Ugljični monoksid ima molekularnu strukturu. Pažljivo! Ugljični monoksid u kući! Normalna ljudska fiziologija
Ugljik tvori dva izuzetno stabilna oksida (CO i CO 2), tri mnogo manje stabilna oksida (C 3 O 2, C 5 O 2 i C 12 O 9), niz nestabilnih ili slabo proučenih oksida (C 2 O, C 2 O 3 itd.) i nestehiometrijski grafit oksid. Među navedenim oksidima posebnu ulogu imaju CO i CO 2 .
DEFINICIJA
Ugljični monoksid U normalnim uvjetima, zapaljivi plin je bez boje i mirisa.
Vrlo je toksičan zbog svoje sposobnosti stvaranja kompleksa s hemoglobinom, koji je otprilike 300 puta stabilniji od kompleksa kisik-hemoglobin.
DEFINICIJA
Ugljični dioksid u normalnim uvjetima bezbojan je plin, otprilike 1,5 puta teži od zraka, zbog čega se poput tekućine može prelijevati iz jedne posude u drugu.
Masa 1 litre CO 2 u normalnim uvjetima je 1,98 g. Topljivost ugljičnog dioksida u vodi je mala: 1 volumen vode pri 20 o C otapa 0,88 volumena CO 2, a pri 0 o C - 1,7 volumena.
Izravna oksidacija ugljika uz nedostatak kisika ili zraka dovodi do stvaranja CO, a uz njihovu dovoljnu količinu nastaje CO 2 . Neka svojstva ovih oksida prikazana su u tablici. 1.
Tablica 1. Fizikalna svojstva ugljikovih oksida.
Proizvodnja ugljičnog monoksida
Čisti CO može se dobiti u laboratoriju dehidracijom mravlje kiseline (HCOOH) koncentriranom sumpornom kiselinom na ~140 °C:
HCOOH = CO + H2O.
Ugljični dioksid se u malim količinama može lako dobiti djelovanjem kiselina na karbonate:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2.
U industrijskim razmjerima, CO 2 se proizvodi uglavnom kao nusproizvod u procesu sinteze amonijaka:
CH4 + 2H20 = CO2 + 4H2;
CO + H 2 O = CO 2 + H 2.
Velike količine ugljičnog dioksida nastaju spaljivanjem vapnenca:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Kemijska svojstva ugljičnog monoksida
Ugljični monoksid je kemijski reaktivan na visokim temperaturama. Dokazuje se kao jako redukcijsko sredstvo. Reagira s kisikom, klorom, sumporom, amonijakom, alkalijama, metalima.
CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120 - 130 o C, p);
CO + H2 = CH4 + H2O (t = 150 - 200 o C, kat. Ni);
CO + 2H2 = CH3OH (t = 250 - 300 o C, kat. CuO/Cr2O3);
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. Reduciran aktivnim metalima, vodikom, ugljikom.
CO2 + razrijeđeni NaOH = NaHCO3;
CO2 + 2NaOH konc = Na2CO3 + H20;
CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3 + H2O;
CO2 + BaCO3 + H2O = Ba(HCO3)2;
CO2 + NH3 × H2O = NH4 HCO3;
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H20 (t = 200 o C, kat. Cu20);
CO 2 + C = 2CO (t > 1000 o 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.
Primjena ugljičnog monoksida
Ugljični monoksid naširoko se koristi kao gorivo u obliku generatorskog plina ili vodenog plina, a također nastaje kada se mnogi metali odvoje od svojih oksida redukcijom ugljenom. Proizvođački plin se proizvodi propuštanjem zraka kroz vrući ugljen. Sadrži oko 25% CO, 4% CO2 i 70% N2 s tragovima H2 i CH4 62.
Korištenje ugljičnog dioksida najčešće je zbog njegovih fizikalnih svojstava. Koristi se kao rashladno sredstvo, za gaziranje pića, u proizvodnji lake (pjenaste) plastike, a također i kao plin za stvaranje inertne atmosfere.
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
PRIMJER 2
| Vježbajte | Odredite koliko je puta ugljikov monoksid (IV)CO 2 teži od zraka. |
| Riješenje | Omjer mase određenog plina i mase drugog plina uzetog u istom volumenu, pri istoj temperaturi i istom tlaku naziva se relativna gustoća prvog plina prema drugom. Ova vrijednost pokazuje koliko je puta prvi plin teži ili lakši od drugog plina. Uzima se relativna molekularna masa zraka 29 (uzimajući u obzir sadržaj dušika, kisika i drugih plinova u zraku). Treba napomenuti da se koncept "relativne molekularne mase zraka" koristi uvjetno, budući da je zrak mješavina plinova. D zrak (CO 2) = M r (CO 2) / M r (zrak); D zraka (CO 2 ) = 44 / 29 = 1,517. M r (CO 2 ) = A r (C) + 2×A r (O) = 12 + 2× 16 = 12 + 32 = 44. |
| Odgovor | Ugljikov monoksid (IV)CO 2 je 1,517 puta teži od zraka. |
Ima trostruku vezu. Budući da su ove molekule slične strukture, njihova svojstva su također slična - vrlo niske točke taljenja i vrelišta, bliske vrijednosti standardnih entropija itd.
U okviru metode valentne veze struktura molekule CO može se opisati formulom: C≡O:, a treća veza nastaje prema donor-akceptorskom mehanizmu, gdje je ugljik donor elektronskog para , a kisik je akceptor.
Prema metodi molekularne orbite, elektronska konfiguracija nepobuđene molekule CO je σ 2 O σ 2 z π 4 x, y σ 2 C. Formirana je trostruka veza σ -veza nastala zbog σ z elektronski par, a elektroni su dvostruko degenerirana razina π x, y odgovaraju dvama σ - veze. Elektroni u nevezujućim σ C orbitalama i σ O orbitalama odgovaraju dvama elektronskim parovima, od kojih je jedan lokaliziran na atomu, a drugi na atomu.
Zbog prisutnosti trostruke veze, molekula CO je vrlo jaka (energija disocijacije 1069 kJ/mol, ili 256 kcal/mol, što je više nego kod bilo koje druge dvoatomne molekule) i ima malu međunuklearnu udaljenost (d C≡ O = 0,1128 nm ili 1,13Å).
Molekula je slabo polarizirana, električni moment njenog dipola μ = 0,04·10 -29 C m (smjer dipolnog momenta C - →O +). Potencijal ionizacije 14,0 V, konstanta sprega sila k = 18,6.
Povijest otkrića
Ugljični monoksid prvi je proizveo francuski kemičar Jacques de Lassonne zagrijavanjem cinkovog oksida s ugljenom, ali je u početku pogrešno smatran vodikom jer je gorio plavim plamenom. Činjenicu da ovaj plin sadrži ugljik i kisik otkrio je engleski kemičar William Cruickshank. Ugljični monoksid u Zemljinoj atmosferi prvi je otkrio belgijski znanstvenik M. Migeotte 1949. godine po prisutnosti glavnog vibracijsko-rotacijskog pojasa u IC spektru Sunca.
Ugljikov monoksid u Zemljinoj atmosferi
Postoje prirodni i antropogeni izvori unosa. U prirodnim uvjetima, na površini Zemlje, CO nastaje tijekom nepotpune anaerobne razgradnje organskih spojeva i tijekom izgaranja biomase, uglavnom tijekom šumskih i stepskih požara. Ugljični monoksid nastaje u tlu i biološki (ispuštaju ga živi organizmi) i nebiološki. Eksperimentalno je dokazano otpuštanje ugljičnog monoksida zbog fenolnih spojeva uobičajenih u tlu, koji sadrže OCH 3 ili OH skupine u orto- ili para-položajima u odnosu na prvu hidroksilnu skupinu.
Ukupna ravnoteža između proizvodnje nebiološkog CO i njegove oksidacije mikroorganizmima ovisi o specifičnim uvjetima okoliša, prvenstveno o namjeni. Na primjer, ugljični monoksid se ispušta izravno u atmosferu iz sušnih tla, stvarajući tako lokalne maksimume koncentracije ovog plina.
U atmosferi je CO produkt lanaca reakcija koji uključuju metan i druge ugljikovodike (prvenstveno izopren).
Glavni antropogeni izvor CO trenutno su ispušni plinovi iz motora s unutarnjim izgaranjem. Ugljični monoksid nastaje kada se ugljikovodična goriva izgaraju u motorima s unutarnjim izgaranjem pri nedovoljnim temperaturama ili lošim postavkama dovoda zraka (nema dovoljno kisika za oksidaciju CO u CO 2 ). U prošlosti je značajan dio antropogenog unosa CO u atmosferu osiguravao rasvjetni plin koji se koristio za unutarnju rasvjetu. Po sastavu je otprilike odgovarao, odnosno sadržavao je do 45% ugljičnog monoksida. Trenutno je u javnom sektoru ovaj plin zamijenjen znatno manje toksičnim prirodnim plinom (niži predstavnici homologne serije - propan, itd.)
Unos CO iz prirodnih i antropogenih izvora približno je isti.
Ugljični monoksid u atmosferi brzo kruži: njegovo prosječno vrijeme zadržavanja je oko 0,1 godinu, oksidira ga hidroksil u ugljični dioksid.
Priznanica
Industrijska metoda
2C + O 2 → 2CO (toplinski učinak ove reakcije je 22 kJ),
2. ili kod obnavljanja vrućim ugljenom:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
Ova reakcija često se događa kod požara u peći kada se zaklopka peći zatvori prerano (prije nego što ugljen potpuno izgori). Ugljični monoksid koji nastaje u ovom slučaju, zbog svoje toksičnosti, uzrokuje fiziološke poremećaje (“pare”), pa čak i smrt (vidi dolje), otuda i jedan od trivijalnih naziva – “ugljični monoksid”. Slika reakcija koje se odvijaju u peći prikazana je na dijagramu.
Reakcija redukcije ugljičnog dioksida je reverzibilna, a utjecaj temperature na ravnotežno stanje te reakcije prikazan je na grafu. Tijek reakcije udesno osigurava faktor entropije, a ulijevo faktor entalpije. Na temperaturama ispod 400°C ravnoteža je gotovo potpuno pomaknuta ulijevo, 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 ravnoteža.
3. Smjese ugljikovog monoksida s drugim tvarima dobivaju se propuštanjem zraka, vodene pare itd. kroz sloj vrućeg koksa, ugljena ili mrkog ugljena itd. (vidi,).
Laboratorijska metoda
Fiziološki učinak, toksičnost
Ugljični monoksid je vrlo opasan jer ne uzrokuje, pa čak ni... Znakovi trovanja su glavobolja, vrtoglavica i gubitak svijesti. Toksični učinak ugljičnog monoksida temelji se na činjenici da se on veže za krv jače od kisika (pri čemu nastaje karboksihemoglobin), blokirajući tako procese prijenosa kisika i staničnog disanja. ugljikov monoksid u zraku industrijskih poduzeća 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 (maksimalna dopuštena koncentracija, SAD): 30 ppm; 33 mg/m3; Trudnoća: B (štetni učinak vjerojatan čak i na razini MAK) (1993.)
Zaštita od ugljičnog monoksida
Svojstva
Ugljični monoksid je plin bez boje, okusa i mirisa. Takozvani “miris ugljičnog monoksida” zapravo je miris organskih nečistoća.
| Molekulska masa | 28,01 |
| Temperatura topljenja | −205°C |
| Temperatura vrenja | −191,5°C |
| Topljivost | Izuzetno slabo topljiv u (2,3 ml CO/100 ml H 2 O na 20°C) |
| Gustoća ρ | 0,00125 g/cm 3 (na 0°C) |
| Standardna entalpija stvaranja ΔH | −110,52 kJ/mol (g) (pri 298 K) |
| Standardna Gibbsova energija stvaranja ΔG | −137,14 kJ/mol (g) (pri 298 K) |
| Standardna entropija formacije S | 197,54 J/mol K (g) (pri 298 K) |
| Standardni molar C str | 29,11 J/mol K (g) (pri 298 K) |
| Entalpija taljenja ΔH pl | 0,838 kJ/mol |
| Entalpija vrenja ΔH vrije | 6,04 kJ/mol |
| t krit | −140,23°C |
| P krit | 3,499 MPa |
| ρ krit | 0,301 g/cm3 |
Glavne vrste kemijskih reakcija u kojima sudjeluje ugljični monoksid su adicijske reakcije i u kojima on pokazuje redukcijska svojstva.
Na sobnoj temperaturi CO je neaktivan, njegova se kemijska aktivnost znatno povećava zagrijavanjem i u otopinama (npr. u otopinama reducira soli i druge u metale već na sobnoj temperaturi. Zagrijavanjem reducira i druge metale, npr. CO + CuO → Cu + CO 2 Ovo se naširoko koristi u pirometalurgiji. Reakcija CO u otopini s paladijevim kloridom temelj je za kvalitativno određivanje CO, vidi dolje).
Oksidacija CO u otopini često se događa primjetnom brzinom samo u prisutnosti katalizatora. Pri odabiru potonjeg glavnu ulogu igra priroda oksidacijskog sredstva. Dakle, CO najbrže oksidira u prisutnosti fino usitnjenog srebra, - u prisutnosti soli, - u prisutnosti OsO 4. Općenito, CO je po svojim redukcijskim svojstvima sličan molekularnom vodiku.
Ispod 830°C jači redukcijski agens je CO, iznad njega je vodik. Prema tome, reakcijska ravnoteža je:
H 2 O + CO ↔ CO 2 + H 2 + 42 kJ
do 830°C pomaknuta je udesno, iznad 830°C ulijevo.
Zanimljivo je da postoje bakterije koje oksidacijom CO dobivaju energiju potrebnu za život.
Ugljični monoksid gori plavim plamenom (temperatura reakcije 700°C) na zraku:
CO + 1 / 2 O 2 → 2CO 2 ΔG° 298 = −257 kJ, ΔS° 298 = −86 J/K
Temperatura izgaranja CO može doseći 2100°C, to je lančano izgaranje, s malim količinama spojeva koji sadrže vodik (voda, itd.) kao inicijatori.
Zbog tako dobre ogrjevne vrijednosti CO je sastavni dio raznih tehničkih plinskih smjesa (vidi npr.), koje se između ostalog koriste i za grijanje.
Ugljikov monoksid reagira s. Reakcija s najvećom praktičnom primjenom je
Ugljični monoksid– CO (ugljični monoksid) je smrtonosan i podmukao otrov koji veže mnogo jače od životvornog kisika. To je bezbojan, otrovan plin (u normalnim uvjetima) bez okusa i mirisa. Kemijska formula – CO. Smrt nastupa kada se ugljični monoksid spoji s 80% hemoglobina. Ugljični monoksid sadržan je (do 12%) u ispušnim plinovima automobila.
Glavni tipovi kemijskih reakcija u kojima je ugljični monoksid uključen su adicijske reakcije i redoks reakcije, u kojima on pokazuje redukcijska svojstva.
Na sobnoj temperaturi ugljični monoksid je neaktivan, njegova kemijska aktivnost značajno se povećava kada se zagrijava i u otopinama. Tako u otopinama reducira soli Au, Pt, Pd i drugih u metale već na sobnoj temperaturi. Zagrijavanjem reducira i druge metale, na primjer CO + CuO = Cu + CO 2. Široko se koristi u pirometalurgiji. Metoda kvalitativne detekcije ugljikovog monoksida temelji se na reakciji CO u otopini s paladijevim kloridom.
Zanimljivo je da postoje životinje koje su sposobne energiju potrebnu za život dobiti oksidacijom CO.
Kao što je već spomenuto, ugljični monoksid je vrlo opasan. Znakovi trovanja: glavobolja i vrtoglavica; postoji tinitus, otežano disanje, lupanje srca, titranje pred očima, crvenilo lica, opća slabost, mučnina, a ponekad i povraćanje; u teškim slučajevima, konvulzije, gubitak svijesti, koma.
Bilo je slučajeva da su neki neoprezni vozači zimi proveli noć u automobilu koji je bio parkiran u garaži, čija su vrata bila zatvorena. Da spavaju na toplom, upalili su motor i on je radio u leru. U pravilu se u garaži nakupljao ugljični monoksid i takvi su neoprezni ljudi umirali. Autor jedne knjige s pravom je primijetio da je “pokretanje motora u maloj garaži sa zatvorenim vratima samoubojstvo”.
Toksični učinak CO posljedica je stvaranja karboksihemoglobina – puno jačeg karbonilnog kompleksa s hemoglobinom, u odnosu na kompleks hemoglobina s kisikom. Dakle, procesi prijenosa kisika i stanično disanje su blokirani. Koncentracije u zraku veće od 0,1% dovode do smrti unutar jednog sata.
Kombinacija ugljičnog monoksida s hemoglobinom je reverzibilna. Žrtvu treba izvesti na svježi zrak. Kod lakših trovanja dovoljna je hiperventilacija pluća kisikom.
Postoje prirodni i antropogeni izvori ugljičnog monoksida koji ulazi u Zemljinu atmosferu. Unos CO iz prirodnih i antropogenih izvora približno je isti. U prirodnim uvjetima, na površini Zemlje, ugljični monoksid nastaje tijekom nepotpune anaerobne razgradnje organskih spojeva i tijekom izgaranja biomase, uglavnom tijekom šumskih i stepskih požara.
Glavni antropogeni izvor CO trenutno su ispušni plinovi iz motora s unutarnjim izgaranjem.
Svi koji su se morali suočiti s radom sustava grijanja - peći, kotlovi, kotlovi, grijači vode, dizajnirani za gorivo u kućanstvu u bilo kojem obliku - znaju koliko je ugljični monoksid opasan za ljude. 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 tvari
Ne postoji ništa neobično u prirodi i svojstvima ugljičnog monoksida. U biti, to je proizvod djelomične oksidacije ugljena ili goriva koja sadrže ugljen. Formula ugljičnog monoksida je jednostavna i jasna - CO, kemijski rečeno - ugljični monoksid. Jedan atom ugljika povezan je s atomom kisika. Priroda procesa izgaranja organskog goriva je takva da je ugljični monoksid sastavni dio svakog plamena.
Kada se zagrijavaju u ložištu, ugljen, srodna goriva, treset i ogrjevno drvo se rasplinjuju u ugljični monoksid, a tek onda izgaraju uz dotok zraka. Ako je ugljični dioksid iscurio iz komore za izgaranje u prostoriju, ostat će u stabilnom stanju sve do trenutka dok se protok ugljika ventilacijom ne ukloni iz prostorije ili se nakuplja ispunjavajući cijeli prostor, od poda do stropa. U potonjem slučaju, samo elektronički senzor ugljičnog monoksida može spasiti situaciju, reagirajući na najmanji porast koncentracije otrovnih para u atmosferi prostorije.
Što trebate znati o ugljičnom monoksidu:
- U standardnim uvjetima gustoća ugljičnog monoksida je 1,25 kg/m3, što je vrlo blizu specifične težine zraka od 1,25 kg/m3. Vrući, pa čak i topli monoksid lako se diže do stropa, a kako se hladi, taloži se i miješa sa zrakom;
- Ugljični monoksid je bez okusa, boje i mirisa, čak iu visokim koncentracijama;
- Za početak stvaranja ugljičnog monoksida dovoljno je zagrijati metal u dodiru s ugljikom na temperaturu od 400-500 o C;
- Plin je sposoban gorjeti u zraku, oslobađajući veliku količinu topline, približno 111 kJ/mol.
Ne samo da je udisanje ugljičnog monoksida opasno, smjesa plina i zraka može eksplodirati kada volumna koncentracija dosegne od 12,5% do 74%. U tom je smislu plinska smjesa slična kućnom metanu, ali mnogo opasnija od mrežnog plina.
Metan je lakši od zraka i manje je otrovan pri udisanju, osim toga, zahvaljujući dodatku posebnog aditiva - merkaptana - u struju plina, njegova prisutnost u prostoriji može se lako otkriti mirisom. Ako je kuhinja malo zaplinjena, možete ući u prostoriju i prozračiti je bez zdravstvenih posljedica.
S ugljičnim monoksidom sve je kompliciranije. Bliski odnos između CO i zraka sprječava učinkovito uklanjanje oblaka toksičnih plinova. Kako se hladi, oblak plina će se postupno taložiti u području poda. Ako se aktivira detektor ugljičnog monoksida ili se otkrije curenje produkata izgaranja iz peći ili kotla na kruta goriva, potrebno je odmah poduzeti mjere za ventilaciju, inače će djeca i kućni ljubimci prvi stradati.
Ovo svojstvo oblaka ugljičnog monoksida ranije se naširoko koristilo za borbu protiv glodavaca i žohara, ali učinkovitost napada plinom znatno je niža od modernih sredstava, a rizik od trovanja je nesrazmjerno veći.
Za tvoju informaciju! Oblak plina CO, u nedostatku ventilacije, može dugo zadržati svoja svojstva nepromijenjena.
Ako postoji sumnja na nakupljanje ugljičnog monoksida u podrumima, pomoćnim prostorijama, kotlovnicama, podrumima, prvi korak je osigurati maksimalnu ventilaciju s brzinom izmjene plina od 3-4 jedinice na sat.
Uvjeti za pojavu dima u prostoriji
Ugljični monoksid može se proizvesti pomoću desetaka kemijskih reakcija, ali to zahtijeva specifične reagense i uvjete za njihovu interakciju. Rizik od trovanja plinom na ovaj način je praktički jednak nuli. Glavni razlozi za pojavu ugljičnog monoksida u kotlovnici ili kuhinji ostaju dva čimbenika:
- Slab nacrt i djelomični protok proizvoda izgaranja iz izvora izgaranja u kuhinjski prostor;
- Nepravilan rad opreme za kotlove, plin i peći;
- Požari i lokalni požari plastike, žica, polimernih premaza i materijala;
- Otpadni plinovi iz kanalizacijskih vodova.
Izvor ugljičnog monoksida može biti sekundarno izgaranje pepela, labave naslage čađe u dimnjacima, čađa i smola ugrađena u cigle obloga kamina i aparata za gašenje čađe.
Najčešće je izvor plina CO tinjajući ugljen koji izgara u ložištu kada je ventil zatvoren. Osobito puno plina oslobađa se tijekom termičke razgradnje drva za ogrjev u nedostatku zraka; otprilike polovicu plinskog oblaka zauzima ugljični monoksid. Stoga bi se svi pokusi s dimljenjem mesa i ribe pomoću izmaglice dobivene tinjajućim strugotinama trebali provoditi samo na otvorenom.
Tijekom kuhanja može se pojaviti i mala količina ugljičnog monoksida. Na primjer, svatko tko se susreo s ugradnjom plinskih kotlova za grijanje sa zatvorenim ložištem u kuhinji zna kako senzori ugljičnog monoksida reagiraju na pržene krumpiriće ili bilo koju hranu kuhanu u kipućem ulju.
Podmukla priroda ugljičnog monoksida
Glavna opasnost od ugljičnog monoksida je u tome što je nemoguće osjetiti i osjetiti njegovu prisutnost u atmosferi prostorije sve dok plin sa zrakom ne uđe u dišni sustav i otopi se u krvi.
Posljedice udisanja CO ovise o koncentraciji plina u zraku i duljini boravka u prostoriji:
- Glavobolja, malaksalost i razvoj stanja pospanosti počinju kada je volumetrijski sadržaj plina u zraku 0,009-0,011%. Fizički zdrava osoba može izdržati do tri sata izloženosti onečišćenoj atmosferi;
- Mučnina, jaka bol u mišićima, konvulzije, nesvjestica, gubitak orijentacije mogu se razviti u koncentraciji od 0,065-0,07%. Vrijeme provedeno u sobi do početka neizbježnih posljedica je samo 1,5-2 sata;
- Kada je koncentracija ugljičnog monoksida iznad 0,5%, čak i nekoliko sekundi boravka u plinom onečišćenom prostoru znači smrt.
Čak i ako je osoba sama sigurno izašla iz prostorije s visokom koncentracijom ugljičnog monoksida, i dalje će joj trebati liječnička pomoć i uporaba protuotrova, budući da će posljedice trovanja krvožilnog sustava i poremećene cirkulacije krvi u mozgu i dalje biti pojaviti, samo malo kasnije.
Molekule ugljičnog monoksida dobro apsorbiraju voda i slane otopine. Stoga se često kao prvo dostupno sredstvo zaštite koriste obični ručnici i salvete navlažene bilo kojom dostupnom vodom. To vam omogućuje da zaustavite ulazak ugljičnog monoksida u vaše tijelo na nekoliko minuta dok ne napustite prostoriju.
Ovo svojstvo ugljičnog monoksida često zlorabe neki vlasnici opreme za grijanje koja ima ugrađene CO senzore. Kada se aktivira osjetljiv senzor, umjesto prozračivanja prostorije, uređaj se često jednostavno prekrije mokrim ručnikom. Kao rezultat toga, nakon desetak takvih manipulacija, senzor ugljičnog monoksida ne uspije, a rizik od trovanja se povećava za red veličine.
Tehnički sustavi detekcije ugljičnog monoksida
Zapravo, danas postoji samo jedan način za uspješnu borbu protiv ugljičnog monoksida, pomoću posebnih elektroničkih uređaja i senzora koji bilježe prekomjerne koncentracije CO u prostoriji. Možete, naravno, učiniti nešto jednostavnije, na primjer, instalirati snažnu ventilaciju, kao što to rade oni koji se vole opustiti uz pravi kamin od opeke. Ali u takvom rješenju postoji određeni rizik od trovanja ugljičnim monoksidom pri promjeni smjera propuha u cijevi, a osim toga, život pod jakim propuhom također nije dobar za zdravlje.
Senzor ugljičnog monoksida
Problem kontrole sadržaja ugljičnog monoksida u atmosferi stambenih i pomoćnih prostorija danas je jednako hitan kao i prisutnost protupožarnog ili sigurnosnog alarma.
U specijaliziranim prodavaonicama opreme za grijanje i plin možete kupiti nekoliko opcija uređaja za praćenje sadržaja plina:
- Kemijski alarmi;
- Infracrveni skeneri;
- Solid state senzori.
Osjetljivi senzor uređaja obično je opremljen elektroničkom pločom koja omogućuje napajanje, kalibraciju i pretvaranje signala u razumljiv oblik indikacije. To mogu biti jednostavno zelene i crvene LED diode na ploči, zvučna sirena, digitalna informacija za slanje signala računalnoj mreži ili upravljački impuls za automatski ventil koji isključuje opskrbu kućnog plina kotlu za grijanje.
Jasno je da je uporaba senzora s kontroliranim zapornim ventilom nužna mjera, ali često proizvođači opreme za grijanje namjerno ugrađuju "zaštitu od grešaka" kako bi izbjegli sve vrste manipulacija sa sigurnošću plinske opreme.
Kemijski i kontrolni instrumenti u čvrstom stanju
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 lužine. Pojava ugljičnog monoksida dovodi do karbonizacije elektrolita, vodljivost senzora naglo pada, što elektronika odmah očitava kao signal za uzbunu. Nakon postavljanja uređaj je u stanju mirovanja i ne radi dok se u zraku ne pojave tragovi ugljičnog monoksida koji prelaze dopuštenu koncentraciju.
Solid-state senzori koriste dvoslojne vrećice od kositrenog dioksida i rutenija umjesto alkalno impregniranog komada azbesta. Pojava plina u zraku uzrokuje kvar između kontakata senzorskog uređaja i automatski aktivira alarm.
Skeneri i elektronički čuvari
Infracrveni senzori koji rade na principu skeniranja okolnog zraka. Ugrađeni infracrveni senzor opaža sjaj laserske LED diode, a aktivira se okidač na temelju promjene intenziteta apsorpcije toplinskog zračenja od strane plina.
CO vrlo dobro apsorbira toplinski dio spektra, pa takvi uređaji rade u načinu čuvara ili skenera. Rezultat skeniranja može se prikazati u obliku dvobojnog signala ili indikacije količine ugljičnog monoksida u zraku na digitalnoj ili linearnoj ljestvici.
Koji senzor je bolji
Da biste pravilno odabrali senzor ugljičnog monoksida, potrebno je uzeti u obzir način rada i prirodu prostorije u kojoj se senzor postavlja. Na primjer, kemijski senzori, koji se smatraju zastarjelima, odlično rade u kotlovnicama i pomoćnim prostorijama. Jeftin uređaj za detekciju ugljičnog monoksida može se instalirati u vašem domu ili radionici. U kuhinji se mreža brzo prekriva naslagama prašine i masnoće, što naglo smanjuje osjetljivost kemijskog konusa.
Senzori ugljičnog monoksida u čvrstom stanju rade jednako dobro u svim uvjetima, ali im je za rad potreban snažan vanjski izvor energije. Cijena uređaja veća je od cijene sustava kemijskih senzora.
Infracrveni senzori danas su najčešći. Aktivno se koriste za kompletiranje sigurnosnih sustava za individualne kotlove za grijanje u stambenim objektima. Istodobno, osjetljivost upravljačkog sustava praktički se ne mijenja tijekom vremena zbog prašine ili temperature zraka. Štoviše, takvi sustavi, u pravilu, imaju ugrađene mehanizme testiranja i kalibracije, što vam omogućuje da povremeno provjeravate njihovu izvedbu.
Ugradnja uređaja za praćenje ugljičnog monoksida
Senzore ugljičnog monoksida mora instalirati i održavati isključivo kvalificirano osoblje. Povremeno se instrumenti provjeravaju, kalibriraju, održavaju i mijenjaju.
Senzor mora biti instaliran na udaljenosti od izvora plina od 1 do 4 m, kućište ili daljinski senzori montirani su na visini od 150 cm iznad razine poda i moraju biti kalibrirani prema gornjem i donjem pragu osjetljivosti.
Životni vijek kućnih detektora ugljičnog monoksida je 5 godina.
Zaključak
Borba protiv stvaranja ugljičnog monoksida zahtijeva brigu i odgovoran odnos prema instaliranoj opremi. Svaki eksperiment sa senzorima, posebno poluvodičkim, oštro 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 toliko je ozbiljan da je moguće da će uporaba senzora u budućnosti biti obvezna za sve kategorije individualnog grijanja.
Ugljični monoksid (ugljični monoksid, ugljični monoksid, ugljični monoksid) je bezbojan otrovni plin (u normalnim uvjetima) bez okusa i mirisa. Kemijska formula - CO. Donja i gornja koncentracijska granica širenja plamena: od 12,5 do 74 % (po volumenu).
Struktura molekule
Molekula CO ima trostruku vezu, baš kao i molekula dušika N2. Budući da su ove molekule slične strukture (izoelektronske, dvoatomske, imaju sličnu molarnu masu), njihova svojstva su također slična - vrlo niska tališta i vrelišta, slične standardne entropije itd.
Zbog prisutnosti trostruke veze, molekula CO je vrlo jaka (energija disocijacije 1069 kJ/mol, ili 256 kcal/mol, što je više nego kod bilo koje druge dvoatomne molekule) i ima malu međunuklearnu udaljenost (d C≡ O = 0,1128 nm ili 1,13Å).
Molekula je slabo polarizirana, električni moment njenog dipola je μ = 0,04·10 −29 C m. Brojna su istraživanja pokazala da je negativni naboj u molekuli CO koncentriran na atomu ugljika C − ←O + (smjer dipolnog momenta u molekuli je suprotan od prethodno pretpostavljenog). Potencijal ionizacije 14,0 V, konstanta sprega sila k = 18,6.
Svojstva
Ugljikov (II) monoksid je plin bez boje, okusa i mirisa. Zapaljivo Takozvani “miris ugljičnog monoksida” zapravo je miris organskih nečistoća.
Glavne vrste kemijskih reakcija u kojima sudjeluje ugljik(II) monoksid su adicijske reakcije i redoks reakcije, u kojima on pokazuje redukcijska svojstva.
Na sobnoj temperaturi CO je neaktivan; njegova kemijska aktivnost značajno se povećava kada se zagrijava iu otopinama (dakle, u otopinama reducira soli, , i druge u metale već na sobnoj temperaturi. Kada se zagrijava, također reducira druge metale, na primjer CO + CuO → Cu + CO 2. Široko se koristi u pirometalurgiji. Reakcija CO u otopini s paladijevim kloridom temelj je za kvalitativno određivanje CO vidi dolje).
Oksidacija CO u otopini često se događa primjetnom brzinom samo u prisutnosti katalizatora. Pri odabiru potonjeg glavnu ulogu igra priroda oksidacijskog sredstva. Dakle, KMnO 4 najbrže oksidira CO u prisutnosti fino zdrobljenog srebra, K 2 Cr 2 O 7 - u prisutnosti soli, KClO 3 - u prisutnosti OsO 4. Općenito, CO je po svojim redukcijskim svojstvima sličan molekularnom vodiku.
Ispod 830 °C jači redukcijski agens je CO, iznad - vodik. Prema tome, reakcijska ravnoteža je:
do 830 °C pomaknuta je udesno, iznad 830 °C ulijevo.
Zanimljivo je da postoje bakterije koje oksidacijom CO dobivaju energiju potrebnu za život.
Ugljikov monoksid (II) gori plavim plamenom (temperatura reakcije 700 °C) na zraku:
ΔG° 298 = −257 kJ, ΔS° 298 = −86 J/KTemperatura izgaranja CO može doseći 2100 °C, to je lančano izgaranje, s malim količinama spojeva koji sadrže vodik (voda, amonijak, sumporovodik, itd.) koji služe kao inicijatori.
Zbog tako dobre ogrjevne vrijednosti CO je sastavni dio raznih tehničkih plinskih smjesa (vidi npr. Generatorski plin), koje se između ostalog koriste i za grijanje.
halogeni. Reakcija s klorom dobila je najveću praktičnu primjenu:
Reakcija je egzotermna, toplinski učinak joj je 113 kJ, a u prisutnosti katalizatora (aktivni ugljen) odvija se na sobnoj temperaturi. Kao rezultat reakcije nastaje fosgen, tvar koja se široko koristi u raznim granama kemije (i kao kemijsko bojno sredstvo). Sličnim reakcijama mogu se dobiti COF 2 (karbonil fluorid) i COBr 2 (karbonil bromid). Karbonil jodid nije dobiven. Egzotermnost reakcija brzo opada od F do I (za reakcije s F 2 toplinski učinak iznosi 481 kJ, s Br 2 - 4 kJ). Također je moguće dobiti mješovite derivate, na primjer COFCl (za više detalja vidi halogene derivate ugljične kiseline).
Reakcijom CO s F 2 , osim karbonil fluorida, može se dobiti i peroksidni spoj (FCO) 2 O 2 . Njegove karakteristike: talište −42 °C, vrelište +16 °C, ima karakterističan miris (sličan mirisu ozona), pri zagrijavanju iznad 200 °C eksplozivno se raspada (produkti reakcije CO 2, O 2 i COF 2 ), u kiseloj sredini reagira s kalijevim jodidom prema jednadžbi:
Ugljikov(II) monoksid reagira s halkogenima. Sa sumporom stvara ugljikov sulfid COS, reakcija se događa zagrijavanjem, prema jednadžbi:
ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/KTakođer su dobiveni slični ugljikov selenoksid COSe i ugljikov teluroksid COTe.
Obnavlja SO 2:
S prijelaznim metalima stvara vrlo hlapljive, zapaljive i otrovne spojeve - karbonile, kao što su Cr(CO) 6, Ni(CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 itd.
Ugljikov (II) monoksid slabo je topiv u vodi, ali s njom ne reagira. Također ne reagira s otopinama lužina i kiselina. Međutim, reagira s alkalijskim talinama da bi se formirali odgovarajući formati:
Zanimljiva je reakcija ugljičnog monoksida (II) s metalnim kalijem u otopini amonijaka. Ovo proizvodi eksplozivni spoj kalijev dioksodikarbonat:
Toksični učinak ugljičnog monoksida (II) nastaje zbog stvaranja karboksihemoglobina - mnogo jačeg karbonilnog kompleksa s hemoglobinom, u usporedbi s kompleksom hemoglobina s kisikom (oksihemoglobin), čime se blokiraju procesi transporta kisika i staničnog disanja. Koncentracije u zraku veće od 0,1% dovode do smrti unutar jednog sata.
Povijest otkrića
Ugljik(II) monoksid prvi je pripremio francuski kemičar Jacques de Lassonne zagrijavanjem cinkovog oksida s ugljenom, ali je u početku pogrešno smatran vodikom jer je gorio plavim plamenom.
Činjenicu da ovaj plin sadrži ugljik i kisik otkrio je engleski kemičar William Cruickshank. Ugljični (II) monoksid izvan Zemljine atmosfere prvi je otkrio belgijski znanstvenik M. Migeotte 1949. godine iz prisutnosti glavnog vibracijsko-rotacijskog pojasa u IR spektru Sunca.
Priznanica
Industrijska metoda
- Nastaje tijekom izgaranja ugljika ili spojeva na bazi ugljika (na primjer, benzina) u uvjetima nedostatka kisika:
- ili kada se ugljični dioksid reducira vrućim ugljenom:
Ova reakcija se događa tijekom loženja peći kada se zaklopka peći zatvori prerano (prije nego što ugljen potpuno izgori). Nastali ugljični monoksid (II) zbog svoje toksičnosti uzrokuje fiziološke poremećaje (“pare”), pa čak i smrt (vidi dolje), otuda i jedan od trivijalnih naziva – “ugljični monoksid”.
Reakcija redukcije ugljičnog dioksida je reverzibilna, a utjecaj temperature na ravnotežno stanje te reakcije prikazan je na grafu. Tijek reakcije udesno osigurava faktor entropije, a ulijevo faktor entalpije. Na temperaturama ispod 400 °C ravnoteža je gotovo potpuno pomaknuta ulijevo, a na temperaturama iznad 1000 °C udesno (prema stvaranju CO). Na niskim temperaturama, brzina ove reakcije je vrlo niska, tako da je ugljikov (II) monoksid prilično stabilan u normalnim uvjetima. Ova ravnoteža ima poseban naziv Boudoir ravnoteža.
- Smjese ugljikovog monoksida (II) s drugim tvarima dobivaju se propuštanjem zraka, vodene pare itd. kroz sloj vrućeg koksa, ugljena ili mrkog ugljena itd. (vidi generatorski plin, vodeni plin, miješani plin, sintezni plin).
Laboratorijska metoda
- Razgradnja tekuće mravlje kiseline pod djelovanjem vruće koncentrirane sumporne kiseline ili prelaskom mravlje kiseline preko fosfornog oksida P 2 O 5. Shema reakcije:
- Zagrijavanje smjese oksalne i koncentrirane sumporne kiseline. Reakcija se odvija prema jednadžbi:
- Zagrijavanje smjese kalijevog heksacijanoferata (II) s koncentriranom sumpornom kiselinom. Reakcija se odvija prema jednadžbi:
Određivanje ugljičnog monoksida (II)
Prisutnost CO može se kvalitativno odrediti potamnjenjem otopina paladijevog klorida (ili papira natopljenog ovom otopinom). Zamračenje je povezano s otpuštanjem finog metala paladija prema sljedećoj shemi:
Ova reakcija je vrlo osjetljiva. Standardna otopina: 1 gram paladijevog klorida po litri vode.
Kvantitativno određivanje ugljičnog monoksida (II) temelji se na jodometrijskoj reakciji:
Primjena
- Ugljikov (II) monoksid je intermedijarni reagens koji se koristi u reakcijama s vodikom u kritičnim industrijskim procesima za proizvodnju organskih alkohola i čistih ugljikovodika.
- Ugljični monoksid (II) koristi se za preradu životinjskog mesa i ribe, dajući im jarko crvenu boju i dojam svježine bez promjene okusa (en: Clear smoke ili en: Tasteless smoke technology). Dopuštena koncentracija CO je 200 mg/kg mesa.
- Ugljični monoksid iz ispušnih plinova motora koristili su nacisti tijekom Drugog svjetskog rata za masovno ubijanje ljudi putem trovanja.
Ugljikov (II) monoksid u Zemljinoj atmosferi
Postoje prirodni i antropogeni izvori ulaska u