Углерод, подготовка к ЕГЭ по химии

ОКИСЬ УГЛЕРОДА

ОКИСЬ УГЛЕРОДА (син. угарный газ) — соединение углерода с кислородом (CO), является токсическим веществом.

О. у.— бесцветный газ, без запаха, в обычных условиях не реагирует с водой, кислотами, щелочами. Образуется при неполном сгорании органических соединений, а также при взаимодействии углекислого газа с раскаленным углем. Горит синим пламенем при t° 700—1000°.

О. у. входит в состав промышленных газов (генераторного, доменного), к-рые получают в газогенератоpax путем неполного сжигания угля, кокса и других углеводородов. В ничтожных количествах имеется в атмосфере, вулканических и рудничных газах. Широко распространена в быту, содержится в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, во взрывных газах и т.д.

Опасность интоксикации О. у. возникает при поступлении ее в воздух. Такие ситуации возможны в доменных, мартеновских, кузнечных и литейных цехах, в шахтах и рудниках после взрывных работ, на коксохимических и коксогазовых заводах, в гаражах,железнодорожных туннелях, а также на химических производствах, где О. у. является исходным материалом для получения аммиака, ацетона, метилового спирта, фосгена и др. Случаи отравлений О, у. возможны при обжиге кирпича и цемента, на хлебозаводах, при ферментации табака и на других производствах, где может иметь место неправильная топка печей (недостаточное поступление в топку воздуха или кислорода). В значительных концентрациях О. у. может накапливаться в жилых помещениях при пользовании неисправными газовыми плитами, в воздухе городских магистралей с интенсивным движением транспорта.

О. у. является продуктом обмена веществ в организме и содержится в малых количествах в крови и тканях.

Высокое сродство О. у. к двухвалентному железу гемоглобина, к-рое почти в 300 раз превосходит сродство гемоглобина к кислороду обусловливает ее токсическое действие на организм. О. у., вытесняя кислород из его соединений с гемоглобином, образует карбоксигемоглобин (HbCO). При этом часть гемоглобина становится недеятельной, что нарушает транспорт кислорода в ткани и ведет к развитию кислородной недостаточности — гипоксии (см.).

Количество образующегося HbCO пропорционально парциальному давлению О. у. и обратно пропорционально давлению кислорода во вдыхаемом воздухе. При понижении содержания О. у. во вдыхаемом воздухе начинается процесс диссоциации HbCO, к-рый в основном заканчивается через 7—9 час. после однократного воздействия О. у. Как указывают Гендерсон (Y. Henderson) и Хаггард (H. W. Haggard), существует зависимость между степенью насыщения крови HbCO и клин, симптомами интоксикации (см. таблицу).

По данным А. М. Рашевской, образование HbCO сопровождается понижением содержания кислорода в артериальной крови с 20 до 12 об.%, понижением артериально-венозной разницы до 4—2 об.% (вместо 6—7 об.% в норме), понижением содержания в крови углекислого газа с 45 до 35 об.%. Существенно снижается физиол, активность имеющегося HbO2.

При отравлении О. у. наряду с гипоксией происходит уменьшение в крови транспортной формы железа. Кроме того, О. у. при большей концентрации в крови оказывает прямое токсическое действие на клетки тканей, угнетает тканевое дыхание в коре головного мозга, оказывая ингибиторное влияние на цитохром-энзимную систему.

Гипоксия и карбоксигемоглобинемия возбуждают рефлексы с каротидных клубочков, оказывая выраженное влияние на обмен веществ и состояние эндокринно-вегетативной системы.

ПДК окиси углерода в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м 3 . При работе не более 1 часа допускается превышение ПДК до 50 мг/м 3 , при работе не более 30 мин.— до 100 мг/м 3 , не более 15 мин.— до 200 мг/м 3 . Максимальная разовая ПДК в атмосферном воздухе 6 мг/м 3 , среднесуточная — 1 мг/м 3 , ПДК для жилых помещений 2 мг/м 3 .

Содержание

  • 1 Клиническая картина отравлений
  • 2 Первая помощь и лечение
  • 3 Профилактика
  • 4 Определение в воздухе
  • 5 Окись углерода в судебно-медицинском отношении
  • 6 Таблица. Зависимость между степенью насыщения крови карбоксигемоглобином (HbCO) и клиническими симптомами интоксикации окисью углерода

Клиническая картина отравлений

Острое отравление О. у. развивается чаще всего при концентрациях ее в воздухе, превышающих 100—200 мг/м 3 , а отравление с коллапсом в зависимости от индивидуального состояния организма при концентрациях 400—600 мг/м 3 через 2—5 час. При более высоких концентрациях острое отравление развивается через несколько минут. Оно характеризуется комплексом клин, симптомов со стороны ц. н. с., органов дыхания, сердечно-сосудистой системы и крови. Нарушения ц. н. с. сводятся к появлению головокружения, головной боли, возбуждению, спутанности сознания, в тяжелых случаях наступает потеря сознания и коллапс. Наиболее тяжелые отравления вызывают быстрое развитие комы, часто со смертельным исходом.

Коматозное состояние характеризуется ригидностью мышц конечностей, клоническими и тоническими судорогами, непроизвольным мочеиспусканием и дефекацией, лицо ярко-красного цвета, отмечается цианоз конечностей. При тяжелых отравлениях наблюдаются также кожно-трофические расстройства — эритема, отеки. В отдельных случаях наблюдаются расстройства зрения — нарушения светоощущения, изменение полей зрения, ксантопсия.

Расстройство дыхания выражается обычно одышкой, сменяющейся в дальнейшем урежением дыхания, обусловленным гипокапнией в результате гипервентиляции. Иногда наблюдаются случаи токсической пневмонии, возникающие на 2—3-й день после отравления в результате гипоксии легочной ткани, снижающей сопротивляемость к инфекции. Рентгенол, изменения легких: эмфизема, диффузные крупноочаговые затемнения и усиление легочного рисунка.

Характерны сердцебиение, учащение пульса, появление аритмии, расширение границ сердца, глухость тонов, явления стенокардии, в ряде случаев может развиться миокардит, инфаркт миокарда.

В крови наблюдается небольшое увеличение количества эритроцитов, замедление РОЭ, выраженный нейтрофильный лейкоцитоз с палочкоядерным сдвигом и лимфоэозинопе-нией.

Психические расстройства, наблюдаемые при отравлении О. у., зависят от ее концентрации. При легких отравлениях наблюдают обнубиляцию сознания (см. Оглушение) с жалобами на головные боли, головокружение, шум в ушах, тошноту и т. п. При острых отравлениях средней тяжести оглушенность постепенно нарастает до полной потери сознания, нередко возникают клонические судороги или эпилептические припадки. По выходе из бессознательного состояния преобладают то делириозные расстройства (нередко затяжные), то картины сумеречного состояния. Описаны также подострые бредовые психозы с несистематизированными идеями преследования и воздействия, кататонические картины с негативизмом и состояние хаотического возбуждения с импульсивными и агрессивными поступками (см. Кататонический синдром).

После свободного от психических нарушений «светлого» промежутка времени, продолжительностью от нескольких дней до нескольких недель может развиваться так наз. хрон, стадия психических изменений. Больные снова становятся возбужденными, затем присоединяются симптомы оглушения, а по их миновании нарастают амнестические расстройства и спутанность сознания. Иногда развиваются хрон, бредовые (шизоформные) психозы. Психические расстройства, возникающие на отдаленном этапе отравления, как бы в виде рецидива, обладают различной степенью обратимости. Развитие психической слабости (неглубокой деменции) амнестического типа наблюдается особенно в тех прогностически неблагоприятных случаях, когда психические нарушения сочетаются с развитием признаков органического поражения головного мозга (в виде паркинсонизма и ригидности , амиостатически-акинетического синдрома с амимией и хватательными автоматизмами, реже хореатических и атетозоподобных гиперкинезов, афатических, апрактических и агностических расстройств). Характерны для таких случаев и явления полиневрита (резкие боли в конечностях) с полной инверсией сна.

Возможность хрон, отравления О. у. одни исследователи оспаривают, другие считают его результатом многократных легких острых отравлений. Несомненным является развитие астенического синдрома с усилением сухожильных рефлексов, появлением тремора век, языка, пальцев рук, нарушениями функции щитовидной железы, повышением в крови количества эритроцитов и гемоглобина. Следствием хрон, интоксикации, по мнению ряда исследователей, могут быть и трофические расстройства кожи, аритмия и экстрасистолия, стенокардические явления.

Первая помощь и лечение

При отравлении О. у. следует вывести пострадавшего на свежий воздух и начать обильную ингаляцию кислорода. В тяжелых случаях проводят кровопускание с последующим внутривенным введением 20—30 мл 40% р-ра глюкозы. При нарушении дыхания вводят лобелин (1 мл 1% р-ра) или цититон (1 мл), сердечнососудистые средства. При коме — внутривенное введение метиленового синего (10 мл 1% р-ра), при остановке дыхания — искусственное дыхание, при судорогах — фенобарбитал (0,1 г), клизмы с 2% р-ром хлоралгидрата, бромиды. Рекомендуются препараты железа (ферковен).

Прогноз отравлений О. у. зависит от концентрации ее в воздухе и времени пребывания в зоне действия О. у. Прогноз острого отравления, протекающего с психическими расстройствами, серьезен. Выздоровление наступает только в половине случаев, часто разнообразные психотические картины стадии острого отравления переходят в затяжной амнестический синдром (см. Корсаковский синдром).

Профилактика

Для снижения концентрации О. у. в воздухе рабочей зоны осуществляют герметизацию оборудования, трубопроводов, быстрое удаление выделяющейся О. у. с помощью вентиляции. Необходимы постоянный контроль за концентрацией О. у. в воздухе, особенно в газоопасных местах, контроль за герметичностью оборудования и борьба с утечкой газа, в т. ч. в бытовых условиях. Важное значение в предупреждении отравлений О. у. имеет правильная организация газоспасательной службы (см.).

Читайте также:  Отправить Заявку В Красноярск На Пэт Кт

Для индивидуальной защиты в производственных условиях рекомендуется фильтрующий противогаз марки СО; при совместном присутствии О. у., хлора, пыли — противогаз марки СОХ. Противогаз марки М пригоден при наличии в воздухе и других газов. Противогаз марки МПС-Ф защищает от совместного действия окиси углерода и сернистого газа. При очень высоких концентрациях О. у. в воздухе используют самоспасатели (СП-9, СП-55), а также кислородные изолирующие противогазы.

Определение в воздухе

Качественное определение О. у. основано на реакции О. у. с хлоридом палладия. Для этого фильтровальные бумажки, пропитанные 1% р-ром хлорида палладия, высушиваются, затем они смачиваются 5% р-ром ацетата натрия — в присутствии О. у. в воздухе бумажки чернеют.

Окись углерода в судебно-медицинском отношении

В суд.-мед. практике приходится встречаться со случаями смертельного острого отравления О. у., в основном в результате несчастных случаев при пожаре, аварийной утечке бытового газа, нарушении правил топки печей, при работе двигателей внутреннего сгорания в гаражах. Проф. отравления и самоубийства О. у. встречаются редко.

При осмотре места происшествия особое внимание обращают на состояние газопроводки, горелок, заслонок печей, наличие тлеющих углей в топках печей, хлопьевидной копоти и посторонних запахов в помещении, где обнаружен пострадавший. При групповых отравлениях разной тяжести необходимо учитывать местонахождение каждого, т. к. люди, оказавшиеся на полу, могут в меньшей степени подвергаться токсическому действию О. у., вследствие того, что она легче воздуха. Перед началом осмотра места происшествия измеряют концентрацию О. у. в помещении, где произошло отравление. При расследовании отравлений, связанных с работой двигателей, отмечают расположение пострадавшего (кабина, кузов, гараж) и самого транспортного средства, состояние его двигателя (включен и работает; включен, но не работает из-за отсутствия горючего). При наружном осмотре трупа отмечают ярко-красные трупные пятна и хорошо выраженное трупное окоченение. Кровь жидкая, ярко-красного цвета; такого же цвета полнокровные внутренние органы и скелетные мышцы. Головной мозг и мягкая мозговая оболочка отечны. Под плеврой, брюшиной, эпикардом множественные кровоизлияния; такие же кровоизлияния обнаруживают во внутренних органах. В мозге, сердце, печени, почках — дистрофические и некротические изменения, характер и выраженность к-рых зависят от времени, прошедшего после смерти.

При подозрении на смерть от отравления О. у. проводятся предварительные пробы на HbCO. Пробы проводят на предметных стеклах или тарелках: наносят стеклянной палочкой по одной капле исследуемую и контрольную кровь; с помощью пипетки к ним добавляют по одной капле соответствующего реактива и перемешивают разными концами стеклянной палочки. Кровь, содержащая О. у., не меняет цвета; контрольная капля крови при пробе Гоппе-Зейлера (с 33% NaOH или КОН) меняет свой цвет на бурый за счет образования щелочного гематина; при пробе Либмана (с р-ром формальдегида) кровь приобретает коричнево-черную окраску за счет образования формалинового пигмента; при пробе Залесского (с конц. р-ром сернокислой меди) приобретает зеленый цвет. При пробе Сидорова к 2 мл 10% р-ра крови на дистилляте добавляют по 3—5 капель 20% р-ра желтой кровяной соли и 0,01 % р-ра бихромата калия, тщательно перемешивают. Раствор, содержащий HbCO, приобретает карминово-красную окраску, HbO2 — коричневато-зеленую. При пробе Кун-келя—Ветцеля в пробирку к нескольким миллилитрам исследуемой крови добавляют тройной объем воды и приблизительно 1/3 по объему 1—3% танина, смесь встряхивают и оставляют на нек-рое время; образовавшийся осадок имеет ярко-красный цвет (в контрольной крови осадок приобретает коричнево-красную окраску). При спектральном исследовании с помощью спектроскопов прямого видения в пробиркут вносят несколько капель крови, разводят ее водой до светло-розового цвета, наблюдают спектральную картину, затем добавляют гидросульфит натрия или другой восстановитель.

Спектр крови, содержащий HbCO, не изменится, в контроле же за счет образования восстановленной формы НЬ 2 полосы поглощения в желто-зеленой части спектра заменятся на одну широкую.

В диагностике отравления О. у. важны результаты суд.-хим. определения карбоксигемоглобина (HbCO) в крови и карбоксимиогло-бина в мышцах погибшего. Наличие О. у. в крови и мышцах устанавливается качественными реакциями, основанными на изменении физ.-хим. свойств крови под воздействием О. у., спектральным исследованием (по обнаружению спектров карбоксигемоглобина и карб-оксимиоглобина). Количественное содержание О. у. в крови и мышцах устанавливается фото- и спектрофотометрическими методами (см. Спектрофотометрия). Содержание О. у. в крови и ее количество устанавливают также газохроматографическим методом (см. Хроматография).

Во время вскрытия для суд.-хим. исследования берут 100 мл крови из полостей сердца или крупных сосудов и хранят ее до исследования под слоем вазелинового масла на холоде. При использовании современных газохроматографических методов исследования достаточно всего 1 —1,5 мл крови. Качественное установление HbCO возможно также при исследовании высушенной крови и кровяных пятен. Одновременно производится суд.-хим. исследование мышечной ткани на наличие и количественное содержание карбоксимиоглобина. Для определения карбоксимиоглобина необходимы 50—100 г скелетных мышц. Соединения О. у. с гемо- и миогло-бином стойки; их можно обнаружить в трупах через длительное время после смерти.

При острых отравлениях содержание HbCO в крови может доходить до 50—60 и даже до 100%. Смерть обычно наступает от паралича дыхания при замещении 70— 80% гемоглобина на карбоксигемоглобин. При очень высоких концентрациях О. у. в окружающей среде наблюдается «моментальная» форма отравления, заканчивающаяся быстрой смертью, иногда после нескольких вдохов. Значительное снижение количества HbCO в крови отмечается при ее нагревании, поэтому не исключено обнаружение небольших количеств HbCO в крови трупов, подвергшихся действию высокой температуры во время пожара. Иногда отрицательный результат хим. исследования при заведомом отравлении О. у. связан с быстрым наступлением смерти или же с быстрым удалением пострадавшего из атмосферы, содержащей повышенные концентрации О. у.

Таблица. Зависимость между степенью насыщения крови карбоксигемоглобином (HbCO) и клиническими симптомами интоксикации окисью углерода

Содержание HbCO в крови (%)

Клинические симптомы интоксикации окисью углерода

УГАРНЫЙ ГАЗ

ОКСИД УГЛЕРОДА (УГАРНЫЙ ГАЗ). Углерода(II) оксид (угарный газ) СО, несолеообразующий оксид углерода. Это означает, что не существует кислоты, соответствующей этому оксиду. Оксид углерода(II) – газ без цвета и запаха, сжижающийся при атмосферном давлении при температуре –191,5о С и затвердевающий при –205о С. Молекула СО по своему строению аналогична молекуле N2: обе содержит равное число электронов (такие молекулы называются изоэлектронными), атомы в них соединены тройной связью (две связи в молекуле СО образованы за счет 2р-электронов атомов углерода и кислорода, а третья – по донорно-акцепторному механизму с участием неподеленной электронной пары кислорода и свободной 2р-орбитали углерода). В результате физические свойства СО и N2 (температуры плавления и кипения, растворимость в воде и т.д.) очень близки.

Оксид углерода(II) образуется при сгорании углеродсодержащих соединений при недостаточном доступе кислорода, а также при соприкосновении раскаленного угля с продуктом полного сгорания – углекислым газом: С + СО2 → 2СО. В лаборатории СО получают дегидратацией муравьиной кислоты действием концентрированной серной кислоты на жидкую муравьиную кислоту при нагревании, либо пропусканием паров муравьиной кислоты над Р2О5: НСООН → СО + Н2О. Получают СО и разложением щавелевой кислоты: Н2С2О4 → СО + СО2 + Н2О. От других газов СО легко отделить пропусканием через раствор щелочи.
При обычных условиях СО, как и азот, химически довольно инертен. Лишь при повышенных температурах проявляется склонность СО к реакциям окисления, присоединения и восстановления. Так, при повышенных температурах он реагирует со щелочами: CO + NaOH → HCOONa, CO + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2. Эти реакции используются для удаления СО из технических газов.

Оксид углерода(II) – высококалорийное топливо: горение сопровождается выделением значительного количества теплоты (283 кДж на 1 моль СО). Смеси СО с воздухом взрываются при его содержании от 12 до 74%; к счастью, на практике такие смеси встречаются исключительно редко. В промышленности для получения СО проводят газификацию твердого топлива. Например, продувание водяного пара через слой раскаленного до 1000o С угля приводит к образованию водяного газа: С + Н2О → СО + Н2, обладающего очень высокой теплотворной способностью. Однако сжигание – далеко не самое выгодное использование водяного газа. Из него, например, можно получить (в присутствии различных катализаторов под давлением) смесь твердых, жидких и газообразных углеводородов – ценное сырье для химической промышленности (Реакция Фишера – Тропша). Из той же смеси, обогатив ее водородом и применив нужные катализаторы, можно получить спирты, альдегиды, кислоты. Особое значение имеет синтез метанола: СО + 2Н2 → СН3ОН – важнейшего сырья для органического синтеза, поэтому эту реакцию проводят в промышленности в больших масштабах.

Реакции, в которых СО является восстановителем, можно продемонстрировать на примере восстановления железа из руды в ходе доменного процесса: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. Восстановление оксидов металлов оксидом углерода(II) имеет большое значение в металлургических процессах.

Для молекул СО характерны реакции присоединения к переходным металлам и их соединениям с образованием комплексных соединений – карбонилов. Примерами могут служить жидкие или твердые карбонилы металлов Fe(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Ni(CO)4, Cr(CO)6 и др. Это очень ядовитые вещества, при нагревании вновь распадающиеся на металл и СО. Так можно получить порошкообразные металлы высокой чистоты. Иногда на конфорке газовой плиты видны «подтеки» металла, это – следствие образования и распада карбонила железа. В настоящее время синтезированы тысячи разнообразных карбонилов металлов, содержащих, помимо СО, неорганические и органические лиганды, например, PtCl2(CO), K3[W(CO)6(OH)3], Cr(C6H5Cl)(CO)3.

Читайте также:  Фурор фурфурола о вреде этого вещества Здоровье Newsland – комментарии, дискуссии и обсуждения новос

Для СО характерна также реакция соединения с хлором, которая на свету идет уже при комнатной температуре с образованием исключительно ядовитого фосгена: CO + Cl2 → COCl2. Реакция эта цепная, она идет по радикальному механизму с участием атомов хлора и свободных радикалов COCl. Несмотря на ядовитость, фосген широко применяется для синтеза многих органических соединений.

Оксид углерода(II) – сильный яд, так как образует с металлсодержащими биологически активными молекулами прочные комплексы; при этом нарушается тканевое дыхание. Особенно страдают клетки центральной нервной системы. Связывание СО с атомами Fe(II) в гемоглобине крови препятствует образованию оксигемоглоблина, который и переносит кислород из легких к тканям. Уже при содержании в воздухе 0,1% СО этот газ вытесняет из оксигемоглобина половину кислорода. В присутствии СО может наступить смерть от удушья даже при наличии большого количества кислорода. Поэтому СО получил название угарного газа. У «угоревшего» человека в первую очередь страдают головной мозг и нервная система. Для спасения необходим прежде всего чистый воздух, не содержащий СО (а еще лучше – чистый кислород), при этом связанный с гемоглобином СО постепенно замещается молекулами О2 и удушье проходит. Предельно допустимая среднесуточная концентрация СО в атмосферном воздухе составляет 3 мг/м3 (около 3.10–5%), в воздухе рабочей зоны – 20 мг/м3.

Обычно в атмосфере содержание СО не превышает 10–5%. Этот газ попадает в воздух в составе вулканических и болотных газов, с выделениями планктона и других микроорганизмов. Так, из поверхностных слоев океана в атмосферу ежегодно выделяется 220 млн тонн СО. Высока концентрация СО в угольных шахтах. Много угарного газа образуется при лесных пожарах. Выплавка каждого миллиона тонн стали сопровождается образованием 300 – 400 т СО. В сумме техногенное выделение СО в воздух достигает 600 млн тонн в год, из них более половины приходится на автотранспорт. При неотрегулированном карбюраторе в выхлопных газах может содержаться до 12% СО! Поэтому в большинстве стран введены жесткие нормы на содержание СО в выхлопе автомобилей.

Образование СО всегда происходит при сгорании углеродсодержащих соединений, в том числе древесины, при недостаточном доступе кислорода, а также при соприкосновении раскаленного угля с углекислым газом: С + СО2 → 2СО. Такие процессы происходят и деревенских печах. Поэтому преждевременное закрывание дымохода печи для сохранения тепла часто приводит к отравлению угарным газом. Не следует думать что горожане, которые не топят печи, застрахованы от отравления СО; им, например, легко отравиться в плохо проветриваемом гараже, где стоит автомобиль с работающим мотором. Содержится СО и в продуктах сгорания природного газа на кухне. Многие авиационные катастрофы в прошлом произошли из-за износа двигателей или плохой их регулировки: в кабину пилотов проникал СО и отравлял экипаж. Опасность усугубляется тем, что СО невозможно обнаружить по запаху; в этом отношении угарный газ опаснее хлора!

Оксид углерода(II) практически не сорбируется активным углем и потому обычный противогаз не спасает от этого газа; для его поглощения необходим дополнительный гопкалитовый патрон, содержащий катализатор, который «дожигает» СО до СО2 с помощью кислорода воздуха. Катализаторами дожигания снабжается сейчас все больше легковых автомобилей, несмотря на высокую стоимость этих катализаторов на основе платиновых металлов.

Закись углерода

Молекула CO, так же, как и изоэлектронная ей молекула азота, имеет тройную связь. Так как эти молекулы сходны по строению, то и свойства их также схожи — 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:, причём третья связь образована по донорно-акцепторному механизму, где углерод является акцептором электронной пары, а кислород — донором.

Согласно методу молекулярных орбиталей электронная конфигурация невозбуждённой молекулы CO σ 2 Oσ 2 zπ 4 x, yσ 2 C. Тройная связь образована σ—связью, образованной за счёт σz электронной пары, а электроны дважды вырожденного уровня πx, y соответствуют двум σ—связям. Электроны на несвязывающих σC—орбитали и σO—орбитали соответствуют двум электронным парам, одна из которых локализована у атома углерода, другая — 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 (dC≡O=0,1128 нм или 1,13Å).

Молекула слабо поляризована, электрический момент её диполя μ = 0,04·10 -29 Кл·м (направление дипольного момента O — →C + ). Ионизационный потенциал 14,0 в, силовая константа связи k = 18,6.

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. Моноксид 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.

Монооксид углерода в атмосфере Земли

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 — 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, окисляясь гидроксилом до диоксида углерода.

Получение

Промышленный способ

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

2. или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём:

Эта реакция часто 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 — «угарный газ». Картина протекающих в печи реакций приведена на схеме.

Реакция восстановления диоксида углерода обратимая, влияние температуры на состояние равновесия этой реакции приведено на графике. Протекание реакции вправо обеспечивает энтропийный фактор, а влево — 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.

3. 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).

Лабораторный способ

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

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

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

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

Читайте также:  Леветинол инструкция по применению показания, противопоказания, побочное действие – описание Levetin

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

Физиологическое действие, токсичность

Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаками отравления служат головная боль, головокружение и потеря сознания. Токсическое действие монооксида углерода основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Предельно допустимая концентрация монооксида углерода в воздухе промышленных предприятий составляет 0,02 мг/л. Концентрация более 0,1 % — смертельна. В выхлопе бензинового автомобиля допускается до 1,5-3 %.

Опытами на молодых крысах выяснено, что 0,02-процентная 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).

Помощь при отравлении монооксидом углерода: пострадавшего следует вынести на свежий воздух, полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта.

TLV (предельная пороговая концентрация, США): 25 ПДКр.з. по Гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313—03 составляет 20 мг/м³

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) — 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.

Свойства

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

Свойства монооксида углерода

Стандартная энергия Гиббса образования ΔG −137,14 кДж/моль (г) (при 298 К)
Стандартная энтропия образования S 197,54 Дж/моль·K (г) (при 298 К)
Стандартная мольная теплоёмкость Cp 29,11 Дж/моль·K (г) (при 298 К)
Энтальпия плавления ΔHпл 0,838 кДж/моль
Энтальпия кипения ΔHкип 6,04 кДж/моль
Критическая температура tкрит −140,23°C
Критическое давление Pкрит 3,499 МПа
Критическая плотность ρкрит 0,301 г/см 3

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 + CO2↑. 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 присутствии солей ртути, KClO3 — в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород.

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

до 830°С 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:

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:

Реакция экзотермическая, её тепловой эффект 113 кДж, в присутствии катализатора (активированный уголь) она идёт уже при комнатной температуре. В результате реакции образуется фосген — 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 — 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 −42°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:

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

Получены также аналогичные селеноксид COSe и теллуроксид COTe.

C переходными металлами образует очень летучие, горючие и ядовитые соединения — 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:

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

2K + 2CO → K + O — —C2—O — K +

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

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:

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

Количественное определение монооксида углерода основано на иодометрической реакции:

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) — новые методы лечения.

См. также

  • Водяной газ
  • Выхлопные газы
  • Генераторный газ
  • Диоксид углерода
  • Диоксид триуглерода
  • Синтез-газ
  • Смешанный газ
  • Отравление угарным газом
  • Сигареты

Литература

  • Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. 5-е изд., испр. — 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. 495—497, 511—513
  • Химия: Справ. из./В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Перс. с нем. 2-е изд., стереотип. — М.:Химия, 2000 ISBN 5-7245-0360-3 (рус.)

Ссылки

  • Международная карта химической безопасности для монооксида углерода

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Окись кобальта
  • Окись фтора

Смотреть что такое «Окись углерода» в других словарях:

Окись углерода — см. Оксид углерода … Российская энциклопедия по охране труда

ОКИСЬ УГЛЕРОДА — (carbon monoxide) бесцветный, практически без запаха, очень ядовитый газ. При попадании в организм он связывается с гемоглобином, содержащимся в эритроцитах крови, с образованием карбоксигемоглобина, имеющего ярко красную окраску. Это соединение… … Толковый словарь по медицине

окись углерода — anglies monoksidas statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Bespalvės, bekvapės nuodingosios dujos, kurios susidaro trūkstant deguonies degimo metu. Virimo temperatūra 192 °C. Apsinuodijimo požymiai: lengvai apsinuodijus –… … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

окись углерода — anglies monoksidas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nevisiško degimo produktas – bespalvės, beskonės, bekvapės nuodingos dujos (CO). Į atmosferą patenka su kūryklų dujomis, automobilių deginiais (juose anglies monoksido yra… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

окись углерода — (син. угарный газ) газ без цвета и запаха, образующийся при неполном сгорании органических соединений; обладает сильным токсическим действием, обусловленным способностью вытеснять кислород из оксигемоглобина, образуя карбоксигемоглобин … Большой медицинский словарь

Окись углерода — (угарный газ) см. Углерод … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Окись углерода — – газ без цвета, запаха образуется при неполном сгорании органических соединений; вытесняет кислород из оксигемоглобина, образуя карбоксигемоглобин; угарный газ … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных

окись углерода — угарный газ … Cловарь химических синонимов I

Окись Углерода (Carbon Monoxide) — бесцветный, практически без запаха, очень ядовитый газ. При попадании в организм он связывается с гемоглобином, содержащимся в эритроцитах крови, с образованием карбоксигемоглобина, имеющего ярко красную окраску. Это соединение является химически … Медицинские термины

ОКИСЬ — ОКИСЬ, окиси, жен. (хим.). Промежуточная степень окисления вещества в отличие от закиси низшей, и перекиси высшей степени окисления. Окись углерода (угарный чад). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Ссылка на основную публикацию
Увеличение глаз с помощью макияжа как сделать глаза больше Видео
Коррекция формы глаз - как увеличить или уменьшить глаза с помощью макияжа Всем привет! Меня зовут Дзюба Дарья, и сегодня...
У вас что-то новое во рту — куда и с чем идти
Шишка на внутренней стороне щеки — фото симптомов опухоли и причины появления мягкого нароста во рту Появление шишки на щеке...
У всех гастрит» Что делать, если болит желудок — Wonderzine
Желудок болит что делать в домашних условиях В современном мире люди всё чаще обращаются за медицинской помощью, страдая от проблем,...
Увеличение лимфатических узлов — Заболевания сердечно-сосудистой системы — Справочник MSD Версия для
Что такое лимфоузлы: строение, расположение, функции Сердечно-сосудистая система имеет достаточно сложное строение. Согласно анатомической науке, в ее структуру входит лимфатическая...
Adblock detector