Монооксид вуглецю (чадний газ, окис вуглецю, оксид вуглецю(II)) - безбарвний надзвичайно токсичний газ без смаку та запаху, легший за повітря (за нормальних умов). Хімічна формула – CO.
Будова молекули
Завдяки наявності потрійного зв'язку молекула CO дуже міцна (енергія дисоціації 1069 кДж/моль або 256 ккал/моль, що більше, ніж у будь-яких інших двоатомних молекул) і має малу міжядерну відстань ( d C≡O =0,1128 нм або 1,13 Å).
Молекула слабо поляризована, її електричний дипольний момент μ = 0,04⋅10 −29 Кл·м . Численні дослідження показали, що негативний заряд у молекулі CO зосереджено на атомі вуглецю C − ←O + (напрямок дипольного моменту в молекулі протилежно передбачуваному раніше). Енергія іонізації 14,0 еВ, силова константа зв'язку k = 18,6 .
Властивості
Оксид вуглецю(II) є безбарвним газом без смаку і запаху. Горючий. Так званий «запах чадного газу» насправді є запах органічних домішок.
| Стандартна енергія Гіббса освіти Δ G | −137,14 кДж/моль (м.) (при 298 К) |
| Стандартна ентропія освіти S | 197,54 Дж/моль K (р.) (при 298 К) |
| Стандартна мольна теплоємність C p | 29,11 Дж/моль K (р.) (при 298 К) |
| Ентальпія плавлення Δ Hпл | 0,838 кДж/моль |
| Ентальпія кипіння Δ Hстос | 6,04 кДж/моль |
| Критична температура tкрит | −140,23 °C |
| Критичний тиск Pкрит | 3,499 МПа |
| Критична щільність ρ крит | 0,301 г/см³ |
Основними типами хімічних реакцій, В яких бере участь оксид вуглецю(II), є реакції приєднання та окислювально-відновні реакції, в яких він виявляє відновлювальні властивості.
При кімнатних температурах CO малоактивний, його хімічна активність значно підвищується при нагріванні та розчинах. Так, у розчинах він відновлює солі , , та інших до металів вже при кімнатній температурі. При нагріванні відновлює інші метали, наприклад CO + CuO → Cu + CO 2 . Це широко використовується в пірометаллургії. На реакції CO в розчині з хлоридом паладію заснований спосіб якісного виявлення CO див. нижче.
Окислення в розчині часто йде з помітною швидкістю лише в присутності каталізатора. При доборі останнього основну роль грає природа окислювача. Так, KMnO 4 найшвидше окислює СО у присутності дрібнороздробленого срібла , K 2 Cr 2 O 7 - у присутності солей , KClO 3 - у присутності OsO 4 . Загалом, за своїми відновлювальним властивостямСО схожий на молекулярний водень.
Нижче 830 °C сильнішим відновником є CO, - вище водень. Тому рівновагу реакції
H 2 O + CO ⇄ CO 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\rightleftarrows CO_(2)+H_(2))))до 830 °C зміщено вправо, вище 830 °C вліво.
Цікаво, що існують бактерії, здатні за рахунок окислення СО отримувати необхідну для життя енергію.
Оксид вуглецю (II) горить полум'ям синього кольору(температура початку реакції 700 °C) на повітрі:
2 CO + O 2 → 2 CO 2 (\displaystyle (\mathsf (2CO+O_(2)\rightarrow 2CO_(2)))) (Δ G° 298 = −257 кДж, Δ S° 298 = -86 Дж / K).Температура горіння CO може досягати 2100 °C. Реакція горіння є ланцюговою, причому ініціаторами служать невеликі кількості водородсодержащих сполук (вода, аміак, сірководень та ін.)
Завдяки такій гарній теплотворній здатності, CO є компонентом різних технічних газових сумішей(див., наприклад, генераторний газ), що використовуються, в тому числі, для опалення. У суміші з повітрям вибухонебезпечний; нижній та верхній концентраційні межі поширення полум'я: від 12,5 до 74 % (за обсягом).
галогенами. Найбільше практичне застосуванняотримала реакція з хлором:
C O + C l 2 → h ν C O C l 2 . (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)(\xrightarrow (h\nu ))COCl_(2))).)Реакцією CO з F 2 крім карбонілфториду COF 2 можна отримати перекисне з'єднання (FCO) 2 O 2 . Його характеристики: температура плавлення −42 °C, кипіння +16 °C, має характерний запах (схожий на запах озону), при нагріванні вище 200 °C розкладається з вибухом (продукти реакції CO 2 , O 2 і COF 2), кислому середовищіреагує з іодидом калію за рівнянням:
(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).))))Оксид вуглецю (II) реагує з халькогенами. З сіркою утворює сероксид вуглецю COS, реакція йде при нагріванні, за рівнянням:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS))) (Δ G° 298 = −229 кДж, Δ S° 298 = -134 Дж / K).Отримано також аналогічні селеноксид вуглецю COSe та телуроксид вуглецю COTe.
Відновлює SO 2:
2 CO + S O 2 → 2 CO 2 + S . (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.)))З перехідними металами утворює горючі та отруйні сполуки - карбоніли , такі як , , , , та ін Деякі з них леткі.
n CO + Me → [Me (CO) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow )))Оксид вуглецю(II) незначно розчиняється у воді, проте не реагує з нею. Також він не вступає в реакції з розчинами лугів та кислот. Однак реагує з розплавами лугів з утворенням відповідних форміат:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\rightarrow HCOOK.)))Цікавою є реакція оксиду вуглецю(II) з металевим калієм в аміачному розчині. При цьому утворюється вибухова сполука діоксодікарбонат калію:
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 )))спирти + лінійні алкани.Цей процес є джерелом виробництва таких найважливіших промислових продуктів як метанол, синтетичне дизельне паливо, багатоатомні спирти, олії та мастила.
Фізіологічна дія
Токсичність
Чадний газ дуже токсичний.
Токсична дія оксиду вуглецю (II) обумовлена утворенням карбоксигемоглобіну - значно міцнішого карбонільного комплексу з гемоглобіном, порівняно з комплексом гемоглобіну з киснем (оксигемоглобіном). Таким чином, блокуються процеси транспортування кисню та клітинного дихання. Концентрація у повітрі понад 0,1 % призводить до смерті протягом однієї години .
- Потерпілого слід винести на свіже повітря. При отруєнні легкого ступеня достатньо гіпервентиляції легень киснем.
- Штучна вентиляція легенів.
- Лобелін чи кофеїн під шкіру.
- Карбоксилаза внутрішньовенно.
Світовій медицині невідомі надійні антидоти для застосування у разі отруєння чадним газом.
Захист від оксиду вуглецю(ІІ)
Ендогенний монооксид вуглецю
Ендогенний монооксид вуглецю виробляється в нормі клітинами організму людини та тварин та виконує функцію сигнальної молекули. Він відіграє відому фізіологічну роль в організмі, зокрема, є нейротрансмітером і викликає вазодилатацію. Зважаючи на роль ендогенного чадного газу в організмі, порушення його метаболізму пов'язують з різними захворюваннями, такими, як нейродегенеративні захворювання, атеросклероз кровоносних судин, гіпертонічна хвороба, серцева недостатність, різні запальні процеси.
Ендогенний чадний газ утворюється в організмі завдяки окислюючій дії ферменту гемоксигенази на гем, що є продуктом руйнування гемоглобіну і міоглобіну, а також інших білків, що містять гемоглобіну. Цей процес викликає утворення в крові людини невеликої кількості карбоксигемоглобіну, навіть якщо людина не курить і дихає не атмосферним повітрям (що завжди містить невеликі кількості екзогенного чадного газу), а чистим киснем або сумішшю азоту з киснем.
Після першими даними про те, що ендогенний чадний газ є нормальним нейротрансмітером в організмі людини, а також одним з трьох ендогенних газів, які в нормі модулюють перебіг запальних реакцій в організмі (два інших - оксид азоту (II) і сірководень). ), ендогенний чадний газ привернув значну увагу клініцистів та дослідників як важливий біологічний регулятор. Було показано, що у багатьох тканинах всі три вищезгадані гази є протизапальними речовинами, вазодилататорами, а також викликають ангіогенез. Однак не все так просто й однозначно. Ангіогенез – не завжди корисний ефект, оскільки він, зокрема, відіграє роль у зростанні злоякісних пухлин, а також є однією із причин ушкодження сітківки при макулярній дегенерації. Зокрема, важливо відзначити, що куріння (основне джерело чадного газу в крові, що дає у кілька разів більшу концентрацію його, ніж природна продукція), підвищує ризик макулярної дегенерації сітківки в 4-6 разів.
Існує теорія про те, що в деяких синапсах нервових клітин, де відбувається довготривале запам'ятовування інформації, що приймає клітина у відповідь на прийнятий сигнал виробляє ендогенний чадний газ, який передає сигнал назад передає клітині, чим повідомляє їй про свою готовність і надалі приймати сигнали від неї і підвищуючи активність передавача сигналу. Деякі з цих нервових клітин містять гуанілатциклазу, фермент, який активується при дії ендогенного чадного газу.
Дослідження, присвячені ролі ендогенного чадного газу як протизапальної речовини та цитопротектора, проводилися в багатьох лабораторіях по всьому світу. Ці властивості ендогенного чадного газу впливають на його метаболізм цікавою терапевтичною мішенню для лікування таких різних патологічних станів, як пошкодження тканин, спричинене ішемією та наступною реперфузією (а це, наприклад, інфаркт міокарда, ішемічний інсульт), відторгнення трансплантату, атеросклероз. , важка малярія, аутоімунні захворювання Проводились у тому числі й клінічні випробування на людині, проте результати їх поки що не опубліковані.
Підсумовуючи те, що відомо на 2015 рік про роль ендогенного чадного газу в організмі, можна викласти таким чином:
- Ендогенний чадний газ – одна з важливих ендогенних сигнальних молекул;
- Ендогенний чадний газ модулює функції ЦНС та серцево-судинної системи;
- Ендогенний чадний газ пригнічує агрегацію тромбоцитів та їх адгезію до стінок судин;
- Вплив на обмін ендогенного чадного газу в майбутньому може бути однією з важливих терапевтичних стратегій при низці захворювань.
Історія відкриття
Токсичність диму, що виділяється при горінні вугілля, було описано ще Аристотелем і Галеном.
Оксид вуглецю(II) був вперше отриманий французьким хіміком Жаком де Лассоном при нагріванні оксиду цинку з вугіллям, але спочатку його помилково прийняли за водень, оскільки він згоряв синім полум'ям.
Те, що до цього газу входить вуглець і кисень, з'ясував в англійський хімік Вільям Крюйкшенк. Токсичність газу була досліджена у 1846 році французьким медиком Клодом Бернаром у дослідах на собаках.
Оксид вуглецю (II) поза атмосферою Землі вперше був виявлений бельгійським ученим М. Міжотом (M. Migeotte) у 1949 році за наявності основної коливально-обертальної смуги в ІЧ-спектрі Сонця. Оксид вуглецю(II) у міжзоряному середовищі був виявлений у 1970 році.
Отримання
Промисловий спосіб
- Утворюється при горінні вуглецю або сполук на його основі (наприклад, бензину) в умовах нестачі кисню:
- або при відновленні діоксиду вуглецю розпеченим вугіллям:
Ця реакція відбувається при пічній топці, коли дуже рано закривають пічну заслінку (поки остаточно не прогоріло вугілля). Оксид вуглецю (II), що утворюється при цьому, внаслідок своєї отруйності викликає фізіологічні розлади («чад») і навіть смерть (див. нижче), звідси і одна з тривіальних назв - «чадний газ».
Реакція відновлення діоксиду вуглецю оборотна, вплив температури на стан рівноваги цієї реакції наведено на графіку. Протікання реакції праворуч забезпечує ентропійний фактор, а вліво - ентальпійний. При температурі нижче 400 °C рівновага практично повністю зсунута вліво, а при температурі вище 1000 °C вправо (у бік утворення CO). За низьких температур швидкість цієї реакції дуже мала, тому оксид вуглецю(II) за нормальних умов цілком стійкий. Ця рівновага носить спеціальну назву рівновага Будуара.
- Суміші оксиду вуглецю(II) з іншими речовинами отримують при пропусканні повітря, водяної пари і т. п. крізь шар розжареного коксу, кам'яного або бурого вугілля і т. п. (див. генераторний газ, водяний газ, змішаний газ, синтез-газ ).
Лабораторний спосіб
- Розкладання рідкої мурашиної кислоти під впливом гарячої концентрованої сірчаної кислоти чи пропускання газоподібної мурашиної кислоти над оксидом фосфору P 2 O 5 . Схема реакції:
- Нагрівання суміші щавлевої та концентрованої сірчаної кислот. Реакція йде за рівнянням:
- Нагрівання суміші гексаціаноферату(II) калію з концентрованою сірчаною кислотою. Реакція йде за рівнянням:
- Відновленням з карбонату цинку магнієм при нагріванні:
Визначення оксиду вуглецю(ІІ)
Якісно можна визначити наявність CO за потемнінням розчинів паладію хлориду (або просоченого цим розчином паперу). Потемніння пов'язане з виділенням дрібнодисперсного металевого паладію за схемою:
P d C l 2 + C O + H 2 O → P d ↓ + C O 2 + 2 H C l . (\displaystyle (\mathsf (PdCl_(2)+CO+H_(2)O\rightarrow Pd\downarrow +CO_(2)+2HCl.))))Ця реакція дуже чутлива. Стандартний розчин: 1 г хлориду паладію на літр води.
Кількісне визначення оксиду вуглецю(II) засноване на йодометричній реакції:
5 CO + I 2 O 5 → 5 CO 2 + I 2 . (\displaystyle (\mathsf (5CO+I_(2)O_(5)\rightarrow 5CO_(2)+I_(2).)))Застосування
- Оксид вуглецю(II) є проміжним реагентом, що використовується в реакціях з воднем у найважливіших промислових процесах для одержання органічних спиртів та нерозгалужених вуглеводнів.
- Оксид вуглецю(II) застосовується для обробки м'яса тварин і риби, надає їм яскраво-червоного кольору та виду свіжості, не змінюючи смаку (технології Clear smokeі Tasteless smoke). Допустима концентрація CO дорівнює 200 мг/кг м'яса.
- Оксид вуглецю(II) є основним компонентом генераторного газу, що використовувався як паливо в газогенераторних автомобілях.
- Чадний газ від вихлопу двигунів застосовувався нацистами в роки Другої світової війни для масового умертвіння людей шляхом отруєння.
Оксид вуглецю(II) в атмосфері Землі
Розрізняють природні та антропогенні джерела надходження в атмосферу Землі. У природних умовах, на поверхні Землі, CO утворюється при неповному анаеробному розкладанні органічних сполукта при згорянні біомаси, в основному в ході лісових та степових пожеж. Оксид вуглецю (II) утворюється у ґрунті як біологічним шляхом (виділення живими організмами), так і небіологічним. Експериментально доведено виділення оксиду вуглецю(II) за рахунок звичайних у ґрунтах фенольних сполук, що містять групи OCH 3 або OH в орто- або пара-положеннях по відношенню до першої гідроксильної групи.
Загальний баланс продукування небіологічного CO та його окислення мікроорганізмами залежить від конкретних екологічних умов, насамперед від вологості та значення. Наприклад, з аридних ґрунтів оксид вуглецю(II) виділяється безпосередньо в атмосферу, створюючи таким чином локальні максимуми концентрації цього газу.
В атмосфері є продуктом ланцюжків реакцій за участю метану та інших вуглеводнів (в першу чергу, ізопрену).
Основним антропогенним джерелом CO в даний час є вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння. Оксид вуглецю утворюється при згорянні вуглеводневого палива в двигунах внутрішнього згоряння при недостатніх температурах або поганому настроюванні системи подачі повітря (подається недостатня кількість кисню для окислення CO в CO 2 ). У минулому значну частку антропогенного надходження CO у атмосферу забезпечував
Ось, давно лежить у мене "посібник з топки печей"Виправте, колеги, якщо що неправильно...
Топка печей
Нагрівання печей залежить стану печі, палива, вміння правильно топити піч. За піччю слід систематично доглядати, тобто чистити, замазувати навіть незначні тріщини, які можуть призвести до утворення конденсату. Наприклад, через 2-міліметрову тріщину навколо периметра рамки засувки протягом години просочується до 15 м3 повітря, яке, нагріваючись до 80...100°С, нестиме тепло, а це становить 10% його втрат.
При подачі зайвого повітря через піддувало втрати тепла становлять 15-25%, а якщо горіння відбувається з відкритими дверцятами топки, то втрати тепла досягають 40%. Пекти чистять і ремонтують один-два рази на рік у літній час. Димові труби чистять двічі-тричі в опалювальний сезон.
Нагрів стін печі насамперед залежить від того, в якому стані вони знаходяться. Якщо на стінках печі або в димарях багато сажі та золи, то вони нагріваються слабо і на топку доводиться витрачати набагато більше палива та часу. Товщина шару 1-2 мм значно погіршує сприйняття тепла стінками.
Перед топкою очищають колосникові ґрати, видаляють увесь золу. Це забезпечує вільне проходження повітря до палива, що горить. Паливо заготовляють заздалегідь, щоб воно було сухим. Колоті дрова вважаються сухими лише через рік після того, як вони були покладені в клітку і перебували на вулиці під навісом.
Слід застосовувати лише сухе паливо. При згорянні сирого палива наявна в ньому волога перетворюється на пару, яка, проходячи каналами печі, остуджує їх, а потрапляючи на холодні стінки труби, осідає на них, перетворюючись на краплі, які, стікаючи, змішуються з сажею, утворюючи конденсат.
Теплотворна спроможність палива різна. Візьмемо, наприклад, сухі дрова різних порід. Наприклад, 3/4 м3 дубових дров рівноцінні 1 м3 березових, 1,2 – вільхових, 1,2 – соснових, 1,3 – ялинових, 1,5 – осинових. Дрова мають бути наколоті на поліни середньою товщиною 8-10 см. Для топки слід відбирати поліни однакової товщини, що важливо для рівномірного нагрівання печі.
Торф може горіти практично у будь-яких печах, але для цього треба посилити тягу. Для торфу найкраще класти печі з відповідним паливником.
Тривалість топки печей становить середньому 1-1,5 год. Після топки поверхню печі має бути нагріта до температури 70...80°С, у поодиноких випадках до 90°С. За більш високої температури пил на поверхні печі пригоряє, виділяючи неприємний запах. Тому лицьові стінки печі слід систематично очищати, витираючи сухою ганчіркою пил, що зібрався. Особливо ретельно це треба робити на початку опалювального сезону. Перегрівати пекти не слід. Це може призвести до утворення тріщин та розладу пічної кладки. Великі печі, які топлять через 1-2 дні, не завжди хороші: по-перше, вони займають багато місця в приміщенні, по-друге, через сильне нагрівання приміщення доводиться часто відкривати кватирки для провітрювання, що призводить до перевитрати палива.
У топку відразу закладають ту кількість дров, яка потрібна для нормального нагрівання печі. Кладуть дрова кліткою або рядами із зазорами між полінами до 10 мм, щоб усі поліни починали спалахувати відразу з усіх боків, створюючи якнайбільше спека. При цьому дров'яна кладка не повинна доходити до верху паливника щонайменше на 20 см. За таких умов дрібні частинки палива та різні горючі речовини згоряють у паливнику до того, як вони потраплять у димарі. По-перше, це підвищує температуру печі. По-друге, потрапляючи в димарі, частинки, що не згоріли, засмічують їх, і вони менше поглинають тепла. Для розпалювання під нижній ряд кладуть найсухіші поліни, а під них сухі тріски, скіпки, папір. Категорично забороняється застосовувати гас, бензин, ацетон тощо вибухонебезпечні речовини.
Для того щоб піч не диміла, спочатку спалюють папір, тонкі скіпки, стружку, заповнюючи димарі теплим повітрям, а потім розтоплюють піч. Дрова (або торф) укладають так, щоб вони рівним шаром лежали на колосниковій решітці або на поду печі, ближче до дверей топки.
Розпалююча піч, топкові дверцята, заслінки, засувку та хуртовину відкривають повністю. Після розпалювання, як тільки дрова розгоряться, топку зачиняють, а піддувальну відкривають. Тягу в печі регулюють піддувальними дверцятами, засувкою або юшкою.
Зазвичай силу тяги визначають кольором полум'я: якщо полум'я червоне з темними смугами, та якщо з труби йде бурий чи чорний дим, отже повітря бракує і його подачу треба збільшити; якщо полум'я золотаво-жовте, подача повітря вважається нормальною; якщо яскраво-білого кольору, а в каналах печі чується гудіння, це говорить про те, що повітря надходить у надлишку і подачу його потрібно зменшити.
У процесі горіння палива відкривати топкові дверцята не можна, оскільки холодне повітря, що надходить в топку, охолоджує канали печі.Отже, з викладеного можна сформулювати такі правила.
1. У міру прогоряння палива треба прикривати не тільки дверцята паливника, а й частково хуртовину або засувку.
2. Перемішувати (ворушити) дрова можна тільки після того, як вони добре прогорять і між полінами утворюються великі порожнечі, крізь які надміру починає надходити повітря, охолоджуючи піч.
3. Якщо залишаються головешки, то їх збирають у центрі паливника (пода печі) або колосникових грат і обкладають вугіллям, що яскраво горить. Вугілля, що вигоряє, і головешки повинні лежати на шляху руху повітря до паливника. Приплив надлишкового повітря небажаний.
4. Коли вугілля прогорять (тобто зникне синє полум'я, що говорить про те, що виділяється чадний газ), їх треба розрівняти по решітці або поду паливника, ближче до дверцят, і щільно її прикрити. Трубу рекомендується залишити відкритою ще на 5-10 хв, щоб залишки чадного газу не проникли в приміщення, що може призвести до отруєння і загибелі людей. (с)Все геніальне просто!
Бритися просто. Наберіть піввідра води і вигреб вугілля з топки у відро, поки чисто в топці не стане. Якщо там є недогоріла вперта головешка, що залишилася, то і її теж. Теж саме зробіть із піддувалом. І спокійно закривайте засувку.
Має потрійний зв'язок. Так як ці молекули подібні за будовою, то й властивості їх схожі - дуже низькі температури плавлення і кипіння, близькі значення стандартних ентропій і т.п.
У межах методу валентних зв'язків будову молекули CO можна описати формулою:C≡O:, причому третій зв'язок утворена по донорно-акцепторному механізму, де вуглець є донором електронної пари, а кисень - акцептором.
Відповідно до методу молекулярних орбіталей електронна конфігурація незбудженої молекули CO 2 O 2 z 4 x, y 2 C . Потрійний зв'язок утворено σ -зв'язком, утвореним за рахунок σ zелектронної пари, а електрони двічі виродженого рівня π x, yвідповідають двом σ -зв'язків. Електрони на незв'язуючих C -орбіталі і O -орбіталі відповідають двом електронним парам, одна з яких локалізована у атома , інша - у атома .
Завдяки наявності потрійного зв'язку молекула CO дуже міцна (енергія дисоціації 1069 кДж/моль, або 256 ккал/моль, що більше, ніж у будь-яких інших двоатомних молекул) і має малу між'ядерну відстань (d C≡O =0,1128 нм або 1, 13Å).
Молекула слабо поляризована, електричний момент її диполя μ = 0,04 · 10 -29 Кл · м (напрямок дипольного моменту C - → O +). Іонізаційний потенціал 14,0, силова константа зв'язку k = 18,6.
Історія відкриття
Монооксид вуглецю був вперше отриманий французьким хіміком Жаком де Лассоном при нагріванні оксиду цинку з вугіллям, але спочатку його помилково прийняли за водень, оскільки він згоряв синім полум'ям. Те, що до цього газу входить вуглець і кисень, з'ясував в англійський хімік Вільям Крукшенк. Моноксид вуглецю в атмосфері Землі вперше був виявлений бельгійським ученим М. Міжотом (M. Migeotte) у 1949 році за наявності основної коливально-обертальної смуги в ІЧ спектрі Сонця.
Монооксид вуглецю в атмосфері Землі
Розрізняють природні та антропогенні джерела надходження. У природних умовах на поверхні Землі CO утворюється при неповному анаеробному розкладанні органічних сполук і при згорянні біомаси, в основному в ході лісових і степових пожеж. Монооксид вуглецю утворюється у ґрунті як біологічним шляхом (виділення живими організмами), так і небіологічним. Експериментально доведено виділення монооксиду вуглецю за рахунок звичайних у ґрунтах фенольних сполук, що містять групи OCH 3 або OH в орто- або пара-положеннях по відношенню до першої гідроксильної групи.
Загальний баланс продукування небіологічного CO та його окиснення мікроорганізмами залежить від конкретних екологічних умов, в першу чергу від і закінчення. Наприклад, з аридних ґрунтів монооксид вуглецю виділяється безпосередньо в атмосферу, створюючи таким чином локальні максимуми концентрації цього газу.
В атмосфері є продуктом ланцюжків реакцій за участю метану та інших вуглеводнів (в першу чергу, ізопрену).
Основним антропогенним джерелом CO в даний час є вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння. Оксид вуглецю утворюється при згорянні вуглеводневого палива в двигунах внутрішнього згоряння при недостатніх температурах або поганому настроюванні системи подачі повітря (недостатньо кисню для окислення CO в CO 2 ). У минулому значну частку антропогенного надходження CO в атмосферу забезпечував світильний газ, що використовується для освітлення приміщень . За складом він приблизно відповідав, тобто містив до 45% монооксиду вуглецю. В даний час у комунальній сфері цей газ витіснений набагато менш токсичним природним газом (нижчі представники гомологічного ряду - пропан та ін.)
Надходження CO від природних та антропогенних джерел приблизно однаково.
Монооксид вуглецю в атмосфері знаходиться у швидкому кругообігу: середній час його перебування становить близько 0,1 року, окислюючись гідроксилом до діоксиду вуглецю.
Отримання
Промисловий спосіб
2C + O 2 → 2CO (тепловий ефект цієї реакції 22 кДж),
2. або при відновленні розпеченим вугіллям:
CO 2 + C ↔ 2CO (H=172 кДж, S=176 Дж/К).
Ця реакція часто відбувається при пічній топці, коли дуже рано закривають пічну заслінку (поки остаточно не прогоріло вугілля). монооксид вуглецю, що утворюється при цьому, внаслідок своєї отруйності, викликає фізіологічні розлади («чад») і навіть смерть (див. нижче), звідси і одна з тривіальних назв - «чадний газ». Картина реакцій, що протікають у печі, наведена на схемі.
Реакція відновлення діоксиду вуглецю оборотна, вплив температури на стан рівноваги цієї реакції наведено на графіку. Протікання реакції праворуч забезпечує ентропійний фактор, а вліво - ентальпійний. При температурі нижче 400°C рівновага практично повністю зсунута вліво, а при температурі вище 1000°C вправо (у бік утворення CO). При низьких температурах швидкість цієї реакції дуже мала, тому монооксид вуглецю за нормальних умов цілком стійкий. Ця рівновага носить спеціальну назву рівновага Будуара.
3. Суміші монооксиду вуглецю з іншими речовинами одержують при пропусканні повітря, водяної пари і т. п. крізь шар розжареного коксу, кам'яного або бурого вугілля тощо (див. , ).
Лабораторний спосіб
Фізіологічна дія, токсичність
Чадний газ дуже небезпечний, тому що не має і викликає і навіть . Ознаками отруєння є головний біль, запаморочення та втрата свідомості. Токсична дія монооксиду вуглецю заснована на тому, що він зв'язується з крові міцніше, ніж кисень (при цьому утворюється карбоксигемоглобін), таким чином, блокуючи процеси транспортування кисню та клітинного дихання. монооксиду вуглецю в повітрі промислових підприємствстановить 0,02 мг/л.
TLV (гранична порогова концентрація, США): 25 ppm; 29 мг/м 3 (як TWA – середньозмінна концентрація, США) (ACGIH 1994-1995). MAС (максимальна допустима концентрація, США): 30 ppm; 33 мг/м 3; Вагітність: B (шкідливий ефект можливий навіть на рівні MAK) (1993)
Захист від монооксиду вуглецю
Властивості
Монооксид вуглецю є безбарвним газом без смаку і запаху. Так званий «запах чадного газу» насправді є запахом органічних домішок.
| Молекулярна маса | 28,01 |
| Температура плавлення | −205°C |
| Температура кипіння | −191,5°C |
| Розчинність | Вкрай слабо розчинний (2,3 мл CO/100 мл H 2 O при 20°C) |
| Щільність ρ | 0,00125 г/см 3 (при 0°C) |
| Стандартна ентальпія освіти ΔH | −110,52 кДж/моль (г) (при 298 К) |
| Стандартна енергія Гіббсу освіти ΔG | −137,14 кДж/моль (г) (при 298 К) |
| Стандартна ентропія освіти S | 197,54 Дж/моль K (г) (при 298 К) |
| Стандартна мольна C p | 29,11 Дж/моль K (г) (при 298 К) |
| Ентальпія плавлення ΔH пл | 0,838 кДж/моль |
| Ентальпія кипіння ΔH кіп | 6,04 кДж/моль |
| t крит | −140,23°C |
| P крит | 3,499 МПа |
| ρ крит | 0,301 г/см 3 |
Основними типами хімічних реакцій, у яких бере участь монооксид вуглецю, є реакції приєднання і , у яких виявляє відновлювальні властивості.
При кімнатних температурах CO малоактивний, його хімічна активність значно підвищується при нагріванні та в розчинах (так, у розчинах він відновлює солі , та інших до металів вже при кімнатній температурі. При нагріванні відновлює і погані метали, наприклад CO + CuO → Cu + CO 2 .Це широко використовується в пірометаллургії.На реакції CO в розчині з хлоридом паладію заснований спосіб якісного виявлення CO, див.
Окислення в розчині часто йде з помітною швидкістю лише в присутності каталізатора. При доборі останнього основну роль грає природа окислювача. Так, найшвидше окислює СО у присутності дрібнороздробленого срібла, - у присутності солей, - у присутності OsO 4 . Загалом, за своїми відновлювальними властивостями СО схожий на молекулярний водень.
Нижче 830°C сильнішим відновником є CO - вище водень. Тому рівновага реакції:
H 2 O + CO ↔ CO 2 + H 2 + 42 кДж
до 830 ° С зміщено вправо, вище 830 ° C вліво.
Цікаво, що існують бактерії, здатні за рахунок окислення СО отримувати необхідну для життя енергію.
Монооксид вуглецю горить синім полум'ям (температура початку реакції 700°C) на повітрі:
CO + 1 / 2 O 2 → 2CO 2 ΔG° 298 = −257 кДж, ΔS° 298 = −86 Дж/K
Температура горіння CO може досягати 2100°C, вона є ланцюговою, причому ініціаторами служать невеликі кількості водородсодержащих сполук (вода, та ін.)
Завдяки такій гарній теплотворній здатності CO є компонентом різних технічних газових сумішей (див., наприклад ), що використовуються, в тому числі, для опалення.
Монооксид вуглецю реагує на . Найбільшого практичного застосування отримала реакція з
Спробуймо розібратися і згадати знання з фізики та хімії.
Чадний газ (окис вуглецю, або монооксид вуглецю, хімічна формулаСО) – газоподібне з'єднання, що утворюється під час горіння будь-якого виду.
Що відбувається при попаданні цієї речовини в організм?
Після потрапляння в дихальні шляхимолекули чадного газу відразу виявляються в крові та зв'язуються з молекулами гемоглобіну. Утворюється зовсім нова речовина – карбоксигемоглобін, що перешкоджає транспортуванню кисню. Тому дуже швидко розвивається киснева недостатність.
Найголовніша небезпека - чадний газ невидимий і ніяк не відчутний, він не має ні запаху, ні кольору, тобто причина нездужання не очевидна, її не завжди вдається виявити відразу. Монооксид вуглецю неможливо ніяк відчути, саме тому друга його назва – тихий вбивця.
Відчувши втому, занепад сил і запаморочення, людина припускає фатальну помилку– вирішує прилягти. І, навіть якщо розуміє потім причину і необхідність виходу повітря, вжити нічого вже, зазвичай, неспроможна. Багатьох могли б урятувати знання симптомів отруєння СО – знаючи їх, можливо вчасно запідозрити причину нездужання та вжити необхідних заходів для порятунку.
Які симптоми та ознаки отруєння чадним газом
Тяжкість ураження залежить від кількох факторів:
- – стан здоров'я та фізіологічні особливості людини. Ослаблені, що мають хронічні захворювання, що особливо супроводжуються анемією, літні, вагітні та діти більш чутливі до дії СО;
- - Тривалість впливу сполуки СО на організм;
- - Концентрація окису вуглецю у повітрі, що вдихається;
- – фізична активністьпід час отруєння. Що активність, то швидше настає отруєння.
Три ступеня тяжкості отруєння чадним газом за симптомами
Легкий ступіньтяжкості характеризується такими симптомами: загальна слабкість; головний біль, переважно в лобовій та скроневій областях; стукіт у скронях; шум у вухах; запаморочення; порушення зору – мерехтіння, крапки перед очима; непродуктивний, тобто. сухий кашель; прискорене дихання; нестача повітря, задишка; сльозотеча; нудота; гіперемія (почервоніння) шкірних покривів та слизових оболонок; тахікардія; підвищення артеріального тиску
Симптоми середнього ступенятяжкості – це збереження всіх симптомів попередньої стадії та їхня більш важка форма: затуманеність свідомості, можливі втрати свідомості на короткий час; блювання; галюцинації, як зорові, і слухові; порушення з боку вестибулярного апарату, нескоординовані рухи; біль у грудях давить характеру.
Тяжкий ступіньотруєння характеризується такими симптомами: параліч; довготривала втрата свідомості, кома; судоми; розширення зіниць; мимовільне спорожнення сечового міхура та кишечника; почастішання пульсу до 130 ударів на хвилину, але при цьому промацується він слабко; ціаноз (посинення) шкірних покривів та слизових оболонок; порушення дихання – воно стає поверхневим та уривчастим.
Нетипові форми отруєння чадним газом
Їх дві – непритомна та ейфорична.
Симптоми непритомної форми: блідість шкірних покривів та слизових оболонок; зниження артеріального тиску; втрата свідомості.
Симптоми ейфоричної форми: психомоторне збудження; порушення психічних функцій: марення, галюцинації, сміх, дива в поведінці; втрата свідомості; дихальна та серцева недостатність.
Як надати першу допомогу потерпілим від отруєння чадним газом
Дуже важливо надавати першу допомогу оперативно, оскільки незворотні наслідки настають дуже швидко.
По перше,необхідно якнайшвидше винести потерпілого на свіже повітря. У випадках, коли це важко, то на постраждалого потрібно якнайшвидше надіти протигаз із гопкалітовим патроном, дати кисневу подушку.
По-друге,потрібно полегшити дихання - очистити дихальні шляхи, якщо це необхідно, розстебнути одяг, укласти потерпілого на бік для того, щоб запобігти можливому западанню мови.
По-третє- Стимулювати дихання. Піднести нашатир, розтерти груди, зігріти кінцівки. І найголовніше – необхідно викликати швидку допомогу. Навіть якщо людина на перший погляд перебуває в задовільному стані, необхідно, щоб її оглянув лікар, тому що не завжди справжній ступінь отруєння є можливим визначити лише за симптомами. Крім того, своєчасно розпочаті терапевтичні заходи дозволять знизити ризик ускладнень та летальності від отруєння чадним газом. За тяжкого стану потерпілого необхідно проводити реанімаційні заходи до прибуття медиків.
У яких випадках існує небезпека отруєння чадним газом
У наші часи випадки отруєння трапляються трохи рідше, ніж у ті часи, коли опалення житлових приміщень було переважно пічним, проте джерел підвищеного ризику достатньо і зараз. Потенційні джерела небезпеки отруєння чадним газом: будинки з пічним опаленням, камінами. Неправильна експлуатація підвищує ризик проникнення чадного газу до приміщення, таким чином угорають у будинках цілими сім'ями; лазні, сауни, особливо ті, які топлять "чорним"; гаражі; на виробництвах із використанням оксиду вуглецю; тривале перебування поблизу великих автошляхів; займання в закритому приміщенні (ліфт, шахта та ін. приміщення, залишити які без сторонньої допомоги неможливо).
Тільки цифри
- Легкий ступінь отруєння настає вже при концентрації чадного газу 0,08% - виникає головний біль, запаморочення, ядуха, загальна слабкість.
- Підвищення концентрації до 0,32% викликає руховий параліч і непритомність. Приблизно за півгодини настає смерть.
- При концентрації 1,2% і вище розвивається блискавична форма отруєння – за пару зітхань людина отримує смертельну дозу, летальний кінець настає максимум через 3 хвилини.
- У вихлопних газах легкового автомобіля міститься від 1,5 до 3% чадного газу. Всупереч поширеній думці, отруїтися при працюючому двигуні можна не тільки в закритих приміщеннях, але і на відкритому повітрі.
- Близько двох з половиною тисяч чоловік у Росії щорічно госпіталізується з різним ступенем тяжкості отруєння чадним газом.
Заходи профілактики
Для того, щоб мінімізувати ризики отруєння чадним газом, достатньо дотримуватись наступних правил:
- - експлуатувати печі та каміни відповідно до правил, регулярно перевіряти роботу вентиляційної системи та своєчасно чистити димар, а кладку печей та камінів довіряти лише професіоналам;
- - не перебувати тривалий час поблизу жвавих трас;
- - завжди відключати двигун машини у закритому гаражі. Для того, щоб концентрація чадного газу стала смертельною, достатньо лише п'яти хвилин роботи двигуна – пам'ятайте про це;
- - при тривалому знаходженні в салоні автомобіля, а тим більше сні в машині завжди відключати двигун
- - Візьміть за правило - при виникненні симптомів, за якими можна запідозрити отруєння чадним газом, якнайшвидше забезпечте приплив свіжого повітря, відкривши вікна, а краще залиште приміщення.
(Ст. ум.)
- Клас небезпеки ООН 2,3
- Вторинна небезпека за класифікацією ООН 2,1
Будова молекули
Молекула CO, як і, як і изоэлектронная їй молекула азоту , має потрійну зв'язок. Так як ці молекули подібні за будовою, то й властивості їх схожі - дуже низькі температури плавлення і кипіння, близькі значення стандартних ентропій і т.п.
У межах методу валентних зв'язків будову молекули CO можна описати формулою:C≡O:, причому третій зв'язок утворена по донорно-акцепторному механізму, де вуглець є акцептором електронної пари, а кисень - донором.
Завдяки наявності потрійного зв'язку молекула CO дуже міцна (енергія дисоціації 1069 кДж/моль, або 256 ккал/моль, що більше, ніж у будь-яких інших двоатомних молекул) і має малу між'ядерну відстань (d C≡O =0,1128 нм або 1, 13Å).
Молекула слабо поляризована, електричний момент її диполя μ = 0,04 · 10 -29 Кл · м (напрямок дипольного моменту O - → C +). Іонізаційний потенціал 14,0, силова константа зв'язку k = 18,6.
Історія відкриття
Монооксид вуглецю був вперше отриманий французьким хіміком Жаком де Лассоном при нагріванні оксиду цинку з вугіллям, але спочатку його помилково прийняли за водень, оскільки він згоряв синім полум'ям. Те, що до складу цього газу входить вуглець і кисень, з'ясував англійський хімік Вільям Крукшенк. Моноксид вуглецю поза атмосферою Землі вперше був виявлений бельгійським ученим М. Міжотом (M. Migeotte) у 1949 році за наявності основної коливально-обертальної смуги в ІЧ спектрі Сонця.
Монооксид вуглецю в атмосфері Землі
Розрізняють природні та антропогенні джерела надходження в атмосферу Землі. У природних умовах на поверхні Землі CO утворюється при неповному анаеробному розкладанні органічних сполук і при згорянні біомаси, в основному в ході лісових і степових пожеж. Монооксид вуглецю утворюється у ґрунті як біологічним шляхом (виділення живими організмами), так і небіологічним. Експериментально доведено виділення монооксиду вуглецю за рахунок звичайних у ґрунтах фенольних сполук, що містять групи OCH 3 або OH в орто- або пара-положеннях по відношенню до першої гідроксильної групи.
Загальний баланс продукування небіологічного CO та його окислення мікроорганізмами залежить від конкретних екологічних умов, насамперед від вологості та значення. Наприклад, з аридних ґрунтів монооксид вуглецю виділяється безпосередньо в атмосферу, створюючи таким чином локальні максимуми концентрації цього газу.
В атмосфері є продуктом ланцюжків реакцій за участю метану та інших вуглеводнів (в першу чергу, ізопрену).
Основним антропогенним джерелом CO в даний час є вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння. Оксид вуглецю утворюється при згорянні вуглеводневого палива в двигунах внутрішнього згоряння при недостатніх температурах або поганому настроюванні системи подачі повітря (подається недостатня кількість кисню для окислення CO в CO 2 ). У минулому значну частку антропогенного надходження CO в атмосферу забезпечував світильний газ, який використовувався для освітлення приміщень у XIX столітті. За складом він приблизно відповідав водяному газу, тобто містив до 45% монооксиду вуглецю. В даний час у комунальній сфері цей газ витіснений набагато менш токсичним природним газом (нижчі представники гомологічного ряду алканів - пропан та ін.)
Надходження CO від природних та антропогенних джерел приблизно однаково.
Монооксид вуглецю в атмосфері знаходиться у швидкому кругообігу: середній час його перебування становить близько 0,1 року, окислюючись гідроксилом до діоксиду вуглецю.
Отримання
Промисловий спосіб
2C + O 2 → 2CO (тепловий ефект цієї реакції 22 кДж),
2. або при відновленні діоксиду вуглецю розпеченим вугіллям:
CO 2 + C ↔ 2CO (H=172 кДж, S=176 Дж/К).
Ця реакція часто відбувається при пічній топці, коли дуже рано закривають пічну заслінку (поки остаточно не прогоріло вугілля). монооксид вуглецю, що утворюється при цьому, внаслідок своєї отруйності, викликає фізіологічні розлади («чад») і навіть смерть (див. нижче), звідси і одна з тривіальних назв - «чадний газ». Картина реакцій, що протікають у печі, наведена на схемі.
Реакція відновлення діоксиду вуглецю оборотна, вплив температури на стан рівноваги цієї реакції наведено на графіку. Протікання реакції праворуч забезпечує ентропійний фактор, а вліво - ентальпійний. При температурі нижче 400°C рівновага практично повністю зсунута вліво, а при температурі вище 1000°C вправо (у бік утворення CO). При низьких температурах швидкість цієї реакції дуже мала, тому монооксид вуглецю за нормальних умов цілком стійкий. Ця рівновага носить спеціальну назву рівновага Будуара.
3. Суміші монооксиду вуглецю з іншими речовинами отримують при пропусканні повітря, водяної пари і т. п. крізь шар розжареного коксу, кам'яного або бурого вугілля і т. п. (див. генераторний газ, водяний газ, змішаний газ, синтез-газ).
Лабораторний спосіб
TLV (гранична гранична концентрація, США): 25 ГДК р.з. за Гігієнічними нормативами ГН 2.2.5.1313-03 становить 20 мг/м³
Захист від монооксиду вуглецю
Завдяки такій хорошій теплотворній здатності CO є компонентом різних технічних газових сумішей (див., наприклад генераторний газ), що використовуються, в тому числі, для опалення.
галогенами. Найбільшого практичного застосування отримала реакція з хлором:
CO + Cl 2 → COCl 2
Реакція екзотермічна, її тепловий ефект 113 кДж, у присутності каталізатора (активоване вугілля) вона йде вже за кімнатної температури. В результаті реакції утворюється фосген - речовина, що набула широкого поширення в різних галузях хімії (а також як бойова отруйна речовина). За аналогічними реакціями можуть бути отримані COF 2 (карбонілфторид) та COBr 2 (карбонілбромід). Карбоніліодид не отримано. Екзотермічність реакцій швидко знижується від F до I (для реакцій з F 2 тепловий ефект 481 кДж, з Br 2 - 4 кДж). Можна також отримувати змішані похідні, наприклад COFCl (докладніше див. галогенпохідні вугільної кислоти).
Реакцією CO з F 2 крім карбонілфториду можна отримати перекисне з'єднання (FCO) 2 O 2 . Його характеристики: температура плавлення −42°C, кипіння +16°C, має характерний запах (схожий на запах озону), при нагріванні вище 200°C розкладається з вибухом (продукти реакції CO 2 , O 2 і COF 2), в кислій середовищі реагує з іодидом калію за рівнянням:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
Монооксид вуглецю реагує з халькогенами. З сіркою утворює сероксид вуглецю COS, реакція йде при нагріванні, за рівнянням:
CO + S → COS ΔG° 298 = −229 кДж, ΔS° 298 = −134 Дж/K
Отримано також аналогічні селеноксид COSe та телуроксид COTe.
Відновлює SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
З перехідними металами утворює дуже леткі, горючі та отруйні сполуки - карбоніли, такі як Cr(CO) 6 , Ni(CO) 4 , Mn 2 CO 10 , Co 2 (CO) 9 та ін.
Як зазначено вище, монооксид вуглецю трохи розчиняється у воді, проте не реагує з нею. Також він не вступає в реакції з розчинами лугів та кислот. Проте з розплавами лугів входить у реакцію:
CO + KOH → HCOOK
Цікавою є реакція монооксиду вуглецю з металевим калієм в аміачному розчині. При цьому утворюється вибухова сполука діоксодікарбонат калію:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
Див. також
Література
- Ахметов Н. С. Загальна та неорганічна хімія. 5-те вид., Випр. - М: Вищ. шк.; 2003 ISBN 5-06-003363-5
- Некрасов Б. В. Основи загальної хімії. Т. I, вид. 3-тє, испр. та дод. Вид-во «Хімія», 1973 р. Стор. 495-497, 511-513
- Хімія: Справ. з/В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бібрак та ін: Перс. з ним. 2-ге вид., стереотип. - М: Хімія, 2000 ISBN 5-7245-0360-3 (рус.)
Посилання
- Міжнародна карта хімічної безпеки для монооксиду вуглецю
Wikimedia Foundation. 2010 .
