Оксид углерода(II)

	Оксид углерода(II)
Общие
Систематическое наименование	Монооксид углерода
Химическая формула	CO
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	бесцветный газ
Отн. молек. масса	28.0101 а. е. м.
Молярная масса	28.0101 г/моль
Плотность	0,00125 (при 0 °C) г/см³
Термические свойства
Температура плавления	в205 °C
Температура кипения	в191,5 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	в110,52 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	0.0026 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	630-08-0
Рег. номер PubChem	281
Рег. номер EINECS	211-128-3
SMILES	[C-]#[O+]
Регистрационный номер EC	006-001-00-2
RTECS	FG3500000

Оксид углерода(II) (угарный газ, окись углерода, монооксид углерода) в бесцветный ядовитый газ (при нормальных условиях) без вкуса и запаха. Химическая формула в CO. Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени: от 12,5 до 74 % (по объёму) [3].

Содержание

1 Строение молекулы
2 Свойства
3 Физиологическое действие, токсичность
4 Помощь при отравлении монооксидом углерода^[1]
5 Защита от монооксида углерода
6 История открытия
7 Получение
- 7.1 Промышленный способ
- 7.2 Лабораторный способ
8 Определение монооксида углерода
9 Применение
10 Монооксид углерода в атмосфере Земли
11 См. также
12 Литература
13 Ссылки
14 Примечания

[править] Строение молекулы

Молекула CO имеет тройную связь, как и молекула азота N₂. Так как эти молекулы сходны по строению (изоэлектронны, двухатомны, имеют близкую молярную массу), то и свойства их также схожи в очень низкие температуры плавления и кипения, близкие значения стандартных энтропий и т. п.

В рамках метода валентных связей строение молекулы CO можно описать формулой :C=O:.

Согласно методу молекулярных орбиталей электронная конфигурация невозбуждённой молекулы CO σ²_Oσ²_zπ⁴_{x, y}σ²_C. Тройная связь образована σвсвязью, образованной за счёт σ_z электронной пары, а электроны дважды вырожденного уровня π_{x, y} соответствуют двум σвсвязям. Электроны на несвязывающих σ_Cворбитали и σ_Oворбитали соответствуют двум электронным парам, одна из которых локализована у атома углерода, другая в у атома кислорода.

Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль, или 256 ккал/моль, что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (d_Cв‰O=0,1128 нм или 1,13Å).

Молекула слабо поляризована, электрический момент её диполя μ = 0,04·10^в29Кл·м. Многочисленные исследования показали, что отрицательный заряд в молекуле CO сосредоточен на атоме углерода и направление дипольного момента в молекуле противоположно предполагаемому C^вO⁺. Ионизационный потенциал 14,0 в, силовая константа связи k = 18,6.

[править] Свойства

Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей.

Свойства монооксида углерода
Стандартная энергия Гиббса образования ΔG	в137,14 кДж/моль (г) (при 298 К)
Стандартная энтропия образования S	197,54 Дж/моль·K (г) (при 298 К)
Стандартная мольная теплоёмкость C_p	29,11 Дж/моль·K (г) (при 298 К)
Энтальпия плавления ΔH_пл	0,838 кДж/моль
Энтальпия кипения ΔH_кип	6,04 кДж/моль
Критическая температура t_крит	в140,23 °C
Критическое давление P_крит	3,499 МПа
Критическая плотность ρ_крит	0,301 г/см³

Основными типами химических реакций, в которых участвует монооксид углерода, являются реакции присоединения и окислительно-восстановительные реакции, в которых он проявляет восстановительные свойства.

При комнатных температурах CO малоактивен, его химическая активность значительно повышается при нагревании и в растворах (так, в растворах он восстанавливает соли Au, Pt, Pd и других до металлов уже при комнатной температуре. При нагревании восстанавливает и другие металлы, например CO + CuO Cu + CO₂в‘. Это широко используется в пирометаллургии. На реакции CO в растворе с хлоридом палладия основан способ качественного обнаружения CO, см. ниже).

Окисление СО в растворе часто идёт с заметной скоростью лишь в присутствии катализатора. При подборе последнего основную роль играет природа окислителя. Так, KMnO₄ быстрее всего окисляет СО в присутствии мелкораздробленного серебра, K₂Cr₂O₇ в в присутствии солей ртути, KClO₃ в в присутствии OsO₄. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород.

Ниже 830 °C более сильным восстановителем является CO, в выше в водород. Поэтому равновесие реакции:

H₂O + CO в CO₂ + H₂ + 42 кДж

до 830 °C смещено вправо, выше 830 °C влево.

Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.

Монооксид углерода горит синим пламенем (температура начала реакции 700 °C) на воздухе:

CO + ¹/₂O₂ CO₂ ΔG°₂₉₈ = в257 кДж, ΔS°₂₉₈ = в86 Дж/K

Температура горения CO может достигать 2100 °C, она является цепной, причём инициаторами служат небольшие количества водородсодержащих соединений (вода, аммиак, сероводород и др.)

Благодаря такой хорошей теплотворной способности, CO является компонентом разных технических газовых смесей (см., например генераторный газ), используемых, в том числе, для отопления.

Монооксид углерода реагирует с галогенами. Наибольшее практическое применение получила реакция с хлором:

CO + Cl₂ COCl₂

Реакция экзотермическая, её тепловой эффект 113 кДж, в присутствии катализатора (активированный уголь) она идёт уже при комнатной температуре. В результате реакции образуется фосген в вещество, получившее широкое распространение в разных отраслях химии (а также как боевое отравляющее вещество). По аналогичным реакцииям могут быть получены COF₂ (карбонилфторид) и COBr₂ (карбонилбромид). Карбонилиодид не получен. Экзотермичность реакций быстро снижается от F к I (для реакций с F₂ тепловой эффект 481 кДж, с Br₂ в 4 кДж). Можно также получать и смешанные производные, например COFCl (подробнее см. галогенпроизводные угольной кислоты).

Реакцией CO с F₂, кроме карбонилфторида можно получить перекисное соединение (FCO)₂O₂. Его характеристики: температура плавления в42 °C, кипения +16 °C, обладает характерным запахом (похожим на запах озона), при нагревании выше 200 °C разлагается со взрывом (продукты реакции CO₂, O₂ и COF₂), в кислой среде реагирует с иодидом калия по уравнению:

(FCO)₂O₂ + 2KI 2KF + I₂ + 2CO₂в‘

Монооксид углерода реагирует с халькогенами. С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:

CO + S COS ΔG°₂₉₈ = в229 кДж, ΔS°₂₉₈ = в134 Дж/K

Получены также аналогичные селеноксид COSe и теллуроксид COTe.

Восстанавливает SO₂:

SO₂ + 2CO 2CO₂ + S

C переходными металлами образует очень летучие, горючие и ядовитые соединения в Карбонилы, такие как Cr(CO)₆, Ni(CO)₄, Mn₂CO₁₀, Co₂(CO)₉ и др.

Как указано выше, монооксид углерода незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот. Однако с расплавами щелочей вступает в реакцию:

CO + KOH HCOOK

Интересна реакция монооксида углерода с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия:

2K + 2CO K⁺O^ввC₂вO^вK⁺

Реакцией с аммиаком при высоких температурах можно получить важное для промышленности соединение в циановодород HCN. Реакция идёт в присутствии катализатора (оксид тория ThO₂) по уравнению:

CO + NH₃ H₂O + HCN

[править] Физиологическое действие, токсичность

TLV (предельная пороговая концентрация, США): 25 ppm; 29 мг/м³ (как TWA в среднесменная концентрация, США) (ACGIH 1994в1995). MAC (максимальная допустимая концентрация, США): 30 ppm; 33 мг/м³; Беременность: B (вредный эффект вероятен даже на уровне MAK) (1993). ПДК_р.з. по Гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313в03 составляет 20 мг/м³ (около 0,0017%).
В выхлопе бензинового автомобиля допускается до 1,5-3 %.

По классификации ООН монооксид углерода относится к классу опасности 2,3, вторичная опасность по классификации ООН: 2,1.

Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаки отравления: головная боль и головокружение; отмечается шум в ушах, одышка, сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота; в тяжёлых случаях судороги, потеря сознания, кома^[1].
Токсическое действие монооксида углерода основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее и в 200в300 раз быстрее^[1], чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа^[1].

Опытами на молодых крысах выяснено, что 0,02 % (возможно в 0,02 г/м³, то есть ПДК?) концентрация CO в воздухе замедляет их рост и снижает активность по сравнению с контрольной группой. Интересно то, что крысы, живущие в атмосфере с повышенным содержанием CO, предпочитали воде и раствору глюкозы спиртовой раствор в качестве питья (в отличие от контрольной группы, особи в которой предпочитали воду).

[править] Помощь при отравлении монооксидом углерода^[1]

Соединение окиси углерода с гемоглобином обратимо.

Пострадавшего следует вынести на свежий воздух. При отравлении лёгкой степени достаточно гипервентиляции лёгких кислородом.
Искусственная вентиляция лёгких.
Лобелин или кофеин под кожу.
Карбоксилаза внутривенно.
Ацизол внутримышечно.

[править] Защита от монооксида углерода

CO очень слабо поглощается активированным углём обычных фильтрующих противогазов, поэтому для защиты от него применяется специальный фильтрующий элемент (он может также подключаться дополнительно к основному) в гопкалитовый патрон. Гопкалит представляет собой катализатор, способствующий окислению CO в CO₂ при нормальных температурах. Недостатком использования гопкалита является то, что при его применении приходится вдыхать нагретый в результате реакции воздух.
Обычный способ защиты в использование изолирующего дыхательного аппарата.

[править] История открытия

Монооксид углерода был впервые получен французским химиком Жаком де Лассоном в 1776 при нагревании оксида цинка с углём, но первоначально его ошибочно приняли за водород, так как он сгорал синим пламенем. То, что в состав этого газа входит углерод и кислород, выяснил в 1800 английский химик Вильям Крукшэнк. Монооксид углерода вне атмосферы Земли впервые был обнаружен бельгийским ученым М. Мижотом (M. Migeotte) в 1949 году по наличию основной колебательно-вращательной полосы в ИК спектре Солнца.

[править] Получение

[править] Промышленный способ

Влияние температуры на равновесие реакции CO₂ + C в 2COв‘

Образуется при горении углерода или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода:

2C + O₂ 2CO (тепловой эффект этой реакции 220 кДж),

или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём:

CO₂ + C в 2COв‘ (ΔH=172 кДж, ΔS=176 Дж/К).

Эта реакция происходит при печной топке, когда слишком рано закрывают печную заслонку (пока окончательно не прогорели угли). Образующийся при этом монооксид углерода, вследствие своей ядовитости, вызывает физиологические расстройства («угар») и даже смерть (см. ниже), отсюда и одно из тривиальных названий в «угарный газ».

Реакция восстановления диоксида углерода обратимая, влияние температуры на состояние равновесия этой реакции приведено на графике. Протекание реакции вправо обеспечивает энтропийный фактор, а влево в энтальпийный. При температуре ниже 400 °C равновесие практически полностью сдвинуто влево, а при температуре выше 1000 °C вправо (в сторону образования CO). При низких температурах скорость этой реакции очень мала, поэтому монооксид углерода при нормальных условиях вполне устойчив. Это равновесие носит специальное название равновесие Будуара.

Смеси монооксида углерода с другими веществами получают при пропускании воздуха, водяного пара и т. п. сквозь слой раскалённого кокса, каменного или бурого угля и т. п. (см. генераторный газ, водяной газ, смешанный газ, синтез-газ).

[править] Лабораторный способ

Разложение жидкой муравьиной кислоты под действием горячей концентрированной серной кислоты, либо пропуская муравьиную кислоту над оксидом фосфора P₂O₅. Схема реакции:

HCOOH (t, H₂SO₄) H₂O + COв‘

Можно также обработать муравьиную кислоту хлорсульфоновой. Эта реакция идёт уже при обычной температуре по схеме:

HCOOH + ClSO₃H H₂SO₄ + HCl + COв‘

Нагревание смеси щавелевой и концентрированной серной кислот. Реакция идёт по уравнению:

H₂C₂O₄ (t, H₂SO₄) COв‘ + CO₂в‘ + H₂O.

Выделяющийся совместно с CO диоксид углерода можно удалить, пропустив смесь через баритовую воду.

Нагревание смеси гексацианоферрата (II) калия с концентрированной серной кислотой. Реакция идёт по уравнению:

K₄[Fe(CN)₆] + 6H₂SO₄ + 6H₂O (t) 2K₂SO₄ + FeSO₄ + 3(NH₄)₂SO₄ + 6COв‘

[править] Определение монооксида углерода

Качественно можно определить наличие CO по потемнению растворов хлорида палладия (или пропитанной этим раствором бумаги). Потеменение связано с выделением мелкодисперсного металлического палладия по схеме:

PdCl₂ + H₂O + CO CO₂ + 2HCl + Pd

Эта реакция очень чувствительная. Стандартный раствор 1 грамма хлорида палладия на литр воды.

Количественное определение монооксида углерода основано на иодометрической реакции:

5CO + I₂O₅ 5CO₂ + I₂

[править] Применение

Моноксид углерода применяется для обработки мяса животных и рыбы, придает им ярко красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса (en:Clear smoke или en:Tasteless smoke технология). Допустимая концентрация CO равна 200 мг/кг мяса.
Инсульт (ОНМК) в новые методы лечения.

Угарный газ от выхлопа двигателей применялся нацистами в годы Второй мировой войны для массового умерщвления людей путём отравления.
- Газовая камера
- Газенваген

[править] Монооксид углерода в атмосфере Земли

Содержание CO в атмосфере Земли по данным MOPITT

Различают природные и антропогенные источники поступления в атмосферу Земли. В естественных условиях, на поверхности Земли, CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров. Монооксид углерода образуется в почве как биологическим путём (выделение живыми организмами), так и небиологическим. Экспериментально доказано выделение монооксида углерода за счёт обычных в почвах фенольных соединений, содержащих группы OCH₃ или OH в орто- или пара-положениях по отношению к первой гидроксильной группе.

Общий баланс продуцирования небиологического CO и его окисления микроорганизмами зависит от конкретных экологических условий, в первую очередь от влажности и значения pH. Например, из аридных почв монооксид углерода выделяется непосредственно в атмосферу, создавая таким образом локальные максимумы концентрации этого газа.

В атмосфере СО является продуктом цепочек реакций с участием метана и других углеводородов (в первую очередь, изопрена).

Основным антропогенным источником CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Оксид углерода образуется при сгорании углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления CO в CO₂). В прошлом значительную долю антропогенного поступления CO в атмосферу обеспечивал светильный газ, использовавшийся для освещения помещений в XIX веке. По составу он примерно соответствовал водяному газу, то есть содержал до 45 % монооксида углерода. В настоящее время в коммунальной сфере этот газ вытеснен гораздо менее токсичным природным газом (низшие представители гомологического ряда алканов в пропан и др.)

Поступление CO от природных и антропогенных источников примерно одинаково.

Монооксид углерода в атмосфере находится в быстром круговороте: среднее время его пребывания составляет около 0,1 года. Основной канал потери CO в окисление гидроксилом до диоксида углерода.

[править] См. также

[править] Литература

Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. 5-е изд., испр. в М.: Высш. шк.; 2003 ISBN 5-06-003363-5
Некрасов Б. В. Основы общей химии. Т. I, изд. 3-е, испр. и доп. Изд-во «Химия», 1973 г. Стр. 495в497, 511в513
Химия: Справ. из./В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Перс. с нем. 2-е изд., стереотип. в М.:Химия, 2000 ISBN 5-7245-0360-3 (рус.)
Баратов А. Н. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочное издание: в 2-х книгах; Книга 2. - М.: Химия, 1990 - 384с.

[править] Ссылки

Международная карта химической безопасности для монооксида углерода

[править] Примечания

в‘ ¹ ² ³ ⁴ Справочник фельдшера, под ред. А. Н. Шабанова М.: «Медицина», 1984.

[Shab-0] в‘ ¹ ² ³ ⁴ Справочник фельдшера, под ред. А. Н. Шабанова М.: «Медицина», 1984.

[1]

Оксокарбоны
Оксиды	CO₂ · CO
Экзотические оксиды	C₂O₂ · C₂O₃ · C₃O₂ · C₄O₂ · C₄O₆ · C₅O₂ · C₂O · CO₃ · CO₄ · C₁₂O₉
Производные от оксидов углерода	Карбонилы металлов · Угольная кислота · Гидрокарбонаты · Карбонаты · Дикарбонаты · Трикарбонаты

Оксид углерода(II)

Содержание

[править] Строение молекулы

[править] Свойства

[править] Физиологическое действие, токсичность

[править] Помощь при отравлении монооксидом углерода^[1]

[править] Защита от монооксида углерода

[править] История открытия

[править] Получение

[править] Промышленный способ

[править] Лабораторный способ

[править] Определение монооксида углерода

[править] Применение

[править] Монооксид углерода в атмосфере Земли

[править] См. также

[править] Литература

[править] Ссылки

[править] Примечания

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках

Общие
Оксид углерода(II)


Систематическое наименование	Монооксид углерода
Химическая формула	CO
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	бесцветный газ
Отн. молек. масса	28.0101 а. е. м.
Молярная масса	28.0101 г/моль
Плотность	0,00125 (при 0 °C) г/см³
Термические свойства
Температура плавления	в205 °C
Температура кипения	в191,5 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	в110,52 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	0.0026 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	630-08-0
Рег. номер PubChem	281
Рег. номер EINECS	211-128-3
SMILES	[C-]#[O+]
Регистрационный номер EC	006-001-00-2
RTECS	FG3500000

Оксид углерода(II)

Содержание

[править] Строение молекулы

[править] Свойства

[править] Физиологическое действие, токсичность

[править] Помощь при отравлении монооксидом углерода[1]

[править] Защита от монооксида углерода

[править] История открытия

[править] Получение

[править] Промышленный способ

[править] Лабораторный способ

[править] Определение монооксида углерода

[править] Применение

[править] Монооксид углерода в атмосфере Земли

[править] См. также

[править] Литература

[править] Ссылки

[править] Примечания

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках

[править] Помощь при отравлении монооксидом углерода^[1]