- Trieda nebezpečnosti OSN 2.3
- Sekundárne nebezpečenstvo OSN 2.1
Štruktúra molekuly
Molekula CO, podobne ako molekula izoelektronického dusíka, má trojitú väzbu. Keďže tieto molekuly majú podobnú štruktúru, sú podobné aj ich vlastnosti - veľmi nízke teploty topenia a varu, blízke hodnoty štandardných entropií atď.
V rámci metódy valenčných väzieb možno štruktúru molekuly CO opísať vzorcom: C≡O:, pričom tretia väzba vzniká podľa mechanizmu donor-akceptor, kde uhlík je akceptor elektrónového páru, a kyslík je darcom.
Vďaka prítomnosti trojitej väzby je molekula CO veľmi silná (disociačná energia je 1069 kJ/mol alebo 256 kcal/mol, čo je viac ako u iných dvojatómových molekúl) a má malú medzijadrovú vzdialenosť (d C=0 = 0,1128 nm alebo 1,13Á).
Molekula je slabo polarizovaná, elektrický moment jej dipólu μ = 0,04·10 -29 C·m (smer dipólového momentu O - →C +). Ionizačný potenciál 14,0 V, silová väzbová konštanta k = 18,6.
História objavov
Oxid uhoľnatý prvýkrát vyrobil francúzsky chemik Jacques de Lasson zahrievaním oxidu zinočnatého s dreveným uhlím, ale spočiatku bol mylne považovaný za vodík, pretože horel modrým plameňom. To, že tento plyn obsahuje uhlík a kyslík, objavil anglický chemik William Cruikshank. Oxid uhoľnatý mimo zemskej atmosféry prvýkrát objavil belgický vedec M. Mizhot (M. Migeotte) v roku 1949 prítomnosťou hlavného vibračno-rotačného pásu v IČ spektre Slnka.
Oxid uhoľnatý v zemskej atmosfére
Existujú prírodné a antropogénne zdroje vstupu do zemskej atmosféry. V prírodných podmienkach na zemskom povrchu vzniká CO pri nedokonalom anaeróbnom rozklade organických zlúčenín a pri spaľovaní biomasy, hlavne pri lesných a stepných požiaroch. Oxid uhoľnatý vzniká v pôde biologicky (vylučuje ho živé organizmy), ako aj nebiologicky. Experimentálne bolo dokázané uvoľňovanie oxidu uhoľnatého v dôsledku fenolových zlúčenín bežných v pôdach obsahujúcich OCH3 alebo OH skupiny v orto- alebo para-polohe vzhľadom na prvú hydroxylovú skupinu.
Celková bilancia produkcie nebiologického CO a jeho oxidácie mikroorganizmami závisí od konkrétnych podmienok prostredia, predovšetkým od vlhkosti a hodnoty . Napríklad zo suchých pôd sa oxid uhoľnatý uvoľňuje priamo do atmosféry, čím vznikajú lokálne maximá koncentrácie tohto plynu.
V atmosfére je CO produktom reťazových reakcií zahŕňajúcich metán a iné uhľovodíky (predovšetkým izoprén).
Hlavným antropogénnym zdrojom CO sú v súčasnosti výfukové plyny spaľovacích motorov. Oxid uhoľnatý vzniká pri spaľovaní uhľovodíkových palív v spaľovacích motoroch pri nedostatočných teplotách alebo zle nastavenom systéme prívodu vzduchu (privádza sa nedostatočné množstvo kyslíka na oxidáciu CO na CO 2 ). V minulosti významný podiel antropogénnych emisií CO do atmosféry pochádzal zo svetelného plynu používaného na vnútorné osvetlenie v 19. storočí. Zložením približne zodpovedal vodnému plynu, to znamená, že obsahoval až 45% oxidu uhoľnatého. V súčasnosti je v komunálnej sfére tento plyn nahradený oveľa menej toxickým zemným plynom (nižší predstavitelia homologického radu alkánov - propán a pod.)
Príjem CO z prírodných a antropogénnych zdrojov je približne rovnaký.
Oxid uhoľnatý v atmosfére je v rýchlom cykle: priemerná doba zotrvania je asi 0,1 roka, oxiduje sa hydroxylom na oxid uhličitý.
Potvrdenie
priemyselným spôsobom
2C + O 2 → 2CO (tepelný efekt tejto reakcie je 22 kJ),
2. alebo pri redukcii oxidu uhličitého horúcim uhlím:
C02 + C↔2CO (AH=172 kJ, AS=176 J/K).
Táto reakcia sa často vyskytuje v peci v peci, keď je klapka pece uzavretá príliš skoro (kým uhlie úplne nevyhorí). Vznikajúci oxid uhoľnatý svojou toxicitou spôsobuje fyziologické poruchy („vyhorenie“) až smrť (pozri nižšie), preto jeden z triviálnych názvov – „oxid uhoľnatý“. Obrázok reakcií prebiehajúcich v peci je znázornený na schéme.
Reakcia redukcie oxidu uhličitého je reverzibilná, vplyv teploty na rovnovážny stav tejto reakcie je znázornený v grafe. Tok reakcie vpravo poskytuje faktor entropie a vľavo faktor entalpie. Pri teplotách pod 400°C je rovnováha takmer úplne posunutá doľava a pri teplotách nad 1000°C doprava (v smere tvorby CO). Pri nízkych teplotách je rýchlosť tejto reakcie veľmi pomalá, takže oxid uhoľnatý je za normálnych podmienok celkom stabilný. Táto rovnováha má špeciálny názov budoárová rovnováha.
3. Zmesi oxidu uhoľnatého s inými látkami sa získavajú prechodom vzduchu, vodnej pary atď. cez vrstvu horúceho koksu, čierneho alebo hnedého uhlia atď. (pozri generátorový plyn, vodný plyn, zmesový plyn, syntézny plyn).
laboratórna metóda
TLV (maximálna prahová koncentrácia, USA): 25 MPC r.z. podľa hygienických noriem GN 2.2.5.1313-03 je 20 mg/m³
Ochrana pred oxidom uhoľnatým
Pre takú dobrú výhrevnosť je CO zložkou rôznych technických zmesí plynov (pozri napr. generátorový plyn) používaných okrem iného na vykurovanie.
halogény. Reakcia s chlórom získala najväčšie praktické uplatnenie:
CO + Cl2 -> COCl2
Reakcia je exotermická, jej tepelný účinok je 113 kJ, v prítomnosti katalyzátora (aktívne uhlie) prebieha už pri izbovej teplote. V dôsledku reakcie vzniká fosgén – látka, ktorá sa rozšírila v rôznych odvetviach chémie (a tiež ako bojová chemická látka). Analogickými reakciami možno získať COF2 (karbonyl fluorid) a COBr2 (karbonyl bromid). Karbonyljodid nebol prijatý. Exotermickosť reakcií rýchlo klesá z F na I (pri reakciách s F 2 je tepelný efekt 481 kJ, pri Br 2 - 4 kJ). Je tiež možné získať zmiešané deriváty, ako je COFCl (podrobnosti pozri halogénderiváty kyseliny uhličitej).
Reakciou CO s F2 možno okrem karbonylfluoridu získať aj peroxidovú zlúčeninu (FCO)202. Jeho charakteristika: bod topenia -42°C, bod varu +16°C, má charakteristický zápach (podobný zápachu ozónu), pri zahriatí nad 200°C sa rozkladá výbuchom (produkty reakcie CO 2, O 2 a COF 2), v kyslom prostredí reaguje s jodidom draselným podľa rovnice:
(FCO)202 + 2KI → 2KF + I2 + 2CO2
Oxid uhoľnatý reaguje s chalkogénmi. So sírou vytvára sírouhlík COS, reakcia prebieha pri zahrievaní podľa rovnice:
CO + S → COS ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/K
Podobný selenoxid COSe a teluroxid COTe sa tiež získali.
Obnovuje SO 2:
SO2 + 2CO → 2CO2 + S
S prechodnými kovmi tvorí veľmi prchavé, horľavé a toxické zlúčeniny - karbonyly, ako Cr (CO) 6, Ni (CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 atď.
Ako je uvedené vyššie, oxid uhoľnatý je mierne rozpustný vo vode, ale nereaguje s ňou. Tiež nereaguje s roztokmi zásad a kyselín. Reaguje však s alkalickými taveninami:
CO + KOH → HCOOK
Zaujímavou reakciou je reakcia oxidu uhoľnatého s kovovým draslíkom v roztoku amoniaku. V tomto prípade sa vytvorí výbušná zlúčenina dioxodikarbonát draselný:
2K + 2CO -> K + O - -C2-0 - K+
Reakciou s amoniakom pri vysokých teplotách možno získať dôležitú priemyselnú zlúčeninu, HCN. Reakcia prebieha v prítomnosti katalyzátora (oxid
Dátum zverejnenia 28.01.2012 12:18
Oxid uhoľnatý- oxid uhoľnatý, ktorý je príliš často počuť pri otravách splodinami horenia, nehodách v priemysle alebo aj doma. Kvôli špeciálnym toxickým vlastnostiam tejto zlúčeniny môže obyčajný domáci plynový ohrievač vody spôsobiť smrť celej rodiny. Sú na to stovky príkladov. Ale prečo sa to deje? Čo je to vlastne oxid uhoľnatý? Prečo je to nebezpečné pre ľudí?
Čo je oxid uhoľnatý, vzorec, základné vlastnosti
Vzorec oxidu uhoľnatéhočo je veľmi jednoduché a označuje spojenie atómu kyslíka a uhlíka - CO, - jednej z najtoxickejších plynných zlúčenín. Ale na rozdiel od mnohých iných nebezpečných látok, ktoré sa používajú len na úzke priemyselné účely, môže dôjsť k chemickej kontaminácii oxidom uhoľnatým počas úplne bežných chemických procesov, dokonca aj v každodennom živote.
Predtým, ako prejdeme k tomu, ako prebieha syntéza tejto látky, zvážte čo je oxid uhoľnatý vo všeobecnosti a aké sú jeho hlavné fyzikálne vlastnosti:
- bezfarebný plyn bez chuti a zápachu;
- extrémne nízke teploty topenia a varu: -205 a -191,5 stupňov Celzia;
- hustota 0,00125 g/cm3;
- vysoko horľavý s vysokou teplotou spaľovania (až 2100 stupňov Celzia).
Tvorba oxidu uhoľnatého
V domácnosti alebo v priemysle tvorba oxidu uhoľnatého sa zvyčajne vyskytuje jedným z niekoľkých pomerne jednoduchých spôsobov, čo ľahko vysvetľuje riziko náhodnej syntézy tejto látky s rizikom pre personál podniku alebo obyvateľov domu, kde došlo k poruche vykurovacieho zariadenia alebo k narušeniu bezpečnosti. Zvážte hlavné spôsoby tvorby oxidu uhoľnatého:
- spaľovanie uhlíka (uhlie, koks) alebo jeho zlúčenín (benzín a iné kvapalné palivá) v podmienkach nedostatku kyslíka. Ako asi tušíte, nedostatok čerstvého vzduchu, nebezpečný z hľadiska rizika syntézy oxidu uhoľnatého, sa ľahko vyskytuje v spaľovacích motoroch, domácich stĺpoch so zhoršenou ventiláciou, priemyselných a konvenčných peciach;
- interakcia obyčajného oxidu uhličitého so žeravým uhlím. Takéto procesy prebiehajú v peci neustále a sú úplne reverzibilné, ale vzhľadom na už spomínaný nedostatok kyslíka sa pri uzavretej klapke tvorí oxid uhoľnatý v oveľa väčšom množstve, čo je pre ľudí smrteľné.
Prečo je oxid uhoľnatý nebezpečný?
V dostatočnej koncentrácii vlastnosti oxidu uhoľnatéhočo sa vysvetľuje jeho vysokou chemickou aktivitou, je mimoriadne nebezpečné pre ľudský život a zdravie. Podstata takejto otravy spočíva predovšetkým v tom, že molekuly tejto zlúčeniny okamžite viažu krvný hemoglobín a zbavujú ho schopnosti prenášať kyslík. Oxid uhoľnatý teda znižuje úroveň bunkového dýchania s najvážnejšími následkami pre organizmus.
Odpoveď na otázku" Prečo je oxid uhoľnatý nebezpečný?"Stojí za zmienku, že na rozdiel od mnohých iných toxických látok človek necíti žiadny špecifický zápach, nepociťuje nepohodlie a nie je schopný rozpoznať jeho prítomnosť vo vzduchu žiadnym iným spôsobom, bez špeciálneho vybavenia. V dôsledku toho, obeť jednoducho nepodnikne žiadne opatrenia, aby unikla, a keď sa prejavia účinky oxidu uhoľnatého (ospalosť a strata vedomia), môže byť už neskoro.
Oxid uhoľnatý je smrteľný do jednej hodiny pri koncentrácii vzduchu nad 0,1 %. Zároveň výfuk úplne bežného osobného auta obsahuje od 1,5 do 3 % tejto látky. A to za predpokladu, že motor je v dobrom stave. To ľahko vysvetľuje skutočnosť, že otrava oxidom uhoľnatým sa často vyskytuje práve v garážach alebo vo vnútri auta utesneného snehom.
Ďalšie najnebezpečnejšie prípady, keď sa ľudia otrávili oxidom uhoľnatým doma alebo v práci, sú ...
- prekrytie alebo porucha vetrania vykurovacieho stĺpca;
- negramotné používanie kachlí na drevo alebo uhlie;
- o požiaroch v uzavretých priestoroch;
- v blízkosti rušných diaľnic;
- v priemyselných podnikoch, kde sa aktívne používa oxid uhoľnatý.
Oxid uhoľnatý (oxid uhoľnatý, oxid uhoľnatý, oxid uhličitý) je bezfarebný, extrémne toxický plyn bez chuti a zápachu, ľahší ako vzduch (za normálnych podmienok). Chemický vzorec je CO.
Štruktúra molekuly
Vďaka prítomnosti trojitej väzby je molekula CO veľmi silná (disociačná energia je 1069 kJ/mol alebo 256 kcal/mol, čo je viac ako u iných dvojatómových molekúl) a má malú medzijadrovú vzdialenosť ( d C=0 = 0,1128 nm alebo 1,13 Á).
Molekula je slabo polarizovaná, jej elektrický dipólový moment μ = 0,04⋅10 −29 C m . Početné štúdie ukázali, že negatívny náboj v molekule CO sa sústreďuje na atóm uhlíka C − ←O + (smer dipólového momentu v molekule je opačný, ako sa pôvodne predpokladalo). Ionizačná energia 14,0 eV, silová väzbová konštanta k = 18,6 .
Vlastnosti
Oxid uhoľnatý (II) je bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. horľavý Takzvaný „zápach oxidu uhoľnatého“ je vlastne zápach organických nečistôt.
| Štandardná Gibbsova energia tvorby Δ G | -137,14 kJ/mol (g) (pri 298 K) |
| Štandardná entropia vzdelávania S | 197,54 J/mol K (g) (pri 298 K) |
| Štandardná molárna tepelná kapacita Cp | 29,11 J/mol K (g) (pri 298 K) |
| Entalpia topenia Δ H pl | 0,838 kJ/mol |
| Entalpia varu Δ H kip | 6,04 kJ/mol |
| Kritická teplota t Kréta | -140,23 °C |
| kritický tlak P Kréta | 3,499 MPa |
| Kritická hustota ρ krit | 0,301 g/cm³ |
Hlavnými typmi chemických reakcií, na ktorých sa podieľa oxid uhoľnatý (II), sú adičné reakcie a redoxné reakcie, pri ktorých vykazuje redukčné vlastnosti.
Pri izbovej teplote je CO neaktívny, jeho chemická aktivita sa výrazne zvyšuje pri zahrievaní a v roztokoch. Takže v roztokoch obnovuje soli a iné kovy už pri izbovej teplote. Pri zahrievaní redukuje aj iné kovy, napríklad CO + CuO → Cu + CO 2 . Toto je široko používané v pyrometalurgii. Metóda kvalitatívnej detekcie CO je založená na reakcii CO v roztoku s chloridom paládnatým, pozri nižšie.
Oxidácia CO v roztoku často prebieha značnou rýchlosťou iba v prítomnosti katalyzátora. Pri výbere posledného hrá hlavnú úlohu povaha oxidačného činidla. KMnO 4 teda najrýchlejšie oxiduje CO v prítomnosti jemne rozptýleného striebra, K 2 Cr 2 O 7 - v prítomnosti solí, KClO 3 - v prítomnosti OsO 4. Vo všeobecnosti je CO vo svojich redukčných vlastnostiach podobný molekulárnemu vodíku.
Pri teplote nižšej ako 830 °C je CO silnejším redukčným činidlom a pri teplote vyššej ako vodík. Takže rovnováha reakcie
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\šípky vpravo vľavo CO_(2)+H_(2))))do 830 °C posunutá doprava, nad 830 °C doľava.
Zaujímavé je, že existujú baktérie schopné získavať energiu, ktorú potrebujú pre život vďaka oxidácii CO.
Oxid uhoľnatý (II) horí modrým plameňom (teplota začiatku reakcie 700 °C) na vzduchu:
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).Teplota spaľovania CO môže dosiahnuť 2100 °C. Spaľovacia reakcia je reťazová a iniciátormi sú malé množstvá zlúčenín obsahujúcich vodík (voda, amoniak, sírovodík atď.)
Pre takú dobrú výhrevnosť je CO zložkou rôznych technických zmesí plynov (pozri napr. generátorový plyn) používaných okrem iného na vykurovanie. Výbušný po zmiešaní so vzduchom; dolná a horná hranica koncentrácie šírenia plameňa: od 12,5 do 74 % (objemovo) .
halogény. Reakcia s chlórom získala najväčšie praktické uplatnenie:
C O + C 1 2 → C O C 1 2. (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)\rightarrow COCl_(2))).)Reakciou CO s F2 možno okrem COF2karbonylfluoridu získať aj peroxidovú zlúčeninu (FCO)202. Jeho charakteristika: bod topenia -42 °C, bod varu +16 °C, má charakteristický zápach (podobný zápachu ozónu), pri zahriatí nad 200 °C sa rozkladá výbuchom (produkty reakcie CO 2 , O 2 a COF 2), v kyslom prostredí reaguje s jodidom draselným podľa rovnice:
(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).)))Oxid uhoľnatý (II) reaguje s chalkogénmi. So sírou vytvára sírouhlík COS, reakcia prebieha pri zahrievaní podľa rovnice:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS))) (Δ G° 298 = -229 kJ, Δ S° 298 = -134 J/K).Podobný oxid uhličitý COSe a teluroxid uhličitý COTe sa tiež získali.
Obnovuje SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S. (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.)))S prechodnými kovmi tvorí horľavé a toxické zlúčeniny - karbonyly, ako sú,,, atď. Niektoré z nich sú prchavé.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow )))Oxid uhoľnatý (II) je mierne rozpustný vo vode, ale nereaguje s ňou. Tiež nereaguje s roztokmi zásad a kyselín. Reaguje však s alkalickými taveninami za vzniku zodpovedajúcich formátov:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\rightarrow HCOOK.)))Zaujímavou reakciou je reakcia oxidu uhoľnatého (II) s kovovým draslíkom v roztoku amoniaku. Vzniká tak výbušná zlúčenina dioxodikarbonát draselný:
2 K + 2 C O → K2 C202. (\displaystyle (\mathsf (2K+2CO\rightarrow K_(2)C_(2)O_(2).))) x C O + y H 2 → (\displaystyle (\mathsf (xCO+yH_(2)\rightarrow ))) alkoholy + lineárne alkány.Tento proces je zdrojom kritických priemyselných produktov, ako je metanol, syntetická motorová nafta, viacsýtne alkoholy, oleje a mazivá.
Fyziologické pôsobenie
Toxicita
Oxid uhoľnatý je vysoko toxický.
Toxický účinok oxidu uhoľnatého (II) je spôsobený tvorbou karboxyhemoglobínu - oveľa silnejšieho karbonylového komplexu s hemoglobínom v porovnaní s komplexom hemoglobínu s kyslíkom (oxyhemoglobín). Dochádza tak k blokovaniu procesov prenosu kyslíka a bunkového dýchania. Koncentrácia vzduchu vyššia ako 0,1 % má za následok smrť do jednej hodiny.
- Postihnutého treba vyviesť na čerstvý vzduch. Pri ľahkej otrave stačí hyperventilácia pľúc kyslíkom.
- Umelá ventilácia pľúc.
- Lobelín alebo kofeín pod kožou.
- Karboxyláza intravenózne.
Svetová medicína nepozná spoľahlivé antidotá na použitie v prípade otravy oxidom uhoľnatým.
Ochrana proti oxidu uhoľnatému (II)
endogénny oxid uhoľnatý
Endogénny oxid uhoľnatý normálne produkujú bunky ľudského a zvieracieho tela a pôsobí ako signálna molekula. Hrá známu fyziologickú úlohu v tele, najmä ako neurotransmiter a vyvoláva vazodilatáciu. Vzhľadom na úlohu endogénneho oxidu uhoľnatého v organizme sú jeho metabolické poruchy spojené s rôznymi ochoreniami, ako sú neurodegeneratívne ochorenia, ateroskleróza krvných ciev, hypertenzia, srdcové zlyhávanie a rôzne zápalové procesy.
Endogénny oxid uhoľnatý vzniká v organizme oxidačným pôsobením enzýmu hemoxygenáza na hém, ktorý je produktom deštrukcie hemoglobínu a myoglobínu, ako aj iných proteínov obsahujúcich hém. Tento proces spôsobuje tvorbu malého množstva karboxyhemoglobínu v ľudskej krvi, aj keď človek nefajčí a nedýcha atmosférický vzduch (vždy obsahuje malé množstvo exogénneho oxidu uhoľnatého), ale čistý kyslík alebo zmes dusíka a kyslíka.
Po prvom dôkaze, ktorý sa objavil v roku 1993, že endogénny oxid uhoľnatý je normálny neurotransmiter v ľudskom tele, ako aj jeden z troch endogénnych plynov, ktoré normálne modulujú priebeh zápalových reakcií v tele (ďalšie dva sú oxid dusnatý (II) a sírovodík), endogénnemu oxidu uhoľnatému venovali lekári a výskumníci značnú pozornosť ako dôležitý biologický regulátor. V mnohých tkanivách sa ukázalo, že všetky tri vyššie uvedené plyny sú protizápalové látky, vazodilatátory a tiež indukujú angiogenézu. Nie všetko je však také jednoduché a jednoznačné. Angiogenéza nie je vždy priaznivý účinok, pretože hrá úlohu najmä pri raste malígnych nádorov a je tiež jednou z príčin poškodenia sietnice pri makulárnej degenerácii. Najmä je dôležité poznamenať, že fajčenie (hlavný zdroj oxidu uhoľnatého v krvi, ktorý poskytuje niekoľkonásobne vyššiu koncentráciu ako prirodzená produkcia) zvyšuje riziko makulárnej degenerácie sietnice 4-6 krát.
Existuje teória, že v niektorých synapsiách nervových buniek, kde sa informácie uchovávajú dlhší čas, prijímajúca bunka v reakcii na prijatý signál produkuje endogénny oxid uhoľnatý, ktorý prenáša signál späť do vysielacej bunky, ktorá ju informuje jeho pripravenosti prijímať z neho signály v budúcnosti.a zvýšenie aktivity bunky vysielača signálu. Niektoré z týchto nervových buniek obsahujú guanylátcyklázu, enzým, ktorý sa aktivuje pri vystavení endogénnemu oxidu uhoľnatému.
Výskum úlohy endogénneho oxidu uhoľnatého ako protizápalového činidla a cytoprotektora sa uskutočnil v mnohých laboratóriách po celom svete. Tieto vlastnosti endogénneho oxidu uhoľnatého robia z vplyvu na jeho metabolizmus zaujímavý terapeutický cieľ pri liečbe rôznych patologických stavov, akými sú poškodenie tkaniva spôsobené ischémiou a následnou reperfúziou (napríklad infarkt myokardu, ischemická cievna mozgová príhoda), rejekcia transplantátu, ateroskleróza ciev, atď. ťažká sepsa, ťažká malária, autoimunitné ochorenia. Uskutočnili sa aj klinické štúdie na ľuďoch, ale ich výsledky ešte neboli zverejnené.
Stručne povedané, to, čo je známe od roku 2015 o úlohe endogénneho oxidu uhoľnatého v tele, možno zhrnúť takto:
- Endogénny oxid uhoľnatý je jednou z dôležitých endogénnych signálnych molekúl;
- Endogénny oxid uhoľnatý moduluje CNS a kardiovaskulárne funkcie;
- Endogénny oxid uhoľnatý inhibuje agregáciu krvných doštičiek a ich adhéziu k stenám ciev;
- Ovplyvňovanie výmeny endogénneho oxidu uhoľnatého v budúcnosti môže byť jednou z dôležitých terapeutických stratégií pri rade ochorení.
História objavov
Toxicitu dymu, ktorý vzniká pri spaľovaní uhlia, opísali Aristoteles a Galén.
Oxid uhoľnatý (II) ako prvý získal francúzsky chemik Jacques de Lasson pri zahrievaní oxidu zinočnatého uhlím, ale spočiatku bol mylne považovaný za vodík, pretože horel modrým plameňom.
To, že tento plyn obsahuje uhlík a kyslík, objavil anglický chemik William Kruikshank. Toxicitu plynu skúmal v roku 1846 francúzsky lekár Claude Bernard pri pokusoch na psoch.
Oxid uhoľnatý (II) mimo zemskej atmosféry prvýkrát objavil belgický vedec M. Mizhot (M. Migeotte) v roku 1949 prítomnosťou hlavného vibračno-rotačného pásu v IČ spektre Slnka. Oxid uhličitý bol objavený v medzihviezdnom prostredí v roku 1970.
Potvrdenie
priemyselným spôsobom
- Vzniká pri spaľovaní uhlíka alebo zlúčenín na ňom založených (napríklad benzínu) v podmienkach nedostatku kyslíka:
- alebo pri redukcii oxidu uhličitého horúcim uhlím:
K tejto reakcii dochádza počas pece, keď je klapka pece uzavretá príliš skoro (až kým uhlie úplne nevyhorí). Oxid uhoľnatý (II), ktorý sa v tomto prípade tvorí, spôsobuje pre svoju toxicitu fyziologické poruchy („vyhorenie“) a dokonca smrť (pozri nižšie), preto jeden z triviálnych názvov – „oxid uhoľnatý“.
Reakcia redukcie oxidu uhličitého je reverzibilná, vplyv teploty na rovnovážny stav tejto reakcie je znázornený v grafe. Tok reakcie vpravo poskytuje faktor entropie a vľavo faktor entalpie. Pri teplotách pod 400 °C je rovnováha takmer úplne posunutá doľava a pri teplotách nad 1000 °C doprava (v smere tvorby CO). Pri nízkych teplotách je rýchlosť tejto reakcie veľmi nízka, takže oxid uhličitý je za normálnych podmienok celkom stabilný. Táto rovnováha má špeciálny názov budoárová rovnováha.
- Zmesi oxidu uhoľnatého (II) s inými látkami sa získavajú prechodom vzduchu, vodnej pary atď. cez vrstvu horúceho koksu, uhlia alebo hnedého uhlia atď. (pozri generátorový plyn, vodný plyn, zmesový plyn, syntézny plyn ).
laboratórna metóda
- Rozklad kvapalnej kyseliny mravčej pôsobením horúcej koncentrovanej kyseliny sírovej alebo prechodom plynnej kyseliny mravčej cez oxid fosforečný P 2 O 5 . Schéma reakcie:
- Zahrievanie zmesi šťaveľovej a koncentrovanej kyseliny sírovej. Reakcia prebieha podľa rovnice:
- Zahrievanie zmesi hexakyanoželezitanu draselného (II) s koncentrovanou kyselinou sírovou. Reakcia prebieha podľa rovnice:
- Obnova z uhličitanu zinočnatého horčíkom pri zahrievaní:
Stanovenie oxidu uhoľnatého (II)
Kvalitatívne je možné prítomnosť CO určiť stmavnutím roztokov chloridu paládnatého (alebo papiera impregnovaného týmto roztokom). Stmavnutie je spojené s uvoľňovaním jemne rozptýleného kovového paládia podľa schémy:
P d C 1 2 + C O + H 2 O → P d ↓ + C O 2 + 2 H Cl. (\displaystyle (\mathsf (PdCl_(2)+CO+H_(2)O\arrowarrow Pd\downarrow +CO_(2)+2HCl.)))Táto reakcia je veľmi citlivá. Štandardný roztok: 1 gram chloridu paládnatého na liter vody.
Kvantitatívne stanovenie oxidu uhoľnatého (II) je založené na jodometrickej reakcii:
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).)))Aplikácia
- Oxid uhoľnatý (II) je medziprodukt používaný pri reakciách s vodíkom v najdôležitejších priemyselných procesoch na výrobu organických alkoholov a priamych uhľovodíkov.
- Oxid uhoľnatý (II) sa používa na spracovanie živočíšneho mäsa a rýb, dodáva im jasne červenú farbu a svieži vzhľad bez zmeny chuti (technológie čistý dym a Dym bez chuti). Prípustná koncentrácia CO je 200 mg/kg mäsa.
- Oxid uhoľnatý (II) je hlavnou zložkou generátorového plynu používaného ako palivo vo vozidlách na zemný plyn.
- Oxid uhoľnatý z výfukov motorov používali nacisti počas druhej svetovej vojny na masakrovanie ľudí otravou.
Oxid uhoľnatý (II) v zemskej atmosfére
Existujú prírodné a antropogénne zdroje vstupu do zemskej atmosféry. V prírodných podmienkach na zemskom povrchu vzniká CO pri nedokonalom anaeróbnom rozklade organických zlúčenín a pri spaľovaní biomasy, hlavne pri lesných a stepných požiaroch. Oxid uhoľnatý (II) vzniká v pôde biologicky (vylučovaný živými organizmami), ako aj nebiologicky. Experimentálne bolo dokázané uvoľňovanie oxidu uhoľnatého (II) v dôsledku fenolových zlúčenín bežných v pôdach obsahujúcich OCH3 alebo OH skupiny v orto- alebo para-polohe vzhľadom na prvú hydroxylovú skupinu.
Celková bilancia produkcie nebiologického CO a jeho oxidácie mikroorganizmami závisí od konkrétnych podmienok prostredia, predovšetkým od vlhkosti a hodnoty . Napríklad zo suchých pôd sa oxid uhoľnatý (II) uvoľňuje priamo do atmosféry, čím sa vytvárajú lokálne maximá koncentrácie tohto plynu.
V atmosfére je CO produktom reťazových reakcií zahŕňajúcich metán a iné uhľovodíky (predovšetkým izoprén).
Hlavným antropogénnym zdrojom CO sú v súčasnosti výfukové plyny spaľovacích motorov. Oxid uhoľnatý vzniká pri spaľovaní uhľovodíkových palív v spaľovacích motoroch pri nedostatočných teplotách alebo zle nastavenom systéme prívodu vzduchu (privádza sa nedostatočné množstvo kyslíka na oxidáciu CO na CO 2 ). V minulosti významný podiel antropogénnych emisií CO do atmosféry pochádzal zo svetelného plynu používaného na vnútorné osvetlenie v 19. storočí. Zložením približne zodpovedal vodnému plynu, to znamená, že obsahoval až 45 % oxidu uhoľnatého (II). Vo verejnom sektore sa nepoužíva kvôli prítomnosti oveľa lacnejšieho a energeticky účinnejšieho analógu -
Oxid uhoľnatý, oxid uhoľnatý (CO) je bezfarebný plyn bez zápachu a chuti, ktorý je o niečo menej hustý ako vzduch. Je toxický pre zvieratá s hemoglobínom (vrátane ľudí), ak sú koncentrácie vyššie ako približne 35 ppm, hoci sa v malom množstve vytvára aj pri normálnom živočíšnom metabolizme a predpokladá sa, že má niektoré normálne biologické funkcie. V atmosfére je priestorovo premenlivý a rýchlo sa rozkladá a zohráva úlohu pri tvorbe ozónu na úrovni zeme. Oxid uhoľnatý sa skladá z jedného atómu uhlíka a jedného atómu kyslíka spojených trojitou väzbou, ktorá pozostáva z dvoch kovalentných väzieb, ako aj z jednej datívnej kovalentnej väzby. Je to najjednoduchší oxid uhoľnatý. Je izoelektronický s kyanidovým aniónom, nitrózoniovým katiónom a molekulárnym dusíkom. V koordinačných komplexoch sa ligand oxidu uhoľnatého nazýva karbonyl.
Príbeh
Aristoteles (384-322 pred Kristom) prvýkrát opísal proces spaľovania uhlia, ktorý vedie k tvorbe toxických výparov. V dávnych dobách existoval spôsob popravy - zavrieť zločinca v kúpeľni s tlejúcimi uhlíkmi. Mechanizmus smrti však v tom čase nebol jasný. Grécky lekár Galen (129-199 n. l.) naznačil, že došlo k zmene v zložení vzduchu, ktorá škodila človeku pri vdýchnutí. V roku 1776 francúzsky chemik de Lasson vyrobil CO zahrievaním oxidu zinočnatého s koksom, ale vedec mylne dospel k záveru, že plynným produktom je vodík, pretože horí modrým plameňom. Plyn identifikoval ako zlúčeninu obsahujúcu uhlík a kyslík škótsky chemik William Cumberland Cruikshank v roku 1800. Jeho toxicitu u psov dôkladne preskúmal Claude Bernard okolo roku 1846. Počas 2. svetovej vojny sa zmes plynov obsahujúca oxid uhoľnatý používala na pohon motorových vozidiel prevádzkovaných v častiach sveta, kde bol benzín a nafta vzácny. Nainštalovali sa externé (až na výnimky) generátory plynu na drevené uhlie alebo drevo a do zmiešavača plynu sa privádzala zmes atmosférického dusíka, oxidu uhoľnatého a malého množstva iných plynov zo splyňovania. Plynná zmes vznikajúca pri tomto procese je známa ako drevný plyn. Oxid uhoľnatý sa vo veľkom používal aj počas holokaustu v niektorých nemeckých nacistických táboroch smrti, najmä v plynových dodávkach v Chelmne a v programe zabíjania T4 „eutanázia“.
Zdroje
Oxid uhoľnatý vzniká pri čiastočnej oxidácii zlúčenín obsahujúcich uhlík; vzniká, keď nie je dostatok kyslíka na tvorbu oxidu uhličitého (CO2), ako napríklad pri práci na sporáku alebo spaľovacom motore v uzavretom priestore. V prítomnosti kyslíka, vrátane atmosférických koncentrácií, oxid uhoľnatý horí modrým plameňom, pričom vzniká oxid uhličitý. Uhoľný plyn, ktorý sa až do 60. rokov 20. storočia vo veľkej miere používal na vnútorné osvetlenie, varenie a kúrenie, obsahoval ako významnú zložku paliva oxid uhoľnatý. Niektoré procesy v modernej technológii, ako napríklad tavenie železa, stále produkujú oxid uhoľnatý ako vedľajší produkt. Celosvetovo sú najväčšími zdrojmi oxidu uhoľnatého prírodné zdroje v dôsledku fotochemických reakcií v troposfére, ktoré generujú približne 5 × 1012 kg oxidu uhoľnatého ročne. Medzi ďalšie prírodné zdroje CO patria sopky, lesné požiare a iné formy spaľovania. V biológii sa oxid uhoľnatý prirodzene vyrába pôsobením hemoxygenázy 1 a 2 na hem pri rozklade hemoglobínu. Tento proces u normálnych ľudí produkuje určité množstvo karboxyhemoglobínu, aj keď nevdychujú oxid uhoľnatý. Od prvej správy, že oxid uhoľnatý bol normálnym neurotransmiterom v roku 1993, ako aj jedným z troch plynov, ktoré prirodzene modulujú zápalové reakcie v tele (ďalšie dva sú oxid dusnatý a sírovodík), sa oxidu uhoľnatému venuje veľká pozornosť ako biologickému regulátora. V mnohých tkanivách všetky tri plyny pôsobia ako protizápalové činidlá, vazodilatátory a stimulátory neovaskulárneho rastu. Malé množstvá oxidu uhoľnatého sa klinicky testujú ako liečivo. Nadmerné množstvo oxidu uhoľnatého však spôsobuje otravu oxidom uhoľnatým.
Molekulové vlastnosti
Oxid uhoľnatý má molekulovú hmotnosť 28,0, vďaka čomu je o niečo ľahší ako vzduch, ktorý má priemernú molekulovú hmotnosť 28,8. Podľa zákona o ideálnom plyne má teda CO menšiu hustotu ako vzduch. Dĺžka väzby medzi atómom uhlíka a atómom kyslíka je 112,8 pm. Táto dĺžka väzby je v súlade s trojitou väzbou, ako v prípade molekulárneho dusíka (N2), ktorý má podobnú dĺžku väzby a takmer rovnakú molekulovú hmotnosť. Dvojité väzby uhlík-kyslík sú oveľa dlhšie, napríklad 120,8 m pre formaldehyd. Teplota varu (82 K) a teplota topenia (68 K) sú veľmi podobné N2 (77 K a 63 K). Energia disociácie väzby 1072 kJ/mol je silnejšia ako energia N2 (942 kJ/mol) a predstavuje najsilnejšiu známu chemickú väzbu. Základný stav elektrónu oxidu uhoľnatého je singletový, pretože neexistujú žiadne nepárové elektróny.
Väzba a dipólový moment
Uhlík a kyslík majú spolu vo valenčnom obale spolu 10 elektrónov. Podľa oktetového pravidla pre uhlík a kyslík tvoria dva atómy trojitú väzbu so šiestimi spoločnými elektrónmi v troch väzbových molekulových orbitáloch, a nie zvyčajnú dvojitú väzbu nachádzajúcu sa v organických karbonylových zlúčeninách. Keďže štyri zo zdieľaných elektrónov pochádzajú z atómu kyslíka a iba dva z uhlíka, jeden väzbový orbitál je obsadený dvoma elektrónmi z atómov kyslíka, ktoré tvoria datívnu alebo dipólovú väzbu. To má za následok C ← O polarizáciu molekuly s malým záporným nábojom na uhlíku a malým kladným nábojom na kyslíku. Ďalšie dva väzbové orbitály zaberajú každý jeden elektrón z uhlíka a jeden z kyslíka a tvoria (polárne) kovalentné väzby s obrátenou polarizáciou C → O, pretože kyslík je elektronegatívny ako uhlík. Vo voľnom oxide uhoľnatém zostáva čistý záporný náboj δ- na uhlíkovom konci a molekula má malý dipólový moment 0,122 D. Molekula je teda asymetrická: kyslík má väčšiu hustotu elektrónov ako uhlík a tiež malý kladný náboj , v porovnaní s uhlíkom, čo je záporné. Naproti tomu izoelektronická molekula didusíka nemá dipólový moment. Ak oxid uhoľnatý pôsobí ako ligand, polarita dipólu sa môže obrátiť s čistým negatívnym nábojom na kyslíkovom konci, v závislosti od štruktúry koordinačného komplexu.
Polarita väzby a oxidačný stav
Teoretické a experimentálne štúdie ukazujú, že napriek väčšej elektronegativite kyslíka dipólový moment postupuje od zápornejšieho konca uhlíka k pozitívnejšiemu koncu kyslíka. Tieto tri väzby sú v skutočnosti polárne kovalentné väzby, ktoré sú vysoko polarizované. Vypočítaná polarizácia na atóm kyslíka je 71 % pre väzbu σ a 77 % pre obe väzby π. Oxidačný stav uhlíka na oxid uhoľnatý v každej z týchto štruktúr je +2. Vypočíta sa takto: všetky väzbové elektróny sa považujú za patriace k viac elektronegatívnym atómom kyslíka. K uhlíku sú priradené iba dva neväzbové elektróny na uhlíku. V tomto počte má uhlík iba dva valenčné elektróny v molekule v porovnaní so štyrmi vo voľnom atóme.
Biologické a fyziologické vlastnosti
Toxicita
Otrava oxidom uhoľnatým je najbežnejším typom smrteľnej otravy ovzdušia v mnohých krajinách. Oxid uhoľnatý je bezfarebná látka, bez zápachu a chuti, ale vysoko toxická. Spája sa s hemoglobínom a vytvára karboxyhemoglobín, ktorý si „uzurpuje“ miesto v hemoglobíne, ktoré normálne prenáša kyslík, ale je neefektívne na dodávanie kyslíka do telesných tkanív. Už koncentrácie 667 ppm môžu spôsobiť, že až 50 % telesného hemoglobínu sa premení na karboxyhemoglobín. Hladiny 50 % karboxyhemoglobínu môžu viesť ku kŕčom, kóme a smrti. V Spojených štátoch ministerstvo práce obmedzuje dlhodobé úrovne vystavenia oxidu uhoľnatému na pracovisku na 50 častíc na milión. Na krátku dobu je absorpcia oxidu uhoľnatého kumulatívna, pretože jeho polčas je asi 5 hodín na čerstvom vzduchu. Najbežnejšie príznaky otravy oxidom uhoľnatým môžu byť podobné ako pri iných typoch otravy a infekcií a zahŕňajú príznaky ako bolesť hlavy, nevoľnosť, vracanie, závraty, únava a pocit slabosti. Postihnuté rodiny sa často domnievajú, že sú obeťami otravy jedlom. Bábätká môžu byť podráždené a zle sa živia. Neurologické symptómy zahŕňajú zmätenosť, dezorientáciu, rozmazané videnie, mdloby (stratu vedomia) a záchvaty. Niektoré opisy otravy oxidom uhoľnatým zahŕňajú krvácanie do sietnice, ako aj abnormálnu čerešňovo-červenú farbu krvi. Vo väčšine klinických diagnóz sú tieto znaky zriedkavé. Jednou z ťažkostí užitočnosti tohto „čerešňového“ efektu je to, že koriguje alebo maskuje inak nezdravý vzhľad, pretože hlavným účinkom odstránenia venózneho hemoglobínu je, že udusený človek vyzerá normálnejšie, alebo mŕtvy človek vyzerá ako živý. , podobný účinku červených farbív v balzamovacej kompozícii. Tento efekt farbenia v anoxickom tkanive otrávenom CO je spôsobený komerčným použitím oxidu uhoľnatého pri farbení mäsa. Oxid uhoľnatý sa tiež viaže na iné molekuly, ako je myoglobín a mitochondriálna cytochrómoxidáza. Vystavenie oxidu uhoľnatému môže spôsobiť značné poškodenie srdca a centrálneho nervového systému, najmä v globus pallidus, často spojené s dlhodobými chronickými stavmi. Oxid uhoľnatý môže mať vážne nepriaznivé účinky na plod tehotnej ženy.
normálna ľudská fyziológia
Oxid uhoľnatý sa prirodzene tvorí v ľudskom tele ako signálna molekula. Oxid uhoľnatý teda môže mať v tele fyziologickú úlohu ako neurotransmiter alebo relaxant krvných ciev. Kvôli úlohe oxidu uhoľnatého v tele sú abnormality v jeho metabolizme spojené s rôznymi chorobami, vrátane neurodegenerácie, hypertenzie, srdcového zlyhania a zápalu.
CO funguje ako endogénna signálna molekula.
CO moduluje funkcie kardiovaskulárneho systému
CO inhibuje agregáciu a adhéziu krvných doštičiek
CO môže hrať úlohu ako potenciálne terapeutické činidlo
Mikrobiológia
Oxid uhoľnatý je živinou pre metanogénne archaea, stavebný kameň pre acetylkoenzým A. Toto je téma pre novú oblasť bioorganokovovej chémie. Extremofilné mikroorganizmy tak môžu metabolizovať oxid uhoľnatý na miestach, ako sú tepelné prieduchy sopiek. V baktériách vzniká oxid uhoľnatý redukciou oxidu uhličitého enzýmom oxid uhoľnatý dehydrogenázou, proteínom obsahujúcim Fe-Ni-S. CooA je proteín receptora oxidu uhoľnatého. Rozsah jeho biologickej aktivity je stále neznámy. Môže byť súčasťou signálnej dráhy v baktériách a archeách. Jeho prevalencia u cicavcov nebola stanovená.
Prevalencia
Oxid uhoľnatý sa nachádza v rôznych prírodných a človekom vytvorených prostrediach.
Oxid uhoľnatý je prítomný v malom množstve v atmosfére, najmä ako produkt sopečnej činnosti, ale je aj produktom prírodných a človekom spôsobených požiarov (napr. lesné požiare, spaľovanie zvyškov plodín a spaľovanie cukrovej trstiny). K tvorbe oxidu uhoľnatého prispieva aj spaľovanie fosílnych palív. Oxid uhoľnatý sa vyskytuje v rozpustenej forme v roztavených vulkanických horninách pri vysokých tlakoch v zemskom plášti. Pretože prírodné zdroje oxidu uhoľnatého sú premenlivé, je mimoriadne ťažké presne zmerať emisie zemného plynu. Oxid uhoľnatý je rýchlo sa rozpadajúci skleníkový plyn a tiež pôsobí nepriamym žiarením zvýšením koncentrácií metánu a troposférického ozónu prostredníctvom chemických reakcií s inými zložkami atmosféry (napr. hydroxylový radikál, OH), ktoré by ich inak zničili. V dôsledku prirodzených procesov v atmosfére sa nakoniec oxiduje na oxid uhličitý. Oxid uhoľnatý je v atmosfére krátkodobý (v priemere trvá asi dva mesiace) a má priestorovo premenlivú koncentráciu. V atmosfére Venuše vzniká oxid uhoľnatý fotodisociáciou oxidu uhličitého elektromagnetickým žiarením s vlnovou dĺžkou kratšou ako 169 nm. Kvôli svojej dlhej životnosti v strednej troposfére sa oxid uhoľnatý používa aj ako transportný indikátor pre oblaky znečisťujúcich látok.
Znečistenie miest
Oxid uhoľnatý je dočasná znečisťujúca látka v niektorých mestských oblastiach, najmä z výfukového potrubia spaľovacích motorov (vrátane vozidiel, prenosných a záložných generátorov, kosačiek na trávu, práčok atď.) a z nedokonalého spaľovania rôznych iných palív (vrátane palivového dreva, uhlie, drevené uhlie, olej, vosk, propán, zemný plyn a odpadky). Veľké znečistenie CO možno pozorovať z vesmíru nad mestami.
Úloha pri tvorbe prízemného ozónu
Oxid uhoľnatý je spolu s aldehydmi súčasťou série cyklov chemických reakcií, ktoré tvoria fotochemický smog. Reaguje s hydroxylovým radikálom (OH) za vzniku radikálového medziproduktu HOCO, ktorý rýchlo prenáša radikál vodíka O2 za vzniku peroxidového radikálu (HO2) a oxidu uhličitého (CO2). Peroxidový radikál potom reaguje s oxidom dusnatým (NO) za vzniku oxidu dusičitého (NO2) a hydroxylového radikálu. N02 poskytuje O(3P) fotolýzou, čím vzniká O3 po reakcii s O2. Keďže hydroxylový radikál vzniká pri tvorbe NO2, rovnováha sledu chemických reakcií, počnúc oxidom uhoľnatým, vedie k tvorbe ozónu: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (kde hν označuje fotón svetlo absorbované molekulou NO2 v sekvencii) Hoci tvorba NO2 je dôležitým krokom pri výrobe nízkoúrovňového ozónu, zvyšuje tiež množstvo ozónu iným, trochu vzájomne sa vylučujúcim spôsobom, znížením množstva NO, ktoré je k dispozícii na reakciu s ozónom.
znečistenie vnútorného ovzdušia
V uzavretých priestoroch môže koncentrácia oxidu uhoľnatého ľahko vzrásť na smrteľnú úroveň. V priemere 170 ľudí zomrie každý rok v Spojených štátoch na neautomobilové spotrebné produkty, ktoré produkujú oxid uhoľnatý. Podľa floridského ministerstva zdravotníctva však „viac ako 500 Američanov zomiera každý rok v dôsledku náhodného vystavenia oxidu uhoľnatému a ďalšie tisíce v USA vyžadujú pohotovostnú lekársku pomoc pre nefatálnu otravu oxidom uhoľnatým“. Tieto produkty zahŕňajú chybné spotrebiče na spaľovanie paliva, ako sú sporáky, sporáky, ohrievače vody a plynové a petrolejové ohrievače; mechanicky poháňané zariadenia, ako sú prenosné generátory; krby; a drevené uhlie, ktoré sa spaľuje v domácnostiach a iných uzavretých priestoroch. Americká asociácia centier pre kontrolu jedov (AAPCC) oznámila 15 769 prípadov otravy oxidom uhoľnatým, ktoré si v roku 2007 vyžiadali 39 úmrtí. V roku 2005 CPSC hlásilo 94 úmrtí súvisiacich s otravou oxidom uhoľnatým z generátora. K 47 z týchto úmrtí došlo počas výpadkov elektriny v dôsledku nepriaznivého počasia vrátane hurikánu Katrina. Ľudia však zomierajú na otravu oxidom uhoľnatým z nepotravinových predmetov, ako sú autá, ktoré jazdia v garážach priľahlých k domom. Centrá pre kontrolu a prevenciu chorôb uvádzajú, že každý rok sa niekoľko tisíc ľudí dostane na pohotovosť do nemocnice kvôli otrave oxidom uhoľnatým.
Prítomnosť v krvi
Oxid uhoľnatý sa absorbuje dýchaním a do krvného obehu sa dostáva výmenou plynov v pľúcach. Vzniká aj pri metabolizme hemoglobínu a do krvi sa dostáva z tkanív, a teda je prítomný vo všetkých normálnych tkanivách, aj keď nie je vdýchnutý do tela. Normálne hladiny oxidu uhoľnatého cirkulujúceho v krvi sú medzi 0 % a 3 % a sú vyššie u fajčiarov. Hladiny oxidu uhoľnatého nemožno určiť fyzikálnym vyšetrením. Laboratórne testy vyžadujú vzorku krvi (arteriálnej alebo venóznej) a laboratórny rozbor na CO-oxymeter. Navyše, neinvazívny karboxyhemoglobín (SPCO) s pulznou CO oxymetriou je účinnejší ako invazívne metódy.
astrofyzika
Mimo Zeme je oxid uhoľnatý po molekulárnom vodíku druhou najrozšírenejšou molekulou v medzihviezdnom prostredí. Molekula oxidu uhoľnatého vďaka svojej asymetrii vytvára oveľa jasnejšie spektrálne čiary ako molekula vodíka, vďaka čomu je CO oveľa jednoduchšie detegovať. Medzihviezdny CO bol prvýkrát detekovaný rádioteleskopmi v roku 1970. V súčasnosti je to najbežnejšie používaný indikátor molekulárneho plynu v medzihviezdnom prostredí galaxií a molekulárny vodík je možné detegovať iba pomocou ultrafialového svetla, čo si vyžaduje vesmírne teleskopy. Pozorovania oxidu uhoľnatého poskytujú väčšinu informácií o molekulárnych oblakoch, v ktorých vzniká väčšina hviezd. Beta Pictoris, druhá najjasnejšia hviezda v súhvezdí Pictor, vykazuje nadbytok infračerveného žiarenia v porovnaní s normálnymi hviezdami svojho typu, a to v dôsledku veľkého množstva prachu a plynu (vrátane oxidu uhoľnatého) v blízkosti hviezdy.
Výroba
Na výrobu oxidu uhoľnatého bolo vyvinutých mnoho metód.
priemyselná produkcia
Hlavným priemyselným zdrojom CO je generátorový plyn, zmes obsahujúca najmä oxid uhoľnatý a dusík, ktorý vzniká pri spaľovaní uhlíka na vzduchu pri vysokej teplote pri nadbytku uhlíka. V peci sa vzduch pretláča vrstvou koksu. Pôvodne produkovaný CO2 je vyvážený zvyšným horúcim uhlím, čím vzniká CO. Reakcia CO2 s uhlíkom za vzniku CO je opísaná ako Boudouardova reakcia. Nad 800 °C je CO dominantným produktom:
CO2 + C → 2 CO (ΔH = 170 kJ/mol)
Ďalším zdrojom je „vodný plyn“, zmes vodíka a oxidu uhoľnatého, ktorá vzniká endotermickou reakciou pary a uhlíka:
H2O + C → H2 + CO (ΔH = +131 kJ/mol)
Iný podobný „syngas“ možno získať zo zemného plynu a iných palív. Oxid uhoľnatý je tiež vedľajším produktom redukcie rúd oxidov kovov uhlíkom:
MO + C → M + CO
Oxid uhoľnatý vzniká aj priamou oxidáciou uhlíka v obmedzenom množstve kyslíka alebo vzduchu.
2C (s) + O2 → 2CO (g)
Pretože CO je plyn, proces redukcie možno riadiť zahrievaním s použitím pozitívnej (priaznivej) entropie reakcie. Ellinghamov diagram ukazuje, že produkcia CO je pri vysokých teplotách uprednostňovaná pred CO2.
Príprava v laboratóriu
Oxid uhoľnatý sa bežne získava v laboratóriu dehydratáciou kyseliny mravčej alebo kyseliny šťaveľovej, napríklad koncentrovanou kyselinou sírovou. Ďalším spôsobom je zahrievanie homogénnej zmesi práškového kovového zinku a uhličitanu vápenatého, ktorá uvoľňuje CO a zanecháva oxid zinočnatý a oxid vápenatý:
Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO
Dusičnan strieborný a jodoform tiež poskytujú oxid uhoľnatý:
CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI
koordinačná chémia
Väčšina kovov tvorí koordinačné komplexy obsahujúce kovalentne viazaný oxid uhoľnatý. Iba kovy v nižších oxidačných stavoch sa budú spájať s ligandami oxidu uhoľnatého. Je to preto, že je potrebná dostatočná hustota elektrónov na uľahčenie spätného darovania z kovového orbitálu DXZ na molekulárny orbitál π* z CO. Osamelý pár na atóme uhlíka v CO tiež daruje elektrónovú hustotu v dx²-y² na kov za vzniku sigma väzby. Tento elektrónový dar sa prejavuje aj cis efektom, čiže labilizáciou CO ligandov v cis polohe. Karbonyl niklu napríklad vzniká priamou kombináciou oxidu uhoľnatého a kovového niklu:
Ni + 4 CO → Ni(CO) 4 (1 bar, 55 °C)
Z tohto dôvodu sa nikel v trubici alebo jej časti nesmie dostať do dlhšieho kontaktu s oxidom uhoľnatým. Karbonyl niklu sa pri kontakte s horúcimi povrchmi ľahko rozkladá späť na Ni a CO a táto metóda sa používa na komerčnú rafináciu niklu v Mondovom procese. V karbonyle niklu a iných karbonyloch elektrónový pár na uhlíku interaguje s kovom; oxid uhoľnatý daruje kovu elektrónový pár. V takýchto situáciách sa oxid uhoľnatý nazýva karbonylový ligand. Jedným z najdôležitejších karbonylov kovov je pentakarbonyl železa, Fe(CO) 5. Mnohé komplexy kov-CO sa vyrábajú dekarbonyláciou organických rozpúšťadiel, a nie z CO. Napríklad chlorid irídium a trifenylfosfín reagujú v refluxujúcom 2-metoxyetanole alebo DMF za vzniku IrCl(CO)(PPh3)2 Karbonyly kovov v koordinačnej chémii sa zvyčajne študujú pomocou infračervenej spektroskopie.
Organická chémia a chémia hlavných skupín prvkov
V prítomnosti silných kyselín a vody reaguje oxid uhoľnatý s alkénmi za vzniku karboxylových kyselín v procese známom ako Koch-Haafova reakcia. Pri Guttermann-Kochovej reakcii sa arény premieňajú na benzaldehydové deriváty v prítomnosti AlCl3 a HCl. Organolítne zlúčeniny (ako je butyllítium) reagujú s oxidom uhoľnatým, ale tieto reakcie majú malé vedecké využitie. Hoci CO reaguje s karbokatiónmi a karbaniónmi, je relatívne nereaktívny s organickými zlúčeninami bez zásahu kovových katalyzátorov. S činidlami z hlavnej skupiny podlieha CO niekoľkým pozoruhodným reakciám. Chlorácia CO je priemyselný proces, ktorý produkuje dôležitú zlúčeninu fosgénu. S boránom tvorí CO adukt, H3BCO, ktorý je izoelektronický s acyliom + katiónom. CO reaguje so sodíkom za vzniku produktov odvodených z väzby C-C. Za polyméry oxidu uhoľnatého možno považovať zlúčeniny cyklohexahehexón alebo trichinoyl (C6O6) a cyklopentánpentón alebo kyselina leukónová (C5O5), ktoré sa doteraz získavali len v stopových množstvách. Pri tlaku nad 5 GPa sa oxid uhoľnatý mení na pevný polymér uhlíka a kyslíka. Je metastabilný pri atmosférickom tlaku, ale je to silná výbušnina.
Použitie
Chemický priemysel
Oxid uhoľnatý je priemyselný plyn, ktorý má mnoho použití pri výrobe chemikálií. Veľké množstvá aldehydov sa získavajú reakciou hydroformylácie alkénov, oxidu uhoľnatého a H2. Hydroformylácia v procese Shell umožňuje vytvárať prekurzory detergentov. Fosgén, vhodný na výrobu izokyanátov, polykarbonátov a polyuretánov, sa vyrába prechodom vyčisteného oxidu uhoľnatého a plynného chlóru cez lôžko porézneho aktívneho uhlia, ktoré slúži ako katalyzátor. Svetová produkcia tejto zlúčeniny sa v roku 1989 odhadovala na 2,74 milióna ton.
CO + Cl2 -> COCl2
Metanol sa vyrába hydrogenáciou oxidu uhoľnatého. V príbuznej reakcii hydrogenácia oxidu uhoľnatého zahŕňa vytvorenie väzby C-C, ako v Fischer-Tropschovom procese, kde sa oxid uhoľnatý hydrogenuje na kvapalné uhľovodíkové palivá. Táto technológia umožňuje premenu uhlia alebo biomasy na motorovú naftu. V procese Monsanto oxid uhoľnatý a metanol reagujú v prítomnosti katalyzátora na báze ródia a homogénnej kyseliny jodovodíkovej za vzniku kyseliny octovej. Tento proces je zodpovedný za veľkú časť priemyselnej výroby kyseliny octovej. V priemyselnom meradle sa čistý oxid uhoľnatý používa na čistenie niklu v Mondovom procese.
farbenie mäsa
Oxid uhoľnatý sa používa v modifikovaných atmosférických baliacich systémoch v Spojených štátoch, predovšetkým v čerstvých mäsových výrobkoch, ako je hovädzie, bravčové a ryby, aby sa zachoval ich svieži vzhľad. Oxid uhoľnatý sa spája s myoglobínom a vytvára karboxymyoglobín, jasný čerešňovo červený pigment. Karboxymyoglobín je stabilnejší ako oxidovaná forma myoglobínu, oxymyoglobín, ktorý môže oxidovať na hnedý pigment metmyoglobín. Táto stabilná červená farba vydrží oveľa dlhšie ako bežné balené mäso. Typické hladiny oxidu uhoľnatého používané v zariadeniach používajúcich tento proces sú 0,4 % až 0,5 %. Táto technológia bola prvýkrát uznaná ako „všeobecne bezpečná“ (GRAS) americkým úradom pre potraviny a liečivá (FDA) v roku 2002 na použitie ako sekundárny systém balenia a nevyžaduje označovanie. V roku 2004 FDA schválil CO ako primárnu metódu balenia, pričom uviedol, že CO nezakrýva zápach kazenia. Napriek tomuto rozsudku zostáva diskutabilné, či táto metóda maskuje kazenie potravín. V roku 2007 bol v Snemovni reprezentantov USA predložený návrh zákona, aby sa upravený proces balenia s použitím oxidu uhoľnatého nazýval farebnou prísadou, ale návrh zákona nebol schválený. Tento proces balenia je zakázaný v mnohých iných krajinách vrátane Japonska, Singapuru a krajín Európskej únie.
Liek
V biológii sa oxid uhoľnatý prirodzene vyrába pôsobením hemoxygenázy 1 a 2 na hem pri rozklade hemoglobínu. Tento proces u normálnych ľudí produkuje určité množstvo karboxyhemoglobínu, aj keď nevdychujú oxid uhoľnatý. Od prvej správy, že oxid uhoľnatý bol v roku 1993 normálnym neurotransmiterom, ako aj jedným z troch plynov, ktoré prirodzene modulujú zápalové reakcie v tele (ďalšie dva sú oxid dusnatý a sírovodík), získal oxid uhoľnatý veľa klinických štúdií. pozornosť ako biologický regulátor. V mnohých tkanivách je známe, že všetky tri plyny pôsobia ako protizápalové činidlá, vazodilatátory a stimulátory neovaskulárneho rastu. Tieto problémy sú však zložité, pretože neovaskulárny rast nie je vždy prospešný, pretože hrá úlohu pri raste nádoru, ako aj pri rozvoji vlhkej makulárnej degenerácie, choroby, ktorej riziko sa 4 až 6-násobne zvyšuje fajčením (hlavným zdrojom oxidu uhoľnatého).v krvi niekoľkonásobne viac ako prirodzená produkcia). Existuje teória, že v niektorých synapsiách nervových buniek, keď sa ukladajú dlhodobé spomienky, prijímajúca bunka produkuje oxid uhoľnatý, ktorý sa vracia späť do vysielacej komory, vďaka čomu sa v budúcnosti ľahšie prenáša. Ukázalo sa, že niektoré z týchto nervových buniek obsahujú guanylátcyklázu, enzým, ktorý je aktivovaný oxidom uhoľnatým. Mnoho laboratórií po celom svete vykonalo výskum zahŕňajúci oxid uhoľnatý, pokiaľ ide o jeho protizápalové a cytoprotektívne vlastnosti. Tieto vlastnosti môžu byť použité na prevenciu rozvoja mnohých patologických stavov, vrátane ischemického reperfúzneho poškodenia, odmietnutia transplantátu, aterosklerózy, ťažkej sepsy, ťažkej malárie alebo autoimunitných ochorení. Uskutočnili sa klinické štúdie na ľuďoch, ale výsledky ešte neboli zverejnené.
Fyzikálne vlastnosti oxidu uhoľnatého (oxid uhoľnatý CO) pri normálnom atmosférickom tlaku sa posudzujú v závislosti od teploty pri jej záporných a kladných hodnotách.
V tabuľkách sú prezentované nasledujúce fyzikálne vlastnosti CO: hustota oxidu uhoľnatého ρ , merná tepelná kapacita pri konštantnom tlaku Cp, koeficienty tepelnej vodivosti λ a dynamickú viskozitu μ .
Prvá tabuľka ukazuje hustotu a špecifické teplo oxidu uhoľnatého CO v teplotnom rozsahu od -73 do 2727°C.
V druhej tabuľke sú uvedené hodnoty takých fyzikálnych vlastností oxidu uhoľnatého, ako je tepelná vodivosť a jeho dynamická viskozita v teplotnom rozsahu od mínus 200 do 1000 °C.
Hustota oxidu uhoľnatého, rovnako ako, výrazne závisí od teploty - keď sa oxid uhoľnatý CO zahrieva, jeho hustota klesá. Napríklad, pri izbovej teplote je hustota oxidu uhoľnatého 1,129 kg / m3, ale v procese zahrievania na teplotu 1000 ° C sa hustota tohto plynu zníži 4,2-krát - na hodnotu 0,268 kg / m3.
Za normálnych podmienok (teplota 0°C) má oxid uhoľnatý hustotu 1,25 kg/m 3 . Ak porovnáme jeho hustotu s alebo inými bežnými plynmi, potom je hustota oxidu uhoľnatého vzhľadom na vzduch menej dôležitá - oxid uhoľnatý je ľahší ako vzduch. Je tiež ľahší ako argón, ale ťažší ako dusík, vodík, hélium a iné ľahké plyny.
Špecifická tepelná kapacita oxidu uhoľnatého za normálnych podmienok je 1040 J/(kg deg). So stúpajúcou teplotou tohto plynu sa zvyšuje jeho merná tepelná kapacita. Napríklad pri 2727°C je jeho hodnota 1329 J/(kg°).
| t, °С | ρ, kg / m 3 | Cp, J/(kg deg) | t, °С | ρ, kg / m 3 | Cp, J/(kg deg) | t, °С | ρ, kg / m 3 | Cp, J/(kg deg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Tepelná vodivosť oxidu uhoľnatého za normálnych podmienok je 0,02326 W/(m deg). Zvyšuje sa so svojou teplotou a pri 1000 °C sa rovná 0,0806 W/(m deg). Treba poznamenať, že tepelná vodivosť oxidu uhoľnatého je o niečo menšia ako táto hodnota y.
Dynamická viskozita oxidu uhoľnatého pri teplote miestnosti je 0,0246·10-7 Pa·s. Pri zahrievaní oxidu uhoľnatého sa zvyšuje jeho viskozita. Takýto charakter závislosti dynamickej viskozity od teploty pozorujeme v . Je potrebné poznamenať, že oxid uhoľnatý je viskóznejší ako vodná para a oxid uhličitý CO2, ale má nižšiu viskozitu v porovnaní s oxidom dusnatým NO a vzduchom.
