- Clasa de pericol ONU 2.3
- Pericol secundar conform clasificării ONU 2.1
Structura moleculei
Molecula de CO, ca și molecula de azot izoelectronic, are o legătură triplă. Deoarece aceste molecule sunt similare ca structură, proprietățile lor sunt, de asemenea, similare - puncte de topire și fierbere foarte scăzute, valori apropiate ale entropiilor standard etc.
În cadrul metodei legăturii de valență, structura moleculei de CO poate fi descrisă prin formula: C≡O:, iar a treia legătură se formează conform mecanismului donor-acceptor, unde carbonul este acceptorul perechii de electroni. , iar oxigenul este donatorul.
Datorită prezenței unei triple legături, molecula de CO este foarte puternică (energia de disociere 1069 kJ/mol, sau 256 kcal/mol, care este mai mare decât cea a oricărei alte molecule diatomice) și are o distanță internucleară mică (d C≡ O = 0,1128 nm sau 1,13Â).
Molecula este slab polarizată, momentul electric al dipolului său μ = 0,04·10 -29 C m (direcția momentului dipol O - →C +). Potențial de ionizare 14,0 V, constantă de cuplare a forței k = 18,6.
Istoria descoperirii
Monoxidul de carbon a fost produs pentru prima dată de chimistul francez Jacques de Lassonne prin încălzirea oxidului de zinc cu cărbune, dar inițial a fost confundat cu hidrogen, deoarece ardea cu o flacără albastră. Faptul că acest gaz conține carbon și oxigen a fost descoperit de chimistul englez William Cruickshank. Monoxidul de carbon din afara atmosferei Pământului a fost descoperit pentru prima dată de omul de știință belgian M. Migeotte în 1949 prin prezența unei benzi vibraționale-rotaționale principale în spectrul IR al Soarelui.
Monoxid de carbon în atmosfera Pământului
Există surse naturale și antropice de intrare în atmosfera Pământului. În condiții naturale, la suprafața Pământului, CO se formează în timpul descompunerii anaerobe incomplete compusi organiciși în timpul arderii biomasei, în principal în timpul incendiilor de pădure și de stepă. Monoxidul de carbon se formează în sol atât biologic (eliberat de organismele vii), cât și non-biologic. S-a dovedit experimental eliberarea de monoxid de carbon din cauza compușilor fenolici obișnuiți în sol, care conțin grupări OCH 3 sau OH în poziții orto- sau para-față de prima grupare hidroxil.
Echilibrul general al producției non-biologice de CO și oxidarea acestuia de către microorganisme depinde de specific conditii de mediu, în primul rând din umiditate și valoare. De exemplu, monoxidul de carbon este eliberat direct în atmosferă din solurile aride, creând astfel maxime locale în concentrația acestui gaz.
În atmosferă, CO este produsul lanțurilor de reacții care implică metanul și alte hidrocarburi (în principal izoprenul).
Principala sursă antropogenă de CO sunt în prezent gazele de eșapament ale motorului combustie interna. Monoxidul de carbon se formează atunci când combustibilii cu hidrocarburi sunt arse în motoarele cu ardere internă la temperaturi insuficiente sau sistemul de alimentare cu aer este reglat slab (se furnizează oxigen insuficient pentru a oxida CO în CO 2 ). În trecut, o parte semnificativă a aportului antropic de CO în atmosferă era furnizată de gazul de iluminat, care a fost folosit pentru iluminatul interior în secolul al XIX-lea. Compoziția sa a fost aproximativ aceeași cu apa gazoasă, adică conținea până la 45% monoxid de carbon. În prezent, în sectorul utilităților publice, acest gaz este înlocuit cu un gaz mult mai puțin toxic. gaz natural (reprezentanţi inferiori serie omoloagă de alcani - propan etc.)
Aportul de CO din surse naturale și antropice este aproximativ același.
Monoxidul de carbon din atmosferă este în circulație rapidă: timpul său mediu de rezidență este de aproximativ 0,1 an, fiind oxidat de hidroxil în dioxid de carbon.
Chitanță
Metoda industriala
2C + O 2 → 2CO (efectul termic al acestei reacții este de 22 kJ),
2. sau la reducerea dioxidului de carbon cu cărbune fierbinte:
CO2 + C↔2CO (AH=172 kJ, AS=176 J/K).
Această reacție apare adesea la un incendiu de sobă când clapeta sobei este închisă prea devreme (înainte ca cărbunii să se fi ars complet). Monoxidul de carbon format în acest caz, datorită toxicității sale, provoacă tulburări fiziologice („fumuri”) și chiar moarte (vezi mai jos), de unde și una dintre denumirile banale - „monoxid de carbon”. O imagine a reacțiilor care au loc în cuptor este prezentată în diagramă.
Reacția de reducere a dioxidului de carbon este reversibilă; efectul temperaturii asupra stării de echilibru a acestei reacții este prezentat în grafic. Fluxul unei reacții la dreapta este asigurat de factorul de entropie, iar la stânga de factorul de entalpie. La temperaturi sub 400°C echilibrul este aproape complet deplasat spre stânga, iar la temperaturi peste 1000°C spre dreapta (spre formarea CO). La temperaturi scăzute viteza acestei reacții este foarte scăzută, astfel încât monoxidul de carbon este destul de stabil în condiții normale. Acest echilibru are un nume special Echilibrul budoirului.
3. Amestecuri de monoxid de carbon cu alte substanțe se obțin prin trecerea aerului, vaporilor de apă etc. printr-un strat de cocs fierbinte, cărbune sau cărbune brun etc. (vezi gaz generator, gaz apă, gaz mixt, gaz de sinteză).
Metoda de laborator
TLV (concentrație maximă de prag, SUA): 25 MAC r.z. conform standardelor de igienă GN 2.2.5.1313-03 este de 20 mg/m³
Protecție împotriva monoxidului de carbon
Datorită unui asemenea bun valoare calorica, CO este o componentă a diferitelor amestecuri tehnice de gaze (vezi, de exemplu, gazul generatorului), folosit, printre altele, pentru încălzire.
halogeni. Cel mai grozav uz practic a avut o reacție cu clorul:
CO + Cl 2 → COCl 2
Reacția este exotermă, efectul ei termic este de 113 kJ, în prezența unui catalizator (cărbune activ) are loc deja la temperatura camerei. În urma reacției, se formează fosgen, o substanță care este utilizată pe scară largă în diferite ramuri ale chimiei (și, de asemenea, ca agent de război chimic). Prin reacții similare se pot obține COF2 (fluorura de carbonil) și COBr2 (bromură de carbonil). Nu s-a obţinut iodură de carbonil. Exotermicitatea reacțiilor scade rapid de la F la I (pentru reacțiile cu F 2 efectul termic este de 481 kJ, cu Br 2 - 4 kJ). De asemenea, este posibil să se obțină derivați mixți, de exemplu COFCl (pentru mai multe detalii, vezi derivații halogenați ai acidului carbonic).
Prin reacția CO cu F2, în plus față de fluorură de carbonil, se poate obține un compus peroxid (FCO)2O2. Caracteristicile sale: punctul de topire −42°C, punctul de fierbere +16°C, are un miros caracteristic (asemănător cu mirosul de ozon), când este încălzit peste 200°C se descompune exploziv (produși de reacție CO 2 , O 2 și COF 2 ). ), în mediu acid reacţionează cu iodura de potasiu conform ecuaţiei:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
Monoxidul de carbon reacţionează cu calcogenii. Cu sulful formează sulfură de carbon COS, reacția are loc la încălzire, conform ecuației:
CO + S → COS ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/K
S-au obținut, de asemenea, selenoxid COSe și teluroxid COTe similare.
Restaurează SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
Cu metalele de tranziție formează compuși foarte volatili, inflamabili și toxici - carbonili, precum Cr(CO) 6, Ni(CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 etc.
După cum sa menționat mai sus, monoxidul de carbon este ușor solubil în apă, dar nu reacționează cu acesta. De asemenea, nu reacționează cu soluțiile de alcalii și acizi. Cu toate acestea, reacţionează cu topiturile alcaline:
CO + KOH → HCOOK
Reacția monoxidului de carbon cu metalul de potasiu într-o soluție de amoniac este interesantă. Aceasta produce compusul exploziv dioxodicarbonat de potasiu:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
Reacția cu amoniacul la temperaturi mari este posibil să se obțină un compus important pentru industrie – cianura de hidrogen HCN. Reacția are loc în prezența unui catalizator (oxid
Monoxid de carbon (monoxid de carbon, monoxid de carbon, monoxid de carbon (II).) este un gaz incolor, extrem de toxic, insipid și inodor, mai ușor decât aerul (în condiții normale). Formula chimica- CO.
Structura moleculei
Datorită prezenței unei triple legături, molecula de CO este foarte puternică (energie de disociere 1069 kJ/mol, sau 256 kcal/mol, care este mai mare decât cea a oricărei alte molecule biatomice) și are o distanță internucleară mică ( d C≡O = 0,1128 nm sau 1,13 Å).
Molecula este slab polarizată, momentul său dipol electric μ = 0,04⋅10 −29 C m. Numeroase studii au arătat că sarcina negativă din molecula de CO este concentrată pe atomul de carbon C − ←O + (direcția momentului dipol din moleculă este opusă celei presupuse anterior). Energia de ionizare 14,0 eV, constantă de cuplare a forței k = 18,6 .
Proprietăți
Monoxidul de carbon (II) este un gaz incolor, insipid și inodor. Inflamabil Așa-numitul „miros de monoxid de carbon” este de fapt mirosul de impurități organice.
| Energia Gibbs standard de formare Δ G | −137,14 kJ/mol (g) (la 298 K) |
| Entropia standard de educație S | 197,54 J/mol K (g) (la 298 K) |
| Capacitate de căldură molară standard C p | 29,11 J/mol K (g) (la 298 K) |
| Entalpia de topire Δ H pl | 0,838 kJ/mol |
| Entalpia de fierbere Δ H balot | 6,04 kJ/mol |
| Temperatura critica t Creta | -140,23 °C |
| Presiune critică P Creta | 3.499 MPa |
| Densitatea critică ρ crit | 0,301 g/cm³ |
Principalele tipuri reacții chimiceîn care este implicat monoxidul de carbon(II) sunt reacțiile de adiție și reacțiile redox, în care prezintă proprietăți reducătoare.
La temperatura camerei, CO este inactiv; activitatea sa chimică crește semnificativ atunci când este încălzit și în soluții. Astfel, în soluții reduce sărurile, , și altele la metale deja la temperatura camerei. Când este încălzit, reduce și alte metale, de exemplu CO + CuO → Cu + CO 2. Este utilizat pe scară largă în pirometalurgie. Metoda de detectare calitativă a CO se bazează pe reacția CO în soluție cu clorură de paladiu, vezi mai jos.
Oxidarea CO în soluție are loc adesea la o viteză vizibilă numai în prezența unui catalizator. La selectarea acestuia din urmă, rolul principal este jucat de natura agentului de oxidare. Astfel, KMnO 4 oxidează CO cel mai rapid în prezența argintului mărunțit fin, K 2 Cr 2 O 7 - în prezența sărurilor, KClO 3 - în prezența OsO 4. În general, CO este similar în proprietățile sale reducătoare cu hidrogenul molecular.
Sub 830 °C agentul reducător mai puternic este CO, iar deasupra este hidrogenul. Prin urmare, echilibrul de reacție
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\rightleftarrows CO_(2)+H_(2))))până la 830 °C este deplasată la dreapta, peste 830 °C la stânga.
Interesant este că există bacterii care, prin oxidarea CO, obțin energia de care au nevoie pentru viață.
Monoxidul de carbon (II) arde cu flacără de culoare albastră(temperatura de pornire a reacției 700 °C) în aer:
2 C O + O 2 → 2 C O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CO+O_(2)\rightarrow 2CO_(2)))) (Δ G° 298 = -257 kJ, Δ S° 298 = −86 J/K).Temperatura de ardere a CO poate ajunge la 2100 °C. Reacția de ardere este o reacție în lanț, iar inițiatorii sunt cantități mici de compuși care conțin hidrogen (apă, amoniac, hidrogen sulfurat etc.)
Datorită unei puteri calorice atât de bune, CO este o componentă a diferitelor amestecuri tehnice de gaze (vezi, de exemplu, gazul generatorului), folosit, printre altele, pentru încălzire. Exploziv atunci când este amestecat cu aer; limitele inferioare și superioare de concentrație de propagare a flăcării: de la 12,5 la 74% (în volum).
halogeni. Reacția cu clorul a primit cea mai mare aplicație practică:
C O + C l 2 → C O C l 2 . (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)\rightarrow COCl_(2))).)Prin reacția CO cu F 2, pe lângă fluorură de carbonil COF 2, se poate obține compusul peroxid (FCO) 2 O 2. Caracteristicile sale: punctul de topire −42 °C, punctul de fierbere +16 °C, are un miros caracteristic (asemănător cu mirosul de ozon), când este încălzit peste 200 °C, se descompune exploziv (produși de reacție CO 2 , O 2 și COF 2 ). ), în mediu acid reacţionează cu iodura de potasiu conform ecuaţiei:
(F C O) 2 O 2 + 2 K I → 2 K F + I 2 + 2 C O 2. (\displaystyle (\mathsf ((FCO)_(2)O_(2)+2KI\rightarrow 2KF+I_(2)+2CO_(2).)))Monoxidul de carbon (II) reacţionează cu calcogenii. Cu sulful formează sulfură de carbon COS, reacția are loc la încălzire, conform ecuației:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS))) (Δ G° 298 = -229 kJ, Δ S° 298 = −134 J/K).S-au obținut, de asemenea, selenoxid de carbon COSe și teluroxid de carbon COTe similare.
Restaurează SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S. (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.)))Cu metalele de tranziție formează compuși inflamabili și toxici - carbonili, cum ar fi , , , etc. Unii dintre ei sunt volatili.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow )))Monoxidul de carbon (II) este ușor solubil în apă, dar nu reacționează cu acesta. De asemenea, nu reacționează cu soluțiile de alcalii și acizi. Cu toate acestea, reacţionează cu topiturile alcaline pentru a forma formiaţii corespunzători:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\rightarrow HCOOK.)))Este interesantă reacția monoxidului de carbon(II) cu potasiul metal într-o soluție de amoniac. Aceasta produce compusul exploziv dioxodicarbonat de potasiu:
2 K + 2 C O → K 2 C 2 O 2 . (\displaystyle (\mathsf (2K+2CO\rightarrow K_(2)C_(2)O_(2.))) x C O + y H 2 → (\displaystyle (\mathsf (xCO+yH_(2)\rightarrow ))) alcooli + alcani liniari.Acest proces este sursa de producție a unor produse industriale atât de importante, cum ar fi metanol, motorină sintetică, alcooli polihidroxici, uleiuri și lubrifianți.
Acțiune fiziologică
Toxicitate
Monoxid de carbon foarte toxic.
Efectul toxic al monoxidului de carbon (II) se datorează formării carboxihemoglobinei - un complex carbonil mult mai puternic cu hemoglobina, comparativ cu complexul hemoglobinei cu oxigen (oxihemoglobina). Astfel, procesele de transport al oxigenului și respirația celulară sunt blocate. Concentrațiile în aer de peste 0,1% duc la moarte în decurs de o oră.
- Victima trebuie dusă la Aer proaspat. Pentru otrăvirea ușoară este suficientă hiperventilația plămânilor cu oxigen.
- Ventilatie artificiala.
- Lobelină sau cofeină sub piele.
- Carboxilază intravenos.
Medicina mondială nu cunoaște antidoturi fiabile pentru utilizare în cazurile de intoxicație cu monoxid de carbon.
Protecție cu carbon(II).
Monoxid de carbon endogen
Monoxidul de carbon endogen este produs în mod normal de celule la oameni și animale și servește ca o moleculă de semnalizare. Joacă un rol fiziologic cunoscut în organism, în special ca neurotransmițător și provoacă vasodilatație. Datorită rolului monoxidului de carbon endogen în organism, sunt asociate tulburări ale metabolismului său diverse boli, precum bolile neurodegenerative, ateroscleroza vaselor de sânge, hipertensiunea arterială, insuficiența cardiacă, diverse procese inflamatorii.
Monoxidul de carbon endogen se formează în organism datorită efectului oxidant al enzimei hemoxigenazei asupra hemului, care este un produs al distrugerii hemoglobinei și mioglobinei, precum și a altor proteine care conțin hem. Acest proces determină formarea unei cantități mici de carboxihemoglobină în sângele unei persoane, chiar dacă persoana nu fumează și nu respiră aer atmosferic (conținând întotdeauna cantități mici de monoxid de carbon exogen), ci oxigen pur sau un amestec de azot și oxigen.
În urma primei dovezi din 1993 că monoxidul de carbon endogen este un neurotransmițător normal în corpul uman, precum și unul dintre cele trei gaze endogene care modulează în mod normal reacțiile inflamatorii din organism (celelalte două fiind oxidul nitric (II) și hidrogenul sulfurat), monoxidul de carbon endogen a atras o atenție considerabilă din partea clinicienilor și cercetătorilor ca un important regulator biologic. În multe țesuturi, toate cele trei gaze de mai sus s-au dovedit a fi agenți antiinflamatori, vasodilatatoare și, de asemenea, induc angiogeneza. Cu toate acestea, nu totul este atât de simplu și lipsit de ambiguitate. Angiogeneza - nu întotdeauna efect benefic, deoarece, în special, joacă un rol în creștere tumori maligneși este, de asemenea, una dintre cauzele leziunilor retinei în timpul degenerescenței maculare. În special, este important de menționat că fumatul (sursa principală de monoxid de carbon din sânge, care produce concentrații de câteva ori mai mari decât producția naturală) crește riscul de degenerescență maculară a retinei de 4-6 ori.
Există o teorie că în unele sinapse celule nervoase, acolo unde are loc stocarea pe termen lung a informațiilor, celula receptoare, ca răspuns la semnalul primit, produce monoxid de carbon endogen, care transmite semnalul înapoi celulei emitente, informând-o astfel despre disponibilitatea sa de a continua să primească semnale de la aceasta și creșterea activității celulei transmițătoare de semnal. Unele dintre aceste celule nervoase conțin guanilat ciclază, o enzimă care este activată prin expunerea la monoxid de carbon endogen.
Cercetările privind rolul monoxidului de carbon endogen ca substanță antiinflamatoare și citoprotector au fost efectuate în multe laboratoare din întreaga lume. Aceste proprietăți ale monoxidului de carbon endogen fac ca efectul asupra metabolismului său să fie o țintă terapeutică interesantă pentru tratamentul unor afecțiuni patologice atât de diferite, cum ar fi afectarea tisulară cauzată de ischemie și reperfuzie ulterioară (de exemplu, infarct miocardic, accident vascular cerebral ischemic), respingerea transplantului, ateroscleroza vasculară, sepsis sever, malarie severă, boli autoimune. Au fost efectuate și studii clinice pe oameni, dar rezultatele acestora nu au fost încă publicate.
Pentru a rezuma, ceea ce se știe în 2015 despre rolul monoxidului de carbon endogen în organism poate fi rezumat după cum urmează:
- Monoxidul de carbon endogen este una dintre moleculele de semnalizare endogene importante;
- Monoxidul de carbon endogen modulează funcțiile sistemului nervos central și ale sistemului cardiovascular;
- Monoxidul de carbon endogen inhibă agregarea trombocitelor și aderența acestora la pereții vaselor de sânge;
- Influențarea metabolismului monoxidului de carbon endogen în viitor poate fi una dintre strategiile terapeutice importante pentru o serie de boli.
Istoria descoperirii
Toxicitatea fumului degajat atunci când arde cărbunele a fost descrisă de Aristotel și Galen.
Monoxidul de carbon (II) a fost produs pentru prima dată de chimistul francez Jacques de Lassonne prin încălzirea oxidului de zinc cu cărbune, dar inițial a fost confundat cu hidrogen, deoarece ardea cu o flacără albastră.
Faptul că acest gaz conține carbon și oxigen a fost descoperit de chimistul englez William Cruyckshank. Toxicitatea gazului a fost studiată în 1846 de către medicul francez Claude Bernard în experimente pe câini.
Monoxidul de carbon(II) din afara atmosferei Pământului a fost descoperit pentru prima dată de omul de știință belgian M. Migeotte în 1949 prin prezența unei benzi vibraționale-rotaționale principale în spectrul IR al Soarelui. Monoxidul de carbon (II) a fost descoperit în mediul interstelar în 1970.
Chitanță
Metoda industriala
- Formată în timpul arderii carbonului sau a compușilor pe bază de carbon (de exemplu, benzină) în condiții de lipsă de oxigen:
- sau la reducerea dioxidului de carbon cu cărbune fierbinte:
Această reacție are loc în timpul unui incendiu la sobă, când clapeta sobei este închisă prea devreme (înainte ca cărbunii să se fi ars complet). Monoxidul de carbon (II) format în acest caz, datorită toxicității sale, provoacă tulburări fiziologice („fumuri”) și chiar moarte (vezi mai jos), de unde și una dintre denumirile banale - „monoxid de carbon”.
Reacția de reducere a dioxidului de carbon este reversibilă; efectul temperaturii asupra stării de echilibru a acestei reacții este prezentat în grafic. Fluxul unei reacții la dreapta este asigurat de factorul de entropie, iar la stânga de factorul de entalpie. La temperaturi sub 400 °C echilibrul este aproape complet deplasat spre stânga, iar la temperaturi peste 1000 °C spre dreapta (spre formarea CO). La temperaturi scăzute, viteza acestei reacții este foarte scăzută, astfel încât monoxidul de carbon (II) este destul de stabil în condiții normale. Acest echilibru are un nume special Echilibrul budoirului.
- Amestecuri de monoxid de carbon (II) cu alte substanțe se obțin prin trecerea aerului, vaporilor de apă etc. printr-un strat de cocs fierbinte, cărbune sau cărbune brun etc. (vezi gaz generator, apă gazoasă, amestec de gaz, gaz de sinteză).
Metoda de laborator
- Descompunerea acidului formic lichid sub acțiunea acidului sulfuric concentrat fierbinte sau trecerea acidului formic gazos peste oxidul de fosfor P 2 O 5. Schema de reactie:
- Încălzirea unui amestec de acizi oxalic și acizi sulfuric concentrat. Reacția se desfășoară conform ecuației:
- Încălzirea unui amestec de hexacianoferrat (II) de potasiu cu acid sulfuric concentrat. Reacția se desfășoară conform ecuației:
- Reducerea carbonatului de zinc de către magneziu la încălzire:
Determinarea monoxidului de carbon (II)
Prezența CO poate fi determinată calitativ prin întunecarea soluțiilor de clorură de paladiu (sau hârtie înmuiată în această soluție). Întunecarea este asociată cu eliberarea de paladiu metalic fin conform următoarei scheme:
P d C l 2 + C O + H 2 O → P d ↓ + CO 2 + 2 H C l . (\displaystyle (\mathsf (PdCl_(2)+CO+H_(2)O\rightarrow Pd\downarrow +CO_(2)+2HCl.)))Această reacție este foarte sensibilă. Soluție standard: 1 gram de clorură de paladiu pe litru de apă.
Determinarea cantitativă a monoxidului de carbon(II) se bazează pe reacția iodometrică:
5 C O + I 2 O 5 → 5 C O 2 + I 2. (\displaystyle (\mathsf (5CO+I_(2)O_(5)\rightarrow 5CO_(2)+I_(2).)))Aplicație
- Monoxidul de carbon (II) este un reactiv intermediar utilizat în reacțiile cu hidrogenul în procese industriale critice pentru a produce alcooli organici și hidrocarburi simple.
- Monoxidul de carbon (II) este folosit pentru procesarea cărnii și peștelui de animale, dându-le o culoare roșie aprinsă și aspectul de prospețime fără a modifica gustul (tehnologie Fum limpedeȘi Fum fără gust). Concentrația admisibilă de CO este de 200 mg/kg de carne.
- Monoxidul de carbon (II) este componenta principală a gazului generator, folosit ca combustibil în vehiculele cu motor pe gaz.
- Monoxidul de carbon din evacuarea motorului a fost folosit de naziști în timpul celui de-al Doilea Război Mondial pentru uciderea în masă a oamenilor prin otrăvire.
Monoxid de carbon (II) în atmosfera Pământului
Există surse naturale și antropice de intrare în atmosfera Pământului. În condiții naturale, la suprafața Pământului, CO se formează în timpul descompunerii anaerobe incomplete a compușilor organici și în timpul arderii biomasei, în principal în timpul incendiilor de pădure și stepă. Monoxidul de carbon (II) se formează în sol atât biologic (eliberat de organismele vii), cât și non-biologic. S-a dovedit experimental eliberarea de monoxid de carbon (II) din cauza compușilor fenolici obișnuiți în sol, care conțin grupări OCH 3 sau OH în poziții orto- sau para-față de prima grupare hidroxil.
Echilibrul general al producției non-biologice de CO și oxidarea acestuia de către microorganisme depinde de condițiile specifice de mediu, în primul rând umiditatea și . De exemplu, monoxidul de carbon(II) este eliberat direct în atmosferă din solurile aride, creând astfel maxime locale în concentrația acestui gaz.
În atmosferă, CO este produsul lanțurilor de reacții care implică metanul și alte hidrocarburi (în principal izoprenul).
Principala sursă antropogenă de CO sunt în prezent gazele de eșapament de la motoarele cu ardere internă. Monoxidul de carbon se formează atunci când combustibilii cu hidrocarburi sunt arse în motoarele cu ardere internă la temperaturi insuficiente sau sistemul de alimentare cu aer este reglat slab (se furnizează oxigen insuficient pentru a oxida CO în CO 2 ). În trecut, o parte semnificativă a aportului antropic de CO în atmosferă era furnizată de gazul de iluminat, care a fost folosit pentru iluminatul interior în secolul al XIX-lea. Compoziția sa a fost aproximativ aceeași cu apa gazoasă, adică conținea până la 45% monoxid de carbon (II). Nu este utilizat în sectorul utilităților publice din cauza prezenței unui analog mult mai ieftin și eficient din punct de vedere energetic -
Proprietățile fizice ale monoxidului de carbon (monoxid de carbon CO) la normal presiune atmosferică in functie de temperatura la valori negative si pozitive.
În tabele Sunt prezentate următoarele proprietăți fizice ale CO: densitatea monoxidului de carbon ρ , căldura specifică la presiune constantă C p, coeficienții de conductivitate termică λ și vâscozitatea dinamică μ .
Primul tabel arată densitatea și capacitatea termică specifică a monoxidului de carbon CO în intervalul de temperatură de la -73 la 2727°C.
Al doilea tabel oferă valorile proprietăților fizice ale monoxidului de carbon, cum ar fi conductivitatea termică și vâscozitatea sa dinamică în intervalul de temperatură de la minus 200 la 1000 ° C.
Densitatea monoxidului de carbon, cum ar fi , depinde în mod semnificativ de temperatură - atunci când monoxidul de carbon CO este încălzit, densitatea acestuia scade. De exemplu, la temperatura camerei densitatea monoxidului de carbon este de 1,129 kg/m3, dar în procesul de încălzire la o temperatură de 1000°C, densitatea acestui gaz scade de 4,2 ori - până la o valoare de 0,268 kg/m 3.
În condiții normale (temperatura 0°C), monoxidul de carbon are o densitate de 1,25 kg/m3. Dacă comparăm densitatea sa cu alte gaze comune, atunci densitatea monoxidului de carbon în raport cu aerul este mai puțin importantă - monoxidul de carbon este mai ușor decât aerul. Este, de asemenea, mai ușor decât argonul, dar mai greu decât azotul, hidrogenul, heliul și alte gaze ușoare.
Căldura specifică a monoxidului de carbon în condiții normale este de 1040 J/(kg deg). Pe măsură ce temperatura acestui gaz crește, crește capacitatea sa de căldură specifică. De exemplu, la 2727°C valoarea sa este de 1329 J/(kg deg).
| t, °С | ρ, kg/m 3 | C p , J/(kg grade) | t, °С | ρ, kg/m 3 | C p , J/(kg grade) | t, °С | ρ, kg/m 3 | C p , J/(kg grade) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -73 | 1,689 | 1045 | 157 | 0,783 | 1053 | 1227 | 0,224 | 1258 |
| -53 | 1,534 | 1044 | 200 | 0,723 | 1058 | 1327 | 0,21 | 1267 |
| -33 | 1,406 | 1043 | 257 | 0,635 | 1071 | 1427 | 0,198 | 1275 |
| -13 | 1,297 | 1043 | 300 | 0,596 | 1080 | 1527 | 0,187 | 1283 |
| -3 | 1,249 | 1043 | 357 | 0,535 | 1095 | 1627 | 0,177 | 1289 |
| 0 | 1,25 | 1040 | 400 | 0,508 | 1106 | 1727 | 0,168 | 1295 |
| 7 | 1,204 | 1042 | 457 | 0,461 | 1122 | 1827 | 0,16 | 1299 |
| 17 | 1,162 | 1043 | 500 | 0,442 | 1132 | 1927 | 0,153 | 1304 |
| 27 | 1,123 | 1043 | 577 | 0,396 | 1152 | 2027 | 0,147 | 1308 |
| 37 | 1,087 | 1043 | 627 | 0,374 | 1164 | 2127 | 0,14 | 1312 |
| 47 | 1,053 | 1043 | 677 | 0,354 | 1175 | 2227 | 0,134 | 1315 |
| 57 | 1,021 | 1044 | 727 | 0,337 | 1185 | 2327 | 0,129 | 1319 |
| 67 | 0,991 | 1044 | 827 | 0,306 | 1204 | 2427 | 0,125 | 1322 |
| 77 | 0,952 | 1045 | 927 | 0,281 | 1221 | 2527 | 0,12 | 1324 |
| 87 | 0,936 | 1045 | 1027 | 0,259 | 1235 | 2627 | 0,116 | 1327 |
| 100 | 0,916 | 1045 | 1127 | 0,241 | 1247 | 2727 | 0,112 | 1329 |
Conductivitatea termică a monoxidului de carbon în condiții normale este de 0,02326 W/(m deg). Crește odată cu creșterea temperaturii și la 1000°C devine egal cu 0,0806 W/(m deg). Trebuie remarcat faptul că conductivitatea termică a monoxidului de carbon este puțin mai mică decât această valoare y.
Vâscozitatea dinamică a monoxidului de carbon la temperatura camerei este de 0,0246·10 -7 Pa·s. Când monoxidul de carbon este încălzit, vâscozitatea acestuia crește. Acest tip de dependență a vâscozității dinamice de temperatură se observă în . Trebuie remarcat faptul că monoxidul de carbon este mai vâscos decât vaporii de apă și dioxidul de carbon CO 2 , dar are o vâscozitate mai mică în comparație cu oxidul de azot NO și aerul.
Monoxid de carbon (II) ), sau monoxid de carbon, CO a fost descoperit de chimistul englez Joseph Priestley în 1799. Este un gaz incolor, insipid și inodor, este ușor solubil în apă (3,5 ml în 100 ml apă la 0°C), are un nivel scăzut de temperatura de topire (-205 °C) și punctul de fierbere (-192 °C).
Monoxidul de carbon intră în atmosfera Pământului în timpul arderii incomplete a substanțelor organice, în timpul erupțiilor vulcanice și, de asemenea, ca urmare a activității vitale a unor plante inferioare(alge). Nivelul natural de CO din aer este de 0,01-0,9 mg/m3. Monoxidul de carbon este foarte otrăvitor. În corpul uman și animalele superioare, acesta reacționează activ cu
Flacăra arderii monoxidului de carbon este o culoare frumoasă albastru-violet. Este ușor de observat singur. Pentru a face acest lucru, trebuie să aprindeți un chibrit. Partea de jos flacăra este luminoasă - această culoare îi este dată de particulele de carbon fierbinte (un produs al arderii incomplete a lemnului). Flacăra este înconjurată de o chenar albastru-violet deasupra. Aceasta arde monoxidul de carbon generat în timpul oxidării lemnului.
compus complex de fier - hem sanguin (legat de proteina globina), perturbând funcțiile de transfer și consum de oxigen de către țesuturi. În plus, intră într-o interacțiune ireversibilă cu unele enzime implicate în metabolismul energetic al celulei. La o concentrație de monoxid de carbon în cameră de 880 mg/m3, moartea are loc în câteva ore, iar la 10 g/m3 - aproape instantaneu. Conținutul maxim admis de monoxid de carbon în aer este de 20 mg/m3. Primele semne ale intoxicației cu CO (la o concentrație de 6-30 mg/m3) sunt scăderea sensibilității vederii și a auzului, durerea de cap și modificarea ritmului cardiac. Dacă o persoană a fost otrăvită cu monoxid de carbon, trebuie scoasă la aer curat și administrată respiratie artificiala, în cazuri ușoare de otrăvire - dați ceai tare sau cafea.
Cantități mari de monoxid de carbon ( II ) pătrund în atmosferă ca urmare a activității umane. Astfel, în medie, o mașină emite aproximativ 530 kg de CO în aer pe an. Când 1 litru de benzină este ars într-un motor cu ardere internă, emisiile de monoxid de carbon variază de la 150 la 800 g. Pe autostrăzile rusești, concentrația medie de CO este de 6-57 mg/m3, adică depășește pragul de otrăvire . Monoxidul de carbon se acumulează în curțile slab ventilate din fața caselor situate în apropierea autostrăzilor, în subsoluri și garaje. ÎN anul trecut Pe drumuri au fost organizate puncte speciale pentru monitorizarea conținutului de monoxid de carbon și alți produși de ardere incompletă a combustibilului (control CO-CH).
La temperatura camerei, monoxidul de carbon este destul de inert. Nu interacționează cu apa și soluțiile alcaline, adică este un oxid care nu formează sare, dar când este încălzit reacţionează cu alcalii solide: CO + KOH = HCOOC (formiat de potasiu, sare de acid formic); CO + Ca (OH)2 = CaC03 + H2. Aceste reacții sunt folosite pentru a separa hidrogenul de gazul de sinteză (CO + 3H 2), format prin interacțiunea metanului cu vaporii de apă supraîncălziți.
O proprietate interesantă a monoxidului de carbon este capacitatea sa de a forma compuși cu metale de tranziție - carbonili, de exemplu: Ni +4СО ® 70°C Ni (CO)4.
Monoxid de carbon (II) ) este un excelent agent reducător. Când este încălzit, este oxidat de oxigenul aerului: 2CO + O 2 = 2CO 2. Această reacție poate fi efectuată și la temperatura camerei folosind un catalizator - platină sau paladiu. Astfel de catalizatori sunt instalați pe mașini pentru a reduce emisiile de CO în atmosferă.
Când CO reacţionează cu clorul, foarte gaz otrăvitor fosgen (t kip = 7,6 °C): CO+ CI2 = COCl2 . Anterior, era folosit ca agent de război chimic, dar acum este folosit în producția de polimeri poliuretanici sintetici.
Monoxidul de carbon este utilizat în topirea fierului și a oțelului pentru a reduce fierul din oxizi; este, de asemenea, utilizat pe scară largă în sinteza organică. Când un amestec de oxid de carbon ( II ) cu hidrogen, în funcție de condiții (temperatură, presiune), se formează diverși produse - alcooli, compuși carbonilici, acizi carboxilici. In mod deosebit mare importanță are o reacție de sinteză a metanolului: CO + 2H 2 = CH3OH , care este unul dintre principalele produse ale sintezei organice. Monoxidul de carbon este folosit pentru sinteza genei fosforice, acidul formic, ca combustibil bogat în calorii.
Monoxidul de carbon este un gaz incolor și inodor care este ușor solubil în apă.
t pl. 205 °C,
t kip. 191 °C
temperatura critica =140°C
presiune critica = 35 atm.
Solubilitatea CO în apă este de aproximativ 1:40 în volum.
Proprietăți chimice.
În condiții normale, CO este inert; când este încălzit - un agent reducător; oxid neformator de sare.
1) cu oxigen
2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2
2) cu oxizi metalici
C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2
3) cu clor (la lumină)
CO + Cl 2 --hn-> COCl 2 (fosgen)
4) reacționează cu topituri alcaline (sub presiune)
CO + NaOH = HCOONa (acid formic de sodiu (formiat de sodiu))
5) formează carbonili cu metalele de tranziție
Ni + 4CO =t°= Ni(CO) 4
Fe + 5CO =t°= Fe(CO) 5
Monoxidul de carbon nu reacționează chimic cu apa. De asemenea, CO nu reacționează cu alcalii și acizii. Este extrem de otrăvitor.
CU partea chimică Monoxidul de carbon se caracterizează în principal prin tendința sa de a suferi reacții de adiție și proprietățile sale reducătoare. Cu toate acestea, ambele tendințe apar de obicei doar la temperaturi ridicate. În aceste condiții, CO se combină cu oxigenul, clorul, sulful, unele metale etc. În același timp, monoxidul de carbon, atunci când este încălzit, reduce mulți oxizi în metale, ceea ce este foarte important pentru metalurgie. Odată cu încălzirea, o creștere a activității chimice a CO este adesea cauzată de dizolvarea acestuia. Astfel, în soluție este capabil să reducă sărurile de Au, Pt și alte elemente pentru a elibera metalele deja la temperaturi obișnuite.
La temperaturi ridicate și presiuni mari are loc o interacțiune a CO cu apa și alcalii caustici: în primul caz se formează HCOOH, iar în al doilea acid formic de sodiu. Ultima reacție are loc la 120 °C, o presiune de 5 atm și este utilizată tehnic.
Reducerea clorurii de paladiu în soluție este ușoară conform schemei generale:
PdCI2 + H20 + CO = CO2 + 2 HCI + Pd
servește ca reacție cel mai frecvent utilizată pentru descoperirea monoxidului de carbon într-un amestec de gaze. Chiar și cantități foarte mici de CO sunt ușor de detectat prin colorarea ușoară a soluției datorită eliberării de paladiu metal zdrobit fin. Determinarea cantitativă a CO se bazează pe reacția:
5 CO + I 2 O 5 = 5 CO 2 + I 2.
Oxidarea CO în soluție are loc adesea la o viteză vizibilă numai în prezența unui catalizator. La selectarea acestuia din urmă, rolul principal este jucat de natura agentului de oxidare. Astfel, KMnO 4 oxidează CO cel mai rapid în prezența argintului mărunțit fin, K 2 Cr 2 O 7 - în prezența sărurilor de mercur, KClO 3 - în prezența OsO 4. În general, în proprietățile sale reducătoare, CO este similar cu hidrogenul molecular, iar activitatea sa în condiții normale este mai mare decât cea a acestuia din urmă. Interesant este că există bacterii care, prin oxidarea CO, obțin energia de care au nevoie pentru viață.
Activitatea comparativă a CO și H2 ca agenți reducători poate fi evaluată prin studierea reacției reversibile:
H2O + CO = CO2 + H2 + 42 kJ,
a cărui stare de echilibru la temperaturi ridicate se stabileşte destul de repede (mai ales în prezenţa Fe 2 O 3). La 830 °C, amestecul de echilibru conține cantități egale de CO și H2, adică afinitatea ambelor gaze pentru oxigen este aceeași. Sub 830 °C, agentul reducător mai puternic este CO, peste - H2.
Legarea unuia dintre produsele reacției discutate mai sus, în conformitate cu legea acțiunii masei, își schimbă echilibrul. Prin urmare, prin trecerea unui amestec de monoxid de carbon și vapori de apă peste oxid de calciu, hidrogenul poate fi obținut conform schemei:
H20 + CO + CaO = CaC03 + H2 + 217 kJ.
Această reacție are loc deja la 500 °C.
În aer, CO se aprinde la aproximativ 700 °C și arde cu o flacără albastră la CO 2:
2 CO + O 2 = 2 CO 2 + 564 kJ.
Eliberarea semnificativă de căldură care însoțește această reacție face ca monoxidul de carbon să fie valoros combustibil gazos. Cu toate acestea, este utilizat pe scară largă ca produs de pornire pentru sinteza diferitelor substanțe organice.
Arderea straturilor groase de cărbune în cuptoare are loc în trei etape:
1) C + O2 = CO2; 2) C02 + C = 2CO; 3) 2 CO + O 2 = 2 CO 2.
Dacă conducta este închisă prematur, se creează o lipsă de oxigen în cuptor, care poate face ca CO să se răspândească în încăperea încălzită și să ducă la otrăvire (fumuri). Trebuie menționat că mirosul de „monoxid de carbon” nu este cauzat de CO, ci de impuritățile unor substanțe organice.
Flacăra de CO poate avea o temperatură de până la 2100 °C. Reacția de ardere a CO este interesantă prin faptul că, atunci când este încălzită la 700-1000 °C, se desfășoară cu o viteză vizibilă numai în prezența unor urme de vapori de apă sau alte gaze care conțin hidrogen (NH3, H2S etc.). Acest lucru se datorează naturii în lanț a reacției luate în considerare, care are loc prin formarea intermediară a radicalilor OH conform următoarelor scheme:
H + O 2 = HO + O, apoi O + CO = CO 2, HO + CO = CO 2 + H etc.
La temperaturi foarte ridicate, reacția de ardere a CO devine vizibil reversibilă. Conținutul de CO 2 dintr-un amestec de echilibru (sub o presiune de 1 atm) peste 4000 °C poate fi doar neglijabil de mic. Molecula de CO în sine este atât de stabilă termic încât nu se descompune nici măcar la 6000 °C. Molecule de CO au fost descoperite în mediul interstelar. Când CO acționează asupra metalului K la 80 °C, se formează un compus cristalin incolor, foarte exploziv, din compoziția K6C6O6. Odată cu eliminarea potasiului, această substanță se transformă cu ușurință în monoxid de carbon C 6 O 6 („trichinonă”), care poate fi considerat ca un produs al polimerizării CO. Structura sa corespunde unui inel cu șase atomi format din atomi de carbon, fiecare dintre care este conectat printr-o dublă legătură la atomi de oxigen.
Interacțiunea CO cu sulful în funcție de reacție:
CO + S = COS + 29 kJ
Merge rapid doar la temperaturi ridicate. Tioxidul de carbon rezultat (O=C=S) este un gaz incolor și inodor (p.t. -139, pf -50 °C). Monoxidul de carbon (II) este capabil să se combine direct cu anumite metale. Ca rezultat, se formează carbonili metalici, care ar trebui considerați ca compuși complecși.
Monoxidul de carbon (II) formează, de asemenea, compuși complecși cu unele săruri. Unele dintre ele (OsCl 2 ·3CO, PtCl 2 ·CO etc.) sunt stabile doar în soluție. Formarea acestei din urmă substanțe este asociată cu absorbția monoxidului de carbon (II) de către o soluție de CuCl în HCl puternic. Compuși similari se formează aparent într-o soluție de amoniac de CuCl, care este adesea folosită pentru a absorbi CO în analiza gazelor.
Chitanță.
Monoxidul de carbon se formează atunci când carbonul arde în absența oxigenului. Cel mai adesea se obține ca urmare a interacțiunii dioxidului de carbon cu cărbunele fierbinte:
CO 2 + C + 171 kJ = 2 CO.
Această reacție este reversibilă, iar echilibrul său sub 400 °C este aproape complet deplasat spre stânga, iar peste 1000 °C - spre dreapta (Fig. 7). Cu toate acestea, se stabilește cu viteză vizibilă numai la temperaturi ridicate. Prin urmare, în condiții normale, CO este destul de stabil.
Orez. 7. Echilibrul CO 2 + C = 2 CO.
Formarea CO din elemente urmează ecuația:
2 C + O 2 = 2 CO + 222 kJ.
Este convenabil să se obțină cantități mici de CO prin descompunerea acidului formic: HCOOH = H 2 O + CO
Această reacție are loc cu ușurință atunci când HCOOH reacționează cu acid sulfuric fierbinte, puternic. În practică, această pregătire se realizează fie prin acțiunea conc. acid sulfuric în HCOOH lichid (când este încălzit), sau prin trecerea vaporilor acestuia din urmă peste hemipentaoxid de fosfor. Interacțiunea HCOOH cu acidul clorosulfonic conform schemei:
HCOOH + CISO3H = H2SO4 + HCI + CO
Funcționează deja la temperaturi normale.
O metodă convenabilă pentru producția de CO în laborator poate fi încălzirea cu conc. acid sulfuric acid oxalic sau sulfură de fier de potasiu. În primul caz, reacția se desfășoară conform următoarei scheme: H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O.
Alături de CO mai există și dioxid de carbon, care poate fi amânată prin trecere amestec de gaze printr-o soluție de hidroxid de bariu. În al doilea caz, singurul produs gazos este monoxid de carbon:
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.
Cantități mari de CO pot fi obținute prin arderea incompletă a cărbunelui în cuptoare speciale - generatoare de gaz. Gazul generator convențional („aer”) conține în medie (%): CO-25, N2-70, CO 2 -4 și impurități mici ale altor gaze. Când este ars, produce 3300-4200 kJ pe m3. Înlocuirea aerului obișnuit cu oxigen duce la o creștere semnificativă a conținutului de CO (și la o creștere a puterii calorice a gazului).
Și mai mult CO este conținut în apă gazoasă, care constă (într-un caz ideal) dintr-un amestec de volume egale de CO și H 2 și produce 11.700 kJ/m 3 la ardere. Acest gaz se obține prin suflarea vaporilor de apă printr-un strat de cărbune încins, iar la aproximativ 1000 °C interacțiunea are loc conform ecuației:
H2O + C + 130 kJ = CO + H2.
Reacția de formare a apei gazoase are loc cu absorbția căldurii, cărbunele se răcește treptat și pentru a-l menține în stare fierbinte este necesară alternarea trecerii vaporilor de apă cu trecerea aerului (sau oxigenului) în gaz. generator. În acest sens, apa gazoasă conține aproximativ CO-44, H2-45, CO2-5 și N2-6%. Este utilizat pe scară largă pentru sinteza diverșilor compuși organici.
Adesea se obține gaz mixt. Procesul de obținere a acestuia se rezumă la suflarea simultană a aerului și vaporilor de apă printr-un strat de cărbune încins, adică. o combinație a ambelor metode descrise mai sus - Prin urmare, compoziția gazului amestecat este intermediară între generator și apă. În medie, conține: CO-30, H2-15, CO2-5 și N2-50%. Un metru cub din acesta produce aproximativ 5400 kJ atunci când este ars.
