Ugljični monoksid ima molekularnu strukturu. Pažljivo! Ugljen monoksid u kući! Normalna ljudska fiziologija
Ugljik formira dva izuzetno stabilna oksida (CO i CO 2), tri znatno manje stabilna oksida (C 3 O 2, C 5 O 2 i C 12 O 9), niz nestabilnih ili slabo proučavanih oksida (C 2 O, C 2 O 3 itd.) i nestehiometrijski grafitni oksid. Među navedenim oksidima posebnu ulogu imaju CO i CO 2.
DEFINICIJA
Ugljen monoksid U normalnim uslovima, zapaljivi gas je bezbojan i bez mirisa.
Prilično je toksičan zbog svoje sposobnosti da formira kompleks sa hemoglobinom, koji je približno 300 puta stabilniji od kompleksa kiseonik-hemoglobin.
DEFINICIJA
Ugljen-dioksid u normalnim uslovima, to je bezbojni gas, otprilike 1,5 puta teži od vazduha, zbog čega se kao tečnost može preliti iz jedne posude u drugu.
Masa 1 litra CO 2 u normalnim uslovima je 1,98 g. Rastvorljivost ugljen-dioksida u vodi je mala: 1 zapremina vode na 20 o C rastvara 0,88 zapremina CO 2, a na 0 o C - 1,7 zapremina.
Direktna oksidacija ugljika s nedostatkom kisika ili zraka dovodi do stvaranja CO, a s njihovom dovoljnom količinom nastaje CO2. Neka svojstva ovih oksida prikazana su u tabeli. 1.
Tabela 1. Fizička svojstva ugljikovih oksida.
Proizvodnja ugljen monoksida
Čisti CO može se dobiti u laboratoriji dehidracijom mravlje kiseline (HCOOH) s koncentriranom sumpornom kiselinom na ~140 °C:
HCOOH = CO + H2O.
U malim količinama ugljični dioksid se lako može dobiti djelovanjem kiselina na karbonate:
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.
U industrijskim razmjerima, CO 2 se proizvodi uglavnom kao nusproizvod u procesu sinteze amonijaka:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2;
CO + H 2 O = CO 2 + H 2.
Sagorevanjem krečnjaka nastaju velike količine ugljičnog dioksida:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Hemijska svojstva ugljičnog monoksida
Ugljen monoksid je hemijski reaktivan na visokim temperaturama. Pokazalo se da je snažan redukcijski agens. Reaguje sa kiseonikom, hlorom, sumporom, amonijakom, alkalijama, metalima.
CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120 - 130 o C, p);
CO + H 2 = CH 4 + H 2 O (t = 150 - 200 o C, kat. Ni);
CO + 2H 2 = CH 3 OH (t = 250 - 300 o C, kat. CuO/Cr 2 O 3);
2CO + O 2 = 2CO 2 (kat. MnO 2 /CuO);
CO + Cl 2 = CCl 2 O (t = 125 - 150 o C, kat. C);
4CO + Ni = (t = 50 - 100 o C);
5CO + Fe = (t = 100 - 200 o C, p).
Ugljični dioksid pokazuje kisela svojstva: reagira s alkalijama i amonijak hidratom. Redukovano aktivnim metalima, vodonikom, ugljenikom.
CO 2 + NaOH razrijeđen = NaHCO 3 ;
CO 2 + 2NaOH konc = Na 2 CO 3 + H 2 O;
CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O;
CO 2 + BaCO 3 + H 2 O = Ba(HCO 3) 2;
CO 2 + NH 3 ×H 2 O = NH 4 HCO 3;
CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 o C, kat. Cu 2 O);
CO 2 + C = 2CO (t > 1000 o C);
CO 2 + 2Mg = C + 2MgO;
2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (t = 500 o C);
2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.
Primjena ugljičnog monoksida
Ugljični monoksid se široko koristi kao gorivo u obliku generatorskog plina ili vodenog plina, a također nastaje kada se mnogi metali odvoje od svojih oksida redukcijom s ugljem. Proizvodni plin se proizvodi propuštanjem zraka kroz vrući ugalj. Sadrži oko 25% CO, 4% CO2 i 70% N2 sa tragovima H2 i CH4 62.
Upotreba ugljičnog dioksida najčešće je zbog njegovih fizičkih svojstava. Koristi se kao rashladno sredstvo, za gazirana pića, u proizvodnji lagane (pjenaste) plastike, a također i kao plin za stvaranje inertne atmosfere.
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
PRIMJER 2
| Vježbajte | Odredite koliko je puta ugljični monoksid (IV)CO 2 teži od zraka. |
| Rješenje | Odnos mase datog gasa prema masi drugog gasa uzetog u istoj zapremini, na istoj temperaturi i istom pritisku naziva se relativna gustina prvog gasa prema drugom. Ova vrijednost pokazuje koliko je puta prvi plin teži ili lakši od drugog plina. Uzima se relativna molekularna težina zraka 29 (uzimajući u obzir sadržaj dušika, kisika i drugih plinova u zraku). Treba napomenuti da se koncept "relativne molekularne mase zraka" koristi uvjetno, jer je zrak mješavina plinova. D vazduh (CO 2) = M r (CO 2) / M r (vazduh); D vazduh (CO 2) = 44 / 29 = 1,517. M r (CO 2) = A r (C) + 2×A r (O) = 12 + 2× 16 = 12 + 32 = 44. |
| Odgovori | Ugljenmonoksid (IV)CO 2 je 1,517 puta teži od vazduha. |
Ima trostruku vezu. Budući da su ove molekule slične strukture, slična su i njihova svojstva - vrlo niske točke topljenja i ključanja, bliske vrijednosti standardnih entropija itd.
U okviru metode valentne veze, struktura molekule CO može se opisati formulom: C≡O:, a treća veza se formira po mehanizmu donor-akceptor, pri čemu je ugljenik donor elektronskog para. , a kiseonik je akceptor.
Prema molekularnoj orbitalnoj metodi, elektronska konfiguracija nepobuđenog molekula CO je σ 2 O σ 2 z π 4 x, y σ 2 C. Formirana trostruka veza σ -veza nastala zbog σ z elektronski par, a elektroni su dvostruko degenerisani na nivou π x, y odgovaraju dva σ - veze. Elektroni u nevezujućim σ C orbitalama i σ O orbitalama odgovaraju dva elektronska para, od kojih je jedan lokaliziran na atomu, a drugi na atomu.
Zbog prisustva trostruke veze, molekula CO je vrlo jaka (energija disocijacije 1069 kJ/mol, ili 256 kcal/mol, što je veće od bilo koje druge dvoatomske molekule) i ima malu međunuklearnu udaljenost (d C≡ O = 0,1128 nm ili 1,13Å).
Molekul je slabo polarizovan, električni moment njegovog dipola μ = 0,04·10 -29 C m (smer dipolnog momenta C - →O +). Potencijal jonizacije 14,0 V, konstanta sprege sile k = 18,6.
Istorija otkrića
Ugljični monoksid je prvi proizveo francuski hemičar Jacques de Lassonne zagrijavanjem cink oksida sa ugljem, ali je u početku zamijenjen vodonikom jer je gorio plavim plamenom. Činjenicu da ovaj plin sadrži ugljik i kisik otkrio je engleski hemičar William Cruickshank. Ugljenmonoksid u Zemljinoj atmosferi prvi je otkrio belgijski naučnik M. Migeotte 1949. godine prisustvom glavne vibraciono-rotacione trake u IR spektru Sunca.
Ugljen monoksid u Zemljinoj atmosferi
Postoje prirodni i antropogeni izvori ulaska. U prirodnim uslovima, na površini Zemlje, CO nastaje prilikom nepotpune anaerobne razgradnje organskih jedinjenja i tokom sagorevanja biomase, uglavnom tokom šumskih i stepskih požara. Ugljični monoksid nastaje u tlu i biološki (oslobađaju ga živi organizmi) i nebiološki. Eksperimentalno je dokazano oslobađanje ugljičnog monoksida zbog fenolnih spojeva uobičajenih u tlima, koji sadrže OCH 3 ili OH grupe u orto- ili para-položajima u odnosu na prvu hidroksilnu grupu.
Ukupna ravnoteža između proizvodnje nebiološkog CO i njegove oksidacije mikroorganizmima zavisi od specifičnih uslova sredine, prvenstveno od namene. Na primjer, ugljični monoksid se oslobađa direktno u atmosferu iz sušnih tla, stvarajući tako lokalne maksimume koncentracije ovog plina.
U atmosferi, CO je proizvod lanaca reakcija koje uključuju metan i druge ugljovodonike (prvenstveno izopren).
Glavni antropogeni izvor CO trenutno su izduvni gasovi iz motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ugljenmonoksid nastaje kada se ugljovodonična goriva sagorevaju u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem na nedovoljnim temperaturama ili lošim podešavanjima dovoda vazduha (nedovoljno kiseonika da oksidira CO u CO 2). U prošlosti je značajan dio antropogenog unosa CO u atmosferu bio obezbjeđen svjetlosnim plinom koji se koristio za unutarnju rasvjetu. Po sastavu je otprilike odgovarao, odnosno sadržavao je do 45% ugljičnog monoksida. Trenutno je u komunalnom sektoru ovaj plin zamijenjen znatno manje toksičnim prirodnim plinom (niži predstavnici homologne serije - propan itd.)
Unos CO iz prirodnih i antropogenih izvora je približno isti.
Ugljični monoksid u atmosferi je u brzoj cirkulaciji: njegovo prosječno vrijeme zadržavanja je oko 0,1 godinu, oksidira se hidroksilom u ugljični dioksid.
Potvrda
Industrijska metoda
2C + O 2 → 2CO (termički efekat ove reakcije je 22 kJ),
2. ili kod restauracije vrelim ugljem:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
Ova reakcija se često javlja u vatri peći kada se klapna peći zatvori prerano (prije nego što je ugalj potpuno izgorio). Ugljični monoksid koji nastaje u ovom slučaju, zbog svoje toksičnosti, uzrokuje fiziološke poremećaje (“pare”), pa čak i smrt (vidi dolje), otuda i jedno od trivijalnih naziva – “ugljični monoksid”. Slika reakcija koje se dešavaju u peći prikazana je na dijagramu.
Reakcija redukcije ugljičnog dioksida je reverzibilna, a utjecaj temperature na ravnotežno stanje ove reakcije prikazan je na grafikonu. Tok reakcije udesno je osiguran faktorom entropije, a lijevo faktorom entalpije. Na temperaturama ispod 400°C ravnoteža se skoro potpuno pomera ulevo, a na temperaturama iznad 1000°C udesno (prema stvaranju CO). Na niskim temperaturama, brzina ove reakcije je vrlo niska, tako da je ugljični monoksid prilično stabilan u normalnim uvjetima. Ova ravnoteža ima poseban naziv Boudoir balans.
3. Smjese ugljičnog monoksida sa drugim supstancama se dobijaju propuštanjem zraka, vodene pare, itd. kroz sloj vrućeg koksa, uglja ili mrkog uglja, itd. (vidi,).
Laboratorijska metoda
Fiziološki učinak, toksičnost
Ugljen monoksid je veoma opasan jer ne izaziva, pa čak i... Znakovi trovanja su glavobolja, vrtoglavica i gubitak svijesti. Toksičan učinak ugljičnog monoksida temelji se na činjenici da se on jače veže za krv od kisika (koji stvara karboksihemoglobin), blokirajući tako procese transporta kisika i ćelijskog disanja. ugljen monoksida u vazduhu industrijskih preduzeća iznosi 0,02 mg/l.
TLV (granična granična koncentracija, SAD): 25 ppm; 29 mg/m 3 (kao TWA - američki prosjek pomaka) (ACGIH 1994-1995). MAC (maksimalno dozvoljena koncentracija, SAD): 30 ppm; 33 mg/m3; Trudnoća: B (štetno dejstvo verovatno čak i na nivou MAK) (1993.)
Zaštita od ugljen monoksida
Svojstva
Ugljenmonoksid je gas bez boje, ukusa i mirisa. Takozvani „miris ugljen monoksida“ je zapravo miris organskih nečistoća.
| Molekularna masa | 28,01 |
| Temperatura topljenja | −205°C |
| Temperatura ključanja | −191,5°C |
| Rastvorljivost | Izuzetno slabo rastvorljiv u (2,3 ml CO/100 ml H 2 O na 20°C) |
| Gustina ρ | 0,00125 g/cm 3 (na 0°C) |
| Standardna entalpija formiranja ΔH | −110,52 kJ/mol (g) (na 298 K) |
| Standardna Gibbsova energija formiranja ΔG | −137,14 kJ/mol (g) (na 298 K) |
| Standardna entropija formacije S | 197,54 J/mol K (g) (na 298 K) |
| Standardni molar C str | 29,11 J/mol K (g) (na 298 K) |
| Entalpija topljenja ΔH pl | 0,838 kJ/mol |
| Entalpija ključanja ΔH ključanja | 6,04 kJ/mol |
| t crit | −140,23°C |
| P krit | 3.499 MPa |
| ρ crit | 0,301 g/cm 3 |
Glavne vrste kemijskih reakcija u kojima sudjeluje ugljični monoksid su reakcije adicije i u kojima on ispoljava redukciona svojstva.
Na sobnoj temperaturi CO je neaktivan, njegova hemijska aktivnost se značajno povećava kada se zagreva iu rastvorima (na primer, u rastvorima redukuje soli i druge na metale već na sobnoj temperaturi. Kada se zagreva, smanjuje i druge metale, na primer CO + CuO → Cu + CO 2 Ovo se široko koristi u pirometalurgiji Reakcija CO u rastvoru sa paladijum hloridom je osnova za kvalitativnu detekciju CO, vidi dole).
Oksidacija CO u otopini često se događa značajnom brzinom samo u prisustvu katalizatora. Prilikom odabira potonjeg, glavnu ulogu igra priroda oksidacijskog sredstva. Dakle, CO najbrže oksidira u prisustvu fino usitnjenog srebra, - u prisustvu soli, - u prisustvu OsO 4. Općenito, CO je po svojim redukcijskim svojstvima sličan molekularnom vodiku.
Ispod 830°C jači reduktor je CO, iznad njega je vodonik. Dakle, ravnoteža reakcije je:
H 2 O + CO ↔ CO 2 + H 2 + 42 kJ
do 830°C se pomiče udesno, iznad 830°C ulijevo.
Zanimljivo je da postoje bakterije koje oksidacijom CO dobijaju energiju koja im je potrebna za život.
Ugljenmonoksid gori plavim plamenom (temperatura reakcije 700°C) na vazduhu:
CO + 1 / 2 O 2 → 2CO 2 ΔG° 298 = −257 kJ, ΔS° 298 = −86 J/K
Temperatura sagorevanja CO može dostići 2100°C, to je lančano sagorevanje, pri čemu male količine jedinjenja koja sadrže vodonik (voda, itd.) služe kao inicijatori.
Zbog tako dobre kalorične vrijednosti, CO je sastavni dio raznih tehničkih mješavina plina (vidi, na primjer), koji se, između ostalog, koristi za grijanje.
Ugljen monoksid reaguje sa . Reakcija s najvećom praktičnom primjenom je
Ugljen monoksid– CO (ugljični monoksid) je smrtonosni i podmukli otrov koji se veže mnogo jače od kisika koji daje život. To je bezbojan, otrovan gas (u normalnim uslovima) bez ukusa i mirisa. Hemijska formula – CO. Smrt nastupa kada se ugljen monoksid spoji sa 80% hemoglobina. Ugljenmonoksid se nalazi (do 12%) u izduvnim gasovima automobila.
Glavne vrste kemijskih reakcija u koje je uključen ugljični monoksid su reakcije adicije i redoks reakcije, u kojima on pokazuje redukcijska svojstva.
Na sobnoj temperaturi, ugljen monoksid je neaktivan; njegova hemijska aktivnost se značajno povećava kada se zagreje iu rastvorima. Tako u rastvorima redukuje soli Au, Pt, Pd i druge u metale već na sobnoj temperaturi. Kada se zagrije, smanjuje i druge metale, na primjer CO + CuO = Cu + CO 2. Široko se koristi u pirometalurgiji. Metoda za kvalitativnu detekciju ugljen monoksida zasniva se na reakciji CO u rastvoru sa paladijum hloridom.
Zanimljivo je da postoje životinje sposobne da dobiju energiju koja im je potrebna za život oksidacijom CO.
Kao što je već rečeno, ugljen monoksid je veoma opasan. Znaci trovanja: glavobolja i vrtoglavica; javlja se tinitus, otežano disanje, palpitacije, treperenje pred očima, crvenilo lica, opšta slabost, mučnina, a ponekad i povraćanje; u teškim slučajevima, konvulzije, gubitak svijesti, koma.
Bilo je slučajeva da su pojedini neoprezni vozači zimi noćili u automobilu koji je bio parkiran u garaži, čija su vrata bila zatvorena. Da bi toplo spavali, upalili su motor i on je radio u praznom hodu. Ugljični monoksid se po pravilu nakupljao u garaži i takvi neoprezni ljudi su umirali. Autor jedne knjige s pravom je primetio da je „paljenje motora u maloj garaži sa zatvorenim vratima samoubistvo“.
Toksičan učinak CO nastaje zbog stvaranja karboksihemoglobina - mnogo jačeg karbonilnog kompleksa sa hemoglobinom, u poređenju sa kompleksom hemoglobina sa kiseonikom. Time su blokirani procesi transporta kiseonika i ćelijskog disanja. Koncentracije u vazduhu veće od 0,1% dovode do smrti u roku od jednog sata.
Kombinacija ugljičnog monoksida sa hemoglobinom je reverzibilna. Žrtvu treba izvesti na svež vazduh. Za blago trovanje dovoljna je hiperventilacija pluća kiseonikom.
Postoje prirodni i antropogeni izvori ugljičnog monoksida koji ulazi u Zemljinu atmosferu. Unos CO iz prirodnih i antropogenih izvora je približno isti. U prirodnim uslovima, na površini Zemlje, ugljen monoksid nastaje prilikom nepotpune anaerobne razgradnje organskih jedinjenja i tokom sagorevanja biomase, uglavnom tokom šumskih i stepskih požara.
Glavni antropogeni izvor CO trenutno su izduvni gasovi iz motora sa unutrašnjim sagorevanjem.
Koliko je ugljični monoksid opasan za ljude, znaju svi koji su se bavili radom sistema grijanja - peći, bojlera, bojlera, bojlera, namijenjenih za gorivo u domaćinstvu u bilo kojem obliku. Prilično ga je teško neutralizirati u plinovitom stanju, ne postoje učinkovite kućne metode za borbu protiv ugljičnog monoksida, pa je većina zaštitnih mjera usmjerena na sprječavanje i pravovremeno otkrivanje ugljičnog monoksida u zraku.
Svojstva otrovne supstance
Nema ničeg neobičnog u prirodi i svojstvima ugljičnog monoksida. U suštini, to je proizvod djelomične oksidacije uglja ili goriva koja sadrže ugalj. Formula ugljičnog monoksida je jednostavna i jasna - CO, u hemijskom smislu - ugljični monoksid. Jedan atom ugljika povezan je s atomom kisika. Priroda procesa sagorijevanja organskog goriva je takva da je ugljični monoksid sastavni dio svakog plamena.
Kada se zagrijavaju u ložištu, ugalj, srodna goriva, treset i ogrjevno drvo se gasificiraju u ugljični monoksid, a tek onda sagorevaju uz dotok zraka. Ako je ugljični dioksid iscurio iz komore za sagorijevanje u prostoriju, on će ostati u stabilnom stanju do trenutka kada se protok ugljika ventilacijom ukloni iz prostorije ili se akumulira, ispunjavajući cijeli prostor, od poda do stropa. U potonjem slučaju, samo elektronički senzor ugljičnog monoksida može spasiti situaciju, reagirajući na najmanji porast koncentracije otrovnih isparenja u atmosferi prostorije.
Šta trebate znati o ugljičnom monoksidu:
- U standardnim uslovima, gustina ugljen monoksida je 1,25 kg/m3, što je veoma blizu specifičnoj težini vazduha od 1,25 kg/m3. Vrući, pa čak i topao monoksid lako se podiže do stropa, a kako se hladi, taloži se i miješa sa zrakom;
- Ugljenmonoksid je bez ukusa, boje i mirisa, čak i u visokim koncentracijama;
- Za početak stvaranja ugljičnog monoksida dovoljno je zagrijati metal u kontaktu s ugljikom na temperaturu od 400-500 o C;
- Gas je sposoban da sagorijeva na zraku, oslobađajući veliku količinu topline, otprilike 111 kJ/mol.
Ne samo da je udisanje ugljičnog monoksida opasno, mješavina plina i zraka može eksplodirati kada volumna koncentracija dostigne od 12,5% do 74%. U tom smislu, gasna mešavina je slična metanu u domaćinstvu, ali mnogo opasnija od gasa iz mreže.
Metan je lakši od zraka i manje toksičan kada se udiše; osim toga, zahvaljujući dodavanju posebnog aditiva - merkaptana - protoku plina, njegovo prisustvo u prostoriji može se lako otkriti mirisom. Ako je kuhinja malo zagašena, možete ući u prostoriju i provjetriti je bez ikakvih zdravstvenih posljedica.
S ugljičnim monoksidom je sve složenije. Bliska veza između CO i vazduha sprečava efikasno uklanjanje oblaka toksičnog gasa. Kako se hladi, oblak plina će se postepeno taložiti u području poda. Ako se aktivira detektor ugljičnog monoksida, ili se otkrije curenje produkata izgaranja iz peći ili kotla na čvrsto gorivo, potrebno je odmah poduzeti mjere za ventilaciju, inače će djeca i kućni ljubimci prvi stradati.
Ovo svojstvo oblaka ugljičnog monoksida ranije se naširoko koristilo u borbi protiv glodara i žohara, ali je efikasnost plinskog napada znatno niža od modernih sredstava, a rizik od trovanja je nesrazmjerno veći.
Za tvoju informaciju! Oblak CO plina, u nedostatku ventilacije, može zadržati svoja svojstva nepromijenjena dugo vremena.
Ako postoji sumnja na akumulaciju ugljičnog monoksida u podrumima, pomoćnim prostorijama, kotlarnicama, podrumima, prvi korak je osigurati maksimalnu ventilaciju uz brzinu izmjene plina od 3-4 jedinice na sat.
Uslovi za pojavu isparenja u prostoriji
Ugljični monoksid se može proizvesti korištenjem desetina kemijskih reakcija, ali to zahtijeva specifične reagense i uvjete za njihovu interakciju. Rizik od trovanja plinom na ovaj način je praktično nula. Glavni razlozi za pojavu ugljičnog monoksida u kotlovnici ili kuhinjskom prostoru ostaju dva faktora:
- Slaba promaja i djelomični protok produkata izgaranja iz izvora sagorijevanja u kuhinjski prostor;
- Nepravilan rad kotlovske, plinske i peći opreme;
- Požari i lokalni požari plastike, ožičenja, polimernih premaza i materijala;
- Otpadni gasovi iz kanalizacionih vodova.
Izvor ugljičnog monoksida može biti sekundarno sagorijevanje pepela, labave naslage čađi u dimnjacima, čađ i smola ugrađena u zidove kamina i aparata za gašenje čađi.
Izvor plina CO najčešće je tinjajući ugalj koji izgara u ložištu kada je ventil zatvoren. Posebno puno plina se oslobađa prilikom termičke razgradnje drva za ogrjev u nedostatku zraka; otprilike polovinu oblaka plina zauzima ugljični monoksid. Stoga se svi eksperimenti s dimljenjem mesa i ribe pomoću izmaglice dobivene od tinjajućih strugotina trebaju izvoditi samo na otvorenom.
Mala količina ugljen monoksida se takođe može pojaviti tokom kuvanja. Na primjer, svako ko se susreo sa ugradnjom plinskih kotlova za grijanje sa zatvorenim ložištem u kuhinji zna kako senzori ugljičnog monoksida reagiraju na prženi krumpir ili bilo koju hranu kuhanu u kipućem ulju.
Podmukla priroda ugljen monoksida
Glavna opasnost od ugljičnog monoksida je u tome što je nemoguće osjetiti i osjetiti njegovo prisustvo u atmosferi prostorije sve dok plin ne uđe u respiratorni sistem sa zrakom i ne otopi se u krvi.
Posljedice udisanja CO zavise od koncentracije plina u zraku i dužine boravka u prostoriji:
- Glavobolja, malaksalost i razvoj pospanosti počinju kada je zapreminski sadržaj gasa u vazduhu 0,009-0,011%. Fizički zdrava osoba može izdržati do tri sata izloženosti zagađenoj atmosferi;
- Mučnina, jaki bolovi u mišićima, konvulzije, nesvjestica, gubitak orijentacije mogu se razviti u koncentraciji od 0,065-0,07%. Vrijeme provedeno u prostoriji do pojave neizbježnih posljedica je samo 1,5-2 sata;
- Kada je koncentracija ugljičnog monoksida iznad 0,5%, čak i nekoliko sekundi boravka u plinom zagađenom prostoru znači smrt.
Čak i ako je osoba sama sigurno izašla iz prostorije s visokom koncentracijom ugljičnog monoksida, i dalje će mu trebati liječnička pomoć i upotreba antidota, jer će posljedice trovanja krvožilnog sustava i poremećene cirkulacije krvi u mozgu i dalje biti pojaviti, tek nešto kasnije.
Molekule ugljičnog monoksida dobro se apsorbiraju u vodi i slanim otopinama. Stoga se obični ručnici i salvete navlaženi bilo kojom dostupnom vodom često koriste kao prvo dostupno sredstvo zaštite. Ovo vam omogućava da spriječite ulazak ugljičnog monoksida u vaše tijelo na nekoliko minuta dok ne budete mogli napustiti prostoriju.
Ovo svojstvo ugljičnog monoksida često zloupotrebljavaju neki vlasnici opreme za grijanje koja ima ugrađene CO senzore. Kada se aktivira osjetljivi senzor, umjesto ventilacije prostorije, uređaj se često jednostavno prekriva mokrim ručnikom. Kao rezultat toga, nakon desetak takvih manipulacija, senzor ugljičnog monoksida ne radi, a rizik od trovanja se povećava za red veličine.
Tehnički sistemi za detekciju ugljen monoksida
Zapravo, danas postoji samo jedan način za uspješnu borbu protiv ugljičnog monoksida, korištenjem posebnih elektroničkih uređaja i senzora koji bilježe višak koncentracije CO u prostoriji. Možete, naravno, učiniti nešto jednostavnije, na primjer, instalirati moćnu ventilaciju, kao što to rade oni koji se vole opustiti uz pravi kamin od cigle. Ali u takvom rješenju postoji određeni rizik od trovanja ugljičnim monoksidom pri promjeni smjera promaje u cijevi, a osim toga, život pod jakim propuhom također nije baš dobar za zdravlje.
Uređaj za senzor ugljičnog monoksida
Problem kontrole sadržaja ugljičnog monoksida u atmosferi stambenih i pomoćnih prostorija danas je jednako hitan kao i prisutnost požarnog ili sigurnosnog alarma.
U specijaliziranim prodavaonicama opreme za grijanje i plin možete kupiti nekoliko opcija za uređaje za praćenje sadržaja plina:
- Kemijski alarmi;
- Infracrveni skeneri;
- Solid state senzori.
Osetljivi senzor uređaja obično je opremljen elektronskom pločom koja obezbeđuje napajanje, kalibraciju i pretvaranje signala u razumljiv oblik indikacije. To mogu biti jednostavno zelene i crvene LED diode na panelu, zvučna sirena, digitalna informacija za slanje signala kompjuterskoj mreži ili kontrolni impuls za automatski ventil koji isključuje dovod plina za domaćinstvo u kotao za grijanje.
Jasno je da je upotreba senzora s kontroliranim zapornim ventilom neophodna mjera, ali često proizvođači opreme za grijanje namjerno ugrađuju „zaštićenost” kako bi izbjegli sve vrste manipulacija sa sigurnošću plinske opreme.
Hemijski i čvrsti kontrolni instrumenti
Najjeftinija i najpristupačnija verzija senzora s kemijskim indikatorom izrađena je u obliku mrežaste tikvice, lako propusne za zrak. Unutar tikvice nalaze se dvije elektrode odvojene poroznom pregradom impregniranom otopinom alkalije. Pojava ugljičnog monoksida dovodi do karbonizacije elektrolita, provodljivost senzora naglo opada, što elektronika odmah očitava kao alarmni signal. Nakon ugradnje, uređaj je u neaktivnom stanju i ne radi sve dok se u zraku ne pojave tragovi ugljičnog monoksida koji prelaze dozvoljenu koncentraciju.
Solid-state senzori koriste dvoslojne vrećice kalaj dioksida i rutenijuma umjesto alkalno impregniranog komada azbesta. Pojava plina u zraku uzrokuje kvar između kontakata senzorskog uređaja i automatski aktivira alarm.
Skeneri i elektronski štitnici
Infracrveni senzori koji rade na principu skeniranja okolnog zraka. Ugrađeni infracrveni senzor percipira sjaj laserske LED diode, a okidač se aktivira na osnovu promjene intenziteta apsorpcije toplinskog zračenja plinom.
CO vrlo dobro apsorbira termalni dio spektra, pa takvi uređaji rade u režimu čuvara ili skenera. Rezultat skeniranja može se prikazati u obliku dvobojnog signala ili indikacije količine ugljičnog monoksida u zraku na digitalnoj ili linearnoj skali.
Koji je senzor bolji
Za ispravan odabir senzora ugljičnog monoksida potrebno je uzeti u obzir način rada i prirodu prostorije u kojoj će se senzorski uređaj instalirati. Na primjer, hemijski senzori, koji se smatraju zastarjelim, odlično rade u kotlarnicama i pomoćnim prostorijama. Jeftin uređaj za detekciju ugljičnog monoksida može se ugraditi u vaš dom ili radionicu. U kuhinji se mreža brzo prekriva prašinom i naslagama masti, što naglo smanjuje osjetljivost hemijskog konusa.
Čvrsti senzori ugljičnog monoksida rade podjednako dobro u svim uvjetima, ali im je za rad potreban snažan vanjski izvor napajanja. Cijena uređaja je veća od cijene hemijskih senzorskih sistema.
Infracrveni senzori su danas najčešći. Aktivno se koriste za kompletiranje sigurnosnih sistema za individualne kotlove za stambeno grijanje. Istovremeno, osjetljivost kontrolnog sistema se praktički ne mijenja tokom vremena zbog prašine ili temperature zraka. Štaviše, takvi sistemi, u pravilu, imaju ugrađene mehanizme za testiranje i kalibraciju, što vam omogućava da povremeno provjeravate njihove performanse.
Instalacija uređaja za praćenje ugljičnog monoksida
Senzore za ugljični monoksid mora instalirati i održavati isključivo kvalifikovano osoblje. Instrumenti su povremeno podložni pregledu, kalibraciji, održavanju i zamjeni.
Senzor mora biti instaliran na udaljenosti od izvora plina od 1 do 4 m; kućište ili daljinski senzori se montiraju na visini od 150 cm iznad nivoa poda i moraju biti kalibrirani prema gornjem i donjem pragu osjetljivosti.
Vijek trajanja stambenih detektora ugljičnog monoksida je 5 godina.
Zaključak
Borba protiv stvaranja ugljičnog monoksida zahtijeva brigu i odgovoran odnos prema ugrađenoj opremi. Svaki eksperiment sa senzorima, posebno poluvodičkim, naglo smanjuje osjetljivost uređaja, što u konačnici dovodi do povećanja sadržaja ugljičnog monoksida u atmosferi kuhinje i cijelog stana, polako trujući sve njegove stanovnike. Problem praćenja ugljičnog monoksida je toliko ozbiljan da je moguće da se korištenje senzora u budućnosti može učiniti obaveznim za sve kategorije individualnog grijanja.
Ugljen monoksid (ugljen monoksid, ugljen monoksid, ugljen monoksid) je bezbojni otrovni gas (u normalnim uslovima) bez ukusa i mirisa. Hemijska formula - CO. Donja i gornja granica koncentracije širenja plamena: od 12,5 do 74% (volumenski).
Struktura molekula
Molekul CO ima trostruku vezu, baš kao i molekul azota N2. Budući da su ove molekule slične strukture (izoelektronske, dvoatomske, imaju sličnu molarnu masu), slična su i njihova svojstva - vrlo niske tačke topljenja i ključanja, slične standardne entropije itd.
Zbog prisustva trostruke veze, molekula CO je vrlo jaka (energija disocijacije 1069 kJ/mol, ili 256 kcal/mol, što je veće od bilo koje druge dvoatomske molekule) i ima malu međunuklearnu udaljenost (d C≡ O = 0,1128 nm ili 1,13Å).
Molekul je slabo polarizovan, električni moment njegovog dipola je μ = 0,04·10 −29 C m. Brojne studije su pokazale da je negativni naboj u molekuli CO koncentrisan na atomu ugljika C − ←O + (smjer dipolnog momenta u molekulu je suprotan od prethodno pretpostavljenog). Potencijal jonizacije 14,0 V, konstanta sprege sile k = 18,6.
Svojstva
Ugljen (II) monoksid je gas bez boje, ukusa i mirisa. Zapaljivo Takozvani „miris ugljen monoksida“ je zapravo miris organskih nečistoća.
Glavne vrste kemijskih reakcija u koje je uključen ugljik(II) monoksid su reakcije adicije i redoks reakcije, u kojima on pokazuje redukcijska svojstva.
Na sobnoj temperaturi CO je neaktivan; njegova hemijska aktivnost se značajno povećava kada se zagreva iu rastvorima (dakle, u rastvorima redukuje soli, , i druge u metale već na sobnoj temperaturi. Kada se zagreva, smanjuje i druge metale, na primer CO + CuO → Cu + CO 2. Široko se koristi u pirometalurgiji.Reakcija CO u rastvoru sa paladijum hloridom je osnova za kvalitativnu detekciju CO, vidi dole).
Oksidacija CO u otopini često se događa značajnom brzinom samo u prisustvu katalizatora. Prilikom odabira potonjeg, glavnu ulogu igra priroda oksidacijskog sredstva. Tako KMnO 4 najbrže oksidira CO u prisustvu fino usitnjenog srebra, K 2 Cr 2 O 7 - u prisustvu soli, KClO 3 - u prisustvu OsO 4. Općenito, CO je po svojim redukcijskim svojstvima sličan molekularnom vodiku.
Ispod 830 °C jači reduktor je CO, iznad - vodonik. Dakle, ravnoteža reakcije je:
do 830 °C pomiče se udesno, iznad 830 °C ulijevo.
Zanimljivo je da postoje bakterije koje oksidacijom CO dobijaju energiju koja im je potrebna za život.
Ugljenmonoksid (II) gori plavim plamenom (reakciona temperatura 700 °C) na vazduhu:
ΔG° 298 = −257 kJ, ΔS° 298 = −86 J/KTemperatura sagorevanja CO može dostići 2100 °C, to je lančano sagorevanje, pri čemu male količine jedinjenja koja sadrže vodonik (voda, amonijak, sumporovodik itd.) služe kao inicijatori.
Zbog tako dobre kalorične vrijednosti, CO je sastavni dio raznih tehničkih mješavina plina (vidi, na primjer, generatorski plin), koji se, između ostalog, koristi za grijanje.
halogeni. Reakcija s hlorom dobila je najveću praktičnu primjenu:
Reakcija je egzotermna, toplinski efekat joj je 113 kJ, a u prisustvu katalizatora (aktivnog ugljena) odvija se na sobnoj temperaturi. Kao rezultat reakcije nastaje fosgen, supstanca koja se široko koristi u raznim granama hemije (a takođe i kao hemijsko ratno sredstvo). Sličnim reakcijama mogu se dobiti COF 2 (karbonil fluorid) i COBr 2 (karbonil bromid). Karbonil jodid nije dobijen. Egzotermnost reakcija brzo opada sa F na I (za reakcije sa F 2 toplotni efekat je 481 kJ, sa Br 2 - 4 kJ). Također je moguće dobiti mješovite derivate, na primjer COFCl (za više detalja vidi halogene derivate ugljene kiseline).
Reakcijom CO sa F 2 , osim karbonil fluorida, može se dobiti i peroksidno jedinjenje (FCO) 2 O 2 . Njegove karakteristike: tačka topljenja -42 °C, tačka ključanja +16 °C, ima karakterističan miris (slično mirisu ozona), kada se zagreje iznad 200 °C, eksplozivno se razlaže (produkti reakcije CO 2, O 2 i COF 2 ), u kiseloj sredini reaguje sa kalijum jodidom prema jednačini:
Ugljen(II) monoksid reaguje sa halkogenima. Sa sumporom stvara ugljični sulfid COS, reakcija se događa kada se zagrije, prema jednadžbi:
ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/KDobijeni su i slični ugljični selenoksid CSe i ugljični teluroksid COTe.
Vraća SO 2:
Sa prelaznim metalima stvara veoma isparljiva, zapaljiva i toksična jedinjenja - karbonile, kao što su Cr(CO) 6, Ni(CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 itd.
Ugljen (II) monoksid je slabo rastvorljiv u vodi, ali ne reaguje sa njim. Takođe ne reaguje sa rastvorima alkalija i kiselina. Međutim, on reaguje sa alkalnim topljenjem i formira odgovarajuće formate:
Zanimljiva je reakcija ugljen monoksida (II) sa metalnim kalijumom u rastvoru amonijaka. Time nastaje eksplozivno jedinjenje kalijev dioksodikarbonat:
Toksičan učinak ugljičnog monoksida (II) nastaje zbog stvaranja karboksihemoglobina - mnogo jačeg karbonilnog kompleksa sa hemoglobinom, u odnosu na kompleks hemoglobina sa kisikom (oksihemoglobin), čime se blokiraju procesi transporta kisika i ćelijskog disanja. Koncentracije u vazduhu veće od 0,1% dovode do smrti u roku od jednog sata.
Istorija otkrića
Ugljen(II) monoksid je prvi pripremio francuski hemičar Jacques de Lassonne zagrijavanjem cink oksida sa ugljem, ali je u početku zamijenjen sa vodonikom jer je gorio plavim plamenom.
Činjenicu da ovaj plin sadrži ugljik i kisik otkrio je engleski hemičar William Cruickshank. Ugljen (II) monoksid izvan Zemljine atmosfere prvi je otkrio belgijski naučnik M. Migeotte 1949. godine iz prisustva glavne vibraciono-rotacione trake u IR spektru Sunca.
Potvrda
Industrijska metoda
- Nastaje tokom sagorevanja ugljika ili jedinjenja na bazi ugljika (na primjer, benzina) u uvjetima nedostatka kisika:
- ili kod redukcije ugljičnog dioksida vrućim ugljem:
Ova reakcija se javlja tokom vatre peći kada se klapna peći zatvori prerano (prije nego što je ugalj potpuno izgorio). Nastali ugljični monoksid (II), zbog svoje toksičnosti, uzrokuje fiziološke poremećaje (“pare”), pa čak i smrt (vidi dolje), otuda i jedno od trivijalnih naziva – “ugljični monoksid”.
Reakcija redukcije ugljičnog dioksida je reverzibilna, a utjecaj temperature na ravnotežno stanje ove reakcije prikazan je na grafikonu. Tok reakcije udesno je osiguran faktorom entropije, a lijevo faktorom entalpije. Na temperaturama ispod 400 °C ravnoteža je gotovo potpuno pomjerena ulijevo, a na temperaturama iznad 1000 °C udesno (prema stvaranju CO). Na niskim temperaturama, brzina ove reakcije je vrlo niska, tako da je ugljen (II) monoksid prilično stabilan u normalnim uslovima. Ova ravnoteža ima poseban naziv Boudoir balans.
- Smjese ugljičnog monoksida (II) sa drugim supstancama se dobijaju propuštanjem zraka, vodene pare, itd. kroz sloj vrućeg koksa, uglja ili mrkog uglja, itd. (vidi generatorski plin, vodeni plin, miješani plin, sintetski plin).
Laboratorijska metoda
- Razlaganje tekuće mravlje kiseline pod dejstvom vruće koncentrisane sumporne kiseline, ili propuštanjem mravlje kiseline preko fosfornog oksida P 2 O 5. Shema reakcije:
- Zagrijavanje mješavine oksalne i koncentrirane sumporne kiseline. Reakcija se odvija prema jednadžbi:
- Zagrijavanje mješavine kalijum heksacijanoferata (II) sa koncentrovanom sumpornom kiselinom. Reakcija se odvija prema jednadžbi:
Određivanje ugljičnog monoksida (II)
Prisustvo CO može se kvalitativno utvrditi potamnjivanjem otopina paladij hlorida (ili papira natopljenog ovom otopinom). Zamračenje je povezano s oslobađanjem finog metalnog paladija prema sljedećoj shemi:
Ova reakcija je veoma osetljiva. Standardni rastvor: 1 gram paladijum hlorida na litar vode.
Kvantitativno određivanje ugljičnog monoksida (II) zasniva se na jodometrijskoj reakciji:
Aplikacija
- Ugljen (II) monoksid je međureagens koji se koristi u reakcijama sa vodonikom u kritičnim industrijskim procesima za proizvodnju organskih alkohola i direktnih ugljovodonika.
- Ugljični monoksid (II) se koristi za preradu životinjskog mesa i ribe, dajući im jarko crvenu boju i izgled svježine bez promjene okusa (en: Čisti dim ili en: Tehnologija dima bez ukusa). Dozvoljena koncentracija CO je 200 mg/kg mesa.
- Ugljenmonoksid iz izduvnih gasova motora nacisti su koristili tokom Drugog svetskog rata za masovno ubijanje ljudi trovanjem.
Ugljen (II) monoksid u Zemljinoj atmosferi
Postoje prirodni i antropogeni izvori ulaska