Le monoxyde de carbone a une structure moléculaire. Soigneusement! Du monoxyde de carbone dans la maison ! Physiologie humaine normale
Le carbone forme deux oxydes extrêmement stables (CO et CO 2), trois oxydes beaucoup moins stables (C 3 O 2, C 5 O 2 et C 12 O 9), un certain nombre d'oxydes instables ou mal étudiés (C 2 O, C 2 O 3 etc.) et de l'oxyde de graphite non stœchiométrique. Parmi les oxydes répertoriés, le CO et le CO 2 jouent un rôle particulier.
DÉFINITION
Monoxyde de carbone Dans des conditions normales, un gaz inflammable est incolore et inodore.
Il est assez toxique en raison de sa capacité à former un complexe avec l’hémoglobine, qui est environ 300 fois plus stable que le complexe oxygène-hémoglobine.
DÉFINITION
Gaz carbonique dans des conditions normales, il s'agit d'un gaz incolore, environ 1,5 fois plus lourd que l'air, grâce auquel il peut être versé comme un liquide d'un récipient à un autre.
La masse de 1 litre de CO 2 dans des conditions normales est de 1,98 g. La solubilité du dioxyde de carbone dans l'eau est faible : 1 volume d'eau à 20 ° C dissout 0,88 volume de CO 2 et à 0 ° C - 1,7 volume.
L'oxydation directe du carbone avec un manque d'oxygène ou d'air conduit à la formation de CO ; avec une quantité suffisante, du CO 2 se forme. Certaines propriétés de ces oxydes sont présentées dans le tableau. 1.
Tableau 1. Propriétés physiques des oxydes de carbone.
Production de monoxyde de carbone
Le CO pur peut être obtenu en laboratoire en déshydratant l'acide formique (HCOOH) avec de l'acide sulfurique concentré à ~140 °C :
HCOOH = CO + H2O.
En petites quantités, le dioxyde de carbone peut être facilement obtenu par l'action des acides sur les carbonates :
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.
À l'échelle industrielle, le CO 2 est produit principalement comme sous-produit du processus de synthèse de l'ammoniac :
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 ;
CO + H 2 O = CO 2 + H 2.
De grandes quantités de dioxyde de carbone sont produites par la combustion du calcaire :
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Propriétés chimiques du monoxyde de carbone
Le monoxyde de carbone est chimiquement réactif à haute température. Il s’avère être un puissant agent réducteur. Réagit avec l'oxygène, le chlore, le soufre, l'ammoniac, les alcalis et les métaux.
CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120 - 130 °C, p) ;
CO + H 2 = CH 4 + H 2 O (t = 150 - 200 o C, cat. Ni) ;
CO + 2H 2 = CH 3 OH (t = 250 - 300 o C, cat. CuO/Cr 2 O 3) ;
2CO + O 2 = 2CO 2 (cat. MnO 2 /CuO) ;
CO + Cl 2 = CCl 2 O(t = 125 - 150 o C, kat. C);
4CO + Ni = (t = 50 - 100 oC) ;
5CO + Fe = (t = 100 - 200 oC, p).
Le dioxyde de carbone présente des propriétés acides : il réagit avec les alcalis et l'hydrate d'ammoniac. Réduit par les métaux actifs, l'hydrogène, le carbone.
CO 2 + NaOH dilué = NaHCO 3 ;
CO 2 + 2NaOH concentré = 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, cat. Cu 2 O) ;
CO 2 + C = 2CO (t > 1 000 °C) ;
CO2 + 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.
Applications du monoxyde de carbone
Le monoxyde de carbone est largement utilisé comme combustible sous forme de gaz générateur ou de gaz d'eau et se forme également lorsque de nombreux métaux sont séparés de leurs oxydes par réduction avec du charbon. Le gaz producteur est produit en faisant passer de l’air à travers du charbon chaud. Il contient environ 25 % de CO, 4 % de CO2 et 70 % de N2 avec des traces de H2 et CH4 62.
L’utilisation du dioxyde de carbone est le plus souvent due à ses propriétés physiques. Il est utilisé comme agent de refroidissement, pour gazéifier les boissons, dans la production de plastiques légers (en mousse), et également comme gaz pour créer une atmosphère inerte.
Exemples de résolution de problèmes
EXEMPLE 1
EXEMPLE 2
| Exercice | Déterminez combien de fois le monoxyde de carbone (IV)CO 2 est plus lourd que l'air. |
| Solution | Le rapport de la masse d'un gaz donné à la masse d'un autre gaz pris dans le même volume, à la même température et à la même pression est appelé densité relative du premier gaz par rapport au second. Cette valeur indique combien de fois le premier gaz est plus lourd ou plus léger que le deuxième gaz. Le poids moléculaire relatif de l'air est estimé à 29 (en tenant compte de la teneur en azote, oxygène et autres gaz de l'air). Il est à noter que la notion de « masse moléculaire relative de l'air » est utilisée de manière conditionnelle, puisque l'air est un mélange de gaz. D air (CO 2) = M r (CO 2) / M r (air) ; Dair (CO2) = 44/29 = 1,517. M r (CO 2) = A r (C) + 2×A r (O) = 12 + 2× 16 = 12 + 32 = 44. |
| Répondre | Le monoxyde de carbone (IV)CO 2 est 1,517 fois plus lourd que l'air. |
A une triple liaison. Étant donné que ces molécules ont une structure similaire, leurs propriétés sont également similaires - points de fusion et d'ébullition très bas, valeurs proches des entropies standard, etc.
Dans le cadre de la méthode des liaisons de valence, la structure de la molécule de CO peut être décrite par la formule : C≡O :, et la troisième liaison est formée selon le mécanisme donneur-accepteur, où le carbone est le donneur de la paire d'électrons , et l'oxygène est l'accepteur.
Selon la méthode des orbitales moléculaires, la configuration électronique d'une molécule de CO non excitée est σ 2 O σ 2 z π 4 x, y σ 2 C. Triple liaison formée σ -connexion formée en raison de σ z paire d'électrons, et les électrons sont au niveau doublement dégénéré π x, y correspondent à deux σ - Connexions. Les électrons dans les orbitales non liées σ C et σ O correspondent à deux paires d'électrons, dont l'une est localisée au niveau de l'atome, l'autre au niveau de l'atome.
En raison de la présence d'une triple liaison, la molécule de CO est très forte (énergie de dissociation 1069 kJ/mol, soit 256 kcal/mol, ce qui est supérieur à celle de toute autre molécule diatomique) et a une faible distance internucléaire (d C≡ O = 0,1128 nm ou 1,13Å).
La molécule est faiblement polarisée, le moment électrique de son dipôle μ = 0,04·10 -29 C m (direction du moment dipolaire C - →O +). Potentiel d'ionisation 14,0 V, constante de couplage de force k = 18,6.
Histoire de la découverte
Le monoxyde de carbone a été produit pour la première fois par le chimiste français Jacques de Lassonne en chauffant de l'oxyde de zinc avec du charbon, mais il a été initialement confondu avec de l'hydrogène car il brûlait avec une flamme bleue. Le fait que ce gaz contienne du carbone et de l'oxygène a été découvert par le chimiste anglais William Cruickshank. Le monoxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre a été découvert pour la première fois par le scientifique belge M. Migeotte en 1949 grâce à la présence d'une bande vibrationnelle-rotationnelle principale dans le spectre IR du Soleil.
Monoxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre
Il existe des sources d’entrée naturelles et anthropiques. Dans des conditions naturelles, à la surface de la Terre, le CO se forme lors de la décomposition anaérobie incomplète des composés organiques et lors de la combustion de la biomasse, principalement lors des incendies de forêts et de steppes. Le monoxyde de carbone se forme dans le sol de manière biologique (libéré par les organismes vivants) et non biologique. Le dégagement de monoxyde de carbone dû aux composés phénoliques courants dans les sols, contenant des groupes OCH 3 ou OH en positions ortho ou para par rapport au premier groupe hydroxyle, a été prouvé expérimentalement.
L'équilibre global entre la production de CO non biologique et son oxydation par des micro-organismes dépend de conditions environnementales spécifiques, principalement de la finalité. Par exemple, le monoxyde de carbone est rejeté directement dans l’atmosphère par les sols arides, créant ainsi des concentrations maximales locales de ce gaz.
Dans l'atmosphère, le CO est le produit de chaînes de réactions impliquant le méthane et d'autres hydrocarbures (principalement l'isoprène).
La principale source anthropique de CO est actuellement les gaz d’échappement des moteurs à combustion interne. Le monoxyde de carbone se forme lorsque des hydrocarbures sont brûlés dans des moteurs à combustion interne à des températures insuffisantes ou avec de mauvais réglages d'alimentation en air (pas assez d'oxygène pour oxyder le CO en CO 2). Dans le passé, une part importante de l’apport anthropique de CO dans l’atmosphère était assurée par les gaz d’éclairage utilisés pour l’éclairage intérieur. Sa composition correspondait à peu près, c'est-à-dire qu'elle contenait jusqu'à 45 % de monoxyde de carbone. Actuellement, dans le secteur des services publics, ce gaz est remplacé par du gaz naturel beaucoup moins toxique (représentants inférieurs de la série homologue - propane, etc.)
Les apports de CO provenant de sources naturelles et anthropiques sont à peu près les mêmes.
Le monoxyde de carbone dans l'atmosphère circule rapidement : son temps de séjour moyen est d'environ 0,1 an, étant oxydé par l'hydroxyle en dioxyde de carbone.
Reçu
Méthode industrielle
2C + O 2 → 2CO (l'effet thermique de cette réaction est de 22 kJ),
2. ou lors d'une restauration au charbon chaud :
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
Cette réaction se produit souvent lors d'un feu de poêle lorsque le registre du poêle est fermé trop tôt (avant que les charbons ne soient complètement brûlés). Le monoxyde de carbone formé dans ce cas, en raison de sa toxicité, provoque des troubles physiologiques (« fumées ») et même la mort (voir ci-dessous), d'où l'un des noms triviaux - « monoxyde de carbone ». Une image des réactions se produisant dans le four est présentée dans le diagramme.
La réaction de réduction du dioxyde de carbone est réversible ; l'effet de la température sur l'état d'équilibre de cette réaction est illustré dans le graphique. Le déroulement d'une réaction vers la droite est assuré par le facteur entropie, et vers la gauche par le facteur enthalpie. À des températures inférieures à 400°C, l'équilibre est presque complètement déplacé vers la gauche, et à des températures supérieures à 1000°C vers la droite (vers la formation de CO). À basse température, la vitesse de cette réaction est très faible, le monoxyde de carbone est donc assez stable dans des conditions normales. Cet équilibre porte un nom spécial Équilibre boudoir.
3. Les mélanges de monoxyde de carbone avec d'autres substances sont obtenus en faisant passer de l'air, de la vapeur d'eau, etc. à travers une couche de coke chaud, de charbon ou de lignite, etc. (voir,).
Méthode de laboratoire
Effet physiologique, toxicité
Le monoxyde de carbone est très dangereux car il ne provoque pas et même... Les signes d'intoxication comprennent des maux de tête, des étourdissements et une perte de conscience. L'effet toxique du monoxyde de carbone repose sur le fait qu'il se lie au sang plus fortement que l'oxygène (cela forme de la carboxyhémoglobine), bloquant ainsi les processus de transport de l'oxygène et de respiration cellulaire. Le monoxyde de carbone dans l'air des entreprises industrielles est de 0,02 mg/l.
TLV (concentration limite limite, USA) : 25 ppm ; 29 mg/m 3 (en moyenne TWA - États-Unis) (ACGIH 1994-1995). MAC (concentration maximale admissible, États-Unis) : 30 ppm ; 33 mg/m3 ; Grossesse : B (effet nocif probable même au niveau de MAK) (1993)
Protection contre le monoxyde de carbone
Propriétés
Le monoxyde de carbone est un gaz incolore, insipide et inodore. La soi-disant « odeur de monoxyde de carbone » est en fait l’odeur d’impuretés organiques.
| Masse moléculaire | 28,01 |
| Température de fusion | −205°C |
| Température d'ébullition | −191,5°C |
| Solubilité | Extrêmement légèrement soluble dans (2,3 ml de CO/100 ml de H 2 O à 20°C) |
| Densité ρ | 0,00125 g/cm 3 (à 0°C) |
| Enthalpie standard de formation ΔH | −110,52 kJ/mol (g) (à 298 K) |
| Énergie de formation de Gibbs standard ΔG | −137,14 kJ/mol (g) (à 298 K) |
| Entropie standard de la formation S | 197,54 J/mol K (g) (à 298 K) |
| Molaire standard Cp | 29,11 J/mol K (g) (à 298 K) |
| Enthalpie de fusion ΔH pl | 0,838 kJ/mole |
| Enthalpie d'ébullition ΔH ébullition | 6,04 kJ/mole |
| t critique | −140,23 °C |
| P critique | 3,499 MPa |
| ρ critique | 0,301 g/cm3 |
Les principaux types de réactions chimiques auxquelles participe le monoxyde de carbone sont les réactions d'addition et dans lesquelles il présente des propriétés réductrices.
À température ambiante, le CO est inactif, son activité chimique augmente considérablement lorsqu'il est chauffé et dans des solutions (par exemple, dans les solutions, il réduit les sels et autres en métaux déjà à température ambiante. Lorsqu'il est chauffé, il réduit également d'autres métaux, par exemple CO + CuO → Cu + CO 2 Il est largement utilisé en pyrométallurgie (la réaction du CO en solution avec le chlorure de palladium est à la base de la détection qualitative du CO, voir ci-dessous).
L'oxydation du CO en solution se produit souvent à un rythme notable uniquement en présence d'un catalyseur. Lors du choix de ce dernier, le rôle principal est joué par la nature de l'agent oxydant. Ainsi, le CO s'oxyde le plus rapidement en présence d'argent finement broyé, - en présence de sels, - en présence d'OsO 4. En général, le CO a des propriétés réductrices similaires à celles de l’hydrogène moléculaire.
En dessous de 830°C, l’agent réducteur le plus puissant est le CO, au-dessus c’est l’hydrogène. L’équilibre de la réaction est donc :
H 2 O + CO ↔ CO 2 + H 2 + 42 kJ
jusqu'à 830°C est décalé vers la droite, au-dessus de 830°C vers la gauche.
Il est intéressant de noter qu’il existe des bactéries qui, grâce à l’oxydation du CO, obtiennent l’énergie dont elles ont besoin pour vivre.
Le monoxyde de carbone brûle avec une flamme bleue (température de réaction 700°C) dans l'air :
CO + 1 / 2 O 2 → 2CO 2 ΔG° 298 = −257 kJ, ΔS° 298 = −86 J/K
La température de combustion du CO peut atteindre 2 100°C ; il s'agit d'une combustion en chaîne, avec de petites quantités de composés hydrogénés (eau, etc.) servant d'initiateurs.
En raison de son bon pouvoir calorifique, le CO entre dans la composition de divers mélanges de gaz techniques (voir par exemple), utilisés entre autres pour le chauffage.
Le monoxyde de carbone réagit avec . La réaction ayant la plus grande application pratique est
Monoxyde de carbone– Le CO (monoxyde de carbone) est un poison mortel et insidieux qui se lie bien plus fort que l’oxygène, source de vie. C'est un gaz incolore et toxique (dans des conditions normales) sans goût ni odeur. Formule chimique – CO. La mort survient lorsque le monoxyde de carbone se combine à 80 % de l'hémoglobine. Le monoxyde de carbone est contenu (jusqu'à 12 %) dans les gaz d'échappement des voitures.
Les principaux types de réactions chimiques dans lesquelles le monoxyde de carbone est impliqué sont les réactions d'addition et les réactions redox, dans lesquelles il présente des propriétés réductrices.
À température ambiante, le monoxyde de carbone est inactif ; son activité chimique augmente considérablement lorsqu'il est chauffé et en solution. Ainsi, dans les solutions, il réduit les sels d'Au, Pt, Pd et autres en métaux déjà à température ambiante. Lorsqu'il est chauffé, il réduit également d'autres métaux, par exemple CO + CuO = Cu + CO 2. Il est largement utilisé en pyrométallurgie. La méthode de détection qualitative du monoxyde de carbone est basée sur la réaction du CO en solution avec le chlorure de palladium.
Il est intéressant de noter qu’il existe des animaux capables d’obtenir l’énergie dont ils ont besoin pour vivre grâce à l’oxydation du CO.
Comme nous l’avons déjà mentionné, le monoxyde de carbone est très dangereux. Signes d'intoxication : maux de tête et vertiges ; il y a des acouphènes, un essoufflement, des palpitations, des scintillements devant les yeux, une rougeur du visage, une faiblesse générale, des nausées et parfois des vomissements ; dans les cas graves, convulsions, perte de conscience, coma.
Il y a eu des cas où certains conducteurs imprudents ont passé la nuit en hiver dans une voiture garée dans un garage dont les portes étaient fermées. Pour dormir au chaud, ils ont allumé le moteur et il a tourné au ralenti. En règle générale, le monoxyde de carbone s'accumulait dans le garage et ces personnes imprudentes mouraient. L’auteur d’un livre a noté à juste titre que « démarrer le moteur dans un petit garage avec la porte fermée est un suicide ».
L'effet toxique du CO est dû à la formation de carboxyhémoglobine - un complexe carbonyle beaucoup plus puissant avec l'hémoglobine que le complexe de l'hémoglobine avec l'oxygène. Ainsi, les processus de transport de l'oxygène et de respiration cellulaire sont bloqués. Des concentrations dans l'air supérieures à 0,1 % entraînent la mort en une heure.
La combinaison du monoxyde de carbone avec l'hémoglobine est réversible. La victime doit être emmenée à l'air frais. En cas d'intoxication légère, une hyperventilation des poumons avec de l'oxygène est suffisante.
Il existe des sources naturelles et anthropiques de monoxyde de carbone qui pénètrent dans l'atmosphère terrestre. Les apports de CO provenant de sources naturelles et anthropiques sont à peu près les mêmes. Dans des conditions naturelles, à la surface de la Terre, le monoxyde de carbone se forme lors de la décomposition anaérobie incomplète des composés organiques et lors de la combustion de la biomasse, principalement lors des incendies de forêts et de steppes.
La principale source anthropique de CO est actuellement les gaz d’échappement des moteurs à combustion interne.
Tous ceux qui ont dû faire face au fonctionnement de systèmes de chauffage - poêles, chaudières, chaudières, chauffe-eau, conçus pour le combustible domestique sous quelque forme que ce soit - savent à quel point le monoxyde de carbone est dangereux pour l'homme. Il est assez difficile de le neutraliser à l'état gazeux, il n'existe pas de méthodes domestiques efficaces pour lutter contre le monoxyde de carbone, c'est pourquoi la plupart des mesures de protection visent à prévenir et à détecter en temps opportun le monoxyde de carbone dans l'air.
Propriétés d'une substance toxique
Il n’y a rien d’inhabituel dans la nature et les propriétés du monoxyde de carbone. Il s’agit essentiellement d’un produit de l’oxydation partielle du charbon ou des combustibles contenant du charbon. La formule du monoxyde de carbone est simple et directe : le CO, en termes chimiques, le monoxyde de carbone. Un atome de carbone est connecté à un atome d'oxygène. La nature des processus de combustion des combustibles organiques est telle que le monoxyde de carbone fait partie intégrante de toute flamme.
Lorsqu'ils sont chauffés dans la chambre de combustion, le charbon, les combustibles associés, la tourbe et le bois de chauffage sont gazéifiés en monoxyde de carbone et sont ensuite brûlés avec un afflux d'air. Si du dioxyde de carbone s'est échappé de la chambre de combustion dans la pièce, il restera dans un état stable jusqu'au moment où le flux de carbone sera évacué de la pièce par ventilation ou s'accumulera, remplissant tout l'espace, du sol au plafond. Dans ce dernier cas, seul un capteur électronique de monoxyde de carbone peut sauver la situation, réagissant à la moindre augmentation de la concentration de fumées toxiques dans l'atmosphère de la pièce.
Ce qu’il faut savoir sur le monoxyde de carbone :
- Dans des conditions standard, la densité du monoxyde de carbone est de 1,25 kg/m3, ce qui est très proche de la densité de l'air de 1,25 kg/m3. Le monoxyde chaud et même tiède monte facilement jusqu'au plafond et, en refroidissant, il se dépose et se mélange à l'air ;
- Le monoxyde de carbone est insipide, incolore et inodore, même à des concentrations élevées ;
- Pour déclencher la formation de monoxyde de carbone, il suffit de chauffer le métal en contact avec le carbone à une température de 400-500°C ;
- Le gaz est capable de brûler dans l’air, libérant une grande quantité de chaleur, environ 111 kJ/mol.
Non seulement l'inhalation de monoxyde de carbone est dangereuse, mais le mélange gaz-air peut exploser lorsque la concentration volumique atteint de 12,5 % à 74 %. En ce sens, le mélange gazeux est similaire au méthane domestique, mais beaucoup plus dangereux que le gaz de réseau.
Le méthane est plus léger que l'air et moins toxique lorsqu'il est inhalé ; de plus, grâce à l'ajout d'un additif spécial - le mercaptan - au flux de gaz, sa présence dans la pièce peut être facilement détectée par l'odorat. Si la cuisine est légèrement gazée, vous pouvez entrer dans la pièce et l'aérer sans aucune conséquence sur la santé.
Avec le monoxyde de carbone, tout est plus compliqué. La relation étroite entre le CO et l’air empêche l’élimination efficace du nuage de gaz toxique. En refroidissant, le nuage de gaz se déposera progressivement dans la surface du sol. Si un détecteur de monoxyde de carbone se déclenche ou si une fuite de produits de combustion est détectée d'un poêle ou d'une chaudière à combustible solide, il est nécessaire de prendre immédiatement des mesures de ventilation, sinon les enfants et les animaux domestiques seront les premiers à en souffrir.
Cette propriété d'un nuage de monoxyde de carbone était auparavant largement utilisée pour lutter contre les rongeurs et les cafards, mais l'efficacité d'une attaque au gaz est nettement inférieure à celle des moyens modernes et le risque d'empoisonnement est disproportionné.
Pour votre information! Un nuage de gaz CO, en l’absence de ventilation, peut conserver ses propriétés inchangées pendant longtemps.
En cas de suspicion d'accumulation de monoxyde de carbone dans les sous-sols, les buanderies, les chaufferies, les caves, la première étape consiste à assurer une ventilation maximale avec un taux d'échange de gaz de 3 à 4 unités par heure.
Conditions d'apparition des fumées dans la pièce
Le monoxyde de carbone peut être produit à l'aide de dizaines de réactions chimiques, mais cela nécessite des réactifs et des conditions spécifiques pour leur interaction. Le risque d'intoxication au gaz de cette manière est pratiquement nul. Les principales raisons de l'apparition de monoxyde de carbone dans une chaufferie ou un coin cuisine restent deux facteurs :
- Mauvais tirage et écoulement partiel des produits de combustion de la source de combustion vers le coin cuisine ;
- Mauvais fonctionnement des chaudières, des équipements de gaz et de fournaise ;
- Incendies et incendies locaux de plastique, de câblage, de revêtements et de matériaux polymères ;
- Gaz résiduaires provenant des conduites d’égout.
La source de monoxyde de carbone peut être la combustion secondaire de cendres, les dépôts de suie libres dans les cheminées, la suie et la résine incrustées dans la maçonnerie des manteaux de cheminée et les extincteurs de suie.
Le plus souvent, la source de gaz CO est constituée de charbons incandescents qui brûlent dans la chambre de combustion lorsque la vanne est fermée. Lors de la décomposition thermique du bois de chauffage en l'absence d'air, une grande quantité de gaz est libérée ; environ la moitié du nuage de gaz est occupée par du monoxyde de carbone. Par conséquent, toute expérience de fumage de viande et de poisson en utilisant la brume obtenue à partir de copeaux fumants doit être effectuée uniquement à l'air libre.
Une petite quantité de monoxyde de carbone peut également apparaître lors de la cuisson. Par exemple, quiconque a rencontré l'installation de chaudières à gaz avec un foyer fermé dans la cuisine sait comment les capteurs de monoxyde de carbone réagissent aux pommes de terre frites ou à tout aliment cuit dans de l'huile bouillante.
Le caractère insidieux du monoxyde de carbone
Le principal danger du monoxyde de carbone est qu'il est impossible de détecter et de ressentir sa présence dans l'atmosphère d'une pièce jusqu'à ce que le gaz pénètre dans le système respiratoire avec l'air et se dissolve dans le sang.
Les conséquences de l'inhalation de CO dépendent de la concentration du gaz dans l'air et de la durée de séjour dans la pièce :
- Les maux de tête, les malaises et le développement d'un état de somnolence commencent lorsque la teneur volumétrique en gaz dans l'air est de 0,009 à 0,011 %. Une personne physiquement en bonne santé peut supporter jusqu'à trois heures d'exposition à une atmosphère polluée ;
- Des nausées, des douleurs musculaires sévères, des convulsions, des évanouissements et une perte d'orientation peuvent se développer à une concentration de 0,065 à 0,07 %. Le temps passé dans la pièce jusqu'à l'apparition des conséquences inévitables n'est que de 1,5 à 2 heures ;
- Lorsque la concentration de monoxyde de carbone est supérieure à 0,5 %, même quelques secondes de séjour dans un espace pollué par les gaz signifient la mort.
Même si une personne sort seule en toute sécurité d'une pièce avec une concentration élevée de monoxyde de carbone, elle aura toujours besoin de soins médicaux et de l'utilisation d'antidotes, car les conséquences d'un empoisonnement du système circulatoire et d'une altération de la circulation sanguine dans le cerveau seront toujours apparaissent, seulement un peu plus tard.
Les molécules de monoxyde de carbone sont bien absorbées par l'eau et les solutions salines. Par conséquent, des serviettes et des serviettes ordinaires humidifiées avec de l'eau disponible sont souvent utilisées comme premier moyen de protection disponible. Cela vous permet d’empêcher le monoxyde de carbone de pénétrer dans votre corps pendant quelques minutes jusqu’à ce que vous puissiez quitter la pièce.
Cette propriété du monoxyde de carbone est souvent abusée par certains propriétaires d'équipements de chauffage dotés de capteurs de CO intégrés. Lorsqu'un capteur sensible se déclenche, au lieu d'aérer la pièce, l'appareil est souvent simplement recouvert d'une serviette humide. En conséquence, après une douzaine de manipulations de ce type, le capteur de monoxyde de carbone tombe en panne et le risque d'empoisonnement augmente d'un ordre de grandeur.
Systèmes techniques de détection de monoxyde de carbone
En fait, il n'existe aujourd'hui qu'un seul moyen de lutter efficacement contre le monoxyde de carbone : utiliser des dispositifs électroniques spéciaux et des capteurs qui enregistrent les concentrations excessives de CO dans la pièce. Vous pouvez bien sûr faire quelque chose de plus simple, par exemple installer une ventilation puissante, comme le font ceux qui aiment se détendre près d'une vraie cheminée en brique. Mais dans une telle solution, il existe un certain risque d'intoxication au monoxyde de carbone lors du changement de direction du tirage dans le tuyau, et de plus, vivre sous un fort tirage n'est pas non plus très bon pour la santé.
Dispositif capteur de monoxyde de carbone
Le problème du contrôle de la teneur en monoxyde de carbone dans l'atmosphère des pièces d'habitation et des locaux techniques est aujourd'hui aussi urgent que la présence d'une alarme incendie ou de sécurité.
Dans les magasins spécialisés d'équipements de chauffage et de gaz, vous pouvez acheter plusieurs options de dispositifs de surveillance de la teneur en gaz :
- Alarmes chimiques ;
- Scanners infrarouges;
- Capteurs à semi-conducteurs.
Le capteur sensible de l'appareil est généralement équipé d'une carte électronique qui assure l'alimentation, l'étalonnage et la conversion du signal en une forme d'indication compréhensible. Il peut s'agir simplement de LED vertes et rouges sur un panneau, d'une sirène sonore, d'une information numérique pour émettre un signal vers un réseau informatique ou d'une impulsion de commande pour une vanne automatique qui coupe l'alimentation en gaz domestique de la chaudière.
Il est clair que l'utilisation de capteurs avec vanne d'arrêt contrôlée est une mesure nécessaire, mais souvent les fabricants d'équipements de chauffage intègrent délibérément une « infaillibilité » pour éviter toutes sortes de manipulations avec la sécurité des équipements à gaz.
Instruments de contrôle chimique et solide
La version la moins chère et la plus accessible du capteur avec indicateur chimique se présente sous la forme d'un flacon maillé, facilement perméable à l'air. À l'intérieur du ballon se trouvent deux électrodes séparées par une cloison poreuse imprégnée d'une solution alcaline. L'apparition de monoxyde de carbone entraîne la carbonisation de l'électrolyte, la conductivité du capteur chute fortement, ce qui est immédiatement lu par l'électronique comme un signal d'alarme. Après l'installation, l'appareil est dans un état inactif et ne fonctionne que lorsqu'il y a des traces de monoxyde de carbone dans l'air qui dépassent la concentration admissible.
Les capteurs à semi-conducteurs utilisent des sacs à deux couches de dioxyde d'étain et de ruthénium au lieu d'un morceau d'amiante imprégné d'alcali. L'apparition de gaz dans l'air provoque une rupture entre les contacts du dispositif capteur et déclenche automatiquement une alarme.
Scanners et protections électroniques
Capteurs infrarouges fonctionnant sur le principe du balayage de l’air ambiant. Le capteur infrarouge intégré perçoit la lueur de la LED laser et un dispositif de déclenchement est activé en fonction d'un changement dans l'intensité d'absorption du rayonnement thermique par le gaz.
Le CO absorbe très bien la partie thermique du spectre, de tels appareils fonctionnent donc en mode veilleur ou scanner. Le résultat de l'analyse peut être affiché sous la forme d'un signal bicolore ou d'une indication de la quantité de monoxyde de carbone dans l'air sur une échelle numérique ou linéaire.
Quel capteur est le meilleur
Pour sélectionner correctement un capteur de monoxyde de carbone, il est nécessaire de prendre en compte le mode de fonctionnement et la nature de la pièce dans laquelle le dispositif capteur doit être installé. Par exemple, les capteurs chimiques, considérés comme obsolètes, fonctionnent très bien dans les chaufferies et les locaux techniques. Un appareil de détection de monoxyde de carbone peu coûteux peut être installé dans votre maison ou votre atelier. En cuisine, le grillage se recouvre rapidement de dépôts de poussière et de graisse, ce qui réduit fortement la sensibilité du cône chimique.
Les capteurs de monoxyde de carbone à semi-conducteurs fonctionnent aussi bien dans toutes les conditions, mais ils nécessitent une puissante source d'alimentation externe pour fonctionner. Le coût de l'appareil est supérieur au prix des systèmes de capteurs chimiques.
Les capteurs infrarouges sont les plus courants aujourd'hui. Ils sont activement utilisés pour compléter les systèmes de sécurité des chaudières résidentielles individuelles. Dans le même temps, la sensibilité du système de contrôle ne change pratiquement pas dans le temps en raison de la poussière ou de la température de l'air. De plus, ces systèmes disposent généralement de mécanismes de test et d'étalonnage intégrés, ce qui vous permet de vérifier périodiquement leurs performances.
Installation de dispositifs de surveillance du monoxyde de carbone
Les capteurs de monoxyde de carbone doivent être installés et entretenus exclusivement par du personnel qualifié. Périodiquement, les instruments sont soumis à une inspection, un étalonnage, un entretien et un remplacement.
Le capteur doit être installé à une distance de la source de gaz de 1 à 4 m ; le boîtier ou les capteurs déportés sont montés à une hauteur de 150 cm au-dessus du niveau du sol et doivent être calibrés en fonction des seuils de sensibilité supérieur et inférieur.
La durée de vie des détecteurs de monoxyde de carbone résidentiels est de 5 ans.
Conclusion
La lutte contre la formation de monoxyde de carbone nécessite du soin et une attitude responsable envers les équipements installés. Toute expérimentation avec des capteurs, notamment semi-conducteurs, réduit fortement la sensibilité de l'appareil, ce qui conduit finalement à une augmentation de la teneur en monoxyde de carbone dans l'atmosphère de la cuisine et de tout l'appartement, empoisonnant lentement tous ses habitants. Le problème de la surveillance du monoxyde de carbone est si grave qu'il est possible qu'à l'avenir l'utilisation de capteurs soit rendue obligatoire pour toutes les catégories de chauffage individuel.
Monoxyde de carbone (monoxyde de carbone, monoxyde de carbone, monoxyde de carbone) est un gaz toxique incolore (dans des conditions normales) sans goût ni odeur. Formule chimique - CO. Limites inférieures et supérieures de concentration de propagation de la flamme : de 12,5 à 74 % (en volume).
Structure moléculaire
La molécule CO possède une triple liaison, tout comme la molécule d'azote N2. Étant donné que ces molécules sont de structure similaire (isoélectroniques, diatomiques, ont une masse molaire similaire), leurs propriétés sont également similaires - points de fusion et d'ébullition très bas, entropies standard similaires, etc.
En raison de la présence d'une triple liaison, la molécule de CO est très forte (énergie de dissociation 1069 kJ/mol, soit 256 kcal/mol, ce qui est supérieur à celle de toute autre molécule diatomique) et a une faible distance internucléaire (d C≡ O = 0,1128 nm ou 1,13Å).
La molécule est faiblement polarisée, le moment électrique de son dipôle est μ = 0,04·10 −29 C m. De nombreuses études ont montré que la charge négative dans la molécule de CO est concentrée sur l'atome de carbone C − ←O + (la direction du moment dipolaire dans la molécule est opposée à celle supposée précédemment). Potentiel d'ionisation 14,0 V, constante de couplage de force k = 18,6.
Propriétés
Le monoxyde de carbone (II) est un gaz incolore, insipide et inodore. Inflammable La soi-disant « odeur de monoxyde de carbone » est en fait l’odeur d’impuretés organiques.
Les principaux types de réactions chimiques dans lesquelles le monoxyde de carbone (II) est impliqué sont les réactions d'addition et les réactions redox, dans lesquelles il présente des propriétés réductrices.
À température ambiante, le CO est inactif ; son activité chimique augmente considérablement lorsqu'il est chauffé et dans les solutions (ainsi, dans les solutions, il réduit les sels, et d'autres en métaux déjà à température ambiante. Lorsqu'il est chauffé, il réduit également d'autres métaux, par exemple CO + CuO → Cu + CO 2. Il est largement utilisé en pyrométallurgie. La réaction du CO en solution avec le chlorure de palladium est à la base de la détection qualitative du CO, voir ci-dessous).
L'oxydation du CO en solution se produit souvent à un rythme notable uniquement en présence d'un catalyseur. Lors du choix de ce dernier, le rôle principal est joué par la nature de l'agent oxydant. Ainsi, KMnO 4 oxyde le CO le plus rapidement en présence d'argent finement broyé, K 2 Cr 2 O 7 - en présence de sels, KClO 3 - en présence d'OsO 4. En général, le CO a des propriétés réductrices similaires à celles de l’hydrogène moléculaire.
En dessous de 830 °C, l'agent réducteur le plus puissant est le CO, au-dessus, l'hydrogène. L’équilibre de la réaction est donc :
jusqu'à 830 °C est décalée vers la droite, au-dessus de 830 °C vers la gauche.
Il est intéressant de noter qu’il existe des bactéries qui, grâce à l’oxydation du CO, obtiennent l’énergie dont elles ont besoin pour vivre.
Le monoxyde de carbone (II) brûle avec une flamme bleue (température de réaction 700 °C) dans l'air :
ΔG° 298 = −257 kJ, ΔS° 298 = −86 J/KLa température de combustion du CO peut atteindre 2 100 °C ; il s’agit d’une combustion en chaîne, avec de petites quantités de composés contenant de l’hydrogène (eau, ammoniac, sulfure d’hydrogène, etc.) servant d’initiateurs.
En raison de son bon pouvoir calorifique, le CO entre dans la composition de divers mélanges de gaz techniques (voir par exemple le gaz de générateur), utilisés entre autres pour le chauffage.
halogènes. La réaction avec le chlore a reçu la plus grande application pratique :
La réaction est exothermique, son effet thermique est de 113 kJ et en présence d'un catalyseur (charbon actif) elle se produit à température ambiante. À la suite de la réaction, il se forme du phosgène, une substance largement utilisée dans diverses branches de la chimie (et également comme agent de guerre chimique). Par des réactions similaires, COF 2 (fluorure de carbonyle) et COBr 2 (bromure de carbonyle) peuvent être obtenus. L'iodure de carbonyle n'a pas été obtenu. L'exothermicité des réactions diminue rapidement de F à I (pour les réactions avec F 2 l'effet thermique est de 481 kJ, avec Br 2 - 4 kJ). Il est également possible d'obtenir des dérivés mixtes, par exemple COFCl (pour plus de détails, voir dérivés halogénés de l'acide carbonique).
En faisant réagir du CO avec F 2 , en plus du fluorure de carbonyle, on peut obtenir un composé peroxyde (FCO) 2 O 2 . Ses caractéristiques : point de fusion −42 °C, point d'ébullition +16 °C, a une odeur caractéristique (semblable à l'odeur de l'ozone), lorsqu'il est chauffé au-dessus de 200 °C, se décompose de manière explosive (produits de réaction CO 2, O 2 et COF 2 ), en milieu acide réagit avec l'iodure de potassium selon l'équation :
Le monoxyde de carbone (II) réagit avec les chalcogènes. Avec le soufre, il forme du sulfure de carbone COS, la réaction se produit lorsqu'il est chauffé, selon l'équation :
ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/KDu sélénoxyde de carbone COSe et du telluroxyde de carbone COTe similaires ont également été obtenus.
Restaure SO 2 :
Avec les métaux de transition, il forme des composés très volatils, inflammables et toxiques - Carbonyles, tels que Cr(CO) 6, Ni(CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9, etc.
Le monoxyde de carbone (II) est légèrement soluble dans l'eau, mais ne réagit pas avec elle. Il ne réagit pas non plus avec les solutions d'alcalis et d'acides. Cependant, il réagit avec les produits alcalins fondus pour former les formiates correspondants :
La réaction du monoxyde de carbone (II) avec le potassium métallique dans une solution d'ammoniaque est intéressante. Cela produit le composé explosif dioxodicarbonate de potassium :
L'effet toxique du monoxyde de carbone (II) est dû à la formation de carboxyhémoglobine - un complexe carbonyle beaucoup plus fort avec l'hémoglobine, en comparaison avec le complexe de l'hémoglobine avec l'oxygène (oxyhémoglobine), bloquant ainsi les processus de transport de l'oxygène et de respiration cellulaire. Des concentrations dans l'air supérieures à 0,1 % entraînent la mort en une heure.
Histoire de la découverte
Le monoxyde de carbone (II) a été préparé pour la première fois par le chimiste français Jacques de Lassonne en chauffant de l'oxyde de zinc avec du charbon, mais il a d'abord été confondu avec de l'hydrogène car il brûlait avec une flamme bleue.
Le fait que ce gaz contienne du carbone et de l'oxygène a été découvert par le chimiste anglais William Cruickshank. Le monoxyde de carbone (II) en dehors de l'atmosphère terrestre a été découvert pour la première fois par le scientifique belge M. Migeotte en 1949 grâce à la présence d'une bande vibrationnelle-rotationnelle principale dans le spectre IR du Soleil.
Reçu
Méthode industrielle
- Formé lors de la combustion de carbone ou de composés carbonés (par exemple l'essence) dans des conditions de manque d'oxygène :
- ou lors de la réduction du dioxyde de carbone avec du charbon chaud :
Cette réaction se produit lors d'un incendie de poêle lorsque le registre du poêle est fermé trop tôt (avant que les charbons ne soient complètement brûlés). Le monoxyde de carbone (II) qui en résulte, en raison de sa toxicité, provoque des troubles physiologiques (« fumées ») et même la mort (voir ci-dessous), d'où l'un des noms triviaux - « monoxyde de carbone ».
La réaction de réduction du dioxyde de carbone est réversible ; l'effet de la température sur l'état d'équilibre de cette réaction est illustré dans le graphique. Le déroulement d'une réaction vers la droite est assuré par le facteur entropie, et vers la gauche par le facteur enthalpie. À des températures inférieures à 400 °C, l'équilibre est presque complètement déplacé vers la gauche, et à des températures supérieures à 1 000 °C vers la droite (vers la formation de CO). À basse température, la vitesse de cette réaction est très faible, le monoxyde de carbone (II) est donc assez stable dans des conditions normales. Cet équilibre porte un nom spécial Équilibre boudoir.
- Les mélanges de monoxyde de carbone (II) avec d'autres substances sont obtenus en faisant passer de l'air, de la vapeur d'eau, etc. à travers une couche de coke chaud, de charbon ou de lignite, etc. (voir gaz générateur, gaz à eau, gaz mixte, gaz de synthèse).
Méthode de laboratoire
- Décomposition de l'acide formique liquide sous l'action de l'acide sulfurique concentré chaud, ou passage de l'acide formique sur l'oxyde de phosphore P 2 O 5. Schéma de réaction :
- Chauffage d'un mélange d'acides oxalique et sulfurique concentré. La réaction se déroule selon l'équation :
- Chauffage d'un mélange d'hexacyanoferrate de potassium (II) avec de l'acide sulfurique concentré. La réaction se déroule selon l'équation :
Détermination du monoxyde de carbone (II)
La présence de CO peut être déterminée qualitativement par le noircissement de solutions de chlorure de palladium (ou de papier imbibé de cette solution). L'assombrissement est associé à la libération de palladium métallique fin selon le schéma suivant :
Cette réaction est très sensible. Solution étalon : 1 gramme de chlorure de palladium par litre d'eau.
La détermination quantitative du monoxyde de carbone (II) est basée sur la réaction iodométrique :
Application
- Le monoxyde de carbone (II) est un réactif intermédiaire utilisé dans les réactions avec l'hydrogène dans les processus industriels critiques pour produire des alcools organiques et des hydrocarbures simples.
- Le monoxyde de carbone (II) est utilisé pour transformer la viande animale et le poisson, leur donnant une couleur rouge vif et un aspect de fraîcheur sans en altérer le goût (fr : Clear smoke ou fr : Tasteless smoke technology). La concentration admissible en CO est de 200 mg/kg de viande.
- Le monoxyde de carbone provenant des gaz d'échappement des moteurs a été utilisé par les nazis pendant la Seconde Guerre mondiale pour tuer massivement des personnes par empoisonnement.
Monoxyde de carbone (II) dans l'atmosphère terrestre
Il existe des sources d’entrée naturelles et anthropiques