Санкт-Петербургский Государственный Медицинский Университет
имени академика И.П. Павлова
Кафедра мобилизационной подготовки здравоохранения и экстремальной медицины
РЕФЕРАТ
на тему:
«Отравления оксидом углерода»
Выполнил:
Проверил:
Санкт-Петербург
20??
Оглавление
Введение 3
Общая характеристика СО 5
Патофизиология 6
Клинические проявления 13
Лабораторная и инструментальная диагностика 15
Группы пациентов с высоким риском
инвалидизации или гибели при отравлении СО 17
Первая помощь при отравлении угарным газом 17 Медицинская помощь при отравлении СО 17
Прогноз 20
Заключение 21
Список литературы 22
Введение
«Мне плохо, голова раскалывается. Посмотри, и собака больна. Наверное, мы что-то съели. Ничего, все пройдет. Не надо никого тревожить». Это были последние слова, произнесенные 28 сентября 1902 г. великим французским писателем, который скончался от отравления угарным газом из-за неисправности печи в его парижской квартире.
Это сказал Эмиль Золя своей жене.1
Угарный газ (СО) — один из наиболее распространенных отравляющих газов в природе, загрязняющих окружающую среду в современном мире с интенсивным использованием энергии. Главным источником СО является неполное сгорание ископаемого топлива, особенно угля. Выхлопные газы служат одним из главных источников образования СО в окружающей среде. Следующий его источник — сигаретный дым, содержащий 3—6 % СО, что превышает в 8 раз его допустимую концентрацию в воздухе промышленных объектов. Люди особенно подвержены отравлению СО в закрытых помещениях. Пассивное вдыхание сигаретного дыма способствует отравлению некурящих; это особенно опасно для детей и беременных женщин.
Окись углерода является наиболее распространенным промышленным ядом и встречается везде, где имеются процессы неполного сгорания углерода. Опасность отравления рабочих СО существует в доменных, мартеновских, кузнечных, литейных, термических цехах, при работе на автотранспорте (выхлопные газы содержат значительные количества СО), на химических предприятиях, где оксид углерода является сырьем (синтез фосгена, аммиака, метилового спирта и др.).
В последние годы во всем мире в связи с суровыми зимами и энергетическим кризисом возросло количество различных домашних источников обогревания, что при отсутствии надлежащей вентиляции значительно повышает возможность отравления СО. Такие отравления часто случаются в быту: во время принятия ванн, при приготовления пищи в посуде с большой поверхностью дна. При плохом доступе кислорода происходит неполное сгорание, в результате чего образуется СО из соединений углерода, содержащихся в природном газе. Сложилось убеждение, что природный газ полностью безопасен и при горении не выделяется в атмосферу, а значит, угроза отравления отсутствует. Однако горение вовсе не означает, что естественное выделение газа невозможно. Часто могут забиться вентиляционные трубы или же вытяжка над газовой плитой может быть установлена.
Угарный газ является повсеместным продуктом неполного сгорания угля и другого топлива — газа, бензина. Поскольку СО не имеет ни запаха, ни цвета, ни вкуса, не является раздражающим и легко смешивается с воздухом, а также беспрепятственно распространяется, он получил название «молчаливого убийцы». Очень часто трудно распознать потенциальную опасность поэтому нередко встречаются отравления СО, выделяемым из печей (так называемый чад) при преждевременном закрытии заслонки, наличии щелей в печи или даже в результате выделения СО раскаленными докрасна частями газовых колонок.
Угарный газ также является компонентом различных промышленных газов, которые выделяются из доменных печей коксовых заводов, электрокотельных.
Общая характеристика СО
Оксид углерода — газ без цвета и запаха, легче воздуха (относительная плотность по воздуху 0,97), сжижается при температуре -191,5°С, замерзает при температуре -204°С. Мало растворим в воде и плазме крови (объемная доля около 2%). Плохо сорбируется активированным углем, силикагелем. Оксид углерода образует с воздухом взрывоопасную смесь (объемная доля в пределах 16,2-73,4%). Может вступать в соединение с некоторыми металлами, образуя карбонилы (Ni(CO)4), которые в присутствии катализатора разлагаются с выделением СО и металла. 2
СО образуется при неполном сгорании практически любого углеродсодержащего вещества, в том числе топлива для обогрева помещений, а также в большом количестве — при пожарах в зданиях. Пик отравлений СО отмечается осенью и зимой, когда широко используются обогревательные устройства Умышленное или случайное отравление выхлопными газами автомобилей и ингаляция дыма при пожарах жилых строений — это вторая по распространенности причина интоксикации СО.
Уникальным источником СО является метиленхлорид — растворитель, содержащийся в средстве для удаления краски. Он образуется из ингалированного метиленхлорида в процессе метаболизма в печени.
Источники и условия токсического действия СО:
• Дым при горении органических материалов (например, сигарет)
•Неисправные обогревательные приборы (камины, обогреватели, водогреи), в которых используют различные виды топлива (древесину, уголь, мазут, керосин, пропан
• Выбросы из расположенных внутри помещений устройств, работающих на бензине, дизельном топливе, пропане (электрогенераторы, автомобили, автопогрузчики, машины для заливки льда)
• Метиленхлорид (средство для удаления краски).
Монооксид углерода был впервые получен французским химиком Жаком де Лассономв1776году 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 в1800году 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.
Оксид углерода (СО) никогда не применялся в качестве самостоятельного отравляющего вещества, но ни одна война не проходила без отравлений этим газом. Отравления оксидом углерода также устойчиво занимают одно из ведущих мест в статистике острых отравлений в Вооруженных Силах в мирное время. В конце Второй мировой войны союзники бомбили с применением напалма фашистские города: в течение буквально одной ночи были сожжены дотла Гамбург, Дрезден, Кассель. Когда потом проанализировали причину гибели людей, то оказалось, что 60% горожан погибли от отравления угарным газом.
Патофизиология
У СО несколько механизмов токсического действия. Он способен нарушать доставку кислорода тканям, его утилизацию и, возможно, провоцировать возникновение окислительного стресса. Высокоаффинное связывание СО с гемоглобином (а сродство гемоглобина к оксиду углерода в 200-250 раз больше, чем к кислороду) приводит: 1) к образованию карбоксигемоглобина (НЬСО), 2) замещению кислорода в гемоглобине и уменьшению кислородтранспортной емкости крови, а также 3) смещению кривой диссоциации оксигемоглобина влево. Кроме того, СО способен присоединяться к другим гемсодержащим белкам, например миоглобину и некоторым цитохромам, играющим ведущую роль в выработке энергии клетками. Однако до настоящего времени не установлено, насколько клинически значимо такое взаимодействие. Согласно последним экспериментальным данным, СО запускает каскад реакций, включая перекисное окисление липидов мозга, что вызывает временную и необратимую дисфункцию.
Классическим примером повреждающего действия на кровь с нарушением ее дыхательной функции, обусловленным инактивацией кровяного пигмента — гемоглобина, служит образование карбоксигемоглобина (НЬСО) под влиянием оксида углерода. Превращение гемоглобина в НЬСО приводит к изменению спектральных характеристик крови, что легло в основу количественного определения его в крови. НЬСО образуется в результате взаимодействия оксида углерода (СО) с железом гемоглобина, что лишает его способности к оксигенации, приводит к нарушению транспортной функции и как результат вызывает развитие гемической гипоксии. Появление НЬСО служит следствием поступления СО в легкие с вдыхаемым воздухом. Образование НЬСО начинается с периферии эритроцитов уже в легочных капиллярах. В дальнейшем с увеличением содержания СО во вдыхаемом воздухе НЬСО образуется не только в периферических отделах эритроцита, но и в центральных его отделах. Причем скорость образования НЬСО прямо пропорциональна величине концентрации СО во вдыхаемом воздухе, а максимум его в крови определяется временем контакта. Способность гемоглобина связывать О2 и СО одинакова при условии, что 1 г гемоглобина может связывать 1,53—1,34 мл О2.
Эта зависимость носит название константы Хюфнера. Вместе с тем сродство гемоглобина к СО в 250—300 раз больше, чем к О2. Примечательно, что оболочка эритроцитов служит своего рода защитным барьером при образовании НЬСО, так как во взвеси эритроцитов этого деривата гемоглобина образуется на 20 % меньше, чем в растворе гемоглобина. Валентность железа в НЬСО остается неизмененной, происходит лишь перестройка связей Fe2+. Все непарные электроны участвуют в образовании НЬСО. Параллельно с образованием связей между СО и Fe2+ изменяется характер связи железа с глобином и порфирином. Она теряет свой ионный характер и превращается в ковалентную. Взаимодействие СО с HbO2 выражается взаимно сопряженными реакциями.
HbO2 + CO → НЬСО + O2
НЬСО + O2 → HbO2 + CO
Скорость этих реакций и образование НЬСО определяются парциальным давлением СО и О2 в воздухе. При этом количество образовавшегося НbCO пропорционально давлению СО в окружающей среде и обратнопропорционально давлению О2. Несмотря на высокое, как указывалось выше, сродство СО к гемоглобину, ассоциация его с гемоглобином происходит в 10 раз медленнее, чем таковая с О2. Однако при этом диссоциация HbСО протекает в 3600 раз медленнее, чем диссоциация НbO2. По этой причине СО очень быстро накапливается в крови даже при сравнительно небольшом содержании СО во вдыхаемом воздухе. Таким образом, помимо выключения части гемоглобина из транспорта кислорода, еще одним патогенетическим звеном в нарушении дыхательной функции крови на фоне карбоксигемоглобинемии служит замедление диссоциации оксигемоглобина под влиянием НЬСО, что известно под названием эффекта Холдена. Так, в физиологических условиях повышение концентрации СО2 в крови способствует ускоренному отщеплению О2 от НbO2, при наличии НbСО этот сбалансированный процесс нарушается. Принято считать, что суть эффекта Холдена заключается в том, что при взаимодействии СО с гемоглобином поступивший в кровь СО соединяется только с 3 из 4 атомов железа в молекуле гемоглобина, тогда как с 4-м атомом железа соединяется О2, сродство которого к этому атому железа резко возрастает, что, естественно, затрудняет диссоциацию оксигемоглобина. Еще одним причинным фактором угнетения диссоциации НbO2под влиянием СО служит снижение уровня промежуточного метаболита 2,3-дифосфоглицерата, который образуется в процессе реакции гликолиза. 2,3-дифосфоглицерат обладает способностью усиливать процесс диссоциации НbСО за счет вызываемых им конформационных изменений гемоглобина, поэтому естественно, что дефицит этого метаболита косвенно тормозит высвобождение O2 из НbO2.3
Итак, основным пусковым механизмом развития специфической гемической гипоксии при отравлении СО является образование НbСО, который утрачивает способность переносить кислород в сочетании с угнетающим влиянием на процесс диссоциации НbO2. Неопровержимое доказательство того, что первопричиной развития СО-интоксикации является карбоксигемоглобинемия, — прямая зависимость между уровнем НbСО в крови и тяжестью интоксикации. Так, поданным V.E.Henderson4, при содержании НbСО в крови, равном 10%, отмечена лишь одышка при физическом напряжении, при 40—50 % НЬСО появляются явные признаки интоксикации: головная боль, помрачение сознания вплоть до его потери, концентрация НЬСО в крови свыше 60 % ведет к летальному исходу. Во всяком случае у людей, впадающих в коматозное состояние или погибающих от острого отравления СО, содержание НЬСО, как правило, не менее 50 %. Однако не всегда прослеживается прямая связь между содержанием в крови НbСО и тяжестью отравления. Известны случаи, когда тяжелая форма отравления развивалась уже при 20 % НbСО и, наоборот, при 60 % НbСО встречаются легкие формы отравления. Во многом это объясняется достаточно большой индивидуальной чувствительностью к СО, которую связывают с генетическим фактором.
Реальным подтверждением кислородного голодания за счет карбоксигелобинемии при тяжелой острой интоксикации СО является снижение содержания кислорода в артериальной крови до 13,4—12,4 об.% сравнительно с 18-20 об.% в норме. Одновременно падает артериально-венозная разница в содержании О2 с 6-7 об.% до 3,0-2,2 об.%, снижается утилизация кислорода тканями, исходя из величины соответствующего коэффициента, уменьшается содержание СО2 в крови до 35 об.% в сравнении с нормой.
Образование НbСО под влиянием СО не является единственным нарушением порфиринового обмена. Так, при остром СО-отравлении при вдыхании СО в концентрациях 40—600 мг/м3 растет содержание прото- и уропорфирина в эритроцитах, а также развивается копро- и уропорфиринурия. Причем рост копропорфиринов в моче обусловлен образованием продуктов синтеза СО с железопорфиринами тканей, которые, поступая в кровь, выделяются затем с мочой. В особо тяжелых случаях прослежено увеличение содержания порфобилиногена. Возможно возрастание уровня метгемоглобина и появление сульфгемоглобина в крови. И наконец, под влиянием СО возрастает содержание ключевого продукта синтеза гемоглобина дельтааминолевулиновой кислоты в плазме и эритроцитах, что, по-видимому, свидетельствует об угнетении синтеза гемоглобина под влиянием СО.
Долгое время считали, что механизм токсического действия СО определяется исключительно нарушением дыхательной функции крови за счет образования НbСО. Однако со временем эта концепция была пересмотрена Убедительно доказано, что СО действует на многие биологически активные системы организма, содержащие железо, а именно: миоглобин, цитохромсодержащие дыхательные ферменты, такие как цитохром P-450, цитохромоксидаза (цитохром a3), цитохром с, пероксидаза, каталаза.5
При взаимодействии СО с миоглобином образуется карбоксимиоглобин, хотя сродство СО к миоглобину меньше, чем к гемоглобину. В то же время сродство миоглобина к СО, по разным данным, в 25—50 раз больше, чем к кислороду.
Таким образом, при отравлении СО наряду с образованием НbСО происходит также образование карбоксимиоглобина. При этом его нарастание в мышцах протекает параллельно росту этого деривата гемоглобина в крови. Не исключено, что появление карбоксимиоглобина в мышцах играет определенную роль в патогенезе СО-интоксикации, во всяком случае поражение мышц при этом однозначно связывают с воздействием на миоглобин. Есть данные, что соотношение карбоксимиоглобина и НbСО независимо от уровня воздействия СО составляет 0,52. При тяжелых отравлениях более 25 % миоглобина может быть связано с СО.
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют в пользу того, что в патогенезе СО-интоксикации далеко не последнюю роль играет взаимодействие СО с системой цитохромов — железосодержащих дыхательных ферментов, что приводит к угнетению тканевого дыхания. Как выяснилось, тяжесть нарушений в организме именно за счет этого механизма существенно превосходит таковые, вызванные банальной кислородной недостаточностью, связанной с дефицитом O2 во вдыхаемом воздухе.
Основное внимание при оценке токсического воздействия СО на организм до определенного времени уделялось острым отравлениям, возникающим под влиянием этого газа. Несмотря на то что пусковым механизмом развития острой интоксикации СО служит его взаимодействие с гемоглобином и другими железосодержащими биохимическими структурами, в клинической картине интоксикации преобладают прежде всего симптомы расстройств со стороны ЦНС, выраженность которых, как правило, зависит от содержания НbСО в крови.
Учитывая, что патогенез острого отравления СО изначально определяется повреждающим действием на кровь, уместно охарактеризовать, как при этом изменяется морфологический и биохимический состав крови. На высоте интоксикации увеличивается количество эритроцитов до 5,5 – 6,6*1012/л, что обусловлено, с одной стороны, сокращением селезенки из-за рефлексов с каротидных синусов и поступлением в кровь депонированных эритроцитов, а с другой стороны, причиной эритроцитоза может быть непосредственная стимуляция СО образования эритропоэтина. И наконец, нельзя исключить гипоксию как еще один причинный фактор возрастания числа эритроцитов. Эритроцитоз — чаще всего явление временное, однако иногда развивается истинная полицитемия либо сразу вслед за острой интоксикацией, либо как последействие спустя месяцы и даже годы. При повторных отравлениях СО на фоне лимфоцитоза в крови появляются нормобласты при повышенном содержании ретикулоцитов. Примечательно, что изменения содержания гемоглобина при СО-интоксикации мало характерны.
В ряде случаев исходом поражения красной крови при отравлении СО является развитие анемии типа Бирмера в сочетании с нейтропенией.6
По мнению А.М.Рашевской и Л.А.Зориной7, изменения со стороны белой крови встречаются чаще, чем таковые со стороны красной. Это проявляется нейтрофильным лейкоцитозом иногда до 20—25*109/л со сдвигом влево на фоне лимфо- и эозинопении при снижении фагоцитарной активности. Считается, что механизм лейкоцитоза связан со стрессом, а угнетение фагоцитоза — с угнетением активности цитохромоксидазы в нейтрофилах. У людей при отравлении СО зафиксировано повышение активности щелочной фосфатазы нейтрофилов.
Что касается костного мозга, то клетки его претерпевают дегенеративные изменения при явлениях раздражения, о чем свидетельствует увеличение ядросодержащих элементов со сдвигом формулы влево с вершиной в области миелоцитов и метамиелоцитов.
Существенно важными при интоксикации СО представляются некоторые сдвиги биохимического характера: увеличение негемоглобинового железа крови (может достигать 50 %), что имеет непосредственное отношение к состоянию красной крови. При повторных острых отравлениях параллельно происходит падение содержания железа в тканях за счет соединения с СО, что расценивается как механизм детоксикации. Достаточно хорошо изучены и некоторые другие биохимические сдвиги в периферической крови при остром отравлении СО. Так, со стороны углеводного обмена выявлены нарушения в виде гипергликемии и глюкозурии. По мнению одних авторов, эти сдвиги могут быть следствием изменений центральных механизмов регуляции углеводного обмена, по мнению других, причина — в усиленном распаде гликогена печени за счет интенсивного выделения адреналина. Достаточно закономерным при этом считают увеличение содержания молочной кислоты в крови при повышении уровня НbСО до 30 %. Нарушения азотистого обмена при острой интоксикации СО сводится в основном к усиленному накоплению азотистых шлаков в крови, а именно мочевины, что обусловлено нарушениями антитоксической функции печени. Со стороны липидного обмена прослежены стимуляция окисления свободных жирных кислот и снижение продукции триглицеридов. Электролитный обмен проявляется дисбалансом содержания в крови и тканях кальция, магния и особенно калия и натрия. Последнее приводит к нарушению деятельности сердечной мышцы.
Длительное время возможность развития хронического отравления СО подвергалась сомнению. В настоящее время общепризнано, что такая форма патологии существует. Однако ввиду того, что при этом сложно дифференцировать истинное хроническое воздействие СО от повторных острых отравлений, вопрос был однозначно решен на основании данных эксперимента.
Хроническое отравление СО у людей может возникнуть при длительном вдыхании воздуха с содержанием СО в концентрации порядка 10—50 мг/м3. Обычно при этом в крови обнаруживается 3—13 % НbСО, в то время как в крови у некурящих людей содержание НbСО составляет 1,5—2 %. Со стороны красной крови в условиях хронического отравления СО прослежены увеличение содержания гемоглобина и эритроцитов иногда на фоне ретикулоцитоза, сдвиг лейкоцитарной формулы влево, более редко наблюдается тромбоцитоз. При этом содержание эритроцитов может достигать значений 6*1012/л и выше. Однако в поздних стадиях интоксикации, а иногда уже на начальных ее этапах, возможно развитие анемии. Описаны даже единичные случаи пернициозной и гиперхромной анемии с перерождением в парамиелобластлейкемию, что обычно заканчивалось летальным исходом. Примечательно, что в условиях хронического воздействия СО на людей при содержании НbСО в крови в среднем 4 % в эритроцитах возрастало содержание дельтааминолевулиновой кислоты до 2,7—6,9 мкг/мл в сравнении с исходным (0,7—2,5 мкг/мл). В последующем это сопровождалось нарушением синтеза порфиринов и гема. В целом нельзя исключить и прямое воздействие СО на биосинтез гема в клетке. В известной мере по содержанию дельтааминолевулиновой кислоты в эритроцитах можно судить о чувствительности организма к СО. Изменения со стороны белой крови характеризуются разнонаправленностью, в частности может иметь место как лейкоцитоз, так и лейкопения на фоне эозинопении, лимфоцитоза, моноцитоза. Описана также токсическая зернистость нейтрофилов. При хроническом воздействии СО в нейтрофилах обнаружено увеличение ДНК и снижение РНК при условии падения в них активности пероксидазы. При изучении воздействия СО на человека в концентрациях порядка 10-20 мг/м3 в условиях гермокамеры на протяжении 1—3 мес обнаружены следующие закономерные изменения: сдвиг кислотно-щелочного равновесия сторону ацидоза, появление в крови НbСО в пределах 10,5—14 %, рост негемоглобинового железа сыворотки до 149 мкг% при 127 мкг% в исходном состоянии (в случае концентрации СО порядка 20 мг/м3) и снижение индекса каталазы. Как уже указывалось выше, между содержанием НbСО в крови и выраженностью клинических симптомов не всегда прослеживается прямая зависимость. Однако особенно часто этот феномен имеет место при анализе случаев хронического отравления. Это значительно затрудняет его диагностику. Объяснение таким фактам, когда при прогрессирующем снижении уровня НbСО в крови вплоть до нормальных величин симптомы отравления сохраняются, заключается в том, что поступивший в организм СО фиксируется гемоглобином в виде НbСО и выводится из организма после его разрушения. Исследованиями ряда авторов доказано, что СО способен фиксироваться в клетках ряда органов, в частности печени, селезенки, мышц, головного мозга. Это сочетается с возрастанием при хроническом отравлении СО содержания негемоглобинового железа плазмы, в результате чего СО длительное время находится вне связи с гемоглобином. Ростом негемоглобинового железа сыворотки можно объяснить и увеличение содержания β-глобулиновой фракции белков сыворотки, которая содержит в своем составе транспортную форму железа — трансферрин. Такое предположение прямо подтверждается серией соответствующих работ, в которых показано, что при хронической интоксикации СО рост содержания железа в сыворотке и протопорфиринурия сочетаются с нарастанием β-глобулиновой фракции белков сыворотки.8
Хорошо известно, что клиника как острых, так и хронических отравлений СО изобилует симптомами поражения в первую очередь ЦНС, а также других органов и систем, что объясняется в первую очередь результатом развивающейся гемической гипоксемии и гипоксии, а также в известной мере блокадой ферментных систем, содержащих железопорфириновые структуры. Для хронического воздействия характерны расстройства ЦНС; астенический синдром, вегетативная дистония и ангиодистонический синдром с наклонностью к ангиоспазмам, а также изменения психической сферы. Доказано, что хроническая интоксикация СО сопровождается нарушением функции сердечно-сосудистой системы при условии разной степени поражения сердечной мышцы за счет гипоксии. Возможны изменения артериального давления как в сторону гипо-, так и особенно гипертонии. Несколько менее закономерно, но, тем не, менее возможно возникновение отклонений со стороны эндокринной системы, в том числе половой сфере, а также показателей функций щитовидной железы и надпочечников.
И, наконец, существуют данные о нарушениях органов чувств под влиянием хронической СО-интоксикации. Это касается органа слуха (кохлеарной и вестибулярной части внутреннего уха), а также органа зрения с нарушениями конвергенции, аккомодации, цветоощущения, остроты зрения, сужением полей зрения и, наконец, изменениями глазного дна в виде сосудистой патологии сетчатки различной интенсивности.
Клинические проявления
Диагностика отравления СО требует высокого уровня настороженности. Если пациент жалуется на гриппоподобное состояние, проявляющееся в холодную погоду и особенно при перерывах в подаче электроэнергии, возникающих во время зимних ненастий, то вероятность, что у него отравление оксидом углерода, велика. Кроме того, при наличии аналогичных жалоб у жителей одного и того же дома или работающих на одном предприятии дает основание подозревать воздействие этим ядовитым газом.
Клинические проявления отравления зависят от дозы и продолжительности воздействия СО. При нахождении в замкнутом пространстве (воздействие высоких доз), в которое поступают выхлопные газы от автомобиля, интоксикация будет тяжелая (кома, судороги, остановка дыхательной и сердечной деятельности). Длительное пребывание в помещении с низкими и умеренными концентрациями СО сопровождается развитием не столь выраженной симптоматики. У людей, которые подвержены подострому или хроническому отравлению из-за необнаруженных дефектов системы отопления, отмечаются неспецифические признаки и симптомы — головная боль, общее недомогание, повышенная утомляемость, раздражение слизистых оболочек дыхательного тракта. Часто на данную симптоматику врачи не обращают внимания или расценивают ее как простудную, что иногда завершается трагически.
studfiles.net
.
Физические свойства.
Монооксид углерода представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ, малорастворимый в воде.
t пл. 205 °С,
t кип. 191 °С
критическая температура =140°С
критическое давление = 35 атм.
растворимость СО в воде около 1:40 по объёму.
Химические свойства.
При обычных условиях CO инертен; при нагревании — восстановитель; несолеобразующий оксид.
1) с кислородом
2C+2 O + O2 = 2C+4 O2
2) с оксидами металлов
C+2 O + CuO = Сu + C+4 O2
3) с хлором (на свету)
CO + Cl2 --hn-> COCl2 (фосген)
4) реагирует с расплавами щелочей (под давлением)
CO + NaOH = HCOONa (муравьинокислый натрий (формиат натрия))
5) с переходными металлами образует карбонилы
Ni + 4CO =t°= Ni(CO)4
Fe + 5CO =t°= Fe(CO)5
Монооксид углерода химически не взаимодействует с водой. Не реагирует СО также со щелочами и кислотами. Он чрезвычайно ядовит.
С химической стороны монооксид углерода характеризуется главным образом склонностью к реакциям присоединения и своими восстановительными свойствами. Однако обе эти тенденции обычно проявляются лишь при повышенных температурах. В этих условиях СО соединяется с кислородом, хлором, серой, некоторыми металлами и т. д. Вместе с тем оксид углерода при нагревании восстанавливает до металлов многие оксиды, что весьма важно для металлургии. Наряду с нагреванием повышение химической активности СО часто вызывается его растворением. Так, в растворе он способен восстанавливать соли Au, Pt и некоторых других элементов до свободных металлов уже при обычных температурах.
При повышенных температурах и высоких давлениях имеет место взаимодействие СО с водой и едкими щелочами: в первом случае образуется НСООН, а во втором — муравьинокислый натрий. Последняя реакция протекает при 120 °С, давлении 5 атм и находит техническое использование.
Легко идущее в растворе восстановление хлористого палладия по суммарной схеме:
PdCl2 + h3 O + CO = CO2 + 2 HCl + Pd
служит наиболее часто применяемой реакцией открытия монооксида углерода в смеси газов. Уже очень небольшие количества СО легко обнаруживаются по лёгкому окрашиванию раствора вследствие выделения мелко раздробленного металлического палладия. Количественное определение СО основывается на реакции:
5 СО + I2 O5 = 5 CO2 + I2 .
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, K2 Cr2 O7 — в присутствии солей ртути, КСlO3 — в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород, причём активность его при обычных условиях выше, чем у последнего. Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.
Сравнительную активность СО и Н2 как восстановителей можно оценить путём изучения обратимой реакции:
Н2 О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесное состояние которой при высоких температурах устанавливается довольно быстро (особенно в присутствии Fe2 O3 ). При 830 °С в равновесной смеси находятся равные количества СО и Н2, т. е. сродство обоих газов к кислороду одинаково. Ниже 830 °С более сильным восстановителем является СО, выше — Н2 .
Связывание одного из продуктов рассмотренной выше реакции в соответствии с законом действия масс смещает её равновесие. Поэтому, пропуская смесь монооксида углерода и водяного пара над оксидом кальция, можно получить водород по схеме:
Н2 О + СО + СаО = СаСО3 + Н2 + 217 кДж.
Реакция эта идёт уже при 500 °С.
На воздухе СО загорается около 700 °С и сгорает синим пламенем до СО2 :
2 СО + О2 = 2 СО2 + 564 кДж.
Сопровождающее эту реакцию значительное выделение тепла делает монооксид углерода ценным газообразным топливом. Однако наиболее широкое применение он находит как исходный продукт для синтеза различных органических веществ.
Сгорание толстых слоёв угля в печах идёт в три стадии:
1) С + О2 = СО2; 2) СО2 + С = 2 СО; 3) 2 СО + О2 = 2 СО2 .
При преждевременном закрытии трубы в печи создаётся недостаток кислорода, что может вызвать распространение СО по отапливаемому помещению и привести к отравлениям (угар). Следует отметить, что запах «угарного газа» обусловлен не СО, а примесями некоторых органических веществ.
Пламя СО может иметь температуру до 2100 °С. Реакция горения СО интересна тем, что при нагревании до 700-1000 °С она идёт с заметной скоростью только в присутствии следов водяного пара или других содержащих водород газов (Nh4, h3 S и т. п.). Обусловлено это цепным характером рассматриваемой реакции, протекающей при посредстве промежуточного образования радикалов ОН по схемам:
Н + О2 = НО + О, затем О + СО = СО2, НО + СО = СО2 + Н и т. д.
При очень высоких температурах реакция горения СО становится заметно обратимой. Содержание СО2 в равновесной смеси (под давлением 1 атм) выше 4000 °С может быть лишь ничтожно малым. Сама молекула СО настолько термически устойчива, что не разлагается даже при 6000 °С. Молекулы СО были обнаружены в межзвёздной среде. При действии СО на металлический К при 80 °С образуется бесцветное кристаллическое очень взрывчатое соединение состава К6 С6 О6. Вещество это с отщеплением калия легко переходит в оксид углерода С6 О6 («трихинон»), который можно рассматривать как продукт полимеризации СО. Строение его отвечает шестичленному циклу, образованному атомами углерода, каждый из которых соединён двойной связью с атомами кислорода.
Взаимодействие СО с серой по реакции:
СО + S = COS + 29 кДж
быстро идёт лишь при высоких температурах. Образующийся тиооксид углерода (О=С=S) представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (т. пл. -139, т. кип. -50 °С). Монооксид углерода (II) способен непосредственно соединяться с некоторыми металлами. В результате образуются карбонилы металлов [Fe(CO)5, Ni(CO)4, Mo(CO)6 и др.], которые следует рассматривать как комплексные соединения.
Оксид углерода(II) образует комплексные соединения также с некоторыми солями. Одни из них (OsCl2 ·3CO, PtCl2 ·CO и т. д.) устойчивы только в растворе. С образованием последнего вещества связано поглощение оксида углерода(II) раствором СuСl в крепкой НСl. Подобные же соединения образуются, по-видимому, и в аммиачном растворе CuCl, часто применяемом для поглощения СО при анализе газов.
Получение.
Монооксид углерода образуется при сгорании углерода в недостатке кислорода. Чаще всего он получается в результате взаимодействия углекислого газа с раскалённым углём:
СО2 + С + 171 кДж = 2 СО.
Реакция эта обратима, причём равновесие её ниже 400 °С практически нацело смещено влево, а выше 1000 °С — вправо (рис. 7). Однако с заметной скоростью оно устанавливается лишь при высоких температурах. Поэтому в обычных условиях СО вполне устойчив.
Рис. 7. Равновесие СО2 + С = 2 СО.
Образование СО из элементов идёт по уравнению:
2 С + О2 = 2 СО + 222 кДж.
Небольшие количества СО удобно получать разложением муравьиной кислоты: НСООН = Н2 О + СО
Реакция эта легко протекает при взаимодействии НСООН с горячей крепкой серной кислотой. Практически это получение осуществляют либо действием конц. серной кислоты на жидкую НСООН (при нагревании), либо пропусканием паров последней над гемипентаоксидом фосфора. Взаимодействие НСООН с хлорсульфоновой кислотой по схеме:
НСООН + СISO3 H = h3 SO4 + HCI + CO
идёт уже при обычных температурах.
Удобным методом лабораторного получения СО могут служить нагревание с конц. серной кислотой щавелевой кислоты или железосинеродистого калия. В первом случае реакция протекает по схеме: Н2 С2 О4 = СО + СО2 + Н2 О.
Наряду с СО выделяется и углекислый газ, который может быть задержан пропусканием газовой смеси сквозь раствор гидроксида бария. Во втором случае единственным газообразным продуктом является оксид углерода:
К4 [Fe(CN)6 ] + 6 h3 SO4 + 6 h3 O = 2 K2 SO4 + FeSO4 + 3 (Nh5 )2 SO4 + 6 CO.
Большие количества СО могут быть получены путём неполного сжигания каменного угля в специальных печах — газогенераторах. Обычный («воздушный») генераторный газ содержит в среднем (объёмн. %): СО-25, N2-70, СО2 -4 и небольшие примеси других газов. При сжигании он даёт 3300-4200 кДж на м3. Замена обычного воздуха на кислород ведёт к значительному повышению содержания СО (и увеличению теплотворной способности газа).
Ещё больше СО содержит водяной газ, состоящий (в идеальной случае) из смеси равных объёмов СО и Н2 и дающий при сгорании 11700 кДж/м3. Газ этот получают продувкой водяного пара сквозь слой раскалённого угля, причём около 1000 °С имеет место взаимодействие по уравнению:
Н2 О + С + 130 кДж = СО + Н2 .
Реакция образования водяного газа идёт с поглощением тепла, уголь постепенно охлаждается и для поддержания его в раскалённом состоянии приходится пропускание водяного пара чередовать с пропусканием в газогенератор воздуха (или кислорода). В связи с этим водяной газ содержит приблизительно СО-44, Н2 -45, СО2 -5 и N2 -6%. Он широко используется для синтезов различных органических соединений.
Часто получают смешанный газ. Процесс его получения сводится к одновременному продуванию сквозь слой раскалённого угля воздуха и паров воды, т.е. комбинированию обоих описанных выше методов- Поэтому состав смешанного газа является промежуточным между генераторным и водяным. В среднем он содержит: СО-30, Н2 -15, СО2 -5 и N2 -50%. Кубический метр его даёт при сжигании около 5400 кДж.
Применение.
Водяной и смешанный газы (в них содержится CO) используются в качестве топлива и исходного сырья химической промышленности. Они важны, например, как один из источников получения азотно-водородной смеси для синтеза аммиака. При пропускании их совместно с водяным паром над нагретым до 500 °С катализатором (главным образом Fe2 O3 ) происходит взаимодействие по обратимой реакции:
Н2 О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесие которой сильно смещено вправо.
Образовавшийся углекислый газ удаляют затем промыванием водой (под давлением), а остаток СО — аммиачным раствором солей меди. В результате остаются почти чистый азот и водород. Соответственно регулируя относительные количества генераторного и водяного газов, можно получать N2 и Н2 в требуемом объёмном соотношении. Перед подачей в колонну синтеза газовую смесь подвергают сушке и очистке от отравляющих катализатор примесей.
Молекула CO2
Молекула СО характеризуется d(СО) = 113 пм, энергия его диссоциации 1070 кДж/моль, что больше, чем у других двухатомных молекул. Рассмотрим электронное строение СО, где атомы связаны между собой двойной ковалентной связью и одной донорно-акцепторной, причём кислород является донором, а углерод акцептором.
Влияние на организм.
Угарный газ очень ядовит. Первыми признаками острого отравления СО являются головная боль и головокружение, в дальнейшем наступает потеря сознания. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе промышленных предприятий считается 0,02 мг/л. Основным противоядием при отравлении СО служит свежий воздух. Полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта.
Чрезвычайная ядовитость СО, отсутствие у него цвета и запаха, а также очень слабое поглощение его активированным углём обычного противогаза делают этот газ особенно опасным. Вопрос защиты от него был разрешён изготовлением специальных противогазов, коробка которых заполнялась смесью различных оксидов (в основном MnO2 и CuO). Действие этой смеси («гопкалита») сводится к каталитическому ускорению реакции окисления СО до СО2 кислородом воздуха. На практике гопкалитовые противогазы очень неудобны, так как заставляют дышать нагретым (в результате реакции окисления) воздухом.
Нахождение в природе.
Монооксид углерода входит в состав атмосферы (10-5 объёмн. %). В среднем 0,5% СО содержит табачный дым и 3% — выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.
www.ronl.ru
Реферат на тему:
Оксид углерода(II) (угарный газ, окись углерода, монооксид углерода) — бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха. Химическая формула — CO. Концентрация угарного газа в воздухе 12,5—74 % не взрывоопасна.
Регистрационные номера:
Классификация ООН
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 — 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 σ²Oσ²zπ4x, yσ²C. 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 = 0,04×10−29Кл·м (направление дипольного момента O−→C+). Ионизационный потенциал 14,0 в, силовая константа связи k = 18,6.
Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей.
| 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/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 + 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:
h3O + CO ↔ CO2 + h3 + 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 = −257 кДж, ΔS°298 = −86 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 — 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:
(FCO)2O2 + 2KI → 2KF + I2 + 2CO2↑
Монооксид углерода реагирует с халькогенами. С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:
CO + S → COS ΔG°298 = −229 кДж, ΔS°298 = −134 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 — 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−—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:
CO + Nh4 → h3O + HCN
TLV (предельная пороговая концентрация, США): 25 ppm; 29 мг/м³ (как TWA — среднесменная концентрация, США) (ACGIH 1994—1995). MAC (максимальная допустимая концентрация, США): 30 ppm; 33 мг/м³; Беременность: B (вредный эффект вероятен даже на уровне MAK) (1993). ПДКр.з. по Гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313—03 составляет 20 мг/м³ (около 0,0017%).В выхлопе бензинового автомобиля допускается до 1,5-3 %.
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 200—300 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 — 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).
Соединение окиси углерода с гемоглобином обратимо.
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.Обычный способ защиты — использование изолирующего дыхательного аппарата.
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.
1. Образуется при горении углерода или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода:
2C + O2 → 2CO↑ (тепловой эффект этой реакции 220 кДж),
2. или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём:
CO2 + C ↔ 2CO↑ (ΔH=172 кДж, ΔS=176 Дж/К).
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).
1. Разложение жидкой муравьиной кислоты под действием горячей концентрированной серной кислоты, либо пропуская муравьиную кислоту над оксидом фосфора P2O5. Схема реакции:
HCOOH →(t, h3SO4) h3O + CO↑
Можно также обработать муравьиную кислоту хлорсульфоновой. Эта реакция идёт уже при обычной температуре по схеме:
HCOOH + ClSO3H → h3SO4 + HCl + CO↑.
2. Нагревание смеси щавелевой и концентрированной серной кислот. Реакция идёт по уравнению:
h3C2O4 →(t, h3SO4) CO↑ + CO2↑ + h3O.
Выделяющийся совместно с CO диоксид углерода можно удалить, пропустив смесь через баритовую воду.
3. Нагревание смеси гексацианоферрата (II) калия с концентрированной серной кислотой. Реакция идёт по уравнению:
K4[Fe(CN)6] + 6h3SO4 + 6h3O →(t) 2K2SO4 + FeSO4 + 3(Nh5)2SO4 + 6CO↑.
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 + h3O + 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
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 OCh4 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. Основной канал потери CO — окисление гидроксилом до диоксида углерода.
wreferat.baza-referat.ru
Монооксид углерода представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ, малорастворимый в воде.
t пл. 205 °С,
t кип. 191 °С
критическая температура =140°С
критическое давление = 35 атм.
растворимость СО в воде около 1:40 по объёму.
Химические свойства.
При обычных условиях CO инертен; при нагревании - восстановитель; несолеобразующий оксид.
1) с кислородом
2C+2O + O2 = 2C+4O2
2) с оксидами металлов
C+2O + CuO = Сu + C+4O2
3) с хлором (на свету)
CO + Cl2 --hn-> COCl2(фосген)
4) реагирует с расплавами щелочей (под давлением)
CO + NaOH = HCOONa (муравьинокислый натрий (формиат натрия))
5) с переходными металлами образует карбонилы
Ni + 4CO =t°= Ni(CO)4
Fe + 5CO =t°= Fe(CO)5
Монооксид углерода химически не взаимодействует с водой. Не реагирует СО также со щелочами и кислотами. Он чрезвычайно ядовит.
С химической стороны монооксид углерода характеризуется главным образом склонностью к реакциям присоединения и своими восстановительными свойствами. Однако обе эти тенденции обычно проявляются лишь при повышенных температурах. В этих условиях СО соединяется с кислородом, хлором, серой, некоторыми металлами и т. д. Вместе с тем оксид углерода при нагревании восстанавливает до металлов многие оксиды, что весьма важно для металлургии. Наряду с нагреванием повышение химической активности СО часто вызывается его растворением. Так, в растворе он способен восстанавливать соли Au, Pt и некоторых других элементов до свободных металлов уже при обычных температурах.
При повышенных температурах и высоких давлениях имеет место взаимодействие СО с водой и едкими щелочами: в первом случае образуется НСООН, а во втором - муравьинокислый натрий. Последняя реакция протекает при 120 °С, давлении 5 атм и находит техническое использование.
Легко идущее в растворе восстановление хлористого палладия по суммарной схеме:
PdCl2 + h3O + CO = CO2 + 2 HCl + Pd
служит наиболее часто применяемой реакцией открытия монооксида углерода в смеси газов. Уже очень небольшие количества СО легко обнаруживаются по лёгкому окрашиванию раствора вследствие выделения мелко раздробленного металлического палладия. Количественное определение СО основывается на реакции:
5 СО + I2O5 = 5 CO2 + I2.
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, КСlO3 - в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород, причём активность его при обычных условиях выше, чем у последнего. Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.
Сравнительную активность СО и Н2 как восстановителей можно оценить путём изучения обратимой реакции:
Н2О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесное состояние которой при высоких температурах устанавливается довольно быстро (особенно в присутствии Fe2O3). При 830 °С в равновесной смеси находятся равные количества СО и Н2, т. е. сродство обоих газов к кислороду одинаково. Ниже 830 °С более сильным восстановителем является СО, выше - Н2.
Связывание одного из продуктов рассмотренной выше реакции в соответствии с законом действия масс смещает её равновесие. Поэтому, пропуская смесь монооксида углерода и водяного пара над оксидом кальция, можно получить водород по схеме:
Н2О + СО + СаО = СаСО3 + Н2 + 217 кДж.
Реакция эта идёт уже при 500 °С.
На воздухе СО загорается около 700 °С и сгорает синим пламенем до СО2:
2 СО + О2 = 2 СО2 + 564 кДж.
Сопровождающее эту реакцию значительное выделение тепла делает монооксид углерода ценным газообразным топливом. Однако наиболее широкое применение он находит как исходный продукт для синтеза различных органических веществ.
Сгорание толстых слоёв угля в печах идёт в три стадии:
1) С + О2 = СО2 ; 2) СО2 + С = 2 СО; 3) 2 СО + О2 = 2 СО2.
При преждевременном закрытии трубы в печи создаётся недостаток кислорода, что может вызвать распространение СО по отапливаемому помещению и привести к отравлениям (угар). Следует отметить, что запах "угарного газа" обусловлен не СО, а примесями некоторых органических веществ.
Пламя СО может иметь температуру до 2100 °С. Реакция горения СО интересна тем, что при нагревании до 700-1000 °С она идёт с заметной скоростью только в присутствии следов водяного пара или других содержащих водород газов (Nh4, h3S и т. п.). Обусловлено это цепным характером рассматриваемой реакции, протекающей при посредстве промежуточного образования радикалов ОН по схемам:
Н + О2 = НО + О, затем О + СО = СО2, НО + СО = СО2 + Н и т. д.
При очень высоких температурах реакция горения СО становится заметно обратимой. Содержание СО2 в равновесной смеси (под давлением 1 атм) выше 4000 °С может быть лишь ничтожно малым. Сама молекула СО настолько термически устойчива, что не разлагается даже при 6000 °С. Молекулы СО были обнаружены в межзвёздной среде. При действии СО на металлический К при 80 °С образуется бесцветное кристаллическое очень взрывчатое соединение состава К6С6О6. Вещество это с отщеплением калия легко переходит в оксид углерода С6О6 ("трихинон"), который можно рассматривать как продукт полимеризации СО. Строение его отвечает шестичленному циклу, образованному атомами углерода, каждый из которых соединён двойной связью с атомами кислорода.
Взаимодействие СО с серой по реакции:
СО + S = COS + 29 кДж
быстро идёт лишь при высоких температурах. Образующийся тиооксид углерода (О=С=S) представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (т. пл. -139, т. кип. -50 °С). Монооксид углерода (II) способен непосредственно соединяться с некоторыми металлами. В результате образуются карбонилы металлов [Fe(CO)5, Ni(CO)4, Mo(CO)6 и др.], которые следует рассматривать как комплексные соединения.
Оксид углерода(II) образует комплексные соединения также с некоторыми солями. Одни из них (OsCl2·3CO, PtCl2·CO и т. д.) устойчивы только в растворе. С образованием последнего вещества связано поглощение оксида углерода(II) раствором СuСl в крепкой НСl. Подобные же соединения образуются, по-видимому, и в аммиачном растворе CuCl, часто применяемом для поглощения СО при анализе газов.
Получение.
Монооксид углерода образуется при сгорании углерода в недостатке кислорода. Чаще всего он получается в результате взаимодействия углекислого газа с раскалённым углём:
СО2 + С + 171 кДж = 2 СО.
Реакция эта обратима, причём равновесие её ниже 400 °С практически нацело смещено влево, а выше 1000 °С - вправо (рис. 7). Однако с заметной скоростью оно устанавливается лишь при высоких температурах. Поэтому в обычных условиях СО вполне устойчив.
Рис. 7. Равновесие СО2 + С = 2 СО.
Образование СО из элементов идёт по уравнению:
2 С + О2 = 2 СО + 222 кДж.
Небольшие количества СО удобно получать разложением муравьиной кислоты:НСООН = Н2О + СО
Реакция эта легко протекает при взаимодействии НСООН с горячей крепкой серной кислотой. Практически это получение осуществляют либо действием конц. серной кислоты на жидкую НСООН (при нагревании), либо пропусканием паров последней над гемипентаоксидом фосфора. Взаимодействие НСООН с хлорсульфоновой кислотой по схеме:
НСООН + СISO3H = h3SO4 + HCI + CO
идёт уже при обычных температурах.
Удобным методом лабораторного получения СО могут служить нагревание с конц. серной кислотой щавелевой кислоты или железосинеродистого калия. В первом случае реакция протекает по схеме:Н2С2О4 = СО + СО2 + Н2О.
Наряду с СО выделяется и углекислый газ, который может быть задержан пропусканием газовой смеси сквозь раствор гидроксида бария. Во втором случае единственным газообразным продуктом является оксид углерода:
К4[Fe(CN)6] + 6 h3SO4 + 6 h3O = 2 K2SO4 + FeSO4 + 3 (Nh5)2SO4 + 6 CO.
Большие количества СО могут быть получены путём неполного сжигания каменного угля в специальных печах - газогенераторах. Обычный ("воздушный") генераторный газ содержит в среднем (объёмн. %): СО-25, N2-70, СО2-4 и небольшие примеси других газов. При сжигании он даёт 3300-4200 кДж на м3. Замена обычного воздуха на кислород ведёт к значительному повышению содержания СО (и увеличению теплотворной способности газа).
Ещё больше СО содержит водяной газ, состоящий (в идеальной случае) из смеси равных объёмов СО и Н2 и дающий при сгорании 11700 кДж/м3. Газ этот получают продувкой водяного пара сквозь слой раскалённого угля, причём около 1000 °С имеет место взаимодействие по уравнению:
Н2О + С + 130 кДж = СО + Н2.
Реакция образования водяного газа идёт с поглощением тепла, уголь постепенно охлаждается и для поддержания его в раскалённом состоянии приходится пропускание водяного пара чередовать с пропусканием в газогенератор воздуха (или кислорода). В связи с этим водяной газ содержит приблизительно СО-44, Н2-45, СО2-5 и N2-6%. Он широко используется для синтезов различных органических соединений.
Часто получают смешанный газ. Процесс его получения сводится к одновременному продуванию сквозь слой раскалённого угля воздуха и паров воды, т.е. комбинированию обоих описанных выше методов- Поэтому состав смешанного газа является промежуточным между генераторным и водяным. В среднем он содержит: СО-30, Н2-15, СО2-5 и N2-50%. Кубический метр его даёт при сжигании около 5400 кДж.
Водяной и смешанный газы (в них содержится CO) используются в качестве топлива и исходного сырья химической промышленности. Они важны, например, как один из источников получения азотно-водородной смеси для синтеза аммиака. При пропускании их совместно с водяным паром над нагретым до 500 °С катализатором (главным образом Fe2O3) происходит взаимодействие по обратимой реакции:
Н2О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесие которой сильно смещено вправо.
Образовавшийся углекислый газ удаляют затем промыванием водой (под давлением), а остаток СО - аммиачным раствором солей меди. В результате остаются почти чистый азот и водород . Соответственно регулируя относительные количества генераторного и водяного газов, можно получать N2 и Н2 в требуемом объёмном соотношении. Перед подачей в колонну синтеза газовую смесь подвергают сушке и очистке от отравляющих катализатор примесей.
Молекула СО характеризуется d(СО) = 113 пм, энергия его диссоциации 1070 кДж/моль, что больше, чем у других двухатомных молекул. Рассмотрим электронное строение СО, где атомы связаны между собой двойной ковалентной связью и одной донорно-акцепторной, причём кислород является донором, а углерод акцептором.
Угарный газ очень ядовит. Первыми признаками острого отравления СО являются головная боль и головокружение, в дальнейшем наступает потеря сознания. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе промышленных предприятий считается 0,02 мг/л. Основным противоядием при отравлении СО служит свежий воздух. Полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта.
Чрезвычайная ядовитость СО, отсутствие у него цвета и запаха, а также очень слабое поглощение его активированным углём обычного противогаза делают этот газ особенно опасным. Вопрос защиты от него был разрешён изготовлением специальных противогазов, коробка которых заполнялась смесью различных оксидов (в основном MnO2 и CuO). Действие этой смеси ("гопкалита") сводится к каталитическому ускорению реакции окисления СО до СО2 кислородом воздуха. На практике гопкалитовые противогазы очень неудобны, так как заставляют дышать нагретым (в результате реакции окисления) воздухом.
Монооксид углерода входит в состав атмосферы (10-5 объёмн. %). В среднем 0,5% СО содержит табачный дым и 3% - выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.
bukvasha.ru
Монооксид углерода представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ, малорастворимый в воде.
t пл. 205 °С,
t кип. 191 °С
критическая температура =140°С
критическое давление = 35 атм.
растворимость СО в воде около 1:40 по объёму.
Химические свойства.
При обычных условиях CO инертен; при нагревании - восстановитель; несолеобразующий оксид.
1) с кислородом
2C+2O + O2 = 2C+4O2
2) с оксидами металлов
C+2O + CuO = Сu + C+4O2
3) с хлором (на свету)
CO + Cl2 --hn-> COCl2(фосген)
4) реагирует с расплавами щелочей (под давлением)
CO + NaOH = HCOONa (муравьинокислый натрий (формиат натрия))
5) с переходными металлами образует карбонилы
Ni + 4CO =t°= Ni(CO)4
Fe + 5CO =t°= Fe(CO)5
Монооксид углерода химически не взаимодействует с водой. Не реагирует СО также со щелочами и кислотами. Он чрезвычайно ядовит.
С химической стороны монооксид углерода характеризуется главным образом склонностью к реакциям присоединения и своими восстановительными свойствами. Однако обе эти тенденции обычно проявляются лишь при повышенных температурах. В этих условиях СО соединяется с кислородом, хлором, серой, некоторыми металлами и т. д. Вместе с тем оксид углерода при нагревании восстанавливает до металлов многие оксиды, что весьма важно для металлургии. Наряду с нагреванием повышение химической активности СО часто вызывается его растворением. Так, в растворе он способен восстанавливать соли Au, Pt и некоторых других элементов до свободных металлов уже при обычных температурах.
При повышенных температурах и высоких давлениях имеет место взаимодействие СО с водой и едкими щелочами: в первом случае образуется НСООН, а во втором - муравьинокислый натрий. Последняя реакция протекает при 120 °С, давлении 5 атм и находит техническое использование.
Легко идущее в растворе восстановление хлористого палладия по суммарной схеме:
PdCl2 + h3O + CO = CO2 + 2 HCl + Pd
служит наиболее часто применяемой реакцией открытия монооксида углерода в смеси газов. Уже очень небольшие количества СО легко обнаруживаются по лёгкому окрашиванию раствора вследствие выделения мелко раздробленного металлического палладия. Количественное определение СО основывается на реакции:
5 СО + I2O5 = 5 CO2 + I2.
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, КСlO3 - в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород, причём активность его при обычных условиях выше, чем у последнего. Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.
Сравнительную активность СО и Н2 как восстановителей можно оценить путём изучения обратимой реакции:
Н2О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесное состояние которой при высоких температурах устанавливается довольно быстро (особенно в присутствии Fe2O3). При 830 °С в равновесной смеси находятся равные количества СО и Н2, т. е. сродство обоих газов к кислороду одинаково. Ниже 830 °С более сильным восстановителем является СО, выше - Н2.
Связывание одного из продуктов рассмотренной выше реакции в соответствии с законом действия масс смещает её равновесие. Поэтому, пропуская смесь монооксида углерода и водяного пара над оксидом кальция, можно получить водород по схеме:
Н2О + СО + СаО = СаСО3 + Н2 + 217 кДж.
Реакция эта идёт уже при 500 °С.
На воздухе СО загорается около 700 °С и сгорает синим пламенем до СО2:
2 СО + О2 = 2 СО2 + 564 кДж.
Сопровождающее эту реакцию значительное выделение тепла делает монооксид углерода ценным газообразным топливом. Однако наиболее широкое применение он находит как исходный продукт для синтеза различных органических веществ.
Сгорание толстых слоёв угля в печах идёт в три стадии:
1) С + О2 = СО2 ; 2) СО2 + С = 2 СО; 3) 2 СО + О2 = 2 СО2.
При преждевременном закрытии трубы в печи создаётся недостаток кислорода, что может вызвать распространение СО по отапливаемому помещению и привести к отравлениям (угар). Следует отметить, что запах "угарного газа" обусловлен не СО, а примесями некоторых органических веществ.
Пламя СО может иметь температуру до 2100 °С. Реакция горения СО интересна тем, что при нагревании до 700-1000 °С она идёт с заметной скоростью только в присутствии следов водяного пара или других содержащих водород газов (Nh4, h3S и т. п.). Обусловлено это цепным характером рассматриваемой реакции, протекающей при посредстве промежуточного образования радикалов ОН по схемам:
Н + О2 = НО + О, затем О + СО = СО2, НО + СО = СО2 + Н и т. д.
При очень высоких температурах реакция горения СО становится заметно обратимой. Содержание СО2 в равновесной смеси (под давлением 1 атм) выше 4000 °С может быть лишь ничтожно малым. Сама молекула СО настолько термически устойчива, что не разлагается даже при 6000 °С. Молекулы СО были обнаружены в межзвёздной среде. При действии СО на металлический К при 80 °С образуется бесцветное кристаллическое очень взрывчатое соединение состава К6С6О6. Вещество это с отщеплением калия легко переходит в оксид углерода С6О6 ("трихинон"), который можно рассматривать как продукт полимеризации СО. Строение его отвечает шестичленному циклу, образованному атомами углерода, каждый из которых соединён двойной связью с атомами кислорода.
Взаимодействие СО с серой по реакции:
СО + S = COS + 29 кДж
быстро идёт лишь при высоких температурах. Образующийся тиооксид углерода (О=С=S) представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (т. пл. -139, т. кип. -50 °С). Монооксид углерода (II) способен непосредственно соединяться с некоторыми металлами. В результате образуются карбонилы металлов [Fe(CO)5, Ni(CO)4, Mo(CO)6 и др.], которые следует рассматривать как комплексные соединения.
Оксид углерода(II) образует комплексные соединения также с некоторыми солями. Одни из них (OsCl2·3CO, PtCl2·CO и т. д.) устойчивы только в растворе. С образованием последнего вещества связано поглощение оксида углерода(II) раствором СuСl в крепкой НСl. Подобные же соединения образуются, по-видимому, и в аммиачном растворе CuCl, часто применяемом для поглощения СО при анализе газов.
Получение.
Монооксид углерода образуется при сгорании углерода в недостатке кислорода. Чаще всего он получается в результате взаимодействия углекислого газа с раскалённым углём:
СО2 + С + 171 кДж = 2 СО.
Реакция эта обратима, причём равновесие её ниже 400 °С практически нацело смещено влево, а выше 1000 °С - вправо (рис. 7). Однако с заметной скоростью оно устанавливается лишь при высоких температурах. Поэтому в обычных условиях СО вполне устойчив.
Рис. 7. Равновесие СО2 + С = 2 СО.
Образование СО из элементов идёт по уравнению:
2 С + О2 = 2 СО + 222 кДж.
Небольшие количества СО удобно получать разложением муравьиной кислоты:НСООН = Н2О + СО
Реакция эта легко протекает при взаимодействии НСООН с горячей крепкой серной кислотой. Практически это получение осуществляют либо действием конц. серной кислоты на жидкую НСООН (при нагревании), либо пропусканием паров последней над гемипентаоксидом фосфора. Взаимодействие НСООН с хлорсульфоновой кислотой по схеме:
НСООН + СISO3H = h3SO4 + HCI + CO
идёт уже при обычных температурах.
Удобным методом лабораторного получения СО могут служить нагревание с конц. серной кислотой щавелевой кислоты или железосинеродистого калия. В первом случае реакция протекает по схеме:Н2С2О4 = СО + СО2 + Н2О.
Наряду с СО выделяется и углекислый газ, который может быть задержан пропусканием газовой смеси сквозь раствор гидроксида бария. Во втором случае единственным газообразным продуктом является оксид углерода:
К4[Fe(CN)6] + 6 h3SO4 + 6 h3O = 2 K2SO4 + FeSO4 + 3 (Nh5)2SO4 + 6 CO.
Большие количества СО могут быть получены путём неполного сжигания каменного угля в специальных печах - газогенераторах. Обычный ("воздушный") генераторный газ содержит в среднем (объёмн. %): СО-25, N2-70, СО2-4 и небольшие примеси других газов. При сжигании он даёт 3300-4200 кДж на м3. Замена обычного воздуха на кислород ведёт к значительному повышению содержания СО (и увеличению теплотворной способности газа).
Ещё больше СО содержит водяной газ, состоящий (в идеальной случае) из смеси равных объёмов СО и Н2 и дающий при сгорании 11700 кДж/м3. Газ этот получают продувкой водяного пара сквозь слой раскалённого угля, причём около 1000 °С имеет место взаимодействие по уравнению:
Н2О + С + 130 кДж = СО + Н2.
Реакция образования водяного газа идёт с поглощением тепла, уголь постепенно охлаждается и для поддержания его в раскалённом состоянии приходится пропускание водяного пара чередовать с пропусканием в газогенератор воздуха (или кислорода). В связи с этим водяной газ содержит приблизительно СО-44, Н2-45, СО2-5 и N2-6%. Он широко используется для синтезов различных органических соединений.
Часто получают смешанный газ. Процесс его получения сводится к одновременному продуванию сквозь слой раскалённого угля воздуха и паров воды, т.е. комбинированию обоих описанных выше методов- Поэтому состав смешанного газа является промежуточным между генераторным и водяным. В среднем он содержит: СО-30, Н2-15, СО2-5 и N2-50%. Кубический метр его даёт при сжигании около 5400 кДж.
Водяной и смешанный газы (в них содержится CO) используются в качестве топлива и исходного сырья химической промышленности. Они важны, например, как один из источников получения азотно-водородной смеси для синтеза аммиака. При пропускании их совместно с водяным паром над нагретым до 500 °С катализатором (главным образом Fe2O3) происходит взаимодействие по обратимой реакции:
Н2О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесие которой сильно смещено вправо.
Образовавшийся углекислый газ удаляют затем промыванием водой (под давлением), а остаток СО - аммиачным раствором солей меди. В результате остаются почти чистый азот и водород . Соответственно регулируя относительные количества генераторного и водяного газов, можно получать N2 и Н2 в требуемом объёмном соотношении. Перед подачей в колонну синтеза газовую смесь подвергают сушке и очистке от отравляющих катализатор примесей.
Молекула СО характеризуется d(СО) = 113 пм, энергия его диссоциации 1070 кДж/моль, что больше, чем у других двухатомных молекул. Рассмотрим электронное строение СО, где атомы связаны между собой двойной ковалентной связью и одной донорно-акцепторной, причём кислород является донором, а углерод акцептором.
Угарный газ очень ядовит. Первыми признаками острого отравления СО являются головная боль и головокружение, в дальнейшем наступает потеря сознания. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе промышленных предприятий считается 0,02 мг/л. Основным противоядием при отравлении СО служит свежий воздух. Полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта.
Чрезвычайная ядовитость СО, отсутствие у него цвета и запаха, а также очень слабое поглощение его активированным углём обычного противогаза делают этот газ особенно опасным. Вопрос защиты от него был разрешён изготовлением специальных противогазов, коробка которых заполнялась смесью различных оксидов (в основном MnO2 и CuO). Действие этой смеси ("гопкалита") сводится к каталитическому ускорению реакции окисления СО до СО2 кислородом воздуха. На практике гопкалитовые противогазы очень неудобны, так как заставляют дышать нагретым (в результате реакции окисления) воздухом.
Монооксид углерода входит в состав атмосферы (10-5 объёмн. %). В среднем 0,5% СО содержит табачный дым и 3% - выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.
www.neuch.ru
Монооксид углерода представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ, малорастворимый в воде.
t пл. 205 °С,
t кип. 191 °С
критическая температура =140°С
критическое давление = 35 атм.
растворимость СО в воде около 1:40 по объёму.
Химические свойства.
При обычных условиях CO инертен; при нагревании - восстановитель; несолеобразующий оксид.
1) с кислородом
2C+2O + O2 = 2C+4O2
2) с оксидами металлов
C+2O + CuO = Сu + C+4O2
3) с хлором (на свету)
CO + Cl2 --hn-> COCl2(фосген)
4) реагирует с расплавами щелочей (под давлением)
CO + NaOH = HCOONa (муравьинокислый натрий (формиат натрия))
5) с переходными металлами образует карбонилы
Ni + 4CO =t°= Ni(CO)4
Fe + 5CO =t°= Fe(CO)5
Монооксид углерода химически не взаимодействует с водой. Не реагирует СО также со щелочами и кислотами. Он чрезвычайно ядовит.
С химической стороны монооксид углерода характеризуется главным образом склонностью к реакциям присоединения и своими восстановительными свойствами. Однако обе эти тенденции обычно проявляются лишь при повышенных температурах. В этих условиях СО соединяется с кислородом, хлором, серой, некоторыми металлами и т. д. Вместе с тем оксид углерода при нагревании восстанавливает до металлов многие оксиды, что весьма важно для металлургии. Наряду с нагреванием повышение химической активности СО часто вызывается его растворением. Так, в растворе он способен восстанавливать соли Au, Pt и некоторых других элементов до свободных металлов уже при обычных температурах.
При повышенных температурах и высоких давлениях имеет место взаимодействие СО с водой и едкими щелочами: в первом случае образуется НСООН, а во втором - муравьинокислый натрий. Последняя реакция протекает при 120 °С, давлении 5 атм и находит техническое использование.
Легко идущее в растворе восстановление хлористого палладия по суммарной схеме:
PdCl2 + h3O + CO = CO2 + 2 HCl + Pd
служит наиболее часто применяемой реакцией открытия монооксида углерода в смеси газов. Уже очень небольшие количества СО легко обнаруживаются по лёгкому окрашиванию раствора вследствие выделения мелко раздробленного металлического палладия. Количественное определение СО основывается на реакции:
5 СО + I2O5 = 5 CO2 + I2.
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, КСlO3 - в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород, причём активность его при обычных условиях выше, чем у последнего. Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.
Сравнительную активность СО и Н2 как восстановителей можно оценить путём изучения обратимой реакции:
Н2О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесное состояние которой при высоких температурах устанавливается довольно быстро (особенно в присутствии Fe2O3). При 830 °С в равновесной смеси находятся равные количества СО и Н2, т. е. сродство обоих газов к кислороду одинаково. Ниже 830 °С более сильным восстановителем является СО, выше - Н2.
Связывание одного из продуктов рассмотренной выше реакции в соответствии с законом действия масс смещает её равновесие. Поэтому, пропуская смесь монооксида углерода и водяного пара над оксидом кальция, можно получить водород по схеме:
Н2О + СО + СаО = СаСО3 + Н2 + 217 кДж.
Реакция эта идёт уже при 500 °С.
На воздухе СО загорается около 700 °С и сгорает синим пламенем до СО2:
2 СО + О2 = 2 СО2 + 564 кДж.
Сопровождающее эту реакцию значительное выделение тепла делает монооксид углерода ценным газообразным топливом. Однако наиболее широкое применение он находит как исходный продукт для синтеза различных органических веществ.
Сгорание толстых слоёв угля в печах идёт в три стадии:
1) С + О2 = СО2 ; 2) СО2 + С = 2 СО; 3) 2 СО + О2 = 2 СО2.
При преждевременном закрытии трубы в печи создаётся недостаток кислорода, что может вызвать распространение СО по отапливаемому помещению и привести к отравлениям (угар). Следует отметить, что запах "угарного газа" обусловлен не СО, а примесями некоторых органических веществ.
Пламя СО может иметь температуру до 2100 °С. Реакция горения СО интересна тем, что при нагревании до 700-1000 °С она идёт с заметной скоростью только в присутствии следов водяного пара или других содержащих водород газов (Nh4, h3S и т. п.). Обусловлено это цепным характером рассматриваемой реакции, протекающей при посредстве промежуточного образования радикалов ОН по схемам:
Н + О2 = НО + О, затем О + СО = СО2, НО + СО = СО2 + Н и т. д.
При очень высоких температурах реакция горения СО становится заметно обратимой. Содержание СО2 в равновесной смеси (под давлением 1 атм) выше 4000 °С может быть лишь ничтожно малым. Сама молекула СО настолько термически устойчива, что не разлагается даже при 6000 °С. Молекулы СО были обнаружены в межзвёздной среде. При действии СО на металлический К при 80 °С образуется бесцветное кристаллическое очень взрывчатое соединение состава К6С6О6. Вещество это с отщеплением калия легко переходит в оксид углерода С6О6 ("трихинон"), который можно рассматривать как продукт полимеризации СО. Строение его отвечает шестичленному циклу, образованному атомами углерода, каждый из которых соединён двойной связью с атомами кислорода.
Взаимодействие СО с серой по реакции:
СО + S = COS + 29 кДж
быстро идёт лишь при высоких температурах. Образующийся тиооксид углерода (О=С=S) представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (т. пл. -139, т. кип. -50 °С). Монооксид углерода (II) способен непосредственно соединяться с некоторыми металлами. В результате образуются карбонилы металлов [Fe(CO)5, Ni(CO)4, Mo(CO)6 и др.], которые следует рассматривать как комплексные соединения.
Оксид углерода(II) образует комплексные соединения также с некоторыми солями. Одни из них (OsCl2·3CO, PtCl2·CO и т. д.) устойчивы только в растворе. С образованием последнего вещества связано поглощение оксида углерода(II) раствором СuСl в крепкой НСl. Подобные же соединения образуются, по-видимому, и в аммиачном растворе CuCl, часто применяемом для поглощения СО при анализе газов.
Получение.
Монооксид углерода образуется при сгорании углерода в недостатке кислорода. Чаще всего он получается в результате взаимодействия углекислого газа с раскалённым углём:
СО2 + С + 171 кДж = 2 СО.
Реакция эта обратима, причём равновесие её ниже 400 °С практически нацело смещено влево, а выше 1000 °С - вправо (рис. 7). Однако с заметной скоростью оно устанавливается лишь при высоких температурах. Поэтому в обычных условиях СО вполне устойчив.
Рис. 7. Равновесие СО2 + С = 2 СО.
Образование СО из элементов идёт по уравнению:
2 С + О2 = 2 СО + 222 кДж.
Небольшие количества СО удобно получать разложением муравьиной кислоты:НСООН = Н2О + СО
Реакция эта легко протекает при взаимодействии НСООН с горячей крепкой серной кислотой. Практически это получение осуществляют либо действием конц. серной кислоты на жидкую НСООН (при нагревании), либо пропусканием паров последней над гемипентаоксидом фосфора. Взаимодействие НСООН с хлорсульфоновой кислотой по схеме:
НСООН + СISO3H = h3SO4 + HCI + CO
идёт уже при обычных температурах.
Удобным методом лабораторного получения СО могут служить нагревание с конц. серной кислотой щавелевой кислоты или железосинеродистого калия. В первом случае реакция протекает по схеме:Н2С2О4 = СО + СО2 + Н2О.
Наряду с СО выделяется и углекислый газ, который может быть задержан пропусканием газовой смеси сквозь раствор гидроксида бария. Во втором случае единственным газообразным продуктом является оксид углерода:
К4[Fe(CN)6] + 6 h3SO4 + 6 h3O = 2 K2SO4 + FeSO4 + 3 (Nh5)2SO4 + 6 CO.
Большие количества СО могут быть получены путём неполного сжигания каменного угля в специальных печах - газогенераторах. Обычный ("воздушный") генераторный газ содержит в среднем (объёмн. %): СО-25, N2-70, СО2-4 и небольшие примеси других газов. При сжигании он даёт 3300-4200 кДж на м3. Замена обычного воздуха на кислород ведёт к значительному повышению содержания СО (и увеличению теплотворной способности газа).
Ещё больше СО содержит водяной газ, состоящий (в идеальной случае) из смеси равных объёмов СО и Н2 и дающий при сгорании 11700 кДж/м3. Газ этот получают продувкой водяного пара сквозь слой раскалённого угля, причём около 1000 °С имеет место взаимодействие по уравнению:
Н2О + С + 130 кДж = СО + Н2.
Реакция образования водяного газа идёт с поглощением тепла, уголь постепенно охлаждается и для поддержания его в раскалённом состоянии приходится пропускание водяного пара чередовать с пропусканием в газогенератор воздуха (или кислорода). В связи с этим водяной газ содержит приблизительно СО-44, Н2-45, СО2-5 и N2-6%. Он широко используется для синтезов различных органических соединений.
Часто получают смешанный газ. Процесс его получения сводится к одновременному продуванию сквозь слой раскалённого угля воздуха и паров воды, т.е. комбинированию обоих описанных выше методов- Поэтому состав смешанного газа является промежуточным между генераторным и водяным. В среднем он содержит: СО-30, Н2-15, СО2-5 и N2-50%. Кубический метр его даёт при сжигании около 5400 кДж.
Водяной и смешанный газы (в них содержится CO) используются в качестве топлива и исходного сырья химической промышленности. Они важны, например, как один из источников получения азотно-водородной смеси для синтеза аммиака. При пропускании их совместно с водяным паром над нагретым до 500 °С катализатором (главным образом Fe2O3) происходит взаимодействие по обратимой реакции:
Н2О + СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,
равновесие которой сильно смещено вправо.
Образовавшийся углекислый газ удаляют затем промыванием водой (под давлением), а остаток СО - аммиачным раствором солей меди. В результате остаются почти чистый азот и водород . Соответственно регулируя относительные количества генераторного и водяного газов, можно получать N2 и Н2 в требуемом объёмном соотношении. Перед подачей в колонну синтеза газовую смесь подвергают сушке и очистке от отравляющих катализатор примесей.
Молекула СО характеризуется d(СО) = 113 пм, энергия его диссоциации 1070 кДж/моль, что больше, чем у других двухатомных молекул. Рассмотрим электронное строение СО, где атомы связаны между собой двойной ковалентной связью и одной донорно-акцепторной, причём кислород является донором, а углерод акцептором.
Угарный газ очень ядовит. Первыми признаками острого отравления СО являются головная боль и головокружение, в дальнейшем наступает потеря сознания. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе промышленных предприятий считается 0,02 мг/л. Основным противоядием при отравлении СО служит свежий воздух. Полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта.
Чрезвычайная ядовитость СО, отсутствие у него цвета и запаха, а также очень слабое поглощение его активированным углём обычного противогаза делают этот газ особенно опасным. Вопрос защиты от него был разрешён изготовлением специальных противогазов, коробка которых заполнялась смесью различных оксидов (в основном MnO2 и CuO). Действие этой смеси ("гопкалита") сводится к каталитическому ускорению реакции окисления СО до СО2 кислородом воздуха. На практике гопкалитовые противогазы очень неудобны, так как заставляют дышать нагретым (в результате реакции окисления) воздухом.
Монооксид углерода входит в состав атмосферы (10-5 объёмн. %). В среднем 0,5% СО содержит табачный дым и 3% - выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания.
www.coolreferat.com
