- Клас на опасност по ООН 2.3
- Вторична опасност ООН 2.1
Структура на молекулата
Молекулата CO, подобно на нейната изоелектронна азотна молекула, има тройна връзка. Тъй като тези молекули са сходни по структура, техните свойства също са сходни - много ниски точки на топене и кипене, близки стойности на стандартните ентропии и т.н.
В рамките на метода на валентната връзка структурата на молекулата CO може да бъде описана с формулата: C≡O:, а третата връзка се образува от донорно-акцепторния механизъм, където въглеродът е акцептор на електронна двойка, а кислородът е донор.
Поради наличието на тройна връзка, молекулата на CO е много силна (енергия на дисоциация 1069 kJ / mol, или 256 kcal / mol, което е повече от тази на всички други двуатомни молекули) и има малко междуядрено разстояние (d C≡ O = 0,1128 nm или 1, 13Å).
Молекулата е слабо поляризирана, електрическият момент на нейния дипол е μ = 0,04 · 10 -29 C · m (посоката на диполния момент е O - → C +). Йонизационен потенциал 14,0 V, константа на свързване на сила k = 18,6.
История на откритията
Въглеродният окис е получен за първи път от френския химик Жак дьо Ласон при нагряване на цинков оксид с въглища, но първоначално е бил сбъркан с водород, тъй като гори със син пламък. Фактът, че този газ съдържа въглерод и кислород, е открит от английския химик Уилям Крукшанк. Въглеродният оксид извън земната атмосфера е открит за първи път от белгийския учен М. Миджоте през 1949 г. чрез наличието на основната вибрационно-ротационна лента в IR спектъра на Слънцето.
Въглероден окис в земната атмосфера
Правете разлика между естествени и антропогенни източници на навлизане в земната атмосфера. При естествени условия на повърхността на Земята CO се образува чрез непълно анаеробно разлагане органични съединенияи при изгаряне на биомаса, главно при горски и степни пожари. Въглеродният окис се образува в почвата както биологично (изхвърля се от живи организми), така и небиологично. Освобождаването на въглероден оксид е експериментално доказано поради фенолни съединения, често срещани в почви, съдържащи OCH3 или OH групи в орто- или пара-положения по отношение на първата хидроксилна група.
Общият баланс между производството на небиологичен CO и неговото окисляване от микроорганизми зависи от специфичното условия на околната среда, предимно на влажност и стойност. Например въглеродният оксид се отделя от сухите почви директно в атмосферата, като по този начин се създават локални максимуми в концентрацията на този газ.
В атмосферата CO е продукт на вериги от реакции, включващи метан и други въглеводороди (предимно изопрен).
Основният антропогенен източник на CO в момента са отработените газове на двигателя. вътрешно горене... Въглеродният оксид се образува, когато въглеводородните горива се изгарят в двигатели с вътрешно горене при недостатъчни температури или лошо настроено подаване на въздух (не се доставя достатъчно кислород за окисляване на CO до CO 2). В миналото значителен дял от антропогенните емисии на CO2 в атмосферата идват от светещ газ, който е бил използван за осветяване на помещения през 19 век. По състав той приблизително съответства на воден газ, тоест съдържа до 45% въглероден окис. Понастоящем в обществения сектор този газ е заменен с много по-малко токсичен газ. природен газ (низши представителихомоложни серии от алкани - пропан и др.)
Входът на CO от природни и антропогенни източници е приблизително еднакъв.
Въглеродният окис в атмосферата е в бърз цикъл: средното му време на престой е около 0,1 година, като се окислява от хидроксил до въглероден диоксид.
Получаване
Индустриален начин
2C + O 2 → 2CO (термичният ефект на тази реакция е 22 kJ),
2. или при намаляване на въглеродния диоксид с горещи въглища:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH = 172 kJ, ΔS = 176 J / K).
Тази реакция често се случва в пещта, когато клапата на печката е затворена твърде рано (докато въглищата не изгорят напълно). Полученият въглероден окис, поради своята токсичност, причинява физиологични нарушения („отпадъци“) и дори смърт (виж по-долу), откъдето идва едно от тривиалните имена – „въглероден оксид“. Картината на реакциите, протичащи в пещта, е показана на диаграмата.
Реакцията на редукция на въглеродния диоксид е обратима; ефектът на температурата върху равновесното състояние на тази реакция е показан на графиката. Реакцията, протичаща вдясно, осигурява ентропийния фактор, а вляво - енталпийния фактор. При температури под 400 ° C равновесието почти напълно се измества наляво, а при температури над 1000 ° C вдясно (към образуването на CO). В ниски температурискоростта на тази реакция е много ниска, следователно въглеродният оксид е доста стабилен при нормални условия. Този баланс има специално име баланс на будоара.
3. Смеси от въглероден оксид с други вещества се получават чрез пропускане на въздух, водна пара и т.н. през слой от нажежен кокс, въглища или кафяви въглища и др. (виж генераторен газ, воден газ, смесен газ, синтез газ).
Лабораторен метод
TLV (максимална прагова концентрация, САЩ): 25 MPC r.z. съгласно хигиенните стандарти GN 2.2.5.1313-03 е 20 mg / m³
Защита от въглероден окис
Благодарение на такъв добър калорична стойност, CO е компонент на различни технически газови смеси (виж, например, генераторен газ), използвани, наред с другото, за отопление.
халогени. Най-великия практическа употребаполучи реакция с хлор:
CO + Cl 2 → COCl 2
Реакцията е екзотермична, нейният топлинен ефект е 113 kJ, в присъствието на катализатор (активен въглен) протича още при стайна температура... В резултат на реакцията се образува фосген - вещество, което е получило широко разпространение в различни клонове на химията (както и химически боен агент). COF 2 (карбонил флуорид) и COBr 2 (карбонил бромид) могат да бъдат получени чрез аналогични реакции. Не се получава карбонил йодид. Екзотермичността на реакциите бързо намалява от F до I (за реакции с F 2 термичният ефект е 481 kJ, с Br 2 - 4 kJ). Можете също така да получите смесени производни, например COFCl (за повече подробности вижте халогенираните производни на въглеродната киселина).
Чрез реакцията на CO с F 2, в допълнение към карбонил флуорид, може да се получи пероксидно съединение (FCO) 2 O 2. Неговите характеристики: точка на топене -42 ° C, точка на кипене + 16 ° C, има характерна миризма (подобна на миризмата на озон), при нагряване над 200 ° C се разлага с експлозия (продукти на реакцията на CO 2, O 2 и COF 2), в кисела средареагира с калиев йодид съгласно уравнението:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
Въглеродният окис реагира с халкогени. Образува въглероден сулфид COS със сяра, реакцията протича при нагряване, съгласно уравнението:
CO + S → COS ΔG ° 298 = −229 kJ, ΔS ° 298 = −134 J / K
Подобен селенов оксид CSe и телурид COTe също са получени.
Възстановява SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
Образува много летливи, запалими и токсични съединения с преходни метали – карбонили като Cr (CO) 6, Ni (CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 и др.
Както бе споменато по-горе, въглеродният оксид е слабо разтворим във вода, но не реагира с него. Освен това не реагира с алкални и киселинни разтвори. Въпреки това, той реагира с алкални стопилки:
CO + KOH → HCOOK
Интересна реакция е реакцията на въглероден оксид с метален калий в разтвор на амоняк. Това образува експлозивно съединение калиев диоксодикарбонат:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
Реакцията с амоняк при високи температуриможете да получите важно за индустрията съединение - циановодород HCN. Реакцията протича в присъствието на катализатор (оксид
Въглероден окис (въглероден окис, въглероден окис, въглероден оксид (II)) е безцветен, изключително токсичен газ, без вкус и мирис, по-лек от въздуха (при нормални условия). Химична формула- CO
Структура на молекулата
Поради наличието на тройна връзка, молекулата на CO е много силна (енергията на дисоциация е 1069 kJ / mol, или 256 kcal / mol, което е по-голямо от това на всички други двуатомни молекули) и има малко междуядрено разстояние ( д C≡O = 0,1128 nm или 1,13 Å).
Молекулата е слабо поляризирана, нейният електрически диполен момент μ = 0,04⋅10 −29 C · m. Многобройни проучвания показват, че отрицателният заряд в молекулата CO е концентриран върху въглеродния атом C - ← O + (посоката на диполния момент в молекулата е противоположна на тази, приета по-рано). Енергия на йонизация 14.0 eV, константа на свързване на силата к = 18,6 .
Имоти
Въглеродният окис (II) е безцветен газ без мирис и вкус. Запалими. Така наречената „миризма на въглероден окис“ всъщност е миризмата на органични примеси.
| Стандартна енергия на Гибс на образуване Δ Г | −137,14 kJ / mol (g) (при 298 K) |
| Стандартна ентропия на образованието С | 197,54 J / mol K (g) (при 298 K) |
| Стандартен моларен топлинен капацитет C стр | 29,11 J / mol K (g) (при 298 K) |
| Енталпия на топене Δ Хмн.ч | 0,838 kJ / mol |
| Енталпия на кипене Δ Хбала | 6,04 kJ / mol |
| Критична температура TКрит | −140,23 °C |
| Критичен натиск ПКрит | 3,499 МРа |
| Критична плътност ρ крит | 0,301 g / cm³ |
Основни видове химична реакция, в които участва въглеродният оксид (II), са присъединителни реакции и редокс реакции, при които той проявява редуциращи свойства.
При стайна температура CO е неактивен, химическата му активност се увеличава значително при нагряване и в разтвори. Така че, в разтвори, той намалява соли, а други до метали вече при стайна температура. При нагряване намалява и други метали, например CO + CuO → Cu + CO 2. Намира широко приложение в пирометалургията. Метод за качествено откриване на CO се основава на реакцията на CO в разтвор с паладиев хлорид, вижте по-долу.
Окислението на CO в разтвор често протича със забележима скорост само в присъствието на катализатор. При избора на последното естеството на окислителя играе основна роля. Така KMnO 4 окислява CO най-бързо в присъствието на фино натрошено сребро, K 2 Cr 2 O 7 - в присъствието на соли, KClO 3 - в присъствието на OsO 4. Като цяло CO е подобен на молекулярния водород по своите редукционни свойства.
Под 830 ° C CO е по-силен редуктор, а по-горе - водород. Следователно, равновесието на реакцията
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\ displaystyle (\ mathsf (H_ (2) O + CO \ rightleftarrows CO_ (2) + H_ (2))))до 830 ° C изместени вдясно, над 830 ° C наляво.
Интересно е, че има бактерии, които са способни да получават енергията, от която се нуждаят за живот, благодарение на окисляването на CO.
Въглеродният окис (II) гори с пламък от син цвят(температура на началото на реакцията 700 ° C) във въздуха:
2 C O + O 2 → 2 C O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (2CO + O_ (2) \ rightarrow 2CO_ (2)))) (Δ Г° 298 = −257 kJ, Δ С° 298 = −86 J / K).Температурата на изгаряне на CO може да достигне 2100 ° C. Реакцията на горене е верижна и малки количества водород-съдържащи съединения (вода, амоняк, сероводород и др.)
Благодарение на тази добра топлинна стойност, CO е компонент на различни технически газови смеси (виж, например, генераторен газ), също използван за отопление. Експлозивен при смесване с въздух; долна и горна концентрационна граница на разпространение на пламъка: от 12,5 до 74% (обемни).
халогени. Реакцията с хлор е получила най-голямо практическо приложение:
C O + C l 2 → C O C l 2. (\ displaystyle (\ mathsf (CO + Cl_ (2) \ rightarrow COCl_ (2))).)Чрез взаимодействие на CO с F 2, в допълнение към карбонил флуорид COF 2, може да се получи пероксидно съединение (FCO) 2 O 2. Неговите характеристики: точка на топене -42 ° C, точка на кипене +16 ° C, има характерна миризма (подобна на миризмата на озон), при нагряване над 200 ° C се разлага с експлозия (продукти на реакцията на CO 2, O 2 и COF 2), в кисела среда реагира с калиев йодид съгласно уравнението:
(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)).)))Въглеродният окис (II) реагира с халкогени. Образува въглероден сулфид COS със сяра, реакцията протича при нагряване, съгласно уравнението:
C O + S → C O S (\ displaystyle (\ mathsf (CO + S \ десна стрелка COS))) (Δ Г° 298 = −229 kJ, Δ С° 298 = -134 J / K).Подобни въглероден селеноксид Cose и въглероден телурид COTe също бяха получени.
Възстановява SO 2:
2 CO + S O 2 → 2 CO 2 + S. (\ displaystyle (\ mathsf (2CO + SO_ (2) \ стрелка надясно 2CO_ (2) + S.)))Образува запалими и токсични съединения с преходни метали - карбонили, като,,, и др. Някои от тях са летливи.
n C O + M e → [M e (CO) n] (\ displaystyle (\ mathsf (nCO + Me \ стрелка надясно)))Въглеродният окис (II) е слабо разтворим във вода, но не реагира с него. Също така не реагира с разтвори на основи и киселини. Въпреки това, той реагира с алкални стопилки, за да образува съответните формиати:
C O + K O H → H C O O K. (\ displaystyle (\ mathsf (CO + KOH \ rightarrow HCOOK.)))Интересна реакция е реакцията на въглероден оксид (II) с метален калий в разтвор на амоняк. Това образува експлозивно съединение калиев диоксодикарбонат:
2 K + 2 C O → K 2 C 2 O 2. (\ displaystyle (\ mathsf (2K + 2CO \ стрелка надясно K_ (2) C_ (2) O_ (2).))) x C O + y H 2 → (\ displaystyle (\ mathsf (xCO + yH_ (2) \ rightarrow)))алкохоли + линейни алкани.Този процес е източник за производството на критични промишлени продукти като метанол, синтетични дизелови горива, многовалентни алкохоли, масла и греси.
Физиологично действие
токсичност
Въглероден окисмного токсичен.
Токсичният ефект на въглеродния оксид (II) се дължи на образуването на карбоксихемоглобин - много по-силен карбонилен комплекс с хемоглобин, в сравнение с комплекса хемоглобин с кислород (оксихемоглобин). По този начин се блокират процесите на транспортиране на кислород и клетъчно дишане. Концентрация във въздуха над 0,1% води до смърт в рамките на един час.
- Жертвата трябва да бъде отведена при Свеж въздух... При леко отравяне е достатъчна хипервентилация на белите дробове с кислород.
- Изкуствена вентилация на белите дробове.
- Лобелин или кофеин под кожата.
- Интравенозна карбоксилаза.
Световната медицина не знае надеждни антидоти за употреба при отравяне с въглероден окис.
Защита от въглероден окис (II).
Ендогенен въглероден оксид
Ендогенният въглероден оксид обикновено се произвежда от клетките на човешкото и животинското тяло и действа като сигнална молекула. Той играе добре позната физиологична роля в тялото, по-специално е невротрансмитер и причинява вазодилатация. Поради ролята на ендогенния въглероден оксид в организма, метаболитните нарушения са свързани с различни заболявания, като невродегенеративни заболявания, атеросклероза на кръвоносните съдове, хипертония, сърдечна недостатъчност, различни възпалителни процеси.
Ендогенният въглероден оксид се образува в организма поради окислителния ефект на ензима хем оксигеназата върху хема, който е продукт от разрушаването на хемоглобина и миоглобина, както и на други хем-съдържащи протеини. Този процес причинява образуването на малко количество карбоксихемоглобин в кръвта на човек, дори ако човекът не пуши и диша не атмосферен въздух (винаги съдържащ малки количества екзогенен въглероден оксид), а чист кислород или смес от азот и кислород.
След първите данни, появили се през 1993 г., че ендогенният въглероден оксид е нормален невротрансмитер в човешкото тяло, както и един от трите ендогенни газа, които нормално модулират хода на възпалителните реакции в организма (другите два са азотен оксид (II ) и сероводород ), ендогенният въглероден оксид привлече значително внимание от клиницисти и изследователи като важен биологичен регулатор. Доказано е, че в много тъкани и трите от горните газове са противовъзпалителни вещества, вазодилататори и също така предизвикват ангиогенеза. Не всичко обаче е толкова просто и недвусмислено. Ангиогенеза - не винаги благоприятен ефекттъй като играе роля по-специално в растежа злокачествени тумории също така е една от причините за увреждане на ретината при макулна дегенерация. По-специално, важно е да се отбележи, че тютюнопушенето (основният източник на въглероден окис в кръвта, което му дава няколко пъти по-висока концентрация от естественото производство) увеличава риска от дегенерация на макулата на ретината с 4-6 пъти.
Има теория, че в някои синапси нервни клетки, където се извършва дългосрочно съхранение на информация, приемащата клетка в отговор на получения сигнал произвежда ендогенен въглероден оксид, който предава сигнал обратно към предаващата клетка, като по този начин я информира за готовността си да продължи да получава сигнали от нея и увеличава активност на клетката, предаваща сигнала. Някои от тези нервни клетки съдържат гуанилат циклаза, ензим, който се активира, когато е изложен на ендогенен въглероден оксид.
Изследвания за ролята на ендогенния въглероден оксид като противовъзпалително и цитопротективно средство са проведени в много лаборатории по света. Тези свойства на ендогенния въглероден оксид правят ефекта върху неговия метаболизъм интересна терапевтична цел за лечение на различни патологични състояния като тъканно увреждане, причинено от исхемия и последваща реперфузия (и това, например, инфаркт на миокарда, исхемичен инсулт), отхвърляне на присадката, съдова атеросклероза, тежък сепсис, тежка малария, автоимунни заболявания. Проведени са и клинични изпитвания при хора, но резултатите все още не са публикувани.
За да обобщим, това, което е известно за 2015 г. за ролята на ендогенния въглероден оксид в организма, може да бъде обобщено по следния начин:
- Ендогенният въглероден оксид е една от важните ендогенни сигнални молекули;
- Ендогенният въглероден оксид модулира функциите на централната нервна система и сърдечно-съдовата система;
- Ендогенният въглероден оксид инхибира агрегацията на тромбоцитите и адхезията към стените на кръвоносните съдове;
- Влиянието върху обмена на ендогенен въглероден оксид в бъдеще може да бъде една от важните терапевтични стратегии за редица заболявания.
История на откритията
Токсичността на дима, отделян от изгарянето на въглища, е описана от Аристотел и Гален.
Въглеродният окис (II) е получен за първи път от френския химик Жак дьо Ласон при нагряване на цинков оксид с въглища, но първоначално е бил сбъркан с водород, тъй като гори със син пламък.
Фактът, че този газ съдържа въглерод и кислород, е открит от английския химик Уилям Круйкшенк. Токсичността на газа е изследвана през 1846 г. от френския лекар Клод Бернар в експерименти върху кучета.
Въглеродният окис (II) извън земната атмосфера е открит за първи път от белгийския учен М. Миджот през 1949 г. чрез наличието на основната вибрационно-въртетелна лента в IR спектъра на Слънцето. Въглеродният окис (II) е открит в междузвездната среда през 1970 г.
Получаване
Индустриален начин
- Образува се при изгаряне на въглерод или съединения на негова основа (например бензин) в условия на липса на кислород:
- или при намаляване на въглеродния диоксид с горещи въглища:
Тази реакция се случва в пещта, когато клапата на печката е затворена твърде рано (докато въглищата не изгорят напълно). Полученият въглероден оксид (II), поради своята токсичност, причинява физиологични нарушения („отпадъци“) и дори смърт (виж по-долу), откъдето идва едно от тривиалните имена – „въглероден окис“.
Реакцията на редукция на въглеродния диоксид е обратима; ефектът на температурата върху равновесното състояние на тази реакция е показан на графиката. Потокът на реакцията вдясно осигурява ентропийния фактор, а вляво - енталпийния фактор. При температури под 400 ° C равновесието почти напълно се измества наляво, а при температури над 1000 ° C вдясно (към образуването на CO). При ниски температури скоростта на тази реакция е много ниска; следователно въглеродният оксид (II) е доста стабилен при нормални условия. Този баланс има специално име баланс на будоара.
- Смеси от въглероден оксид (II) с други вещества се получават чрез пропускане на въздух, водна пара и др. през слой от нажежен кокс, въглища или кафяви въглища и т.н. (виж генераторен газ, воден газ, смесен газ, синтез газ).
Лабораторен метод
- Разлагане на течна мравчена киселина под действието на гореща концентрирана сярна киселина или преминаване на газообразна мравчена киселина върху фосфорен оксид P 2 O 5. Схема на реакция:
- Загряване на смес от оксалова и концентрирана сярна киселини. Реакцията протича според уравнението:
- Загряване на смес от калиев хексацианоферат (II) с концентрирана сярна киселина. Реакцията протича според уравнението:
- Редукция от цинков карбонат с магнезий при нагряване:
Определяне на въглероден оксид (II)
Наличието на CO може да се определи качествено чрез потъмняването на разтворите на паладиев хлорид (или хартия, импрегнирана с този разтвор). Потъмняването се свързва с отделянето на фино диспергиран метален паладий по следната схема:
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 \ стрелка надясно Pd \ стрелка надолу + CO_ (2) + 2HCl.)))Тази реакция е много чувствителна. Стандартен разтвор: 1 грам паладиев хлорид на литър вода.
Количественото определяне на въглероден оксид (II) се основава на йодометричната реакция:
5 CO + I 2 O 5 → 5 CO 2 + I 2. (\ displaystyle (\ mathsf (5CO + I_ (2) O_ (5) \ стрелка надясно 5CO_ (2) + I_ (2)).)))Приложение
- Въглеродният оксид (II) е междинен реагент, използван при реакции с водород в критични промишлени процеси за производство на органични алкохоли и неразклонени въглеводороди.
- Въглероден окис (II) се използва за обработка на месо от животни и риби, придава им яркочервен цвят и свежест без промяна на вкуса (технологии Ясен дими Безвкусен дим). Допустимата концентрация на CO е 200 mg / kg месо.
- Въглеродният окис (II) е основният компонент на генераторния газ, използван като гориво в превозните средства, генериращи газ.
- Въглеродният окис от изгорелите газове на двигателя е използван от нацистите по време на Втората световна война за клане на хора чрез отравяне.
Въглероден окис (II) в земната атмосфера
Правете разлика между естествени и антропогенни източници на навлизане в земната атмосфера. При естествени условия на земната повърхност CO се образува при непълно анаеробно разлагане на органични съединения и при изгаряне на биомаса, главно при горски и степни пожари. Въглеродният окис (II) се образува в почвата както биологично (изхвърля се от живи организми), така и небиологично. Експериментално е доказано отделянето на въглероден оксид (II) за сметка на фенолни съединения, често срещани в почви, съдържащи OCH 3 или OH групи в орто- или пара-положения по отношение на първата хидроксилна група.
Общият баланс на небиологичното производство на CO и неговото окисляване от микроорганизми зависи от специфичните условия на околната среда, преди всичко от влажността и стойността. Например въглеродният окис (II) се отделя от сухите почви директно в атмосферата, като по този начин се създават локални максимуми на концентрацията на този газ.
В атмосферата CO е продукт на вериги от реакции, включващи метан и други въглеводороди (предимно изопрен).
Основният антропогенен източник на CO в момента са отработените газове от двигателите с вътрешно горене. Въглеродният оксид се образува, когато въглеводородните горива се изгарят в двигатели с вътрешно горене при недостатъчни температури или лошо настроено подаване на въздух (не се доставя достатъчно кислород за окисляване на CO до CO 2). В миналото значителен дял от антропогенните емисии на CO2 в атмосферата идват от светещ газ, който е бил използван за осветяване на помещения през 19 век. По състав той приблизително съответства на воден газ, тоест съдържа до 45% въглероден оксид (II). Не се използва в комуналния сектор поради наличието на много по-евтин и по-енергийно ефективен аналог -
Разгледани физичните свойства на въглеродния оксид (въглероден оксид CO) при нормално атмосферно наляганев зависимост от температурата при отрицателни и положителни стойности.
В таблици са представени следните физични свойства на CO:плътност на въглеродния оксид ρ , специфична топлинапри постоянно налягане C стр, коефициенти на топлопроводимост λ и динамичен вискозитет μ .
Първата таблица показва плътността и специфичната топлина на въглеродния оксид CO в температурния диапазон от -73 до 2727 ° C.
Втората таблица дава стойностите на такива физични свойства на въглеродния оксид като топлопроводимост и неговия динамичен вискозитет в температурния диапазон от минус 200 до 1000 ° C.
Плътността на въглеродния оксид също зависи значително от температурата - когато въглеродният оксид CO се нагрява, неговата плътност намалява. Например, при стайна температура плътността на въглеродния оксид има стойност от 1,129 kg / m 3, но в процеса на нагряване до температура от 1000 ° C, плътността на този газ намалява с 4,2 пъти - до стойност от 0,268 kg / m 3.
При нормални условия (температура 0 ° C) въглеродният оксид има плътност от 1,25 kg / m 3. Ако сравним неговата плътност с тази на други обикновени газове, тогава плътността на въглеродния оксид спрямо въздуха е по-малко важна - въглеродният оксид е по-лек от въздуха. Освен това е по-лек от аргона, но по-тежък от азот, водород, хелий и други леки газове.
Специфичният топлинен капацитет на въглеродния оксид при нормални условия е 1040 J / (kg · deg). С повишаване на температурата на този газ неговият специфичен топлинен капацитет се увеличава. Например, при 2727 ° C, неговата стойност е 1329 J / (kg · deg).
| t, °С | ρ, kg / m 3 | C p, J / (kg deg) | t, °С | ρ, kg / m 3 | C p, J / (kg deg) | t, °С | ρ, kg / m 3 | C p, 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 |
Топлопроводимостта на въглеродния оксид при нормални условия има стойност от 0,02326 W / (m · deg). Той се увеличава с повишаване на температурата му и при 1000 ° C става равен на 0,0806 W / (m · deg). Трябва да се отбележи, че стойността на топлопроводимостта на въглеродния оксид е малко по-малка от тази стойност y.
Динамичният вискозитет на въглеродния оксид при стайна температура е 0,0246 · 10 -7 Pa · s. Когато въглеродният оксид се нагрява, вискозитетът му се увеличава. Този характер на зависимостта на динамичния вискозитет от температурата се наблюдава в y. Трябва да се отбележи, че въглеродният оксид е по-вискозен от водната пара и въглеродния диоксид CO 2, но има по-нисък вискозитет от азотния оксид NO и въздуха.
Въглероден окис (II ), или въглероден оксид, CO е открит от английския химик Джоузеф Пристли през 1799 г. Това е безцветен газ, без вкус и мирис, слабо е разтворим във вода (3,5 ml в 100 ml вода при 0°C), има ниски температура на топене (-205 ° C) и точка на кипене (-192 ° C).
Въглеродният окис навлиза в земната атмосфера при непълно изгаряне на органични вещества, по време на вулканични изригвания, както и в резултат на жизнената дейност на някои по-ниски растения(водорасли). Естественото ниво на CO във въздуха е 0,01-0,9 mg / m 3. Въглеродният окис е силно токсичен. В човешкото тяло и висшите животни той активно реагира с
Пламъкът на горящ въглероден оксид е с красив синьо-виолетов цвят. Лесно е да го наблюдавате сами. За да направите това, трябва да запалите кибрит. Долна частсветещ пламък - този цвят му се придава от нажежаеми въглеродни частици (продукт от непълно изгаряне на дървесина). Отгоре пламъкът е заобиколен от синьо-виолетова граница. Това изгаря въглеродния оксид, образуван по време на окисляването на дървесината.
сложно съединение от желязо - кръвен хем (свързан с протеина глобин), нарушаващ функциите на транспорта и консумацията на кислород от тъканите. Освен това той влиза в необратимо взаимодействие с някои ензими, участващи в енергийния метаболизъм на клетката. При концентрация на въглероден окис в стая от 880 mg / m 3 смъртта настъпва за няколко часа, а при 10 g / m 3 - почти мигновено. Максимално допустимото съдържание на въглероден окис във въздуха е 20 mg / m 3. Първите признаци на отравяне с CO (при концентрация 6-30 mg / m 3) са намалена чувствителност на зрението и слуха, главоболие, промени в сърдечната честота. Ако човек се отрови с въглероден окис, той трябва да бъде изведен на чист въздух, да му се направи изкуствено дишане, при леки случаи на отравяне - дайте силен чайили кафе.
Големи количества въглероден оксид ( II ) навлизат в атмосферата в резултат на човешка дейност. Например, една кола отделя средно около 530 кг CO във въздуха годишно. Когато 1 литър бензин се изгаря в двигател с вътрешно горене, емисиите на въглероден окис варират от 1 50 до 800 г. По магистралите в Русия средната концентрация на CO е 6-57 mg / m 3, тоест надвишава отравянето праг... Въглеродният окис се натрупва в лошо вентилирани дворове пред къщи, разположени в близост до магистрали, в мазета и гаражи. V последните годинипо магистралите са организирани специални пунктове за контрол на съдържанието на въглероден окис и други продукти от непълно изгаряне на горивото (CO-CH-контрол).
При стайна температура въглеродният оксид е доста инертен. Той не взаимодейства с вода и алкални разтвори, тоест е оксид, който не образува сол, но при нагряване реагира с твърди основи: CO + KOH = HCOOK (калиев формиат, сол на мравчена киселина); CO + Ca (OH) 2 = CaCO 3 + H 2. Тези реакции се използват за отделяне на водород от синтезния газ (CO + 3H 2), образуван от взаимодействието на метан със прегрята пара.
Интересно свойство на въглеродния оксид е способността му да образува съединения с преходни метали - карбонили, например: Ni + 4CO ® 70 ° C Ni (CO) 4.
Въглероден окис (II ) Е отличен редуциращ агент. При нагряване се окислява от атмосферния кислород: 2CO + O 2 = 2CO 2. Тази реакция може да се проведе при стайна температура с помощта на катализатор - платина или паладий. Тези катализатори са инсталирани в автомобилите, за да намалят емисиите на CO в атмосферата.
Когато CO реагира с хлор, много отровен газфосген (Tбала = 7,6 °C): CO + Cl 2 = COCl 2 ... Преди това е бил използван като химически боен агент, а сега се използва при производството на синтетични полимери от полиуретани.
Въглеродният окис се използва при топенето на желязо и стомана за редуциране на желязото от оксиди; също така се използва широко в органичния синтез. Когато смес от въглероден оксид взаимодейства ( II ) с водород в зависимост от условията (температура, налягане) се образуват различни продукти - алкохоли, карбонилни съединения, карбоксилни киселини... Особено голямо значениеима реакцията на синтез на метанол: CO + 2H 2 = CH3OH , който е един от основните продукти на органичния синтез. Въглеродният оксид се използва за синтеза на фос-ген, мравчена киселина, като висококалорично гориво.
Въглеродният окис е безцветен газ без мирис, който е слабо разтворим във вода.
т мн.ч. 205 ° C,
т бала. 191°С
критична температура = 140°С
критично налягане = 35 атм.
разтворимостта на CO във вода е около 1:40 по обем.
Химични свойства.
CO е инертен при нормални условия; при нагряване - редуциращ агент; несолеобразуващ оксид.
1) с кислород
2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2
2) с метални оксиди
C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2
3) с хлор (на светлина)
CO + Cl 2 --hn-> COCl 2 (фосген)
4) реагира с алкални стопилки (под налягане)
CO + NaOH = HCOONa (натриев формиат (натриев формиат))
5) образува карбонили с преходни метали
Ni + 4CO = t° = Ni (CO) 4
Fe + 5CO = t° = Fe (CO) 5
Въглеродният окис не реагира химически с вода. CO също не реагира с алкали и киселини. Той е изключително отровен.
С химическа странавъглеродният оксид се характеризира главно със своята склонност към реакции на присъединяване и неговите редукционни свойства. Но и двете тези тенденции обикновено се проявяват само при повишени температури. При тези условия CO се свързва с кислород, хлор, сяра, някои метали и др. В същото време въглеродният оксид при нагряване редуцира много оксиди до метали, което е много важно за металургията. Заедно с нагряването, увеличаването на реактивността на CO често се причинява от неговото разтваряне. Така че, в разтвор, той е в състояние да редуцира солите на Au, Pt и някои други елементи до свободни метали дори при обикновени температури.
При повишени температури и високи наляганияима взаимодействие на CO с вода и каустични алкали: в първия случай се образува HCOOH, а във втория - натриев формиат. Последната реакция протича при 120 ° C, налягане от 5 атм и намира техническа употреба.
Възстановяване на паладиев хлорид, лесно преминаващ в разтвор, съгласно общата схема:
PdCl 2 + H 2 O + CO = CO 2 + 2 HCl + Pd
е най-често използваната реакция за отваряне на въглероден оксид в смес от газове. Вече много малки количества CO се откриват лесно чрез лекото оцветяване на разтвора поради отделянето на фино натрошен метален паладий. Количественото определяне на CO се основава на реакцията:
5 CO + I 2 O 5 = 5 CO 2 + I 2.
Окислението на CO в разтвор често протича със забележима скорост само в присъствието на катализатор. При избора на последното естеството на окислителя играе основна роля. Така KMnO 4 окислява CO най-бързо в присъствието на фино натрошено сребро, K 2 Cr 2 O 7 - в присъствието на живачни соли, KClO 3 - в присъствието на OsO 4. Като цяло по своите редукционни свойства CO е подобен на молекулярния водород и неговата активност при нормални условия е по-висока от тази на последния. Интересно е, че има бактерии, които са способни да получават енергията, от която се нуждаят за живот, благодарение на окисляването на CO.
Сравнителната активност на CO и H 2 като редуциращи агенти може да бъде оценена чрез изследване на обратимата реакция:
H 2 O + CO = CO 2 + H 2 + 42 kJ,
равновесното състояние на което при високи температури се установява доста бързо (особено в присъствието на Fe 2 O 3). При 830 ° C равни количества CO и H 2 са в равновесната смес, тоест афинитетът на двата газа към кислорода е еднакъв. Под 830°C CO е по-силен редуктор, над H2.
Свързването на един от продуктите на горната реакция в съответствие със закона за масовото действие измества неговото равновесие. Следователно, чрез преминаване на смес от въглероден оксид и водна пара върху калциев оксид, може да се получи водород по схемата:
H 2 O + CO + CaO = CaCO 3 + H 2 + 217 kJ.
Тази реакция протича вече при 500 ° C.
Във въздуха CO светва при около 700 ° C и изгаря със син пламък до CO 2:
2 CO + O 2 = 2 CO 2 + 564 kJ.
Значителното генериране на топлина, съпътстващо тази реакция, прави въглеродния оксид ценен. газообразно гориво... Най-широко обаче се използва като изходен продукт за синтеза на различни органични вещества.
Изгарянето на дебели слоеве въглища в пещите се извършва на три етапа:
1) C + O 2 = CO 2; 2) CO 2 + C = 2 CO; 3) 2 CO + O 2 = 2 CO 2.
Ако тръбата се затвори преждевременно, в пещта се създава недостиг на кислород, което може да причини разпространение на CO през отопляемото помещение и да доведе до отравяне (отпадъци). Трябва да се отбележи, че миризмата на "въглероден оксид" не се причинява от CO, а от примеси на някои органични вещества.
CO пламъкът може да има температура до 2100 ° C. Реакцията на изгаряне на CO е интересна с това, че когато се нагрява до 700-1000 ° C, тя протича със забележима скорост само в присъствието на следи от водна пара или други водород-съдържащи газове (NH 3, H 2 S и др.). Това се дължи на верижната природа на разглежданата реакция, която протича чрез междинно образуване на OH радикали по следните схеми:
H + O 2 = HO + O, след това O + CO = CO 2, HO + CO = CO 2 + H и т.н.
При много високи температури реакцията на изгаряне на CO става значително обратима. Съдържанието на CO 2 в равновесната смес (под налягане от 1 atm) над 4000 ° C може да бъде само незначително. Самата молекула CO е толкова термично стабилна, че не се разлага дори при 6000 ° C. В междузвездната среда са открити молекули на CO. Когато CO действа върху метал K при 80 ° C, се образува безцветно кристално силно експлозивно съединение от състава K 6 C 6 O 6. Това вещество, с елиминирането на калия, лесно се трансформира във въглероден окис C 6 O 6 ("трихинон"), който може да се разглежда като продукт на полимеризация на CO. Структурата му съответства на шестчленен цикъл, образуван от въглеродни атоми, всеки от които е свързан чрез двойна връзка с кислородни атоми.
Взаимодействие на CO със сяра чрез реакция:
CO + S = COS + 29 kJ
става бързо само при високи температури. Полученият въглероден тиоксид (O = C = S) е безцветен газ без мирис (т.т. -139, bp -50 °C). Въглеродният окис (II) е в състояние директно да се комбинира с някои метали. В резултат на това се образуват метални карбонили, които трябва да се разглеждат като комплексни съединения.
Въглеродният окис (II) също образува комплексни съединения с някои соли. Някои от тях (OsCl 2 · 3CO, PtCl 2 · CO и др.) са стабилни само в разтвор. Образуването на последното вещество е свързано с абсорбцията на въглероден оксид (II) от разтвор на CuCl в силна НС1. Подобни съединения очевидно се образуват в амонячен разтвор на CuCl, който често се използва за абсорбция на CO при анализа на газове.
Получаване.
Въглеродният окис се образува, когато въглеродът се изгаря при липса на кислород. Най-често се получава в резултат на взаимодействието на въглероден диоксид с горещи въглища:
CO 2 + C + 171 kJ = 2 CO.
Тази реакция е обратима и нейното равновесие под 400 °C е почти изцяло изместено наляво, а над 1000 °C - вдясно (фиг. 7). Въпреки това, той се установява със забележима скорост само при високи температури. Следователно CO е доста стабилен при нормални условия.
Ориз. 7. Равновесен CO 2 + C = 2 CO.
Образуването на CO от елементи следва уравнението:
2 C + O 2 = 2 CO + 222 kJ.
Малки количества CO се получават удобно чрез разлагане на мравчена киселина: HCOOH = Н 2 О + CO
Тази реакция протича лесно при взаимодействие на HCOOH с гореща силна сярна киселина. На практика това производство се осъществява или чрез действието на конц. сярна киселина до течна HCOOH (при нагряване) или чрез преминаване на изпаренията на последната върху фосфорен хемипентаоксид. Взаимодействие на HCOOH с хлорсулфонова киселина по схемата:
HCOOH + СISO 3 H = H 2 SO 4 + HCI + CO
върви вече при нормални температури.
Отопление от конц. сярна киселина оксалова киселинаили железен калий. В първия случай реакцията протича по схемата: Н 2 С 2 О 4 = СО + СО 2 + Н 2 О.
Заедно с CO и въглероден двуокискоето може да се забави с преминаване газова смесчрез разтвор на бариев хидроксид. Във втория случай, единственият газообразен продукте въглероден оксид:
K 4 + 6 H 2 SO 4 + 6 H 2 O = 2 K 2 SO 4 + FeSO 4 + 3 (NH 4) 2 SO 4 + 6 CO.
Големи количества CO могат да се получат при непълно изгаряне на въглища в специални пещи - газогенератори. Обикновеният ("въздушен") генераторен газ съдържа средно (об.%): CO-25, N2-70, CO 2 -4 и малки примеси на други газове. При изгаряне дава 3300-4200 kJ на m 3. Замяната на обикновения въздух с кислород води до значително увеличаване на съдържанието на CO (и повишаване на калоричността на газа).
Още повече CO съдържа воден газ, състоящ се (в идеалния случай) от смес от равни обеми CO и H 2 и даващ 11700 kJ / m 3 по време на горене. Този газ се получава чрез издухване на водна пара през слой от горещи въглища и при около 1000 ° C има взаимодействие според уравнението:
H 2 O + C + 130 kJ = CO + H 2.
Реакцията на образуване на воден газ протича с поглъщане на топлина, въглищата постепенно се охлаждат и за да се поддържат в нагорещено състояние, е необходимо да се редува преминаването на водна пара с преминаването на въздух (или кислород) в газогенератора. В тази връзка водният газ съдържа приблизително CO-44, H 2 -45, CO 2 -5 и N 2 -6%. Той се използва широко за синтеза на различни органични съединения.
Често се получава смесен газ. Процесът на неговото производство се свежда до едновременно продухване на въздух и водна пара през слоя от горещи въглища, т.е. комбинация от двата метода, описани по-горе - Следователно съставът на смесения газ е междинен между генератора и водата. Средно съдържа: CO-30, H 2 -15, CO 2 -5 и N 2 -50%. Един кубичен метър го дава при изгаряне около 5400 kJ.
