Ugljen monoksid (ugljen monoksid, ugljen monoksid, ugljen(II) oksid) je bezbojan, izuzetno toksičan gas bez ukusa i mirisa, lakši od vazduha (u normalnim uslovima). Hemijska formula je CO.
Struktura molekula
Zbog prisustva trostruke veze, molekula CO je vrlo jaka (energija disocijacije je 1069 kJ/mol, odnosno 256 kcal/mol, što je više od bilo koje druge dvoatomske molekule) i ima malu međunuklearnu udaljenost ( d C≡O = 0,1128 nm ili 1,13 Å).
Molekul je slabo polarizovan, njegov električni dipolni moment μ = 0,04⋅10 −29 C m . Brojne studije su pokazale da je negativni naboj u molekuli CO koncentrisan na atomu ugljika C − ←O + (smjer dipolnog momenta u molekulu je suprotan od prethodno pretpostavljenog). Energija jonizacije 14,0 eV, konstanta sprege sile k = 18,6 .
Svojstva
Ugljenmonoksid(II) je gas bez boje, mirisa i ukusa. zapaljiv "miris" tzv. ugljen monoksid je zapravo miris organskih nečistoća.
Standardna Gibbsova energija formiranja Δ G | −137,14 kJ/mol (g) (na 298 K) |
Standardna entropija obrazovanja S | 197,54 J/mol K (g) (na 298 K) |
Standardni molarni toplotni kapacitet Cp | 29,11 J/mol K (g) (na 298 K) |
Entalpija topljenja Δ H pl | 0,838 kJ/mol |
Entalpija ključanja Δ H kip | 6,04 kJ/mol |
Kritična temperatura t Crete | -140,23°C |
kritičnog pritiska P Crete | 3.499 MPa |
Kritična gustina ρ krit | 0,301 g/cm³ |
Glavni tipovi hemijske reakcije, u kojima je uključen ugljični monoksid (II), su reakcije adicije i redoks reakcije, u kojima on pokazuje redukciona svojstva.
Na sobnoj temperaturi CO je neaktivan, njegova hemijska aktivnost se značajno povećava kada se zagreje iu rastvorima. Dakle, u otopinama obnavlja soli, i druge u metale već na sobnoj temperaturi. Kada se zagrije, smanjuje i druge metale, na primjer CO + CuO → Cu + CO 2. Ovo se široko koristi u pirometalurgiji. Metoda za kvalitativnu detekciju CO zasniva se na reakciji CO u rastvoru sa paladijum hloridom, vidi dole.
Oksidacija CO u rastvoru često se odvija značajnom brzinom samo u prisustvu katalizatora. Prilikom odabira potonjeg, priroda oksidacijskog sredstva igra glavnu ulogu. Dakle, KMnO 4 najbrže oksidira CO u prisustvu fino usitnjenog srebra, K 2 Cr 2 O 7 - u prisustvu soli, KClO 3 - u prisustvu OsO 4. Općenito, u njihovom obnavljajuća svojstva CO je sličan molekularnom vodiku.
Ispod 830 °C, CO je jači redukcijski agens, a viši vodonik. Dakle, ravnoteža reakcije
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\rightleftarrows CO_(2)+H_(2))))do 830 °C pomaknut udesno, iznad 830 °C ulijevo.
Zanimljivo je da postoje bakterije sposobne da dobiju energiju koja im je potrebna za život zahvaljujući oksidaciji CO.
Ugljenmonoksid(II) gori plamenom plave boje(temperatura početka reakcije 700 °C) na zraku:
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 sagorevanja CO može dostići 2100 °C. Reakcija sagorevanja je lančana, a inicijatori su male količine jedinjenja koja sadrže vodonik (voda, amonijak, sumporovodik itd.)
Zbog tako dobre kalorijske vrijednosti, CO je komponenta raznih tehničkih gasne mešavine(vidi, na primjer, generatorski plin), koji se koristi, između ostalog, za grijanje. Eksplozivno kada se pomiješa sa zrakom; donja i gornja koncentracijska granica širenja plamena: od 12,5 do 74% (volumenski).
halogeni. Greatest praktična upotreba dobio reakciju sa hlorom:
C O + C l 2 → h ν C O C l 2 . (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)(\xrightarrow (h\nu))COCl_(2))).)Reakcijom CO sa F 2 , pored COF 2 karbonil fluorida, može se dobiti peroksidno jedinjenje (FCO) 2 O 2. Njegove karakteristike: tačka topljenja -42°C, tačka ključanja +16°C, ima karakterističan miris (slično mirisu ozona), raspada se eksplozijom kada se zagrije iznad 200°C (produkti reakcije CO 2 , O 2 i COF 2), u kisela sredina reaguje sa kalijum jodidom prema jednačini:
(F C O) 2 O 2 + 2 K I → 2 K F + I 2 + 2 CO 2. (\displaystyle (\mathsf ((FCO)_(2)O_(2)+2KI\rightarrow 2KF+I_(2)+2CO_(2).)))Ugljenmonoksid(II) reaguje sa halkogenima. Sa sumporom stvara ugljični sulfid COS, reakcija teče kada se zagrije, prema jednačini:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS))) (Δ G° 298 = −229 kJ, Δ S° 298 = −134 J/K).Također su dobiveni slični ugljični selenoksid CSe i ugljični teluroksid COTe.
Vraća SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 CO 2 + S . (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.)))Sa prelaznim metalima stvara zapaljiva i toksična jedinjenja - karbonile, kao što su,,,, itd. Neki od njih su isparljivi.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow )))Ugljenmonoksid(II) je slabo rastvorljiv u vodi, ali ne reaguje sa njim. Takođe, ne reaguje sa rastvorima alkalija i kiselina. Međutim, on reaguje sa alkalijskim topljenjem i formira odgovarajuće formate:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\rightarrow HCOOK.)))Zanimljiva reakcija je reakcija ugljičnog monoksida (II) s metalnim kalijem u otopini amonijaka. Time nastaje eksplozivno jedinjenje kalijev dioksodikarbonat:
2 K + 2 C O → K 2 C 2 O 2 . (\displaystyle (\mathsf (2K+2CO\rightarrow K_(2)C_(2)O_(2).))) x C O + y H 2 → (\displaystyle (\mathsf (xCO+yH_(2)\rightarrow ))) alkoholi + linearni alkani.Ovaj proces je izvor proizvodnje tako važnih industrijskih proizvoda kao što su metanol, sintetičko dizel gorivo, polihidričnim alkoholima, ulja i maziva.
Fiziološko djelovanje
Toksičnost
Ugljen monoksid je veoma toksičan.
Toksičan učinak ugljičnog monoksida (II) nastaje zbog stvaranja karboksihemoglobina - mnogo jačeg karbonilnog kompleksa sa hemoglobinom, u poređenju sa kompleksom hemoglobina sa kisikom (oksihemoglobin). Time su blokirani procesi transporta kiseonika i ćelijskog disanja. Koncentracije u zraku veće od 0,1% rezultiraju smrću u roku od jednog sata.
- Žrtvu treba izvesti na svež vazduh. U slučaju lakšeg trovanja dovoljna je hiperventilacija pluća kiseonikom.
- Umjetna ventilacija pluća.
- Lobelin ili kofein ispod kože.
- Karboksilaze intravenozno.
Svjetska medicina ne poznaje pouzdane antidote za upotrebu u slučaju trovanja ugljičnim monoksidom.
Zaštita od ugljičnog monoksida(II)
endogeni ugljen monoksid
Endogeni ugljični monoksid normalno proizvode ćelije ljudskog i životinjskog tijela i djeluje kao signalni molekul. Ima poznatu fiziološku ulogu u tijelu, posebno kao neurotransmiter i izaziva vazodilataciju. Zbog uloge endogenog ugljičnog monoksida u tijelu, poremećaji u njegovom metabolizmu su povezani sa razne bolesti, kao što su neurodegenerativne bolesti, ateroskleroza krvnih sudova, hipertenzija, zatajenje srca, različiti upalni procesi.
Endogeni ugljični monoksid nastaje u tijelu zbog oksidativnog djelovanja enzima hem oksigenaze na hem, koji je produkt razaranja hemoglobina i mioglobina, kao i drugih proteina koji sadrže hem. Ovaj proces uzrokuje stvaranje male količine karboksihemoglobina u ljudskoj krvi, čak i ako osoba ne puši i ne diše atmosferski zrak (koji uvijek sadrži male količine egzogenog ugljičnog monoksida), već čisti kisik ili mješavinu dušika i kisika.
Nakon prvih dokaza koji su se pojavili 1993. godine da je endogeni ugljični monoksid normalan neurotransmiter u ljudskom tijelu, kao i jedan od tri endogena plina koji normalno moduliraju tok upalnih reakcija u tijelu (druga dva su dušikov oksid (II) i vodonik sulfid), endogeni ugljen monoksid je dobio značajnu pažnju kliničara i istraživača kao važan biološki regulator. U mnogim tkivima se pokazalo da su sva tri gore navedena plina protuupalni agensi, vazodilatatori, a također indukuju angiogenezu. Međutim, nije sve tako jednostavno i nedvosmisleno. Angiogeneza nije uvijek povoljan učinak, jer igra ulogu u rastu posebno malignih tumora, a također je jedan od uzroka oštećenja mrežnice kod makularne degeneracije. Posebno je važno napomenuti da pušenje (glavni izvor ugljičnog monoksida u krvi, koji daje nekoliko puta veću koncentraciju od prirodne proizvodnje) povećava rizik od makularne degeneracije mrežnice za 4-6 puta.
Postoji teorija da u nekim sinapsama nervne celije, gdje se pohranjuju dugoročne informacije, ćelija primateljica, kao odgovor na primljeni signal, proizvodi endogeni ugljični monoksid, koji šalje signal natrag u ćeliju koja odašilje, obavještavajući je na taj način da je spremna da nastavi primati signale od nje i povećava aktivnost ćelije prenosioca signala. Neke od ovih nervnih ćelija sadrže gvanilat ciklazu, enzim koji se aktivira kada se izloži endogenom ugljen monoksidu.
Istraživanja o ulozi endogenog ugljičnog monoksida kao protuupalnog sredstva i citoprotektora provedena su u mnogim laboratorijama širom svijeta. Ova svojstva endogenog ugljičnog monoksida čine učinak na njegov metabolizam zanimljivom terapijskom metom za liječenje različitih patoloških stanja kao što su oštećenje tkiva uzrokovano ishemijom i naknadnom reperfuzijom (na primjer, infarkt miokarda, ishemijski moždani udar), odbacivanje transplantata, vaskularna ateroskleroza, teška sepsa, teška malarija, autoimune bolesti. Provedena su i klinička ispitivanja na ljudima, ali njihovi rezultati još nisu objavljeni.
Ukratko, ono što je poznato od 2015. o ulozi endogenog ugljičnog monoksida u tijelu može se sažeti na sljedeći način:
- Endogeni ugljen monoksid je jedan od važnih endogenih signalnih molekula;
- Endogeni ugljen monoksid modulira CNS i kardiovaskularne funkcije;
- Endogeni ugljen monoksid inhibira agregaciju trombocita i njihovu adheziju na zidove krvnih sudova;
- Utjecaj na razmjenu endogenog ugljičnog monoksida u budućnosti može biti jedna od važnih terapijskih strategija za brojne bolesti.
Istorija otkrića
Toksičnost dima koji se emituje tokom sagorevanja uglja opisali su Aristotel i Galen.
Ugljenmonoksid (II) je prvi dobio francuski hemičar Jacques de Lasson zagrijavanjem cink oksida sa ugljem, ali je u početku zamijenjen vodonikom, jer je gorio plavim plamenom.
Činjenicu da ovaj plin sadrži ugljik i kisik otkrio je engleski hemičar William Kruikshank. Toksičnost plina istraživao je 1846. francuski liječnik Claude Bernard u eksperimentima na psima.
Ugljenmonoksid (II) izvan Zemljine atmosfere prvi je otkrio belgijski naučnik M. Mižot (M. Migeotte) 1949. godine prisustvom glavnog vibraciono-rotacionog pojasa u IR spektru Sunca. Ugljen(II) oksid je otkriven u međuzvjezdanom mediju 1970. godine.
Potvrda
industrijskim putem
- Nastaje tokom sagorevanja ugljika ili jedinjenja na bazi njega (na primjer, benzina) u uvjetima nedostatka kisika:
- ili kod redukcije ugljičnog dioksida vrućim ugljem:
Ova reakcija se dešava tokom loženja peći, kada se klapna peći zatvori prerano (sve dok ugalj potpuno ne izgori). Nastali ugljični monoksid (II), zbog svoje toksičnosti, uzrokuje fiziološke poremećaje („burnout“) pa čak i smrt (vidi dolje), otuda i jedno od trivijalnih naziva – „ugljični monoksid“.
Reakcija redukcije ugljen-dioksida je reverzibilna, efekat temperature na ravnotežno stanje ove reakcije je prikazan na grafikonu. Tok reakcije udesno daje faktor entropije, a lijevo - faktor entalpije. Na temperaturama ispod 400 °C, ravnoteža se gotovo potpuno pomjera ulijevo, a na temperaturama iznad 1000 °C udesno (u smjeru stvaranja CO). Na niskim temperaturama, brzina ove reakcije je vrlo niska, stoga je ugljični monoksid (II) prilično stabilan u normalnim uvjetima. Ova ravnoteža ima poseban naziv boudoir balance.
- Smjese ugljičnog monoksida (II) sa drugim supstancama se dobijaju propuštanjem zraka, vodene pare itd. kroz sloj vrućeg koksa, tvrdog ili mrkog uglja itd. (vidi generatorski plin, vodeni plin, miješani plin, sintetski plin).
laboratorijska metoda
- Raspadanje tekuće mravlje kiseline pod dejstvom vruće koncentrovane sumporne kiseline ili propuštanjem gasovite mravlje kiseline preko fosfor-oksida P 2 O 5 . Shema reakcije:
- Zagrijavanje mješavine oksalne i koncentrirane sumporne kiseline. Reakcija ide prema jednadžbi:
- Zagrijavanje mješavine kalijum heksacijanoferata(II) sa koncentrovanom sumpornom kiselinom. Reakcija ide prema jednadžbi:
- Oporavak od cink karbonata magnezijem kada se zagrijava:
Određivanje ugljičnog monoksida (II)
Kvalitativno, prisustvo CO se može odrediti zatamnjivanjem rastvora paladijum hlorida (ili papira impregniranog ovim rastvorom). Zamračenje je povezano s oslobađanjem fino raspršenog metalnog paladija prema shemi:
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.)))Ova reakcija je veoma osetljiva. Standardni rastvor: 1 gram paladijum hlorida na litar vode.
Kvantitativno određivanje ugljičnog monoksida (II) zasniva se na jodometrijskoj reakciji:
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).)))Aplikacija
- Ugljenmonoksid(II) je međureagens koji se koristi u reakcijama sa vodonikom u najvažnijim industrijskim procesima za proizvodnju organskih alkohola i direktnih ugljovodonika.
- Ugljični monoksid (II) se koristi za preradu životinjskog mesa i ribe, dajući im jarko crvenu boju i izgled svježine, bez promjene okusa (tehnologije čisti dim i Neukusni dim). Dozvoljena koncentracija CO je 200 mg/kg mesa.
- Ugljen monoksid(II) je glavna komponenta generatorskog gasa koji se koristi kao gorivo u vozilima na prirodni gas.
- Ugljenmonoksid iz izduvnih gasova motora nacisti su koristili tokom Drugog svetskog rata za masakr ljudi trovanjem.
Ugljični monoksid(II) u Zemljinoj atmosferi
Postoje prirodni i antropogeni izvori ulaska u Zemljinu atmosferu. U prirodnim uslovima, na površini Zemlje, CO nastaje nepotpunom anaerobnom razgradnjom organska jedinjenja i tokom sagorevanja biomase, uglavnom tokom šumskih i stepskih požara. Ugljični monoksid (II) nastaje u tlu i biološki (izlučuju ga živi organizmi) i nebiološki. Eksperimentalno je dokazano oslobađanje ugljičnog monoksida (II) zbog fenolnih spojeva uobičajenih u tlima koja sadrže OCH 3 ili OH grupe u orto- ili para-položajima u odnosu na prvu hidroksilnu grupu.
Ukupna ravnoteža proizvodnje nebiološkog CO i njegove oksidacije mikroorganizmima zavisi od specifičnih uslova sredine, prvenstveno od vlažnosti i vrednosti . Na primjer, iz sušnih tla, ugljični monoksid(II) se oslobađa direktno u atmosferu, stvarajući tako lokalne maksimume koncentracije ovog plina.
U atmosferi, CO je proizvod lančanih reakcija koje uključuju metan i druge ugljikovodike (prvenstveno izopren).
Glavni antropogeni izvor CO trenutno su izduvni gasovi motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ugljenmonoksid nastaje kada se ugljovodonična goriva sagorevaju u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem na nedovoljnim temperaturama ili loše podešenom sistemu za dovod vazduha (nema dovoljno kiseonika za oksidaciju CO u CO 2 ). U prošlosti je značajan udio antropogenog unosa CO u atmosferu davao
Ima trostruku vezu. Budući da su ove molekule slične strukture, slična su i njihova svojstva - vrlo niske točke topljenja i ključanja, bliske vrijednosti standardnih entropija itd.
U okviru metode valentnih veza, struktura molekule CO može se opisati formulom: C≡O:, a treća veza nastaje po mehanizmu donor-akceptor, pri čemu je ugljenik donor elektronskog para, a kiseonik je akceptor.
Prema molekularnoj orbitalnoj metodi, elektronska konfiguracija nepobuđenog CO molekula σ 2 O σ 2 z π 4 x, y σ 2 C . Formirana trostruka veza σ -veza formirana od σz elektronski par, i elektroni dvostruko degenerisanog nivoa x, y odgovaraju dva σ -veze. Elektroni u nevezujućim σ C-orbitalama i σ O-orbitalama odgovaraju dva elektronska para, od kojih je jedan lokaliziran na atomu, a drugi - na atomu.
Zbog prisustva trostruke veze, molekula CO je vrlo jaka (energija disocijacije je 1069 kJ/mol, ili 256 kcal/mol, što je više od bilo koje druge dvoatomske molekule) i ima malu međunuklearnu udaljenost (d C≡O = 0,1128 nm ili 1,13Å).
Molekul je slabo polarizovan, električni moment njegovog dipola μ = 0,04·10 -29 C·m (smer dipolnog momenta C - →O +). Potencijal jonizacije 14,0 V, konstanta sprege sile k = 18,6.
Istorija otkrića
Ugljični monoksid je prvi proizveo francuski hemičar Jacques de Lasson kada je cink oksid zagrijan s ugljem, ali je u početku zamijenjen sa vodonikom jer je gorio plavim plamenom. Činjenicu da ovaj plin sadrži ugljik i kisik otkrio je engleski hemičar William Cruikshank. Ugljen-monoksid u Zemljinoj atmosferi prvi je otkrio belgijski naučnik M. Mižot (M. Migeotte) 1949. godine prisustvom glavnog vibraciono-rotacionog pojasa u IR spektru Sunca.
Ugljen monoksid u Zemljinoj atmosferi
Postoje prirodni i antropogeni izvori prihoda. U prirodnim uslovima, na površini Zemlje, CO nastaje prilikom nepotpune anaerobne razgradnje organskih jedinjenja i tokom sagorevanja biomase, uglavnom tokom šumskih i stepskih požara. Ugljični monoksid se stvara u tlu i biološki (izlučuju ga živi organizmi) i nebiološki. Eksperimentalno je dokazano oslobađanje ugljičnog monoksida zbog fenolnih spojeva uobičajenih u tlima koja sadrže OCH 3 ili OH grupe u orto- ili para-položajima u odnosu na prvu hidroksilnu grupu.
Ukupna ravnoteža proizvodnje nebiološkog CO i njegove oksidacije mikroorganizmima zavisi od specifičnih uslova sredine, prvenstveno od i vrednosti. Na primjer, iz sušnih tla ugljični monoksid se oslobađa direktno u atmosferu, stvarajući tako lokalne maksimume koncentracije ovog plina.
U atmosferi, CO je proizvod lančanih reakcija koje uključuju metan i druge ugljikovodike (prvenstveno izopren).
Glavni antropogeni izvor CO trenutno su izduvni gasovi motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ugljenmonoksid nastaje kada se ugljovodonična goriva sagorevaju u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem na nedovoljnim temperaturama ili loše podešenom sistemu za dovod vazduha (nedovoljno kiseonika za oksidaciju CO u CO 2 ). U prošlosti, značajan udio antropogenog unosa CO u atmosferu bio je osiguran rasvjetnim plinom koji se koristio za osvjetljavanje prostorija. Po sastavu je približno odgovarao, odnosno sadržavao je do 45% ugljičnog monoksida. Trenutno je u komunalnom sektoru ovaj plin zamijenjen znatno manje toksičnim prirodnim plinom (niži predstavnici homolognog niza - propan itd.)
Unos CO iz prirodnih i antropogenih izvora je približno isti.
Ugljični monoksid u atmosferi je u brzom ciklusu: prosječno vrijeme zadržavanja je oko 0,1 godinu, oksidira se hidroksilom u ugljični dioksid.
Potvrda
industrijskim putem
2C + O 2 → 2CO (termički efekat ove reakcije je 22 kJ),
2. ili kod restauracije vrućim ugljem:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
Ova reakcija se često javlja u ložištu kada se klapna peći zatvori prerano (sve dok ugalj potpuno ne izgori). Nastali ugljični monoksid, zbog svoje toksičnosti, uzrokuje fiziološke poremećaje (“burnout”) pa čak i smrt (vidi dolje), otuda i jedno od trivijalnih naziva – “ugljični monoksid”. Slika reakcija koje se odvijaju u peći prikazana je na dijagramu.
Reakcija redukcije ugljen-dioksida je reverzibilna, efekat temperature na ravnotežno stanje ove reakcije je prikazan na grafikonu. Tok reakcije udesno daje faktor entropije, a lijevo - faktor entalpije. Na temperaturama ispod 400°C, ravnoteža se skoro potpuno pomera ulevo, a na temperaturama iznad 1000°C udesno (u pravcu stvaranja CO). Na niskim temperaturama, brzina ove reakcije je vrlo spora, tako da je ugljični monoksid prilično stabilan u normalnim uvjetima. Ova ravnoteža ima poseban naziv boudoir balance.
3. Smjese ugljičnog monoksida sa drugim supstancama se dobijaju propuštanjem zraka, vodene pare itd. kroz sloj vrućeg koksa, kamenog ili mrkog uglja itd. (vidi,).
laboratorijska metoda
Fiziološko djelovanje, toksičnost
Ugljični monoksid je vrlo opasan, jer nema i uzroka i čak. Znaci trovanja su glavobolja, vrtoglavica i gubitak svijesti. Toksičan učinak ugljičnog monoksida temelji se na činjenici da se on jače veže za krv od kisika (u ovom slučaju nastaje karboksihemoglobin), čime blokira procese transporta kisika i ćelijskog disanja. ugljen monoksida u vazduhu industrijska preduzeća iznosi 0,02 mg/l.
TLV (granična granica SAD): 25 ppm; 29 mg/m 3 (kao TWA - Shift Average, SAD) (ACGIH 1994-1995). MAC (maksimalno dozvoljena koncentracija, SAD): 30 ppm; 33 mg/m 3 ; Trudnoća: B (štetno dejstvo je verovatno čak i na nivoima MAK) (1993.)
Zaštita od ugljičnog monoksida
Svojstva
Ugljen monoksid je gas bez boje, ukusa i mirisa. Takozvani "miris ugljen monoksida" je zapravo miris organskih nečistoća.
Molekularna masa | 28,01 |
Temperatura topljenja | -205°C |
Temperatura ključanja | -191,5°C |
Rastvorljivost | Izuzetno slabo rastvorljiv u (2,3 ml CO/100 ml H 2 O na 20°C) |
Gustina ρ | 0,00125 g/cm3 (na 0°C) |
Standardna entalpija formiranja ΔH | −110,52 kJ/mol (g) (na 298 K) |
Standardna Gibbsova energija formiranja ΔG | −137,14 kJ/mol (g) (na 298 K) |
Standardna entropija obrazovanja S | 197,54 J/mol K (g) (na 298 K) |
Standardni molar C str | 29,11 J/mol K (g) (na 298 K) |
Entalpija topljenja ΔH pl | 0,838 kJ/mol |
Entalpija ključanja ΔH kip | 6,04 kJ/mol |
t crit | -140,23°C |
P krit | 3.499 MPa |
ρ crit | 0,301 g/cm3 |
Glavne vrste kemijskih reakcija u koje je uključen ugljični monoksid su reakcije adicije i u kojima on ispoljava redukciona svojstva.
Na sobnoj temperaturi, CO je neaktivan, njegova hemijska aktivnost se značajno povećava kada se zagreva iu rastvorima (na primer, u rastvorima redukuje soli i druge na metale već na sobnoj temperaturi. Kada se zagreva, smanjuje i druge metale, na primer CO + CuO → Cu + CO 2 Ovo se široko koristi u pirometalurgiji. Metoda za kvalitativnu detekciju CO zasniva se na reakciji CO u rastvoru sa paladijum hloridom, vidi dole).
Oksidacija CO u rastvoru često se odvija značajnom brzinom samo u prisustvu katalizatora. Prilikom odabira potonjeg, priroda oksidacijskog sredstva igra glavnu ulogu. Dakle, CO najbrže oksidira u prisustvu fino usitnjenog srebra, - u prisustvu soli, - u prisustvu OsO 4 . Općenito, CO je po svojim redukcijskim svojstvima sličan molekularnom vodiku.
Ispod 830°C, CO je jači redukcioni agens; iznad, vodonik. Dakle, ravnoteža reakcije je:
H 2 O + CO ↔ CO 2 + H 2 + 42 kJ
do 830°C se pomiče udesno, iznad 830°C ulijevo.
Zanimljivo je da postoje bakterije sposobne da dobiju energiju koja im je potrebna za život zahvaljujući oksidaciji CO.
Ugljenmonoksid gori plavim plamenom (temperatura početka reakcije 700°C) na vazduhu:
CO + 1/2 O 2 → 2CO 2 ΔG° 298 = −257 kJ, ΔS° 298 = −86 J/K
Temperatura sagorevanja CO može dostići 2100°C, on je lančani, a male količine jedinjenja koja sadrže vodonik (voda i sl.) služe kao inicijatori.
Zbog tako dobre kalorijske vrijednosti, CO je sastavni dio raznih tehničkih mješavina plina (vidi, na primjer), koji se, između ostalog, koristi za grijanje.
Ugljen monoksid reaguje sa . Reakcija sa
Pokušajmo razumjeti i zapamtiti znanje iz fizike i hemije.
Ugljen monoksid (ugljen monoksid ili ugljen monoksid, hemijska formula CO) je gasovito jedinjenje koje nastaje tokom sagorevanja bilo koje vrste.
Šta se dešava kada ova supstanca uđe u organizam?
Nakon ulaska u Airways Molekuli ugljičnog monoksida odmah se nađu u krvi i vežu se za molekule hemoglobina. Formira se potpuno nova tvar - karboksihemoglobin, koji sprječava transport kisika. Iz tog razloga, nedostatak kisika se razvija vrlo brzo.
Najvažnija opasnost je što je ugljični monoksid nevidljiv i nikako uočljiv, nema ni miris ni boju, odnosno uzrok tegobe nije očigledan, nije ga uvijek moguće odmah otkriti. Ugljični monoksid se ni na koji način ne može osjetiti, zbog čega je njegovo drugo ime tihi ubica.
Osećajući umor, gubitak snage i vrtoglavicu, priznaje osoba fatalna greška odlučuje da legne. A, čak i ako tada shvati razlog i potrebu da izađe u vazduh, po pravilu nije u stanju da uradi ništa. Mnogi bi se mogli spasiti poznavanjem simptoma trovanja CO - poznavajući ih, moguće je na vrijeme posumnjati na uzrok tegobe i poduzeti potrebne mjere za spasavanje.
Koji su simptomi i znaci trovanja ugljičnim monoksidom
Ozbiljnost povrede zavisi od nekoliko faktora:
- - zdravstveno stanje i fiziološke karakteristike osobe. Oslabljeni, kod hroničnih bolesti, posebno onih praćenih anemijom, starije osobe, trudnice i deca su osetljiviji na dejstvo CO;
- - trajanje dejstva jedinjenja CO na organizam;
- je koncentracija ugljičnog monoksida u udahnutom zraku;
- – fizička aktivnost tokom trovanja. Što je aktivnost veća, to brže dolazi do trovanja.
Tri stepena težine trovanja ugljičnim monoksidom po simptomima
Stepen svjetlosti ozbiljnost karakteriziraju sljedeći simptomi: opća slabost; glavobolje, uglavnom u frontalnim i temporalnim regijama; kucanje u sljepoočnice; buka u ušima; vrtoglavica; zamagljen vid - treperenje, tačke ispred očiju; neproduktivan, tj. suhi kašalj; ubrzano disanje; otežano disanje, kratak dah; lakrimacija; mučnina; hiperemija (crvenilo) kože i sluzokože; tahikardija; porast krvnog pritiska.
Simptomi srednji stepen težina je očuvanje svih simptoma prethodne faze i njihovog težeg oblika: zamagljena svijest, gubitak svijesti je moguć na kratko vrijeme; povraćati; halucinacije, vizuelne i slušne; kršenje vestibularnog aparata, nekoordinirani pokreti; bolovi koji pritiskaju grudi.
Teški stepen trovanje karakteriziraju sljedeći simptomi: paraliza; dugotrajni gubitak svijesti, koma; konvulzije; proširenje zjenica; nehotično pražnjenje mjehura i crijeva; povećan broj otkucaja srca do 130 otkucaja u minuti, ali je u isto vrijeme slabo opipljiv; cijanoza (plava) kože i sluzokože; poremećaji disanja - postaje površan i isprekidan.
Atipični oblici trovanja ugljičnim monoksidom
Dva su od njih - nesvjestica i euforija.
Simptomi nesvjestice u obliku: bljedilo kože i sluzokože; snižavanje krvnog pritiska; gubitak svijesti.
Simptomi euforičnog oblika: psihomotorna agitacija; kršenje mentalnih funkcija: delirij, halucinacije, smijeh, neobičnosti u ponašanju; gubitak svijesti; respiratorna i srčana insuficijencija.
Kako pružiti prvu pomoć žrtvama trovanja ugljičnim monoksidom
Vrlo je važno hitno pružiti prvu pomoć, jer vrlo brzo nastaju nepopravljive posljedice.
prvo, Izvesti žrtvu na svež vazduh što je pre moguće. U slučajevima kada je to teško, tada žrtvi treba što prije staviti gas masku sa patronom od hopkalita i dati joj kisikov jastuk.
drugo, potrebno je olakšati disanje - očistiti disajne puteve, po potrebi otkopčati odeću, položiti žrtvu na bok kako bi se sprečilo eventualno potonuće jezika.
Treće- stimulišu disanje. Donesite amonijak, protrljajte grudi, zagrijte udove. I što je najvažnije - morate pozvati hitnu pomoć. Čak i ako je osoba na prvi pogled u zadovoljavajućem stanju, neophodno je da je pregleda ljekar, jer nije uvijek moguće samo po simptomima utvrditi pravi stupanj trovanja. Osim toga, blagovremeno započete terapijske mjere smanjit će rizik od komplikacija i smrtnosti od trovanja ugljičnim monoksidom. Ukoliko je žrtva u teškom stanju, neophodno je preduzeti mere reanimacije pre dolaska lekara.
Kada postoji opasnost od trovanja ugljičnim monoksidom?
U naše vrijeme slučajevi trovanja događaju se nešto rjeđe nego u onim danima kada je stambeno grijanje bilo pretežno peći, ali i sada postoji dovoljno izvora povećanog rizika. Potencijalni izvori opasnosti od trovanja ugljičnim monoksidom: kuće sa grijanjem na peći, kamini. Nepravilan rad povećava rizik od prodora ugljičnog monoksida u prostoriju, te tako nestaje u kućama s cijelim porodicama; kupke, saune, posebno one koje griju "na crno"; garaže; u industrijama koje koriste ugljični monoksid; dug boravak u blizini glavnih puteva; požar u zatvorenoj prostoriji (lift, šaht i druge prostorije koje se ne mogu ostaviti bez vanjske pomoći).
Samo brojevi
- Već pri koncentraciji ugljičnog monoksida od 0,08% javlja se blagi stupanj trovanja - javlja se glavobolja, vrtoglavica, gušenje, opća slabost.
- Povećanje koncentracije CO na 0,32% uzrokuje motoričku paralizu i nesvjesticu. Smrt nastupa za oko pola sata.
- Pri koncentraciji CO od 1,2% ili više razvija se munjevit oblik trovanja - u nekoliko udisaja osoba primi smrtonosnu dozu, smrtni ishod nastupa nakon najviše 3 minute.
- Izduvni gasovi automobila sadrže 1,5 do 3% ugljičnog monoksida. Suprotno uvriježenom mišljenju, moguće je otrovati se dok motor radi ne samo u zatvorenom prostoru, već i na otvorenom.
- Oko dvije i po hiljade ljudi u Rusiji godišnje biva hospitalizirano s različitim stepenom ozbiljnosti trovanja ugljičnim monoksidom.
Mere prevencije
Kako bi se rizik od trovanja ugljičnim monoksidom sveo na najmanju moguću mjeru, dovoljno je pridržavati se sljedećih pravila:
- - peći i kamine rukovati u skladu sa pravilima, redovno proveravati rad ventilacionog sistema i blagovremeno čistiti dimnjak, a polaganje peći i kamina poveriti samo profesionalcima;
- - ne zadržavajte se dugo u blizini prometnih puteva;
- - uvijek ugasite motor automobila u zatvorenoj garaži. Da bi koncentracija ugljičnog monoksida postala smrtonosna, dovoljno je samo pet minuta rada motora - zapamtite ovo;
- - kada dugo boravite u autu, a još više kada spavate u autu, uvijek ugasite motor
- - neka bude pravilo - ako osjetite simptome koji mogu ukazivati na trovanje ugljičnim monoksidom, otvorite prozore što prije omogućite svjež zrak, odnosno napustite prostoriju.
(st. konv.)
- Klasa opasnosti UN 2.3
- Sekundarna opasnost UN 2.1
Struktura molekula
Molekul CO, kao i izoelektronski molekul dušika, ima trostruku vezu. Budući da su ove molekule slične strukture, slična su i njihova svojstva - vrlo niske točke topljenja i ključanja, bliske vrijednosti standardnih entropija itd.
U okviru metode valentnih veza, struktura molekule CO može se opisati formulom: C≡O:, a treća veza nastaje po mehanizmu donor-akceptor, pri čemu je ugljenik akceptor elektronskog para, a kiseonik je donor.
Zbog prisustva trostruke veze, molekula CO je vrlo jaka (energija disocijacije je 1069 kJ/mol, ili 256 kcal/mol, što je više od bilo koje druge dvoatomske molekule) i ima malu međunuklearnu udaljenost (d C≡O = 0,1128 nm ili 1,13Å).
Molekul je slabo polarizovan, električni moment njegovog dipola μ = 0,04·10 -29 C·m (smer dipolnog momenta O - →C +). Potencijal jonizacije 14,0 V, konstanta sprege sile k = 18,6.
Istorija otkrića
Ugljični monoksid je prvi proizveo francuski hemičar Jacques de Lasson kada je cink oksid zagrijan s ugljem, ali je u početku zamijenjen sa vodonikom jer je gorio plavim plamenom. Činjenicu da ovaj plin sadrži ugljik i kisik otkrio je engleski hemičar William Cruikshank. Ugljenmonoksid izvan Zemljine atmosfere prvi je otkrio belgijski naučnik M. Mižot (M. Migeotte) 1949. godine prisustvom glavnog vibraciono-rotacionog pojasa u IR spektru Sunca.
Ugljen monoksid u Zemljinoj atmosferi
Postoje prirodni i antropogeni izvori ulaska u Zemljinu atmosferu. U prirodnim uslovima, na površini Zemlje, CO nastaje prilikom nepotpune anaerobne razgradnje organskih jedinjenja i tokom sagorevanja biomase, uglavnom tokom šumskih i stepskih požara. Ugljični monoksid nastaje u tlu i biološki (izlučuju ga živi organizmi) i nebiološki. Eksperimentalno je dokazano oslobađanje ugljičnog monoksida zbog fenolnih spojeva uobičajenih u tlima koja sadrže OCH 3 ili OH grupe u orto- ili para-položajima u odnosu na prvu hidroksilnu grupu.
Ukupna ravnoteža proizvodnje nebiološkog CO i njegove oksidacije mikroorganizmima zavisi od specifičnih uslova sredine, prvenstveno od vlažnosti i vrednosti . Na primjer, iz sušnih tla ugljični monoksid se oslobađa direktno u atmosferu, stvarajući tako lokalne maksimume koncentracije ovog plina.
U atmosferi, CO je proizvod lančanih reakcija koje uključuju metan i druge ugljikovodike (prvenstveno izopren).
Glavni antropogeni izvor CO trenutno su izduvni gasovi motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ugljenmonoksid nastaje kada se ugljovodonična goriva sagorevaju u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem na nedovoljnim temperaturama ili loše podešenom sistemu za dovod vazduha (nema dovoljno kiseonika za oksidaciju CO u CO 2 ). U prošlosti je značajan udio antropogenih emisija CO u atmosferu dolazio od rasvjetnog plina koji se koristio za unutarnju rasvjetu u 19. stoljeću. Po sastavu je približno odgovarao vodenom plinu, odnosno sadržavao je do 45% ugljičnog monoksida. Trenutno je u komunalnom sektoru ovaj gas zamijenjen znatno manje toksičnim prirodnim plinom (niži predstavnici homolognog niza alkana - propan itd.)
Unos CO iz prirodnih i antropogenih izvora je približno isti.
Ugljični monoksid u atmosferi je u brzom ciklusu: prosječno vrijeme zadržavanja je oko 0,1 godinu, oksidira se hidroksilom u ugljični dioksid.
Potvrda
industrijskim putem
2C + O 2 → 2CO (termički efekat ove reakcije je 22 kJ),
2. ili kod redukcije ugljičnog dioksida vrućim ugljem:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
Ova reakcija se često javlja u ložištu kada se klapna peći zatvori prerano (sve dok ugalj potpuno ne izgori). Nastali ugljični monoksid, zbog svoje toksičnosti, uzrokuje fiziološke poremećaje (“burnout”) pa čak i smrt (vidi dolje), otuda i jedno od trivijalnih naziva – “ugljični monoksid”. Slika reakcija koje se odvijaju u peći prikazana je na dijagramu.
Reakcija redukcije ugljen-dioksida je reverzibilna, efekat temperature na ravnotežno stanje ove reakcije je prikazan na grafikonu. Tok reakcije udesno daje faktor entropije, a lijevo - faktor entalpije. Na temperaturama ispod 400°C, ravnoteža se skoro potpuno pomera ulevo, a na temperaturama iznad 1000°C udesno (u pravcu stvaranja CO). Na niskim temperaturama, brzina ove reakcije je vrlo spora, tako da je ugljični monoksid prilično stabilan u normalnim uvjetima. Ova ravnoteža ima poseban naziv boudoir balance.
3. Smjese ugljičnog monoksida sa drugim supstancama se dobijaju propuštanjem zraka, vodene pare, itd. kroz sloj vrućeg koksa, kamenog ili mrkog uglja, itd. (vidi proizvodni plin, vodeni plin, miješani plin, sintetski plin).
laboratorijska metoda
TLV (maksimalna granična koncentracija, SAD): 25 MPC r.z. prema Higijenskim standardima GN 2.2.5.1313-03 je 20 mg/m³
Zaštita od ugljičnog monoksida
Zbog tako dobre kalorične vrijednosti, CO je komponenta raznih tehničkih plinskih mješavina (vidi, na primjer, generatorski plin) koji se, između ostalog, koriste za grijanje.
halogeni. Reakcija s hlorom dobila je najveću praktičnu primjenu:
CO + Cl 2 → COCl 2
Reakcija je egzotermna, njen termički efekat je 113 kJ, u prisustvu katalizatora (aktivnog ugljena) teče već na sobnoj temperaturi. Kao rezultat reakcije nastaje fosgen - supstanca koja je postala rasprostranjena u raznim granama hemije (a takođe i kao hemijsko ratno sredstvo). Analognim reakcijama mogu se dobiti COF 2 (karbonil fluorid) i COBr 2 (karbonil bromid). Karbonil jodid nije primljen. Egzotermnost reakcija brzo opada od F do I (za reakcije sa F 2 termički efekat je 481 kJ, sa Br 2 - 4 kJ). Takođe je moguće dobiti mešovite derivate, kao što je COFCl (za detalje pogledajte halogene derivate ugljene kiseline).
Reakcijom CO sa F 2, pored karbonil fluorida, može se dobiti i peroksidno jedinjenje (FCO) 2 O 2. Njegove karakteristike: tačka topljenja -42°C, tačka ključanja +16°C, ima karakterističan miris (slično mirisu ozona), raspada se eksplozijom kada se zagrije iznad 200°C (produkti reakcije CO 2 , O 2 i COF 2), u kiseloj sredini reaguje sa kalijum jodidom prema jednačini:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
Ugljen monoksid reaguje sa halkogenima. Sa sumporom stvara ugljični sulfid COS, reakcija teče kada se zagrije, prema jednačini:
CO + S → COS ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/K
Takođe su dobijeni slični selenoksid Cose i teluroksid COTe.
Vraća SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
Sa prelaznim metalima stvara vrlo isparljiva, zapaljiva i toksična jedinjenja - karbonile, kao što su Cr (CO) 6, Ni (CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 itd.
Kao što je gore navedeno, ugljen monoksid je slabo rastvorljiv u vodi, ali ne reaguje sa njim. Takođe, ne reaguje sa rastvorima alkalija i kiselina. Međutim, on reaguje sa topljenjem alkalija:
CO + KOH → HCOOK
Zanimljiva reakcija je reakcija ugljičnog monoksida s metalnim kalijem u otopini amonijaka. U tom slučaju nastaje eksplozivno jedinjenje kalij-dioksodikarbonat:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
vidi takođe
Književnost
- Akhmetov N. S. General i neorganska hemija. 5. izdanje, rev. - M.: Više. škola; 2003 ISBN 5-06-003363-5
- Nekrasov B. V. Osnove opšta hemija. T. I, ur. 3., rev. i dodatne Izdavačka kuća "Hemija", 1973. Str. 495-497, 511-513
- Hemija: Ref. from./V. Schroeter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak et al.: Pers. s njim. 2. izd., stereotip. - M.: Hemija, 2000 ISBN 5-7245-0360-3 (ruski)
Linkovi
- Međunarodna hemijska sigurnosna kartica za ugljični monoksid
Wikimedia fondacija. 2010 .