinderile industriale în care monoxidul de carbon este utilizat activ.
Monoxid de carbon (monoxid de carbon, monoxid de carbon, oxid de carbon (II).) este un gaz incolor, extrem de toxic, insipid și inodor, mai ușor decât aerul (în condiții normale). Formula chimică este CO.
Structura moleculei
Datorită prezenței unei triple legături, molecula de CO este foarte puternică (energia de disociere este de 1069 kJ/mol, sau 256 kcal/mol, care este mai mult decât cea a oricărei alte molecule diatomice) și are o distanță internucleară mică ( d C≡O = 0,1128 nm sau 1,13 Å).
Molecula este slab polarizată, momentul său dipol electric μ = 0,04⋅10 −29 C m . Numeroase studii au arătat că sarcina negativă din molecula de CO este concentrată pe atomul de carbon C − ←O + (direcția momentului dipol din moleculă este opusă celei presupuse anterior). Energia de ionizare 14,0 eV, constantă de cuplare a forței k = 18,6 .
Proprietăți
Monoxidul de carbon (II) este un gaz incolor, inodor și fără gust. combustibil Așa-numitul „miros de monoxid de carbon” este de fapt mirosul de impurități organice.
| Energia Gibbs standard de formare Δ G | −137,14 kJ/mol (g) (la 298 K) |
| Entropia standard a educației S | 197,54 J/mol K (g) (la 298 K) |
| Capacitate de căldură molară standard Cp | 29,11 J/mol K (g) (la 298 K) |
| Entalpia de topire Δ H pl | 0,838 kJ/mol |
| Entalpia de fierbere Δ H kip | 6,04 kJ/mol |
| Temperatura critica t Creta | -140,23°C |
| presiune critică P Creta | 3.499 MPa |
| Densitatea critică ρ crit | 0,301 g/cm³ |
Principalele tipuri de reacții chimice în care este implicat monoxidul de carbon (II) sunt reacțiile de adiție și reacțiile redox, în care prezintă proprietăți reducătoare.
La temperatura camerei, CO este inactiv, activitatea sa chimică crește semnificativ atunci când este încălzit și în soluții. Deci, în soluții, restaurează sărurile și altele la metale deja la temperatura camerei. Când este încălzit, reduce și alte metale, de exemplu CO + CuO → Cu + CO 2. Acesta este utilizat pe scară largă în pirometalurgie. Metoda de detectare calitativă a CO se bazează pe reacția CO în soluție cu clorură de paladiu, vezi mai jos.
Oxidarea CO în soluție are loc adesea la o viteză vizibilă numai în prezența unui catalizator. La alegerea acestuia din urmă, natura agentului de oxidare joacă rolul principal. Deci, KMnO 4 oxidează cel mai rapid CO în prezența argintului fin divizat, K 2 Cr 2 O 7 - în prezența sărurilor, KClO 3 - în prezența OsO 4. În general, CO este similar în proprietățile sale reducătoare cu hidrogenul molecular.
Sub 830 °C, CO este un agent reducător mai puternic, iar mai mare, hidrogenul. Deci echilibrul reacției
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\rightleftarrows CO_(2)+H_(2))))până la 830 °C deplasat la dreapta, peste 830 °C la stânga.
Interesant este că există bacterii capabile să obțină energia de care au nevoie pentru viață datorită oxidării CO.
Monoxidul de carbon (II) arde cu o flacără albastră (temperatura de pornire a reacției 700 ° C) în aer:
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).Temperatura de ardere a CO poate ajunge la 2100 °C. Reacția de ardere este una în lanț, iar inițiatorii sunt cantități mici de compuși care conțin hidrogen (apă, amoniac, hidrogen sulfurat etc.)
Datorită unei puteri calorice atât de bune, CO este o componentă a diferitelor amestecuri tehnice de gaze (vezi, de exemplu, gazul de producător) utilizate, printre altele, pentru încălzire. Exploziv atunci când este amestecat cu aer; limitele inferioare și superioare de concentrație de propagare a flăcării: de la 12,5 la 74% (în volum) .
halogeni. Reacția cu clorul a primit cea mai mare aplicație practică:
C O + C l 2 → C O C l 2 . (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)\rightarrow COCl_(2))).)Prin reacţia CO cu F2, în plus faţă de fluorură de carbonil COF2, se poate obţine un compus peroxid (FCO)202. Caracteristicile sale: punctul de topire -42 ° C, punctul de fierbere +16 ° C, are un miros caracteristic (asemănător cu mirosul de ozon), se descompune cu o explozie când este încălzit peste 200 ° C (produși de reacție CO 2 , O 2 și COF 2), în mediu acid reacţionează cu iodura de potasiu conform ecuaţiei:
(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).)))Monoxidul de carbon (II) reacționează cu calcogenii. Cu sulful formează sulfură de carbon COS, reacția are loc la încălzire, conform ecuației:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS))) (Δ G° 298 = -229 kJ, Δ S° 298 = −134 J/K).S-au obținut, de asemenea, selenoxid de carbon COSe și teluroxid de carbon COTe similare.
Restabilește SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S . (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.)))Cu metalele de tranziție, formează compuși combustibili și toxici - carbonili, cum ar fi,,,, etc. Unii dintre ei sunt volatili.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow )))Monoxidul de carbon (II) este ușor solubil în apă, dar nu reacționează cu acesta. De asemenea, nu reacționează cu soluțiile de alcali și acizi. Cu toate acestea, reacţionează cu topiturile alcaline pentru a forma formiaţii corespunzători:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\rightarrow HCOOK.)))O reacție interesantă este reacția monoxidului de carbon (II) cu potasiul metalic într-o soluție de amoniac. Aceasta formează compusul exploziv dioxodicarbonat de potasiu:
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 ))) alcooli + alcani liniari.Acest proces este sursa produselor industriale critice, cum ar fi metanol, motorină sintetică, alcooli polihidroxici, uleiuri și lubrifianți.
Acțiune fiziologică
Toxicitate
Monoxidul de carbon este foarte toxic.
Efectul toxic al monoxidului de carbon (II) se datorează formării carboxihemoglobinei - un complex carbonil mult mai puternic cu hemoglobina, în comparație cu complexul hemoglobinei cu oxigen (oxihemoglobina). Astfel, procesele de transport al oxigenului și respirația celulară sunt blocate. Concentrațiile în aer mai mari de 0,1% duc la deces în decurs de o oră.
- Victima trebuie scoasă la aer curat. În caz de otrăvire ușoară, este suficientă hiperventilația plămânilor cu oxigen.
- Ventilația artificială a plămânilor.
- Lobelină sau cofeină sub piele.
- Carboxilază intravenos.
Medicina mondială nu cunoaște antidoturi fiabile pentru utilizare în cazurile de intoxicație cu monoxid de carbon.
Protecție împotriva monoxidului de carbon (II)
monoxid de carbon endogen
Monoxidul de carbon endogen este produs în mod normal de celulele corpului uman și animal și acționează ca o moleculă de semnalizare. Are un rol fiziologic cunoscut in organism, fiind in special neurotransmitator si inducand vasodilatatie. Datorită rolului monoxidului de carbon endogen în organism, tulburările sale metabolice sunt asociate cu diferite boli, cum ar fi boli neurodegenerative, ateroscleroza vaselor de sânge, hipertensiunea arterială, insuficiența cardiacă și diferite procese inflamatorii.
Monoxidul de carbon endogen se formează în organism datorită acțiunii de oxidare a enzimei hemoxigenază asupra hem, care este un produs al distrugerii hemoglobinei și mioglobinei, precum și a altor proteine care conțin hem. Acest proces determină formarea unei cantități mici de carboxihemoglobină în sângele uman, chiar dacă persoana nu fumează și nu respiră aer atmosferic (conținând întotdeauna cantități mici de monoxid de carbon exogen), ci oxigen pur sau un amestec de azot și oxigen.
În urma primelor dovezi care au apărut în 1993 că monoxidul de carbon endogen este un neurotransmițător normal în corpul uman, precum și unul dintre cele trei gaze endogene care modulează în mod normal cursul reacțiilor inflamatorii din organism (celelalte două sunt oxid nitric (II) și hidrogen sulfurat), monoxidul de carbon endogen a primit o atenție considerabilă din partea medicilor și cercetătorilor ca un important regulator biologic. În multe țesuturi, toate cele trei gaze menționate anterior s-au dovedit a fi agenți antiinflamatori, vasodilatatoare și, de asemenea, induc angiogeneza. Cu toate acestea, nu totul este atât de simplu și lipsit de ambiguitate. Angiogeneza nu este întotdeauna un efect benefic, deoarece joacă un rol în creșterea tumorilor maligne în special și este, de asemenea, una dintre cauzele leziunilor retinei în degenerescența maculară. În special, este important de menționat că fumatul (sursa principală de monoxid de carbon din sânge, care oferă o concentrație de câteva ori mai mare decât producția naturală) crește riscul degenerescenței maculare a retinei de 4-6 ori.
Există o teorie conform căreia în unele sinapse ale celulelor nervoase, unde informația este stocată timp îndelungat, celula receptoare, ca răspuns la semnalul primit, produce monoxid de carbon endogen, care transmite semnalul înapoi celulei emițătoare, care o informează. de disponibilitatea sa de a primi semnale de la acesta în viitor.și creșterea activității celulei transmițătoare de semnal. Unele dintre aceste celule nervoase conțin guanilat ciclază, o enzimă care este activată atunci când este expusă la monoxid de carbon endogen.
Cercetările privind rolul monoxidului de carbon endogen ca agent antiinflamator și citoprotector au fost efectuate în multe laboratoare din întreaga lume. Aceste proprietăți ale monoxidului de carbon endogen fac din efectul asupra metabolismului său o țintă terapeutică interesantă pentru tratamentul diferitelor afecțiuni patologice, cum ar fi afectarea tisulară cauzată de ischemie și reperfuzie ulterioară (de exemplu, infarct miocardic, accident vascular cerebral ischemic), respingerea transplantului, ateroscleroza vasculară, sepsis sever, malarie severă, boli autoimune. Au fost efectuate și studii clinice pe oameni, dar rezultatele acestora nu au fost încă publicate.
Pe scurt, ceea ce se știe din 2015 despre rolul monoxidului de carbon endogen în organism poate fi rezumat după cum urmează:
- Monoxidul de carbon endogen este una dintre moleculele de semnalizare endogene importante;
- Monoxidul de carbon endogen modulează funcțiile SNC și cardiovasculare;
- Monoxidul de carbon endogen inhibă agregarea trombocitelor și aderența acestora la pereții vaselor;
- Influențarea schimbului de monoxid de carbon endogen în viitor poate fi una dintre strategiile terapeutice importante pentru o serie de boli.
Istoria descoperirilor
Toxicitatea fumului emis în timpul arderii cărbunelui a fost descrisă de Aristotel și Galen.
Monoxidul de carbon (II) a fost obținut pentru prima dată de chimistul francez Jacques de Lasson prin încălzirea oxidului de zinc cu cărbune, dar a fost inițial confundat cu hidrogen, deoarece ardea cu o flacără albastră.
Faptul că acest gaz conține carbon și oxigen a fost descoperit de chimistul englez William Kruikshank. Toxicitatea gazului a fost investigată în 1846 de către medicul francez Claude Bernard în experimente pe câini.
Monoxidul de carbon (II) din afara atmosferei Pământului a fost descoperit pentru prima dată de omul de știință belgian M. Mizhot (M. Migeotte) în 1949 prin prezența principalei benzi vibraționale-rotaționale în spectrul IR al Soarelui. Oxidul de carbon (II) a fost descoperit în mediul interstelar în 1970.
chitanta
mod industrial
- Se formează în timpul arderii carbonului sau compușilor pe bază de acesta (de exemplu, benzină) în condiții de lipsă de oxigen:
- sau la reducerea dioxidului de carbon cu cărbune fierbinte:
Această reacție are loc în timpul cuptorului, când amortizorul cuptorului este închis prea devreme (până când cărbunii s-au ars complet). Monoxidul de carbon (II) format în acest caz, datorită toxicității sale, provoacă tulburări fiziologice („burnout”) și chiar moarte (vezi mai jos), de unde și una dintre denumirile banale - „monoxid de carbon”.
Reacția de reducere a dioxidului de carbon este reversibilă, efectul temperaturii asupra stării de echilibru a acestei reacții este prezentat în grafic. Fluxul reacției la dreapta oferă factorul de entropie, iar la stânga - factorul de entalpie. La temperaturi sub 400 °C, echilibrul este aproape complet deplasat spre stânga, iar la temperaturi peste 1000 °C spre dreapta (în direcția de formare a CO). La temperaturi scăzute, viteza acestei reacții este foarte scăzută; prin urmare, monoxidul de carbon (II) este destul de stabil în condiții normale. Acest echilibru are un nume special echilibru de budoar.
- Amestecuri de monoxid de carbon (II) cu alte substanțe se obțin prin trecerea aerului, vaporilor de apă etc. printr-un strat de cocs fierbinte, cărbune sau cărbune brun etc. (vezi gaz producător, gaz de apă, gaz mixt, gaz de sinteză).
metoda de laborator
- Descompunerea acidului formic lichid sub acțiunea acidului sulfuric concentrat fierbinte sau trecerea acidului formic gazos peste oxidul de fosfor P 2 O 5 . Schema de reactie:
- Încălzirea unui amestec de acizi oxalic și acizi sulfuric concentrați. Reacția decurge conform ecuației:
- Încălzirea unui amestec de hexacianoferrat (II) de potasiu cu acid sulfuric concentrat. Reacția decurge conform ecuației:
- Recuperarea din carbonatul de zinc de către magneziu la încălzire:
Determinarea monoxidului de carbon (II)
Calitativ, prezența CO poate fi determinată prin întunecarea soluțiilor de clorură de paladiu (sau hârtie impregnată cu această soluție). Întunecarea este asociată cu eliberarea de paladiu metalic fin dispersat conform schemei:
P d C l 2 + C O + H 2 O → P d ↓ + CO 2 + 2 H C l . (\displaystyle (\mathsf (PdCl_(2)+CO+H_(2)O\rightarrow Pd\downarrow +CO_(2)+2HCl.)))Această reacție este foarte sensibilă. Soluție standard: 1 gram de clorură de paladiu pe litru de apă.
Determinarea cantitativă a monoxidului de carbon (II) se bazează pe reacția iodometrică:
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).)))Aplicație
- Monoxidul de carbon(II) este un reactiv intermediar utilizat în reacțiile cu hidrogenul în cele mai importante procese industriale pentru producerea de alcooli organici și hidrocarburi simple.
- Monoxidul de carbon (II) este utilizat pentru procesarea cărnii și peștelui de animale, oferindu-le o culoare roșie aprinsă și un aspect de prospețime, fără a modifica gustul (tehnologii fum limpedeși Fum fără gust). Concentrația admisă de CO este de 200 mg/kg de carne.
- Monoxidul de carbon (II) este componenta principală a gazului generator utilizat ca combustibil în vehiculele cu gaz natural.
- Monoxidul de carbon din evacuarea motorului a fost folosit de naziști în timpul celui de-al Doilea Război Mondial pentru a masacra oamenii prin otrăvire.
Monoxid de carbon (II) în atmosfera Pământului
Există surse naturale și antropice de intrare în atmosfera Pământului. În condiții naturale, la suprafața Pământului, CO se formează în timpul descompunerii anaerobe incomplete a compușilor organici și în timpul arderii biomasei, în principal în timpul incendiilor de pădure și stepă. Monoxidul de carbon (II) se formează în sol atât biologic (excretat de organismele vii), cât și non-biologic. Eliberarea monoxidului de carbon (II) din cauza compușilor fenolici comuni în solurile care conțin grupări OCH 3 sau OH în poziții orto sau para față de prima grupare hidroxil a fost dovedită experimental.
Echilibrul general al producției de CO nebiologic și oxidarea acestuia de către microorganisme depinde de condițiile specifice de mediu, în primul rând de umiditate și valoarea de . De exemplu, din solurile aride, monoxidul de carbon(II) este eliberat direct în atmosferă, creând astfel maxime locale în concentrația acestui gaz.
În atmosferă, CO este produsul reacțiilor în lanț care implică metanul și alte hidrocarburi (în principal izoprenul).
Principala sursă antropogenă de CO în prezent sunt gazele de eșapament ale motoarelor cu ardere internă. Monoxidul de carbon se formează atunci când combustibilii cu hidrocarburi sunt arse în motoarele cu ardere internă la temperaturi insuficiente sau un sistem de alimentare cu aer prost reglat (nu este furnizat suficient oxigen pentru a oxida CO la CO 2 ). În trecut, o proporție semnificativă a emisiilor antropice de CO în atmosferă proveneau din gazul de iluminat utilizat pentru iluminatul interior în secolul al XIX-lea. În compoziție, acesta corespundea aproximativ cu apa gazoasă, adică conținea până la 45% monoxid de carbon (II). În sectorul public, nu este utilizat din cauza prezenței unui analog mult mai ieftin și mai eficient din punct de vedere energetic -
Monoxidul de carbon, monoxidul de carbon (CO) este un gaz incolor, inodor și fără gust, care este puțin mai puțin dens decât aerul. Este toxic pentru animalele cu hemoglobină (inclusiv pentru oameni) dacă concentrațiile sunt peste aproximativ 35 ppm, deși este, de asemenea, produsă în metabolismul animal normal în cantități mici și se crede că are unele funcții biologice normale. În atmosferă, este variabilă spațial și se descompune rapid și are un rol în formarea ozonului la nivelul solului. Monoxidul de carbon este format dintr-un atom de carbon și un atom de oxigen legați printr-o legătură triplă, care constă din două legături covalente, precum și o legătură covalentă dativă. Este cel mai simplu monoxid de carbon. Este izoelectronic cu anionul cianură, cationul nitrozonium și azotul molecular. În complexele de coordonare, ligandul de monoxid de carbon se numește carbonil.
Poveste
Aristotel (384-322 î.Hr.) a descris pentru prima dată procesul de ardere a cărbunelui, care duce la formarea de fum toxici. În cele mai vechi timpuri, exista o metodă de execuție - închiderea criminalului într-o baie cu cărbuni mocniți. Cu toate acestea, la acea vreme mecanismul morții era neclar. Medicul grec Galen (129-199 d.Hr.) a sugerat că a existat o schimbare în compoziția aerului care dăuna unei persoane atunci când este inhalată. În 1776, chimistul francez de Lasson a produs CO prin încălzirea oxidului de zinc cu cocs, dar omul de știință a concluzionat în mod eronat că produsul gazos era hidrogen, deoarece ardea cu o flacără albastră. Gazul a fost identificat ca un compus care conține carbon și oxigen de către chimistul scoțian William Cumberland Cruikshank în 1800. Toxicitatea sa la câini a fost investigată amănunțit de Claude Bernard în jurul anului 1846. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, un amestec de gaze care conținea monoxid de carbon a fost folosit pentru a alimenta vehiculele cu motor care operau în părți ale lumii unde benzina și motorina erau rare. Au fost instalate generatoare externe (cu unele excepții) de cărbune sau de gaz derivat din lemn și un amestec de azot atmosferic, monoxid de carbon și cantități mici de alte gaze de gazeificare a fost alimentat la mixerul de gaz. Amestecul de gaz rezultat în urma acestui proces este cunoscut sub numele de gaz de lemn. Monoxidul de carbon a fost, de asemenea, folosit pe scară largă în timpul Holocaustului în unele lagăre ale morții naziste germane, în special în dube cu gaz Chelmno și în programul de ucidere „eutanasia” T4.
Surse
Monoxidul de carbon se formează în timpul oxidării parțiale a compușilor care conțin carbon; se formează atunci când nu există suficient oxigen pentru a forma dioxid de carbon (CO2), cum ar fi atunci când lucrați la o sobă sau la un motor cu ardere internă, într-un spațiu închis. În prezența oxigenului, inclusiv în concentrațiile atmosferice, monoxidul de carbon arde cu o flacără albastră, producând dioxid de carbon. Gazul de cărbune, care a fost utilizat pe scară largă până în anii 1960 pentru iluminatul interior, gătit și încălzire, conținea monoxid de carbon ca componentă importantă a combustibilului. Unele procese din tehnologia modernă, cum ar fi topirea fierului, încă produc monoxid de carbon ca produs secundar. La nivel mondial, cele mai mari surse de monoxid de carbon sunt surse naturale, datorită reacțiilor fotochimice din troposferă, care generează aproximativ 5 × 1012 kg de monoxid de carbon pe an. Alte surse naturale de CO includ vulcanii, incendiile de pădure și alte forme de ardere. În biologie, monoxidul de carbon este produs în mod natural prin acțiunea hemoxigenazei 1 și 2 asupra hemului din descompunerea hemoglobinei. Acest proces produce o anumită cantitate de carboxihemoglobină la oamenii normali, chiar dacă nu inhalează monoxid de carbon. De la primul raport conform căruia monoxidul de carbon era un neurotransmițător normal în 1993, precum și unul dintre cele trei gaze care modulează în mod natural răspunsurile inflamatorii în organism (celelalte două fiind oxid nitric și hidrogen sulfurat), monoxidul de carbon a primit multă atenție ca substanță biologică. regulator. În multe țesuturi, toate cele trei gaze acționează ca agenți antiinflamatori, vasodilatatori și promotori ai creșterii neovasculare. Cantități mici de monoxid de carbon sunt testate clinic ca medicament. Cu toate acestea, cantitățile excesive de monoxid de carbon provoacă otrăvire cu monoxid de carbon.
Proprietăți moleculare
Monoxidul de carbon are o greutate moleculară de 28,0, ceea ce îl face puțin mai ușor decât aerul, care are o greutate moleculară medie de 28,8. Conform legii gazelor ideale, CO este, prin urmare, mai puțin dens decât aerul. Lungimea legăturii dintre atomul de carbon și atomul de oxigen este de 112,8 pm. Această lungime de legătură este în concordanță cu o legătură triplă, ca în azotul molecular (N2), care are o lungime similară a legăturii și aproape aceeași greutate moleculară. Legăturile duble carbon-oxigen sunt mult mai lungi, de exemplu 120,8 m pentru formaldehidă. Punctul de fierbere (82 K) și punctul de topire (68 K) sunt foarte asemănătoare cu N2 (77 K și, respectiv, 63 K). Energia de disociere a legăturii de 1072 kJ/mol este mai puternică decât cea a N2 (942 kJ/mol) și reprezintă cea mai puternică legătură chimică cunoscută. Starea fundamentală a electronului de monoxid de carbon este singlet, deoarece nu există electroni nepereche.
Legătura și momentul dipolar
Carbonul și oxigenul împreună au un total de 10 electroni în învelișul de valență. Urmând regula octetului pentru carbon și oxigen, doi atomi formează o legătură triplă, cu șase electroni în comun în trei orbitali moleculari de legătură, mai degrabă decât legătura dublă obișnuită găsită în compușii carbonil organici. Deoarece patru dintre electronii împărtășiți provin de la atomul de oxigen și doar doi din carbon, un orbital de legătură este ocupat de doi electroni din atomii de oxigen, formând o legătură dativă sau dipol. Aceasta are ca rezultat o polarizare C ← O a moleculei, cu o mică sarcină negativă pe carbon și o mică sarcină pozitivă pe oxigen. Ceilalți doi orbitali de legătură ocupă fiecare câte un electron din carbon și unul din oxigen, formând legături covalente (polare) cu polarizare inversă C → O, deoarece oxigenul este mai electronegativ decât carbonul. În monoxidul de carbon liber, sarcina negativă netă δ- rămâne la capătul carbonului, iar molecula are un mic moment dipol de 0,122 D. Astfel, molecula este asimetrică: oxigenul are o densitate electronică mai mare decât carbonul și, de asemenea, o mică sarcină pozitivă. , în comparație cu carbonul, care este negativ. În schimb, molecula de dinazot izoelectronic nu are un moment dipol. Dacă monoxidul de carbon acționează ca un ligand, polaritatea dipolului se poate inversa cu o sarcină negativă netă la capătul oxigenului, în funcție de structura complexului de coordonare.
Polaritatea legăturii și starea de oxidare
Studiile teoretice și experimentale arată că, în ciuda electronegativității mai mari a oxigenului, momentul dipolului trece de la capătul mai negativ al carbonului până la capătul mai pozitiv al oxigenului. Aceste trei legături sunt de fapt legături covalente polare care sunt foarte polarizate. Polarizarea calculată la atomul de oxigen este de 71% pentru legătura σ și 77% pentru ambele legături π. Starea de oxidare a carbonului la monoxid de carbon în fiecare dintre aceste structuri este +2. Se calculează după cum urmează: toți electronii de legătură sunt considerați ca aparținând mai multor atomi de oxigen electronegativi. Doar doi electroni care nu se leagă pe carbon sunt alocați carbonului. În acest număr, carbonul are doar doi electroni de valență în moleculă, comparativ cu patru într-un atom liber.
Proprietăți biologice și fiziologice
Toxicitate
Intoxicația cu monoxid de carbon este cel mai frecvent tip de intoxicație mortală a aerului în multe țări. Monoxidul de carbon este o substanță incoloră, inodoră și fără gust, dar foarte toxică. Se combină cu hemoglobina pentru a forma carboxihemoglobina, care „uzurpează” locul din hemoglobină care transportă în mod normal oxigenul, dar este ineficient pentru a furniza oxigen către țesuturile corpului. Concentrații de până la 667 ppm pot face ca până la 50% din hemoglobina corpului să fie transformată în carboxihemoglobină. Nivelurile de carboxihemoglobină de 50% pot duce la convulsii, comă și moarte. În Statele Unite, Departamentul Muncii limitează nivelurile pe termen lung de expunere la monoxid de carbon la locul de muncă la 50 de părți per milion. Pentru o perioadă scurtă de timp, absorbția monoxidului de carbon este cumulativă, deoarece timpul său de înjumătățire este de aproximativ 5 ore în aer proaspăt. Cele mai frecvente simptome ale intoxicației cu monoxid de carbon pot fi similare cu alte tipuri de otrăvire și infecții și includ simptome precum dureri de cap, greață, vărsături, amețeli, oboseală și senzație de slăbiciune. Familiile afectate cred adesea că sunt victime ale toxiinfecțiilor alimentare. Bebelușii pot fi iritabili și se pot hrăni prost. Simptomele neurologice includ confuzie, dezorientare, vedere încețoșată, leșin (pierderea cunoștinței) și convulsii. Unele descrieri ale intoxicației cu monoxid de carbon includ hemoragia retiniană, precum și o culoare anormală roșu-vișină a sângelui. În majoritatea diagnosticelor clinice, aceste caracteristici sunt rare. Una dintre dificultățile legate de utilitatea acestui efect „cireș” este aceea că corectează, sau maschează, un aspect altfel nesănătos, deoarece principalul efect al eliminării hemoglobinei venoase este de a face ca persoana sufocată să pară mai normală, sau o persoană moartă să pară vie. , similar cu efectul coloranților roșii în compoziția de îmbălsămare. Acest efect de colorare în țesutul anoxic otrăvit cu CO se datorează utilizării comerciale a monoxidului de carbon în colorarea cărnii. Monoxidul de carbon se leagă și de alte molecule, cum ar fi mioglobina și citocrom oxidaza mitocondrială. Expunerea la monoxid de carbon poate provoca leziuni semnificative ale inimii și sistemului nervos central, în special în globus pallidus, adesea asociate cu afecțiuni cronice pe termen lung. Monoxidul de carbon poate avea efecte adverse grave asupra fătului unei femei însărcinate.
fiziologie umană normală
Monoxidul de carbon este produs în mod natural în corpul uman ca moleculă de semnalizare. Astfel, monoxidul de carbon poate avea un rol fiziologic în organism ca neurotransmițător sau relaxant al vaselor de sânge. Datorită rolului monoxidului de carbon în organism, anomaliile metabolismului său sunt asociate cu diferite boli, inclusiv neurodegenerare, hipertensiune arterială, insuficiență cardiacă și inflamație.
CO funcționează ca o moleculă de semnalizare endogenă.
CO modulează funcțiile sistemului cardiovascular
CO inhibă agregarea trombocitelor și aderența
CO poate juca un rol ca un potențial agent terapeutic
Microbiologie
Monoxidul de carbon este un nutrient pentru arheile metanogene, un element de bază pentru acetil coenzima A. Acesta este un subiect pentru un nou domeniu al chimiei bioorganometalice. Microorganismele extremofile pot metaboliza astfel monoxidul de carbon în locuri precum gurile de căldură ale vulcanilor. La bacterii, monoxidul de carbon este produs prin reducerea dioxidului de carbon de către enzima monoxid de carbon dehidrogenază, o proteină care conține Fe-Ni-S. CooA este o proteină receptor de monoxid de carbon. Scopul activității sale biologice este încă necunoscut. Poate face parte din calea de semnalizare în bacterii și arhee. Prevalența sa la mamifere nu a fost stabilită.
Prevalența
Monoxidul de carbon se găsește în diferite medii naturale și create de om.
Monoxidul de carbon este prezent în cantități mici în atmosferă, în principal ca un produs al activității vulcanice, dar este și un produs al incendiilor naturale și provocate de om (de exemplu, incendii de pădure, arderea reziduurilor de culturi și arderea trestiei de zahăr). Arderea combustibililor fosili contribuie, de asemenea, la formarea monoxidului de carbon. Monoxidul de carbon apare sub formă dizolvată în rocile vulcanice topite la presiuni mari în mantaua Pământului. Deoarece sursele naturale de monoxid de carbon sunt variabile, este extrem de dificil să se măsoare cu precizie emisiile de gaze naturale. Monoxidul de carbon este un gaz cu efect de seră care se descompune rapid și, de asemenea, exercită forțare radiativă indirectă prin creșterea concentrațiilor de metan și ozon troposferic prin reacții chimice cu alți constituenți atmosferici (de exemplu, radicalul hidroxil, OH) care altfel i-ar distruge. Ca rezultat al proceselor naturale din atmosferă, acesta este în cele din urmă oxidat la dioxid de carbon. Monoxidul de carbon este atât de scurtă durată în atmosferă (durează în medie aproximativ două luni) și are o concentrație variabilă spațial. În atmosfera lui Venus, monoxidul de carbon este creat prin fotodisociarea dioxidului de carbon prin radiație electromagnetică cu o lungime de undă mai mică de 169 nm. Datorită duratei sale lungi de viață în troposfera mijlocie, monoxidul de carbon este, de asemenea, folosit ca trasor de transport pentru penele poluante.
Poluarea urbană
Monoxidul de carbon este un poluant atmosferic temporar în unele zone urbane, în principal din țevile de evacuare ale motoarelor cu ardere internă (inclusiv vehicule, generatoare portabile și de rezervă, mașini de tuns iarba, mașini de spălat, etc.) și din arderea incompletă a diverșilor alți combustibili (inclusiv lemn de foc, cărbune, cărbune, petrol, ceară, propan, gaz natural și gunoi). Poluarea mare cu CO poate fi observată din spațiu deasupra orașelor.
Rolul în formarea ozonului la nivelul solului
Monoxidul de carbon, împreună cu aldehidele, face parte dintr-o serie de cicluri de reacție chimică care formează smog fotochimic. Reacționează cu radicalul hidroxil (OH) pentru a da radicalul intermediar HOCO, care transferă rapid radicalul hidrogen O2 pentru a forma un radical peroxid (HO2) și dioxid de carbon (CO2). Radicalul peroxid reacţionează apoi cu oxidul de azot (NO) pentru a forma dioxid de azot (NO2) şi un radical hidroxil. NO2 dă O(3P) prin fotoliză, formând astfel O3 după reacția cu O2. Deoarece radicalul hidroxil se formează în timpul formării NO2, echilibrul secvenței reacțiilor chimice, începând cu monoxidul de carbon, duce la formarea ozonului: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (Unde hν se referă la fotonul lui lumină absorbită de molecula de NO2 din secvență) Deși crearea de NO2 este un pas important în producerea de ozon cu nivel scăzut, crește și cantitatea de ozon într-un alt mod, oarecum exclusiv reciproc, prin reducerea cantității de NO disponibilă pentru a reacționa cu ozon.
poluarea aerului din interior
În medii închise, concentrația de monoxid de carbon poate crește cu ușurință la niveluri letale. În medie, 170 de oameni mor în fiecare an în Statele Unite din cauza produselor de consum non-auto care produc monoxid de carbon. Cu toate acestea, potrivit Departamentului de Sănătate din Florida, „Peste 500 de americani mor în fiecare an din cauza expunerii accidentale la monoxid de carbon și alte mii în SUA necesită asistență medicală de urgență pentru otrăvirea nefatală cu monoxid de carbon”. Aceste produse includ aparate defecte de ardere a combustibilului, cum ar fi aragazele, aragazele, încălzitoarele de apă și încălzitoarele de cameră cu gaz și kerosen; echipamente acționate mecanic, cum ar fi generatoare portabile; seminee; și cărbunele, care este ars în case și alte spații închise. Asociația Americană a Centrelor de Control al Otrăvirii (AAPCC) a raportat 15.769 de cazuri de otrăvire cu monoxid de carbon, care au dus la 39 de decese în 2007. În 2005, CPSC a raportat 94 de decese legate de otrăvirea cu monoxid de carbon de la un generator. Patruzeci și șapte dintre aceste decese au avut loc în timpul întreruperilor de curent din cauza vremii severe, inclusiv uraganul Katrina. Cu toate acestea, oameni mor din cauza otrăvirii cu monoxid de carbon din produse nealimentare, cum ar fi mașinile lăsate în mers în garajele atașate caselor. Centrele pentru Controlul și Prevenirea Bolilor raportează că în fiecare an, câteva mii de oameni merg la camera de urgență a spitalului pentru otrăvire cu monoxid de carbon.
Prezența în sânge
Monoxidul de carbon este absorbit prin respirație și intră în sânge prin schimbul de gaze în plămâni. De asemenea, este produsă în timpul metabolismului hemoglobinei și pătrunde în sânge din țesuturi și, astfel, este prezentă în toate țesuturile normale, chiar dacă nu este inhalată în organism. Nivelurile normale de monoxid de carbon care circulă în sânge sunt între 0% și 3% și sunt mai mari la fumători. Nivelurile de monoxid de carbon nu pot fi evaluate printr-un examen fizic. Testele de laborator necesită o probă de sânge (arterială sau venoasă) și o analiză de laborator pentru un CO-oximetru. În plus, carboxihemoglobina neinvazivă (SPCO) cu oximetrie de CO pulsată este mai eficientă decât metodele invazive.
Astrofizică
În afara Pământului, monoxidul de carbon este a doua cea mai abundentă moleculă din mediul interstelar, după hidrogenul molecular. Datorită asimetriei sale, molecula de monoxid de carbon produce linii spectrale mult mai strălucitoare decât molecula de hidrogen, făcând CO mult mai ușor de detectat. CO interstelar a fost detectat pentru prima dată de radiotelescoape în 1970. În prezent, este cel mai folosit trasor al gazului molecular în mediul interstelar al galaxiilor, iar hidrogenul molecular poate fi detectat doar cu lumină ultravioletă, necesitând telescoape spațiale. Observațiile monoxidului de carbon oferă majoritatea informațiilor despre norii moleculari în care se formează majoritatea stelelor. Beta Pictoris, a doua cea mai strălucitoare stea din constelația Pictor, prezintă un exces de radiație infraroșie în comparație cu stelele normale de tipul său, datorită cantității mari de praf și gaz (inclusiv monoxid de carbon) din apropierea stelei.
Productie
Au fost dezvoltate multe metode pentru a produce monoxid de carbon.
productie industriala
Principala sursă industrială de CO este gazul de producție, un amestec care conține în principal monoxid de carbon și azot, format atunci când carbonul este ars în aer la temperatură ridicată când există un exces de carbon. În cuptor, aerul este forțat printr-un strat de cocs. CO2 produs inițial este echilibrat cu cărbunele fierbinte rămas pentru a produce CO. Reacția CO2 cu carbonul pentru a produce CO este descrisă ca reacția Boudouard. Peste 800°C, CO este produsul dominant:
CO2 + C → 2 CO (ΔH = 170 kJ/mol)
O altă sursă este „apa gazoasă”, un amestec de hidrogen și monoxid de carbon produs printr-o reacție endotermă a aburului și carbonului:
H2O + C → H2 + CO (ΔH = +131 kJ/mol)
Alte „syngas” similare pot fi obținute din gaze naturale și alți combustibili. Monoxidul de carbon este, de asemenea, un produs secundar al reducerii minereurilor de oxid de metal cu carbon:
MO + C → M + CO
Monoxidul de carbon este produs și prin oxidarea directă a carbonului într-o cantitate limitată de oxigen sau aer.
2C (s) + O 2 → 2CO (g)
Deoarece CO este un gaz, procesul de reducere poate fi controlat prin încălzire, folosind entropia pozitivă (favorabilă) a reacției. Diagrama Ellingham arată că producția de CO este favorizată față de CO2 la temperaturi ridicate.
Pregătire în laborator
Monoxidul de carbon se obține în mod convenabil în laborator prin deshidratarea acidului formic sau a acidului oxalic, de exemplu cu acid sulfuric concentrat. O altă modalitate este de a încălzi un amestec omogen de pulbere de zinc metal și carbonat de calciu, care eliberează CO și lasă oxid de zinc și oxid de calciu:
Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO
Nitratul de argint și iodoformul dau, de asemenea, monoxid de carbon:
CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI
chimia coordonării
Majoritatea metalelor formează complexe de coordonare care conțin monoxid de carbon atașat covalent. Doar metalele în stări de oxidare inferioare se vor combina cu liganzii de monoxid de carbon. Acest lucru se datorează faptului că este necesară o densitate de electroni suficientă pentru a facilita donarea inversă de la orbitalul metalic DXZ la orbitalul molecular π* din CO. Perechea singură de pe atomul de carbon din CO donează, de asemenea, densitate de electroni în dx²-y² pe metal pentru a forma o legătură sigma. Această donare de electroni se manifestă și prin efectul cis, sau labilizarea liganzilor CO în poziția cis. Nichelul carbonil, de exemplu, este format prin combinația directă de monoxid de carbon și nichel metalic:
Ni + 4 CO → Ni(CO) 4 (1 bar, 55 °C)
Din acest motiv, nichelul din tub sau o parte a acestuia nu trebuie să intre în contact prelungit cu monoxidul de carbon. Nichelul carbonil se descompune cu ușurință înapoi în Ni și CO la contactul cu suprafețele fierbinți, iar această metodă este utilizată pentru rafinarea comercială a nichelului în procesul Mond. În nichel carbonil și alți carbonili, perechea de electroni de pe carbon interacționează cu metalul; monoxidul de carbon donează o pereche de electroni metalului. În astfel de situații, monoxidul de carbon se numește ligand carbonil. Unul dintre cei mai importanți carbonili metalici este pentacarbonilul de fier, Fe(CO) 5. Multe complexe metal-CO sunt obținute prin decarbonilarea solvenților organici, mai degrabă decât din CO. De exemplu, triclorura de iridiu și trifenilfosfina reacționează în 2-metoxietanol sau DMF la reflux pentru a da IrCl(CO)(PPh3) 2. Carbonilii metalici în chimia de coordonare sunt de obicei studiati folosind spectroscopie în infraroșu.
Chimia organică și chimia principalelor grupe de elemente
În prezența acizilor puternici și a apei, monoxidul de carbon reacționează cu alchene pentru a forma acizi carboxilici într-un proces cunoscut sub numele de reacția Koch-Haaf. În reacția Guttermann-Koch, arenele sunt transformate în derivați de benzaldehidă în prezența AlCl3 și HCl. Compușii organolitiului (cum ar fi butillitiu) reacționează cu monoxidul de carbon, dar aceste reacții au o aplicație științifică redusă. Deși CO reacționează cu carbocationi și carbanioni, este relativ nereactiv cu compușii organici fără intervenția catalizatorilor metalici. Cu reactivii din grupul principal, CO suferă mai multe reacții remarcabile. Clorarea cu CO este un proces industrial care produce compusul fosgen important. Cu boran, CO formează un aduct, H3BCO, care este izoelectronic cu cationul acilium +. CO reacționează cu sodiul pentru a crea produse derivate din legătura C-C. Compușii ciclohexahehexonă sau trichinoil (C6O6) și ciclopentanpentonă sau acid leuconic (C5O5), care până acum au fost obținuți doar în urme, pot fi considerați polimeri ai monoxidului de carbon. La presiuni de peste 5 GPa, monoxidul de carbon este transformat într-un polimer solid de carbon și oxigen. Este metastabil la presiunea atmosferică, dar este un exploziv puternic.
Utilizare
Industria chimica
Monoxidul de carbon este un gaz industrial care are multe utilizări în producția de substanțe chimice în vrac. Cantități mari de aldehide se obțin prin reacția de hidroformilare a alchenelor, monoxidului de carbon și H2. Hidroformilarea în procesul Shell face posibilă crearea de precursori de detergent. Fosgenul, potrivit pentru producerea de izocianați, policarbonați și poliuretani, este produs prin trecerea monoxidului de carbon purificat și a clorului gazos printr-un pat de cărbune activat poros care servește ca catalizator. Producția mondială a acestui compus în 1989 a fost estimată la 2,74 milioane de tone.
CO + Cl2 → COCl2
Metanolul este produs prin hidrogenarea monoxidului de carbon. Într-o reacție înrudită, hidrogenarea monoxidului de carbon implică formarea unei legături C-C, ca în procesul Fischer-Tropsch, în care monoxidul de carbon este hidrogenat în combustibili cu hidrocarburi lichide. Această tehnologie permite cărbunelui sau biomasei să fie convertite în motorină. În procesul Monsanto, monoxidul de carbon și metanolul reacționează în prezența unui catalizator pe bază de rodiu și a acidului iodhidric omogen pentru a forma acid acetic. Acest proces este responsabil pentru o mare parte a producției industriale de acid acetic. La scară industrială, monoxidul de carbon pur este folosit pentru a purifica nichelul în procesul Mond.
colorant pentru carne
Monoxidul de carbon este utilizat în sistemele de ambalare în atmosferă modificată din Statele Unite, în principal în produsele din carne proaspătă, cum ar fi carnea de vită, porc și pește, pentru a-și menține aspectul proaspăt. Monoxidul de carbon se combină cu mioglobina pentru a forma carboximioglobina, un pigment roșu vișiniu strălucitor. Carboximioglobina este mai stabilă decât forma oxidată a mioglobinei, oximioglobina, care se poate oxida la pigmentul maro metmioglobină. Această culoare roșie stabilă poate dura mult mai mult decât carnea ambalată convențională. Nivelurile tipice de monoxid de carbon utilizate în plantele care utilizează acest proces sunt de la 0,4% la 0,5%. Această tehnologie a fost recunoscută pentru prima dată ca „în general sigură” (GRAS) de către Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente (FDA) în 2002 pentru a fi utilizată ca sistem de ambalare secundar și nu necesită etichetare. În 2004, FDA a aprobat CO ca metodă de ambalare primară, afirmând că CO nu maschează mirosul de deteriorare. În ciuda acestei hotărâri, rămâne discutabil dacă această metodă maschează deteriorarea alimentelor. În 2007, în Camera Reprezentanților SUA a fost propus un proiect de lege pentru a numi procesul de ambalare modificat folosind monoxid de carbon un aditiv de culoare, dar proiectul de lege nu a fost adoptat. Acest proces de ambalare este interzis în multe alte țări, inclusiv Japonia, Singapore și țările din Uniunea Europeană.
Medicamentul
În biologie, monoxidul de carbon este produs în mod natural prin acțiunea hemoxigenazei 1 și 2 asupra hemului din descompunerea hemoglobinei. Acest proces produce o anumită cantitate de carboxihemoglobină la oamenii normali, chiar dacă nu inhalează monoxid de carbon. De la primul raport conform căruia monoxidul de carbon era un neurotransmițător normal în 1993, precum și unul dintre cele trei gaze care modulează în mod natural răspunsurile inflamatorii din organism (celelalte două fiind oxid nitric și hidrogen sulfurat), monoxidul de carbon a primit o mare cantitate de analize clinice. atenție ca regulator biologic... În multe țesuturi, se știe că toate cele trei gaze acționează ca agenți antiinflamatori, vasodilatatori și stimulatori de creștere neovasculară. Cu toate acestea, aceste probleme sunt complexe, deoarece creșterea neovasculară nu este întotdeauna benefică, deoarece joacă un rol în creșterea tumorii, precum și în dezvoltarea degenerescenței maculare umede, o boală al cărei risc este crescut de 4 până la 6 ori prin fumat (o sursă majoră). de monoxid de carbon). în sânge, de câteva ori mai mult decât producția naturală). Există o teorie conform căreia, în unele sinapse ale celulelor nervoase, atunci când amintirile pe termen lung sunt stocate, celula receptoare produce monoxid de carbon, care este trecut înapoi în camera de transmisie, făcând ca acesta să fie transmis mai ușor în viitor. S-a demonstrat că unele dintre aceste celule nervoase conțin guanilat ciclază, o enzimă care este activată de monoxidul de carbon. Multe laboratoare din întreaga lume au efectuat cercetări care implică monoxid de carbon în ceea ce privește proprietățile sale antiinflamatorii și citoprotectoare. Aceste proprietăți pot fi utilizate pentru a preveni dezvoltarea unui număr de afecțiuni patologice, inclusiv leziunea de reperfuzie ischemică, respingerea transplantului, ateroscleroza, sepsisul sever, malaria severă sau bolile autoimune. Au fost efectuate studii clinice pe oameni, dar rezultatele nu au fost încă făcute publice.
Proprietățile fizice ale monoxidului de carbon (monoxid de carbon CO) la presiunea atmosferică normală sunt considerate în funcție de temperatură la valorile sale negative și pozitive.
În tabele sunt prezentate următoarele proprietăți fizice ale CO: densitatea monoxidului de carbon ρ , capacitate termică specifică la presiune constantă Cp, coeficienții de conductivitate termică λ și vâscozitatea dinamică μ .
Primul tabel arată densitatea și căldura specifică a monoxidului de carbon CO în intervalul de temperatură de la -73 la 2727°C.
Al doilea tabel oferă valorile proprietăților fizice ale monoxidului de carbon, cum ar fi conductivitatea termică și vâscozitatea sa dinamică în intervalul de temperatură de la minus 200 la 1000 ° C.
Densitatea monoxidului de carbon, precum și, depinde în mod semnificativ de temperatură - atunci când monoxidul de carbon CO este încălzit, densitatea acestuia scade. De exemplu, la temperatura camerei, densitatea monoxidului de carbon este de 1,129 kg / m 3, dar în procesul de încălzire la o temperatură de 1000 ° C, densitatea acestui gaz scade de 4,2 ori - până la o valoare de 0,268 kg / m 3.
În condiţii normale (temperatura 0°C) monoxidul de carbon are o densitate de 1,25 kg/m 3 . Dacă comparăm densitatea sa cu sau cu alte gaze comune, atunci densitatea monoxidului de carbon în raport cu aerul este mai puțin importantă - monoxidul de carbon este mai ușor decât aerul. Este, de asemenea, mai ușor decât argonul, dar mai greu decât azotul, hidrogenul, heliul și alte gaze ușoare.
Capacitatea termică specifică a monoxidului de carbon în condiții normale este de 1040 J/(kg deg). Pe măsură ce temperatura acestui gaz crește, capacitatea sa de căldură specifică crește. De exemplu, la 2727°C valoarea sa este de 1329 J/(kg deg).
| t, °С | ρ, kg / m 3 | C p , J/(kg grade) | t, °С | ρ, kg / m 3 | C p , J/(kg grade) | t, °С | ρ, kg / m 3 | C p , J/(kg grade) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Conductivitatea termică a monoxidului de carbon în condiții normale este de 0,02326 W/(m deg). Crește odată cu temperatura și la 1000°C devine egal cu 0,0806 W/(m grad). Trebuie remarcat faptul că conductivitatea termică a monoxidului de carbon este puțin mai mică decât această valoare y.
Vâscozitatea dinamică a monoxidului de carbon la temperatura camerei este de 0,0246·10 -7 Pa·s. Când monoxidul de carbon este încălzit, vâscozitatea acestuia crește. Un astfel de caracter al dependenței vâscozității dinamice de temperatură se observă în . Trebuie remarcat faptul că monoxidul de carbon este mai vâscos decât vaporii de apă și dioxidul de carbon CO 2 , dar are o vâscozitate mai mică decât oxidul de azot NO și aerul.
