szén-monoxid | |||
---|---|---|---|
| |||
Tábornok | |||
Szisztematikus név |
Szén-monoxid (II). | ||
Hagyományos nevek | Szén-monoxid | ||
Chem. képlet | CO | ||
Patkány. képlet | CO | ||
Fizikai tulajdonságok | |||
Állapot | gáznemű | ||
Moláris tömeg | 28,01 g/ mol | ||
Sűrűség | 1,25 kg/m3 ( 0°C-on), 814 kg/m3 ( -195°C-on) | ||
Ionizációs energia | 14,01 ± 0,01 eV [3] | ||
Termikus tulajdonságok | |||
Hőfok | |||
• olvadás | -205 °C | ||
• forralás | -191,5 °C | ||
Robbanási határok | 12,5 ± 0,1 térfogat% [3] | ||
Kritikus pont | |||
• hőfok | -140,23 °C | ||
• nyomás | 3,499 MPa | ||
Entalpia | |||
• oktatás | −110,52 kJ/mol | ||
• olvadás | 0,838 kJ/mol | ||
• forralás | 6,04 kJ/mol | ||
Gőznyomás | 35 ± 1 atm [3] | ||
Kémiai tulajdonságok | |||
Oldhatóság | |||
• vízben | 0,0026 g/100 ml | ||
Osztályozás | |||
Reg. CAS szám | 630-08-0 | ||
PubChem | 281 | ||
Reg. EINECS szám | 211-128-3 | ||
MOSOLYOK | [C-]#[O+] | ||
InChI | InChI=1S/CO/c1-2UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N | ||
RTECS | 3500000 FG | ||
CHEBI | 17245 | ||
ENSZ szám | 1016 | ||
ChemSpider | 275 | ||
Biztonság | |||
Korlátozza a koncentrációt | 20 mg/m 3 [1] | ||
LD 50 | 200-250 mg/kg | ||
Toxicitás | általános toxikus hatás. 4. veszélyességi osztály. | ||
EKB ikonok | |||
NFPA 704 | négy 3 0[2] | ||
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve. | |||
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Szén-monoxid ( szén - monoxid (II) , szén-monoxid , szén-monoxid , kémiai képlet - CO ) - egy kémiai vegyület , amely nem sóképző szén- monoxid , amely egy oxigén- és szénatomból áll .
Normál körülmények között a szén-monoxid színtelen , szagtalan , mérgező gáz , amely könnyebb a levegőnél .
A CO-molekula hármas kötéssel rendelkezik , akárcsak a nitrogénmolekula N 2 . Mivel ezek a molekulák szerkezetükben hasonlóak (izoelektronikus, kétatomos, közeli moláris tömegűek), tulajdonságaik is hasonlóak - nagyon alacsony olvadáspont és forráspont, közeli standard entrópiák stb.
A vegyértékkötés módszer keretein belül a CO molekula szerkezete a :C≡O: képlettel írható le.
A molekuláris orbitális módszer szerint egy gerjesztetlen CO-molekula elektronkonfigurációja σ2
Oσ2z _
π4
x, yσ
2C _. A hármas kötést egy σ - z elektronpár alkotta σ -kötés alkotja , és a kétszeresen degenerált π x, y szintű elektronok két π -kötésnek felelnek meg. A nem kötődő σ C és σ O pályákon lévő elektronok két elektronpárnak felelnek meg, amelyek közül az egyik a szénatomon , a másik az oxigénatomon helyezkedik el .
A hármas kötés jelenléte miatt a CO-molekula nagyon erős (a disszociációs energiája 1069 kJ/mol (256 kcal/mol), ami nagyobb, mint bármely más kétatomos molekuláé) és kicsi a magok közötti távolsága ( d C≡O = 0,1128 nm).
A molekula gyengén polarizált, elektromos dipólusmomentuma μ = 0,04⋅10 −29 C m . Számos tanulmány kimutatta, hogy a CO molekulában a negatív töltés a C − ←O + szénatomon koncentrálódik (a molekulában a dipólusmomentum iránya ellentétes a korábban feltételezetttel). Ionizációs energia 14,0 eV, erőcsatolási állandó k = 18,6 .
A szén-monoxid(II) színtelen, szagtalan és íztelen gáz. éghető Az úgynevezett "szén-monoxid-szag" valójában a szerves szennyeződések szaga.
Szabványos Gibbs képződési energia ΔG | −137,14 kJ/mol (g) (298 K-en) |
Az oktatás standard entrópiája S | 197,54 J/mol K (g) (298 K-en) |
Szabványos moláris hőkapacitás C p | 29,11 J/mol K (g) (298 K-en) |
Az olvadás entalpiája Δ H pl | 0,838 kJ/mol |
Forrási entalpia Δ H bála | 6,04 kJ/mol |
Kritikus hőmérséklet t crit | -140,23 °C |
Kritikus nyomás P crit | 3,499 MPa |
Kritikus sűrűség ρ crit | 0,301 g/cm³ |
A kémiai reakciók fő típusai, amelyekben a szén-monoxid (II) részt vesz, az addíciós reakciók és a redox reakciók , amelyekben redukáló tulajdonságokat mutat.
Szobahőmérsékleten a CO inaktív, kémiai aktivitása melegítéskor és oldatokban jelentősen megnő. Tehát oldatokban az Au , Pt , Pd és mások sóit már szobahőmérsékleten fémekké redukálja. Hevítéskor más fémeket is redukál, például CO + CuO → Cu + CO 2 ↑. Ezt széles körben használják a pirometallurgiában . A CO kvalitatív kimutatásának módszere az oldatban lévő CO palládium - kloriddal való reakcióján alapul .
A CO oldatban történő oxidációja gyakran csak katalizátor jelenlétében megy végbe észrevehető sebességgel. Az utóbbi kiválasztásakor az oxidálószer jellege játssza a főszerepet. Tehát a KMnO 4 oxidálja leggyorsabban a CO-t finom eloszlású ezüst jelenlétében , a K 2 Cr 2 O 7 - higanysók jelenlétében , a KClO 3 - OsO 4 jelenlétében . Általában a CO redukáló tulajdonságaiban hasonló a molekuláris hidrogénhez.
830 °C alatt a CO erősebb redukálószer, 830 °C felett a hidrogén az. Ezért a reakció egyensúlya 830 °C-ig jobbra, 830 °C felett balra tolódik el.
Érdekes módon vannak olyan baktériumok, amelyek a CO oxidációja miatt képesek az élethez szükséges energiát megszerezni.
A szén-monoxid(II) kék lánggal [4] ég (a reakció indulási hőmérséklete 700 °C) a levegőben:
( Δ G ° 298 = -257 kJ, Δ S ° 298 = -86 J/K).Ilyen jó fűtőértéke miatt a CO különböző műszaki gázkeverékek (például generátorgáz ) összetevője, amelyet többek között fűtésre használnak. Levegővel keverve robbanásveszélyes; a lángterjedés alsó és felső koncentrációs határa: 12,5-74% (térfogatban) [5] .
A szén-monoxid(II) reakcióba lép halogénekkel . A klórral való reakció a legnagyobb gyakorlati alkalmazást kapta :
A reakció exoterm, termikus hatása 113 kJ, katalizátor ( aktív szén ) jelenlétében már szobahőmérsékleten megy végbe. A reakció eredményeként foszgén képződik - egy olyan anyag, amely a kémia különböző ágaiban (és vegyi harci szerként is ) széles körben elterjedt. Analóg reakciókkal COF 2 ( karbonil-fluorid ) és COBr2 ( karbonil - bromid) állítható elő . Karbonil-jodidot nem kaptak. A reakciók exotermitása gyorsan csökken F -ről I -re (F 2 -vel végzett reakcióknál a termikus hatás 481 kJ, Br 2 -vel - 4 kJ). Vegyes származékokat is kaphat, például COFCl-t (lásd halogénezett szénsav ).
CO-t F 2 -vel reagáltatva a COF 2 karbonil-fluoridon kívül egy peroxidvegyület (FCO) 2 O 2 is előállítható . Jellemzői: olvadáspont -42 °C, forráspont +16 °C, jellegzetes szagú (hasonló az ózon szagához ), 200 °C fölé hevítve robbanással bomlik (reakciótermékek CO 2 , O 2 és COF 2 ), savas közegben reagál a kálium-jodiddal a következő egyenlet szerint:
A szén-monoxid(II) reakcióba lép kalkogénekkel . A kénnel szén-szulfid COS képződik , a reakció hevítéskor a következő egyenlet szerint megy végbe:
( Δ G ° 298 = –229 kJ, Δ S ° 298 = –134 J/K).Hasonló szén -szelenoxidot (COSe) és szén - telluroxidot (COTe) is kaptak.
Visszaállítja az SO2- t :
Az átmeneti fémekkel éghető és mérgező vegyületeket - karbonilokat - képez , mint például [Fe (CO) 5 ], [Cr (CO) 6 ], [Ni (CO) 4 ], [Mn 2 (CO) 10 ], [Co 2 (CO) 9 ] stb. Néhányuk illékony.
A szén-monoxid(II) vízben gyengén oldódik, de nem lép reakcióba vele. Ezenkívül nem lép reakcióba lúgok és savak oldataival . Azonban reagál az alkáli olvadékokkal, és megfelelő formiátokat képez :
Érdekes reakció a szén-monoxid (II) reakciója fémes káliummal ammóniaoldatban. Ez a kálium-dioxo-karbonát robbanásveszélyes vegyületet képezi :
Ammóniával magas hőmérsékleten reagálva egy fontos ipari vegyület, a HCN állítható elő . A reakció egy katalizátor ( Thorium-dioxid ThO 2 ) jelenlétében megy végbe a következő egyenlet szerint:
A szén-monoxid (II) legfontosabb tulajdonsága, hogy hidrogénnel reagál, és szerves vegyületeket képez ( Fischer-Tropsch szintézis eljárás ):
alkoholok + lineáris alkánok.Ez a folyamat olyan kritikus ipari termékek forrása, mint a metanol , szintetikus dízel üzemanyag, többértékű alkoholok, olajok és kenőanyagok.
A szén - monoxid mérgező anyag . A GOST 12.1.007-76 „Munkabiztonsági szabványok rendszere (SSBT)” szerint. Káros anyagok. Osztályozás és általános biztonsági követelmények” a szén-monoxid a szervezetre gyakorolt hatás mértéke szerint mérgező, alacsony kockázatú anyag, 4. veszélyességi osztály .
TLV (korlátozó küszöbkoncentráció, USA) - 25 ppm ; TWA (átlagos koncentráció, USA; ACGIH 1994-1995) - 29 mg / m³; MAC (Maximum Permission Concentration, USA): 30 ppm; 33 mg/m³. MPC r.z. a GN 2.2.5.1313-03 "A káros anyagok maximális megengedett koncentrációja (MPC) a munkaterület levegőjében" szerint 20 mg/m³ (körülbelül 0,0017%).
1,5-3,0% megengedett a benzines autó kipufogójában (a megengedett koncentráció országonként/szabványonként erősen változik; 3% még egy régi, katalizátor nélküli karburátoros autónál is sok).
Az ENSZ szerinti osztályozás szerint a szén-monoxid (II) a 2.3 veszélyességi osztályba tartozik, a másodlagos veszély az ENSZ osztályozása szerint a 2.1.
A szén-monoxid nagyon veszélyes, mert szagtalan . Megköti a hemoglobint, karboxihemoglobinná alakítja, és megfosztja az oxigén megkötő képességétől, és általános toxicitása van, mérgezést okoz [6] , létfontosságú szervek és rendszerek károsodásával, majd halállal .
Mérgezés jelei: fejfájás és szédülés , az érzékelési tér beszűkülése; fülzúgás, légszomj, szívdobogásérzés , villogás a szem előtt , az egész bőr kipirosodása (a légúti lánc összes inhibitorára jellemző), általános izomgyengeség, hányinger , néha hányás; görcsök , eszméletvesztés , kóma terminális szakaszában [7] [4] .
A szén-monoxid (2+) toxikus hatása a karboxihemoglobin képződésének köszönhető , amely egy sokkal erősebb karbonilkomplex a hemoglobinnal , mint a hemoglobin oxigénnel alkotott komplexe (oxihemoglobin) [7] . Így az oxigénszállítás és a sejtlégzés folyamatai blokkolva vannak . A 0,1%-ot meghaladó levegőkoncentráció egy órán belül halálhoz vezet [7] .
Fiatal patkányokon végzett kísérletek kimutatták, hogy a levegő 0,02%-os CO koncentrációja lassítja növekedésüket és csökkenti az aktivitást a kontrollcsoporthoz képest. .
Segítség a szén-monoxid (II) mérgezésbenMérgezés esetén a következő intézkedések javasoltak [7] :
A világgyógyászat nem ismer megbízható ellenszereket szén-monoxid-mérgezés esetén [8] .
Szén-monoxid elleni védelem (II)A CO-t nagyon gyengén szívja fel a hagyományos szűrős gázálarcok aktív széne , ezért speciális szűrőelemet használnak az ellene való védelemre (kiegészítőleg a főhöz is csatlakoztatható) - egy hopcalite patron. A hopcalite olyan katalizátor , amely normál hőmérsékleten elősegíti a CO CO 2 -dá oxidációját. A hopcalite alkalmazásának az a hátránya, hogy használatakor be kell szívni a reakció eredményeként felmelegedett levegőt. A védekezés szokásos módja a zárt rendszerű légzőkészülék [4] használata .
Az endogén szén-monoxidot általában az emberi és állati test sejtjei termelik, és jelzőmolekulaként működik. Ismert fiziológiai szerepet játszik a szervezetben, különösen neurotranszmitterként és értágulatot okoz [9] . Az endogén szén-monoxid szervezetben betöltött szerepéből adódóan anyagcserezavarai különböző betegségekhez kapcsolódnak, mint például neurodegeneratív betegségek, érelmeszesedés , magas vérnyomás , szívelégtelenség , különféle gyulladásos folyamatok [9] .
Endogén szén-monoxid képződik a szervezetben a hem oxigenáz enzim hemre gyakorolt oxidáló hatása miatt , amely a hemoglobin és a mioglobin , valamint más hem tartalmú fehérjék pusztulásának terméke . Ez a folyamat kis mennyiségű karboxihemoglobin képződését okozza az emberi vérben , még akkor is, ha az ember nem dohányzik , és nem atmoszférikus levegőt (mindig kis mennyiségű exogén szén-monoxidot tartalmaz), hanem tiszta oxigént vagy nitrogén és oxigén keverékét lélegzi be.
Az 1993-as megállapítások nyomán, miszerint az endogén szén-monoxid az emberi szervezet normális neurotranszmitterje [10] [11] , valamint egyike annak a három endogén gáznak, amelyek általában módosítják a szervezet gyulladásos reakcióinak lefolyását (a másik kettő a nitrogénatom ). oxid (II) és hidrogén-szulfid ), az endogén szén-monoxid mint fontos biológiai szabályozó jelentős figyelmet kapott a klinikusok és a kutatók részéről. Számos szövetben mindhárom fent említett gázról kimutatták, hogy gyulladáscsökkentő, értágító , és angiogenezist is indukál [12] . Azonban nem minden ilyen egyszerű és egyértelmű. Az angiogenezis nem mindig jótékony hatású, hiszen különösen a rosszindulatú daganatok növekedésében játszik szerepet, és a makuladegenerációban a retina károsodásának egyik oka. Különösen a dohányzás (a vérben a szén-monoxid fő forrása, amely a természetes termelésnél többszörösen magasabb koncentrációt biztosít) 4-6-szorosára növeli a retina makuladegenerációjának kockázatát.
Van egy elmélet, miszerint az idegsejtek egyes szinapszisaiban , ahol az információ hosszú ideig tárolódik, a fogadó sejt a kapott jelre válaszul endogén szén-monoxidot termel, amely a jelet visszaküldi az átvivő sejtnek, amely tájékoztatja azt. hogy a jövőben készen áll arra, hogy jeleket fogadjon tőle.és a jeladó cella aktivitásának növelése. Ezen idegsejtek némelyike guanilát-ciklázt tartalmaz, egy enzimet, amely aktiválódik, ha endogén szén-monoxidnak vannak kitéve [11] .
Az endogén szén-monoxid gyulladásgátló szerként és citoprotektorként betöltött szerepével kapcsolatos kutatásokat számos laboratóriumban végezték szerte a világon. Az endogén szén-monoxid ezen tulajdonságai érdekes terápiás célponttá teszik az anyagcserére gyakorolt hatást különféle kóros állapotok, például ischaemia és az azt követő reperfúzió által okozott szöveti károsodások (például szívinfarktus , ischaemiás stroke ), transzplantátum kilökődés, vaszkuláris atherosclerosis, súlyos szepszis , súlyos malária , autoimmun betegségek. Embereken végzett klinikai kísérleteket is végeztek, de eredményeiket még nem tették közzé [13] .
2015-től a következők ismeretesek az endogén szén-monoxid szerepéről a szervezetben [14] :
A szén elégetése során felszabaduló füst mérgező hatását Arisztotelész és Galenus írta le .
A szén-monoxidot (II) először Jacques de Lasson francia kémikus szerezte meg 1776 -ban cink-oxid szénnel való hevítésével , de kezdetben összetévesztették a hidrogénnel, mert kék lánggal égett.
Azt a tényt, hogy ez a gáz szenet és oxigént tartalmaz, William Cruikshank angol kémikus fedezte fel 1800 -ban . A gáz toxicitását 1846-ban Claude Bernard francia orvos vizsgálta kutyákon végzett kísérletekben [15] .
A Föld légkörén kívüli szén-monoxidot (II) először M. Mizhot (M. Migeotte) belga tudós fedezte fel 1949-ben a Nap infravörös spektrumának fő rezgési-forgási sávjának jelenlétével. A csillagközi közegben lévő szén-monoxidot (II) 1970-ben fedezték fel [16] .
A szén vagy az arra épülő vegyületek (például benzin ) égése során képződik oxigénhiányos körülmények között :
(a reakció hőhatása 220 kJ),A szén-dioxid forró szénnel történő redukciója során is keletkezik :
( ΔH = 172 kJ , Δ S = 176 J /K )Ez a reakció a kemence kemence közben következik be, amikor a kemence csappantyúját túl korán zárják (amíg a szén teljesen ki nem ég). A keletkező szén-monoxid (II) toxicitása miatt élettani rendellenességeket ("kiégést") és akár halált is okoz (lásd alább), innen ered az egyik triviális elnevezés - "szén-monoxid" [4] .
A szén-dioxid redukciós reakció reverzibilis, a hőmérséklet hatását ennek a reakciónak az egyensúlyi állapotára a grafikon mutatja. A reakció áramlását jobbra az entrópiatényező, balra pedig az entalpiatényező biztosítja. 400 °C alatti hőmérsékleten az egyensúly szinte teljesen balra, 1000 °C felett pedig jobbra (a CO képződés irányába) tolódik el. Alacsony hőmérsékleten ennek a reakciónak a sebessége nagyon alacsony, ezért a szén-monoxid (II) normális körülmények között meglehetősen stabil. Ennek az egyensúlynak a különleges neve a Budoár egyensúly .
A szén-monoxid (II) és más anyagok keverékét úgy állítják elő, hogy levegőt, vízgőzt stb. átvezetnek egy forró koksz, kemény vagy barnaszén stb. rétegen (lásd generátorgáz , vízgáz , kevert gáz , szintézisgáz ).
Folyékony hangyasav bomlása forró tömény kénsav hatására vagy gázhalmazállapotú hangyasav P 2 O 5 feletti átvezetése során . Reakciós séma:
A hangyasavat klórszulfonsavval is kezelhetjük . Ez a reakció már normál hőmérsékleten megy végbe az alábbi séma szerint:
Oxálsav és tömény kénsav keverékének melegítése . A reakció a következő egyenlet szerint megy végbe:
Kálium-hexaciano-ferrát(II) és tömény kénsav keverékének melegítése . A reakció a következő egyenlet szerint megy végbe:
A cink-karbonátból történő visszanyerés magnézium által melegítés közben:
Minőségileg a CO jelenléte palládium-klorid oldatok (vagy ezzel az oldattal impregnált papír) sötétedésével határozható meg . A sötétedés a finoman diszpergált fémes palládium felszabadulásával jár a séma szerint:
Ez a reakció nagyon érzékeny. Standard oldat: 1 gramm palládium-klorid per liter víz.
A szén-monoxid (II) mennyiségi meghatározása a jodometriás reakción alapul:
A Föld légkörébe természetes és antropogén források is bejuthatnak . Természetes körülmények között a Föld felszínén a szerves vegyületek tökéletlen anaerob bomlása és a biomassza elégetése során, elsősorban erdő- és sztyeppetüzek során keletkezik CO. A szén-monoxid (II) a talajban biológiailag (élő szervezetek által kiválasztva) és nem biológiailag egyaránt képződik. Kísérletileg igazolták a szén-monoxid (II) felszabadulását az első hidroxilcsoporthoz képest orto- vagy para-helyzetben OCH 3 vagy OH csoportokat tartalmazó talajokban elterjedt fenolos vegyületek hatására .
A nem biológiai CO-termelés és annak mikroorganizmusok általi oxidációja általános egyensúlya az adott környezeti feltételektől, elsősorban a páratartalomtól és a pH-értéktől függ . Például a száraz talajokból a szén-monoxid(II) közvetlenül a légkörbe kerül, így helyi maximumokat hoz létre ennek a gáznak a koncentrációjában.
A légkörben a CO metán és más szénhidrogének (elsősorban izoprén) részvételével zajló láncreakciók terméke.
A CO fő antropogén forrása jelenleg a belső égésű motorok kipufogógázai . A szén-monoxid szénhidrogén-üzemanyagok elégetésével keletkezik belső égésű motorokban nem megfelelő hőmérsékleten vagy rosszul beállított levegőellátó rendszer mellett (a CO CO 2 -dá történő oxidálásához nem szállítanak elegendő oxigént ). A múltban az antropogén CO-kibocsátás jelentős része a légkörbe a 19. században beltéri világításhoz használt gyújtógázból származott . Összetételében megközelítőleg vízgáznak felelt meg , azaz legfeljebb 45% szén-monoxidot (II) tartalmazott. A közszférában egy sokkal olcsóbb és energiahatékonyabb analóg – földgáz – jelenléte miatt nem használják .
A természetes és antropogén forrásokból származó CO bevitel megközelítőleg azonos.
A szén-monoxid (II) a légkörben gyors ciklusban van: az átlagos tartózkodási idő körülbelül 35 nap . A CO-veszteség fő csatornája a hidroxil oxidációja szén-dioxiddá.
A szén-monoxid(II) a második legnagyobb mennyiségben előforduló molekula (a H 2 után) a csillagközi közegben [16] . Ez a gáz fontos szerepet játszik a molekuláris gázfelhők evolúciójában , amelyekben aktív csillagképződés megy végbe . Más molekulákhoz hasonlóan a CO infravörös vonalak sorozatát sugározza ki, amelyek a molekula forgási szintjei közötti átmenetek során keletkeznek; ezek a szintek már több tíz kelvines hőmérsékleten gerjesztettek. A CO koncentrációja a csillagközi közegben elég alacsony ahhoz, hogy (ellentétben a sokkal elterjedtebb H 2 molekulával ) a molekuláris forgásvonalak sugárzása ne tapasztaljon erős önelnyelést a felhőben. Ennek eredményeként az energia szinte akadálytalanul távozik a felhőből, amely lehűl és összehúzódik, beindítva a csillagkeletkezés mechanizmusát . A legsűrűbb felhőkben, ahol a CO vonalak önabszorpciója jelentős, a 13 CO ritka izotóp analóg vonalaiban észrevehetővé válik az energiaveszteség (a 13 C relatív izotóp abundanciája kb. 1%). Az atomos hidrogénnél erősebb sugárzása miatt a szén(II)-oxidot használják az ilyen gázfelhalmozódások keresésére. 2012 februárjában a csillagászok az európai Planck űrteleszkóp segítségével összeállították a legteljesebb térképet az égi szférában való elterjedéséről [17] .
Szótárak és enciklopédiák | ||||
---|---|---|---|---|
|
A szén oxidjai | ||
---|---|---|
Közönséges oxidok | ||
Egzotikus oxidok |
| |
Polimerek |
| |
Szén-oxidok származékai |
|