تولید مونوکسید کربن. مونوکسید کربن: فرمول و خواص

مونوکسید کربن (II) ) یا مونوکسید کربن، CO توسط شیمیدان انگلیسی جوزف پریستلی در سال 1799 کشف شد. این گاز بی رنگ، بی مزه و بی بو است، کمی در آب حل می شود (3.5 میلی لیتر در 100 میلی لیتر آب در دمای 0 درجه سانتیگراد)، کم است. دمای ذوب (205- درجه سانتیگراد) و نقطه جوش (192- درجه سانتیگراد).

مونوکسید کربن در هنگام احتراق ناقص مواد آلی، در هنگام فوران های آتشفشانی و همچنین در نتیجه فعالیت حیاتی برخی از گیاهان پایین تر (جلبک ها) وارد جو زمین می شود. سطح طبیعی CO در هوا 0.01-0.9 mg/m3 است. مونوکسید کربن بسیار سمی است. در بدن انسان و حیوانات بالاتر، به طور فعال با آن واکنش نشان می دهد

شعله سوختن مونوکسید کربن یک رنگ آبی-بنفش زیبا است. مشاهده کردن آن برای خودتان آسان است. برای این کار باید یک کبریت روشن کنید. قسمت پایینی شعله درخشان است - این رنگ توسط ذرات کربن داغ (محصول احتراق ناقص چوب) به آن داده می شود. شعله توسط یک حاشیه آبی-بنفش در بالا احاطه شده است. این امر مونوکسید کربن تولید شده در طی اکسیداسیون چوب را می سوزاند.

ترکیب پیچیده آهن - هِم خون (مرتبط با پروتئین گلوبین)، که عملکردهای انتقال و مصرف اکسیژن توسط بافت ها را مختل می کند. علاوه بر این، با برخی از آنزیم های دخیل در متابولیسم انرژی سلول وارد یک تعامل غیرقابل برگشت می شود. در غلظت مونوکسید کربن در اتاق 880 میلی گرم بر متر مکعب، مرگ در عرض چند ساعت اتفاق می افتد و در 10 گرم در متر مکعب - تقریباً بلافاصله. حداکثر مقدار مجاز مونوکسید کربن در هوا 20 میلی گرم بر متر مکعب است. اولین علائم مسمومیت با CO (در غلظت 30-6 میلی گرم بر متر مکعب) کاهش حساسیت بینایی و شنوایی، سردرد و تغییر ضربان قلب است. اگر فردی با گاز مونوکسید کربن مسموم شده باشد، باید او را به هوای تازه برده، تنفس مصنوعی و در موارد خفیف مسمومیت، چای یا قهوه غلیظ داده شود.

مقادیر زیادی مونوکسید کربن ( II ) در نتیجه فعالیت انسان وارد جو می شود. بنابراین، به طور متوسط، یک خودرو در سال حدود 530 کیلوگرم CO در هوا منتشر می کند. هنگامی که 1 لیتر بنزین در یک موتور احتراق داخلی می سوزد، انتشار مونوکسید کربن از 150 تا 800 گرم در بزرگراه های روسیه، میانگین غلظت CO2 6-57 میلی گرم در متر مکعب است، یعنی از آستانه مسمومیت فراتر می رود. مونوکسید کربن در حیاط های با تهویه ضعیف در مقابل خانه های واقع در نزدیکی بزرگراه ها، زیرزمین ها و گاراژها تجمع می یابد. در سال های اخیر، نقاط ویژه ای در بزرگراه ها برای نظارت بر محتوای مونوکسید کربن و سایر محصولات حاصل از احتراق ناقص سوخت (کنترل CO-CH) ایجاد شده است.

در دمای اتاق، مونوکسید کربن کاملاً بی اثر است. با آب و محلول‌های قلیایی برهم‌کنش نمی‌کند، یعنی یک اکسید غیر نمک‌ساز است، اما وقتی گرم می‌شود با مواد قلیایی جامد واکنش نشان می‌دهد: CO + KOH = HCOOC (فرمت پتاسیم، نمک اسید فرمیک). CO + Ca (OH) 2 = CaCO 3 + H 2. این واکنش ها برای جداسازی هیدروژن از گاز سنتز (CO + 3H 2) که از برهمکنش متان با بخار آب فوق گرم تشکیل می شود، استفاده می شود.

یکی از ویژگی های جالب مونوکسید کربن توانایی آن در تشکیل ترکیبات با فلزات واسطه - کربونیل ها است، به عنوان مثال: Ni +4СО ® 70 درجه سانتی گراد Ni (CO ) 4 .

مونوکسید کربن (II) ) یک عامل کاهنده عالی است. هنگامی که گرم می شود، توسط اکسیژن هوا اکسید می شود: 2CO + O 2 = 2CO 2. این واکنش همچنین می تواند در دمای اتاق با استفاده از یک کاتالیزور - پلاتین یا پالادیوم انجام شود. چنین کاتالیزورهایی بر روی خودروها نصب می شوند تا انتشار CO در جو را کاهش دهند.

هنگامی که CO با کلر واکنش می دهد، یک گاز بسیار سمی به نام فسژن تشکیل می شود.تی kip = 7.6 درجه سانتیگراد): CO+ Cl 2 = COCl 2 . قبلاً به عنوان یک عامل جنگ شیمیایی استفاده می شد، اما اکنون در تولید پلیمرهای پلی یورتان مصنوعی استفاده می شود.

مونوکسید کربن در ذوب آهن و فولاد برای کاهش آهن از اکسیدها استفاده می شود. پس از برهمکنش مخلوطی از اکسید کربن ( II ) با هیدروژن، بسته به شرایط (دما، فشار)، محصولات مختلفی تشکیل می شود - الکل ها، ترکیبات کربونیل، اسیدهای کربوکسیلیک. واکنش سنتز متانول به ویژه مهم است: CO + 2H 2 = CH3OH که یکی از محصولات اصلی سنتز آلی است. مونوکسید کربن برای سنتز ژن phos، اسید فرمیک، به عنوان سوخت پر کالری استفاده می شود.

گاز بی رنگ خواص حرارتی دمای ذوب -205 درجه سانتی گراد دمای جوش -191.5 درجه سانتی گراد آنتالپی (st. conv.) 110.52 کیلوژول بر مول خواص شیمیایی حلالیت در آب 0.0026 گرم در 100 میلی لیتر طبقه بندی شماره CAS

• کلاس خطر سازمان ملل متحد 2.3
• خطر ثانویه بر اساس طبقه بندی سازمان ملل متحد 2.1

ساختار مولکولی

مولکول CO مانند مولکول نیتروژن ایزوالکترونیک دارای پیوند سه گانه است. از آنجایی که این مولکول ها از نظر ساختار مشابه هستند، خواص آنها نیز مشابه است - نقطه ذوب و جوش بسیار کم، مقادیر نزدیک آنتروپی های استاندارد و غیره.

در چارچوب روش پیوند ظرفیت، ساختار مولکول CO را می توان با فرمول: C≡O: توصیف کرد، و پیوند سوم مطابق مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل می شود، جایی که کربن پذیرنده جفت الکترون است. ، و اکسیژن اهدا کننده است.

به دلیل وجود پیوند سه گانه، مولکول CO بسیار قوی است (انرژی تفکیک 1069 کیلوژول بر مول، یا 256 کیلوکالری در مول، که بیشتر از هر مولکول دو اتمی دیگر است) و فاصله بین هسته ای کمی دارد (d C≡ O = 0.1128 نانومتر یا 1. 13Å).

مولکول قطبی ضعیف است، گشتاور الکتریکی دوقطبی آن μ = 0.04·10 -29 C m (جهت گشتاور دوقطبی O - → C +). پتانسیل یونیزاسیون 14.0 ولت، ثابت جفت نیرو k = 18.6.

تاریخچه کشف

مونوکسید کربن اولین بار توسط شیمیدان فرانسوی ژاک دو لاسون با حرارت دادن اکسید روی با زغال سنگ تولید شد، اما در ابتدا با هیدروژن اشتباه گرفته شد زیرا با شعله آبی می سوخت. این حقیقت که این گاز حاوی کربن و اکسیژن است توسط شیمیدان انگلیسی ویلیام کرویکشنک کشف شد. مونوکسید کربن خارج از جو زمین برای اولین بار توسط دانشمند بلژیکی M. Migeotte در سال 1949 با حضور یک نوار ارتعاشی چرخشی اصلی در طیف IR خورشید کشف شد.

مونوکسید کربن در جو زمین

منابع طبیعی و انسانی برای ورود به جو زمین وجود دارد. در شرایط طبیعی، در سطح زمین، CO در طی تجزیه ناقص بی هوازی ترکیبات آلی و در طی احتراق زیست توده، عمدتاً در هنگام آتش سوزی جنگل ها و استپ ها تشکیل می شود. مونوکسید کربن در خاک هم از نظر بیولوژیکی (که توسط موجودات زنده آزاد می شود) و هم به صورت غیر بیولوژیکی تشکیل می شود. انتشار مونوکسید کربن به دلیل ترکیبات فنلی رایج در خاک، حاوی گروه های OCH 3 یا OH در موقعیت های ارتو یا پارا نسبت به گروه هیدروکسیل اول، به طور تجربی ثابت شده است.

تعادل کلی تولید CO غیر بیولوژیکی و اکسیداسیون آن توسط میکروارگانیسم ها به شرایط محیطی خاص، در درجه اول رطوبت و . به عنوان مثال، مونوکسید کربن به طور مستقیم از خاک های خشک به اتمسفر آزاد می شود، بنابراین حداکثر غلظت این گاز را ایجاد می کند.

در جو، CO محصول زنجیره‌ای از واکنش‌های متان و سایر هیدروکربن‌ها (عمدتاً ایزوپرن) است.

منبع اصلی انسانی CO در حال حاضر گازهای خروجی از موتورهای احتراق داخلی است. مونوکسید کربن زمانی تشکیل می‌شود که سوخت‌های هیدروکربنی در موتورهای احتراق داخلی در دمای ناکافی سوزانده می‌شوند یا سیستم تامین هوا به خوبی تنظیم نشده است (اکسیژن کافی برای اکسید کردن CO به CO 2 تامین نمی‌شود). در گذشته، بخش قابل توجهی از ورودی انسانی CO به اتمسفر توسط گاز روشنایی تأمین می شد که در قرن نوزدهم برای روشنایی داخلی استفاده می شد. ترکیب آن تقریباً مشابه گاز آب بود، یعنی تا 45 درصد مونوکسید کربن داشت. در حال حاضر، در بخش عمومی، این گاز با گاز طبیعی بسیار کم سمی جایگزین می شود (نمایندگان پایین تر سری همولوگ آلکان ها - پروپان و غیره)

ورودی CO از منابع طبیعی و انسانی تقریباً یکسان است.

مونوکسید کربن در اتمسفر به سرعت در گردش است: میانگین زمان ماندگاری آن حدود 0.1 سال است که توسط هیدروکسیل به دی اکسید کربن اکسید می شود.

اعلام وصول

روش صنعتی

2C + O 2 → 2CO (اثر حرارتی این واکنش 22 کیلوژول است)،

2. یا هنگام کاهش دی اکسید کربن با زغال سنگ داغ:

CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH = 172 کیلوژول، ΔS = 176 J/K).

این واکنش اغلب در آتش اجاق گاز زمانی رخ می دهد که دمپر اجاق گاز خیلی زود بسته شود (قبل از سوختن کامل زغال سنگ). مونوکسید کربن تشکیل شده در این مورد، به دلیل سمیت آن، باعث اختلالات فیزیولوژیکی ("دود") و حتی مرگ می شود (به زیر مراجعه کنید)، از این رو یکی از نام های بی اهمیت - "مونوکسید کربن" است. تصویری از واکنش های رخ داده در کوره در نمودار نشان داده شده است.

واکنش کاهش دی اکسید کربن قابل برگشت است. جریان یک واکنش به سمت راست توسط ضریب آنتروپی و به سمت چپ توسط عامل آنتالپی تضمین می شود. در دماهای کمتر از 400 درجه سانتیگراد، تعادل تقریباً به طور کامل به چپ و در دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد به سمت راست (به سمت تشکیل CO) تغییر می کند. در دماهای پایین، سرعت این واکنش بسیار کم است، بنابراین مونوکسید کربن در شرایط عادی کاملاً پایدار است. این تعادل نام خاصی دارد تعادل بودوار.

3. مخلوط مونوکسید کربن با مواد دیگر با عبور هوا، بخار آب و غیره از لایه ای از کک داغ، زغال سنگ یا زغال سنگ قهوه ای و غیره به دست می آید (نگاه کنید به گاز ژنراتور، گاز آب، گاز مخلوط، گاز سنتز).

روش آزمایشگاهی

TLV (حداکثر غلظت آستانه، ایالات متحده): 25 MAC r.z. طبق استانداردهای بهداشتی GN 2.2.5.1313-03 20 mg/m³ است.

حفاظت از مونوکسید کربن

با توجه به چنین ارزش حرارتی خوبی، CO جزئی از مخلوط های فنی مختلف گاز است (به عنوان مثال، گاز ژنراتور را ببینید)، از جمله موارد دیگر، برای گرم کردن استفاده می شود.

هالوژن ها واکنش با کلر بیشترین کاربرد عملی را داشته است:

CO + Cl 2 → COCl 2

واکنش گرمازا است، اثر حرارتی آن 113 کیلوژول است و در حضور یک کاتالیزور (کربن فعال) در دمای اتاق رخ می دهد. در نتیجه واکنش، فسژن تشکیل می شود، ماده ای که به طور گسترده در شاخه های مختلف شیمی (و همچنین به عنوان یک عامل جنگ شیمیایی) استفاده می شود. با واکنش های مشابه، COF 2 (کربونیل فلوراید) و COBr 2 (کربونیل برومید) را می توان به دست آورد. کربونیل یدید به دست نیامد. گرماده بودن واکنش ها به سرعت از F به I کاهش می یابد (برای واکنش های با F 2 اثر حرارتی 481 کیلوژول است، با Br 2 - 4 کیلوژول). همچنین می توان مشتقات مخلوط را به دست آورد، به عنوان مثال COFCl (برای جزئیات بیشتر، مشتقات هالوژن اسید کربنیک را ببینید).

با واکنش CO با F 2، علاوه بر کربونیل فلوراید، می توان یک ترکیب پراکسید (FCO) 2 O 2 به دست آورد. مشخصات آن: نقطه ذوب -42 درجه سانتیگراد، نقطه جوش +16 درجه سانتیگراد، بوی مشخصی دارد (شبیه بوی ازن)، هنگامی که بالای 200 درجه سانتیگراد گرم می شود به طور انفجاری تجزیه می شود (محصولات واکنش CO 2، O 2 و COF 2 ) در محیط اسیدی با یدید پتاسیم مطابق با معادله واکنش می دهد:

(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2

مونوکسید کربن با کالکوژن ها واکنش می دهد. با گوگرد، سولفید کربن COS را تشکیل می دهد، واکنش در هنگام گرم شدن رخ می دهد، طبق معادله:

CO + S → COS ΔG° 298 = -229 کیلوژول، ΔS° 298 = -134 J/K

سلنوکسید COSe و تلوراکسید COTe مشابه نیز به دست آمد.

SO 2 را بازیابی می کند:

SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S

با فلزات واسطه، ترکیبات بسیار فرار، قابل اشتعال و سمی را تشکیل می دهد - کربونیل ها، مانند Cr(CO) 6، Ni(CO) 4، Mn 2 CO 10، Co 2 (CO) 9 و غیره.

همانطور که در بالا گفته شد، مونوکسید کربن کمی در آب محلول است، اما با آن واکنش نمی دهد. همچنین با محلول های قلیایی و اسیدها واکنش نشان نمی دهد. با این حال، با مذاب های قلیایی واکنش نشان می دهد:

CO + KOH → HCOOK

واکنش مونوکسید کربن با فلز پتاسیم در محلول آمونیاک جالب است. این ترکیب انفجاری دی اکسید کربنات پتاسیم را تولید می کند:

2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +

با واکنش با آمونیاک در دماهای بالا، می توان یک ترکیب مهم برای صنعت - هیدروژن سیانید HCN به دست آورد. این واکنش در حضور یک کاتالیزور (اکسید) رخ می دهد

بسیاری از مواد گازی که در طبیعت وجود دارند و در حین تولید تولید می شوند، ترکیبات سمی قوی هستند. مشخص است که از کلر به عنوان یک سلاح بیولوژیکی استفاده می شد، بخار برم اثر خورندگی زیادی روی پوست دارد، سولفید هیدروژن باعث مسمومیت می شود و غیره.

یکی از این مواد مونوکسید کربن یا مونوکسید کربن است که فرمول آن ویژگی های ساختاری خاص خود را دارد. این مورد بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

فرمول شیمیایی مونوکسید کربن

شکل تجربی فرمول ترکیب مورد نظر به شرح زیر است: CO. با این حال، این شکل فقط ترکیب کیفی و کمی را مشخص می کند، اما بر ویژگی های ساختاری و ترتیب اتصال اتم ها در مولکول تأثیر نمی گذارد. و در سایر گازهای مشابه با آن تفاوت دارد.

این ویژگی است که بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نشان داده شده توسط ترکیب تأثیر می گذارد. این چه نوع ساختاری است؟

ساختار مولکولی

اولاً، فرمول تجربی نشان می دهد که ظرفیت کربن در ترکیب II است. مثل اکسیژن. در نتیجه، هر یک از آنها می توانند دو فرمول مونوکسید کربن CO را تشکیل دهند که به وضوح این را تأیید می کند.

این چیزی است که اتفاق می افتد. بین اتم های کربن و اکسیژن، با توجه به مکانیسم اشتراک الکترون های جفت نشده، یک پیوند قطبی کووالانسی دوگانه تشکیل می شود. بنابراین، مونوکسید کربن به شکل C=O است.

با این حال، ویژگی های مولکول به همین جا ختم نمی شود. با توجه به مکانیسم دهنده-پذیرنده، پیوند سوم، دایتی یا نیمه قطبی در مولکول تشکیل می شود. چه چیزی این را توضیح می دهد؟ از آنجایی که پس از تشکیل بر اساس ترتیب مبادله، اکسیژن دارای دو جفت الکترون و اتم کربن دارای یک اوربیتال خالی است، دومی به عنوان پذیرنده یکی از جفت های اولی عمل می کند. به عبارت دیگر، یک جفت الکترون اکسیژن در یک اوربیتال کربن خالی قرار می گیرد و یک پیوند تشکیل می شود.

بنابراین، کربن یک پذیرنده است، اکسیژن یک اهداکننده است. بنابراین فرمول مونوکسید کربن در شیمی به شکل زیر است: C≡O. این ساختار به مولکول ثبات شیمیایی و بی اثری بیشتری در خواصی که در شرایط عادی نشان می دهد می دهد.

بنابراین، پیوندهای موجود در مولکول مونوکسید کربن عبارتند از:

• دو قطبی کووالانسی که توسط مکانیزم تبادلی به دلیل اشتراک الکترون های جفت نشده تشکیل شده اند.
• یک داده، که توسط برهمکنش دهنده-گیرنده بین یک جفت الکترون و یک اوربیتال آزاد تشکیل شده است.
• در کل سه پیوند در مولکول وجود دارد.

مشخصات فیزیکی

یک سری خصوصیات وجود دارد که مونوکسید کربن مانند هر ترکیب دیگری دارد. فرمول ماده مشخص می کند که شبکه کریستالی مولکولی است و حالت در شرایط عادی گازی است. پارامترهای فیزیکی زیر از این نتیجه می گیرند.

1. C≡O - مونوکسید کربن (فرمول)، چگالی - 1.164 کیلوگرم بر متر مکعب.
2. نقطه جوش و ذوب به ترتیب: 191/205 0 C.
3. محلول در آب (کمی)، اتر، بنزن، الکل، کلروفرم.
4. طعم و بو ندارد.
5. بی رنگ.

از نقطه نظر بیولوژیکی برای همه موجودات زنده به جز انواع خاصی از باکتری ها بسیار خطرناک است.

خواص شیمیایی

از نقطه نظر فعالیت شیمیایی یکی از بی اثرترین مواد در شرایط عادی مونوکسید کربن است. فرمولی که تمام پیوندهای موجود در مولکول را منعکس می کند، این را تأیید می کند. دقیقاً به دلیل چنین ساختار قوی است که این ترکیب عملاً تحت شرایط محیطی استاندارد وارد هیچ فعل و انفعالی نمی شود.

با این حال، اگر سیستم حداقل کمی گرم شود، پیوند داتیو در مولکول مانند پیوندهای کووالانسی از بین می رود. سپس مونوکسید کربن شروع به نشان دادن خواص کاهنده فعال و کاملاً قوی می کند. بنابراین، قادر به تعامل با:

• اکسیژن؛
• کلر؛
• قلیایی (ذوب می شود)؛
• با اکسیدهای فلزی و نمک؛
• با گوگرد؛
• کمی با آب؛
• با آمونیاک؛
• با هیدروژن

بنابراین، همانطور که در بالا ذکر شد، خواصی که مونوکسید کربن از خود نشان می دهد تا حد زیادی با فرمول آن توضیح داده می شود.

بودن در طبیعت

منبع اصلی CO در جو زمین آتش سوزی جنگل ها است. به هر حال، راه اصلی تشکیل این گاز به طور طبیعی از طریق احتراق ناقص انواع سوخت، عمدتا از طبیعت آلی است.

منابع انسانی آلودگی هوا با مونوکسید کربن به همان اندازه مهم هستند و درصد جرمی مشابه منابع طبیعی دارند. این شامل:

• دود ناشی از کار کارخانه ها و کارخانه ها، مجتمع های متالورژی و سایر شرکت های صنعتی؛
• گازهای خروجی از موتورهای احتراق داخلی

در شرایط طبیعی، مونوکسید کربن به راحتی توسط اکسیژن و بخار آب اتمسفر اکسید می شود و به دی اکسید کربن تبدیل می شود. این اساس کمک های اولیه برای مسمومیت با این ترکیب است.

اعلام وصول

یک ویژگی قابل ذکر است. مونوکسید کربن (فرمول)، دی اکسید کربن (ساختار مولکولی) به ترتیب به این صورت هستند: C≡O و O=C=O. تفاوت در یک اتم اکسیژن است. بنابراین، روش صنعتی برای تولید مونوکسید بر اساس واکنش بین دی اکسید و زغال سنگ است: CO 2 + C = 2CO. این ساده ترین و رایج ترین روش برای سنتز این ترکیب است.

در آزمایشگاه، از ترکیبات آلی مختلف، نمک های فلزی و مواد پیچیده استفاده می شود، زیرا انتظار نمی رود عملکرد محصول خیلی زیاد باشد.

یک معرف با کیفیت بالا برای حضور مونوکسید کربن در هوا یا محلول، کلرید پالادیوم است. هنگام تعامل آنها، فلز خالص تشکیل می شود که باعث تیره شدن محلول یا سطح کاغذ می شود.

اثر بیولوژیکی بر بدن

همانطور که در بالا ذکر شد، مونوکسید کربن یک آفت بسیار سمی، بی رنگ، خطرناک و کشنده برای بدن انسان است. و نه تنها انسان، بلکه به طور کلی هر موجود زنده ای. گیاهانی که در معرض اگزوز خودرو قرار می گیرند خیلی زود می میرند.

دقیقاً تأثیر بیولوژیکی مونوکسید کربن بر محیط داخلی موجودات حیوانی چیست؟ همه چیز در مورد تشکیل ترکیبات پیچیده قوی هموگلوبین پروتئین خون و گاز مورد نظر است. یعنی به جای اکسیژن، مولکول های سم گرفته می شوند. تنفس سلولی فورا مسدود می شود، تبادل گاز در مسیر طبیعی خود غیرممکن می شود.

در نتیجه، انسداد تدریجی تمام مولکول های هموگلوبین و در نتیجه مرگ وجود دارد. فقط 80 درصد آسیب کافی است تا مسمومیت کشنده شود. برای انجام این کار، غلظت مونوکسید کربن در هوا باید 0.1٪ باشد.

اولین علائمی که با آن می توان شروع مسمومیت با این ترکیب را تعیین کرد عبارتند از:

• سردرد؛
• سرگیجه؛
• از دست دادن هوشیاری

کمک های اولیه بیرون رفتن به هوای تازه است، جایی که مونوکسید کربن تحت تأثیر اکسیژن به دی اکسید کربن تبدیل می شود، یعنی خنثی می شود. موارد مرگ و میر ناشی از عمل ماده مورد نظر بسیار زیاد است، به ویژه در خانه هایی که در آنها وجود دارد، پس از همه، هنگام سوزاندن چوب، زغال سنگ و سایر انواع سوخت، این گاز لزوماً به عنوان یک محصول جانبی تشکیل می شود. رعایت مقررات ایمنی برای حفظ جان و سلامت انسان بسیار مهم است.

همچنین موارد زیادی از مسمومیت در گاراژها وجود دارد، جایی که بسیاری از موتورهای ماشین در حال کار جمع آوری می شوند، اما هوای تازه کافی وجود ندارد. مرگ در صورت تجاوز از غلظت مجاز در عرض یک ساعت اتفاق می افتد. احساس وجود گاز از نظر فیزیکی غیرممکن است، زیرا هیچ بو و رنگی ندارد.

استفاده صنعتی

علاوه بر این، مونوکسید کربن استفاده می شود:

• برای پردازش محصولات گوشت و ماهی، که به شما امکان می دهد ظاهری تازه به آنها ببخشید.
• برای سنتز برخی از ترکیبات آلی؛
• به عنوان جزئی از گاز ژنراتور

بنابراین این ماده نه تنها مضر و خطرناک است، بلکه برای انسان و فعالیت های اقتصادی آنها بسیار مفید است.

کربن اکسید (CARBON MONOXIDE). اکسید کربن (II) (مونوکسید کربن) CO، مونوکسید کربن غیر نمک ساز. این بدان معنی است که هیچ اسید مربوط به این اکسید وجود ندارد. مونوکسید کربن (II) یک گاز بی رنگ و بی بو است که در فشار اتمسفر در دمای -191.5 درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شود و در -205 درجه سانتیگراد جامد می شود الکترون ها (به این گونه مولکول ها ایزوالکترونیک می گویند) ، اتم های موجود در آنها توسط یک پیوند سه گانه به هم متصل می شوند (دو پیوند در مولکول CO به دلیل الکترون های 2p اتم های کربن و اکسیژن تشکیل می شود و سومی توسط مکانیزم دهنده-گیرنده تشکیل می شود. با مشارکت یک جفت الکترون تنها اکسیژن و یک اوربیتال 2p آزاد کربن). در نتیجه خواص فیزیکی CO و N2 (نقاط ذوب و جوش، حلالیت در آب و غیره) بسیار مشابه هستند.

مونوکسید کربن (II) در هنگام احتراق ترکیبات حاوی کربن با دسترسی ناکافی به اکسیژن و همچنین هنگام تماس زغال سنگ داغ با محصول احتراق کامل - دی اکسید کربن: C + CO2 → 2CO تشکیل می شود. در آزمایشگاه، CO از آبگیری اسید فرمیک با عمل اسید سولفوریک غلیظ روی اسید فرمیک مایع در هنگام گرم شدن، یا با عبور بخار اسید فرمیک از روی P2O5 به دست می آید: HCOOH → CO + H2O. CO از تجزیه اسید اگزالیک به دست می آید: H2C2O4 → CO + CO2 + H2O. CO را می توان با عبور از محلول قلیایی به راحتی از سایر گازها جدا کرد.
در شرایط عادی، CO، مانند نیتروژن، از نظر شیمیایی کاملا بی اثر است. تنها در دماهای بالا تمایل CO برای انجام واکنش های اکسیداسیون، افزودن و کاهش ظاهر می شود. بنابراین، در دماهای بالا با قلیاها واکنش نشان می دهد: CO + NaOH → HCOONa، CO + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2. این واکنش ها برای حذف CO از گازهای صنعتی استفاده می شود.

مونوکسید کربن (II) یک سوخت پر کالری است: احتراق با آزاد شدن مقدار قابل توجهی گرما (283 کیلوژول در هر 1 مول CO) همراه است. مخلوط CO با هوا هنگامی که محتوای آن بین 12 تا 74٪ باشد منفجر می شود. خوشبختانه، در عمل چنین مخلوط هایی بسیار نادر هستند. در صنعت، برای به دست آوردن CO، گازی شدن سوخت جامد انجام می شود. به عنوان مثال، دمیدن بخار آب در لایه ای از زغال سنگ که تا دمای 1000 درجه سانتیگراد گرم شده است منجر به تشکیل گاز آب می شود: C + H2O → CO + H2 که ارزش حرارتی بسیار بالایی دارد. با این حال، احتراق به دور از سودآورترین استفاده از گاز آب است. به عنوان مثال، از آن می توان (در حضور کاتالیزورهای مختلف تحت فشار) مخلوطی از هیدروکربن های جامد، مایع و گاز - یک ماده خام با ارزش برای صنایع شیمیایی (واکنش فیشر-تروپش) به دست آورد. از همان مخلوط، غنی سازی آن با هیدروژن و استفاده از کاتالیزورهای لازم، می توانید الکل ها، آلدئیدها و اسیدها را بدست آورید. سنتز متانول از اهمیت ویژه ای برخوردار است: CO + 2H2 → CH3OH - مهمترین ماده خام برای سنتز آلی، بنابراین این واکنش به صورت صنعتی در مقیاس بزرگ انجام می شود.

واکنش‌هایی که در آن CO یک عامل احیاکننده است را می‌توان با مثال احیای آهن از سنگ معدن در طی فرآیند کوره بلند نشان داد: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. احیای اکسیدهای فلزی با اکسید کربن (II) در فرآیندهای متالورژی اهمیت زیادی دارد.

مولکول های CO با واکنش های افزودن به فلزات واسطه و ترکیبات آنها با تشکیل ترکیبات پیچیده - کربونیل ها مشخص می شوند. به عنوان مثال می توان به کربونیل های فلزی مایع یا جامد Fe(CO)4، Fe(CO)5، Fe2(CO)9، Ni(CO)4، Cr(CO)6 و غیره اشاره کرد. این ها مواد بسیار سمی هستند که وقتی گرم می شوند، تجزیه می شوند. دوباره به فلز و CO. به این ترتیب می توانید فلزات پودری با خلوص بالا را بدست آورید. گاهی اوقات "لکه" های فلزی روی مشعل اجاق گاز قابل مشاهده است. در حال حاضر، هزاران کربونیل فلزی مختلف سنتز شده اند که علاوه بر CO، حاوی لیگاندهای معدنی و آلی هستند، به عنوان مثال، PtCl2(CO)، K3، Cr(C6H5Cl)(CO)3.

CO همچنین با واکنش ترکیب با کلر مشخص می شود که در نور قبلاً در دمای اتاق با تشکیل فسژن منحصراً سمی رخ می دهد: CO + Cl2 → COCl2. این واکنش یک واکنش زنجیره ای است، از یک مکانیسم رادیکال با مشارکت اتم های کلر و رادیکال های آزاد COCl پیروی می کند. علیرغم سمیت آن، فسژن به طور گسترده برای سنتز بسیاری از ترکیبات آلی استفاده می شود.

مونوکسید کربن (II) یک سم قوی است، زیرا با مولکول‌های فعال بیولوژیکی حاوی فلز کمپلکس‌های قوی تشکیل می‌دهد. این امر تنفس بافتی را مختل می کند. سلول های سیستم عصبی مرکزی به ویژه تحت تأثیر قرار می گیرند. اتصال CO به اتم های Fe(II) در هموگلوبین خون، از تشکیل اکسی هموگلوبلین، که اکسیژن را از ریه ها به بافت ها می برد، جلوگیری می کند. حتی زمانی که هوا حاوی 0.1٪ CO باشد، این گاز نیمی از اکسیژن اکسی هموگلوبین را جابجا می کند. در حضور CO، مرگ ناشی از خفگی می تواند حتی در حضور مقادیر زیادی اکسیژن رخ دهد. بنابراین CO را مونوکسید کربن می نامند. در یک فرد «پریشان»، مغز و سیستم عصبی در درجه اول تحت تأثیر قرار می گیرند. برای نجات، ابتدا به هوای پاکی نیاز دارید که حاوی CO (یا حتی بهتر از آن، اکسیژن خالص) نباشد، در حالی که CO متصل به هموگلوبین به تدریج با مولکول های O2 جایگزین می شود و خفگی از بین می رود. حداکثر میانگین مجاز روزانه غلظت CO در هوای اتمسفر 3 میلی گرم بر متر مکعب (حدود 3.10-5٪) و در هوای محل کار - 20 میلی گرم بر متر مکعب است.

به طور معمول، محتوای CO در جو از 10-5٪ تجاوز نمی کند. این گاز به عنوان بخشی از گازهای آتشفشانی و باتلاقی با ترشح پلانکتون ها و سایر میکروارگانیسم ها وارد هوا می شود. بنابراین سالانه 220 میلیون تن دی اکسید کربن از لایه های سطحی اقیانوس در جو آزاد می شود. غلظت CO در معادن زغال سنگ زیاد است. مقدار زیادی مونوکسید کربن در هنگام آتش سوزی جنگل ها تولید می شود. ذوب هر میلیون تن فولاد با تشکیل 300 تا 400 تن CO همراه است. در مجموع، انتشار تکنولوژیک CO در هوا به 600 میلیون تن در سال می رسد که بیش از نیمی از آن از وسایل نقلیه موتوری حاصل می شود. اگر کاربراتور تنظیم نشود، گازهای خروجی می توانند تا 12٪ CO2 داشته باشند! بنابراین، اکثر کشورها استانداردهای سختگیرانه ای را برای محتوای CO در اگزوز خودروها معرفی کرده اند.

تشکیل CO همیشه در هنگام احتراق ترکیبات حاوی کربن، از جمله چوب، با دسترسی ناکافی به اکسیژن، و همچنین هنگامی که زغال سنگ داغ با دی اکسید کربن در تماس است رخ می دهد: C + CO2 → 2CO. چنین فرآیندهایی در تنورهای روستایی نیز رخ می دهد. بنابراین، بستن پیش از موعد دودکش اجاق گاز برای حفظ گرما اغلب منجر به مسمومیت با مونوکسید کربن می شود. نباید فکر کرد که شهرنشینانی که اجاق گازهای خود را گرم نمی کنند در برابر مسمومیت با CO بیمه می شوند. به عنوان مثال، مسموم شدن آنها در یک گاراژ با تهویه ضعیف که در آن ماشینی با موتور روشن پارک شده است، آسان است. CO همچنین در محصولات احتراق گاز طبیعی در آشپزخانه یافت می شود. بسیاری از سوانح هوانوردی در گذشته به دلیل فرسودگی موتور یا تنظیمات ضعیف ایجاد می‌شدند که به CO اجازه می‌داد وارد کابین خلبان شود و خدمه را مسموم کند. این خطر با این واقعیت تشدید می شود که CO را نمی توان با بو تشخیص داد. از این نظر مونوکسید کربن از کلر خطرناک تر است!

مونوکسید کربن (II) عملاً توسط کربن فعال جذب نمی شود و بنابراین یک ماسک گاز معمولی در برابر این گاز محافظت نمی کند. برای جذب آن، یک کارتریج هاپکالیت اضافی حاوی کاتالیزوری لازم است که CO2 را با کمک اکسیژن اتمسفر "پس از سوزاندن" به CO2 می کند. با وجود هزینه بالای این کاتالیزورهای مبتنی بر فلزات پلاتین، اکنون خودروهای سواری بیشتری به کاتالیزورهای پس سوز مجهز می شوند.

خواص فیزیکی مونوکسید کربن (منوکسید کربن CO) در فشار معمولی اتمسفر بسته به دما در مقادیر منفی و مثبت در نظر گرفته می شود.

در جداول خواص فیزیکی ذیل CO ارائه شده است:چگالی مونوکسید کربن ρ ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت ج ص، ضرایب هدایت حرارتی λ و ویسکوزیته دینامیکی μ .

جدول اول چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه مونوکسید کربن CO را در محدوده دمایی 73- تا 2727 درجه سانتی گراد نشان می دهد.

جدول دوم مقادیر خواص فیزیکی مونوکسید کربن مانند هدایت حرارتی و ویسکوزیته دینامیکی آن را در محدوده دمایی منفی 200 تا 1000 درجه سانتیگراد نشان می دهد.

چگالی مونوکسید کربن، به طور قابل توجهی به دما بستگی دارد - وقتی مونوکسید کربن CO گرم می شود، چگالی آن کاهش می یابد. مثلا، در دمای اتاق چگالی مونوکسید کربن 1.129 کیلوگرم بر متر مکعب است، اما در فرآیند گرمایش تا دمای 1000 درجه سانتیگراد، چگالی این گاز 4.2 برابر کاهش می یابد - به مقدار 0.268 کیلوگرم بر متر مکعب.

در شرایط عادی (دمای 0 درجه سانتیگراد)، مونوکسید کربن دارای چگالی 1.25 کیلوگرم بر متر مکعب است. اگر چگالی آن را با سایر گازهای رایج مقایسه کنیم، چگالی مونوکسید کربن نسبت به هوا اهمیت کمتری دارد - مونوکسید کربن سبک تر از هوا است. همچنین از آرگون سبک تر است، اما از نیتروژن، هیدروژن، هلیوم و سایر گازهای سبک سنگین تر است.

گرمای ویژه مونوکسید کربن در شرایط عادی 1040 J/(kg deg) است. با افزایش دمای این گاز، ظرفیت گرمایی ویژه آن افزایش می یابد. به عنوان مثال، در دمای 2727 درجه سانتیگراد، مقدار آن 1329 J/(kg deg) است.

چگالی مونوکسید کربن CO و ظرفیت گرمایی ویژه آن

t، °С	ρ, kg/m 3	C p , J/(کیلوگرم درجه)	t، °С	ρ, kg/m 3	C p , J/(کیلوگرم درجه)	t، °С	ρ, kg/m 3	C p , J/(کیلوگرم درجه)
-73	1,689	1045	157	0,783	1053	1227	0,224	1258
-53	1,534	1044	200	0,723	1058	1327	0,21	1267
-33	1,406	1043	257	0,635	1071	1427	0,198	1275
-13	1,297	1043	300	0,596	1080	1527	0,187	1283
-3	1,249	1043	357	0,535	1095	1627	0,177	1289
0	1,25	1040	400	0,508	1106	1727	0,168	1295
7	1,204	1042	457	0,461	1122	1827	0,16	1299
17	1,162	1043	500	0,442	1132	1927	0,153	1304
27	1,123	1043	577	0,396	1152	2027	0,147	1308
37	1,087	1043	627	0,374	1164	2127	0,14	1312
47	1,053	1043	677	0,354	1175	2227	0,134	1315
57	1,021	1044	727	0,337	1185	2327	0,129	1319
67	0,991	1044	827	0,306	1204	2427	0,125	1322
77	0,952	1045	927	0,281	1221	2527	0,12	1324
87	0,936	1045	1027	0,259	1235	2627	0,116	1327
100	0,916	1045	1127	0,241	1247	2727	0,112	1329

هدایت حرارتی مونوکسید کربن در شرایط عادی 0.02326 W/(m deg) است. با افزایش دما افزایش می یابد و در 1000 درجه سانتیگراد برابر با 0.0806 W/(m deg) می شود. لازم به ذکر است که هدایت حرارتی مونوکسید کربن کمی کمتر از این مقدار y است.

ویسکوزیته دینامیکی مونوکسید کربن در دمای اتاق 0.0246·10-7 Pa·s است. هنگامی که مونوکسید کربن گرم می شود، ویسکوزیته آن افزایش می یابد. این نوع وابستگی ویسکوزیته دینامیکی به دما در مشاهده می شود. لازم به ذکر است که مونوکسید کربن نسبت به بخار آب و دی اکسید کربن CO 2 چسبناک تر است اما در مقایسه با اکسید نیتروژن NO و هوا ویسکوزیته کمتری دارد.