A szén-monoxid molekulaszerkezettel rendelkezik. Gondosan! Szén-monoxid a házban! Normális emberi fiziológia
A szén két rendkívül stabil oxidot (CO és CO 2), három sokkal kevésbé stabil oxidot (C 3 O 2, C 5 O 2 és C 12 O 9), számos instabil vagy rosszul tanulmányozott oxidot (C 2 O, C 2) képez. O 3 stb.) és nem sztöchiometrikus grafit-oxid. A felsorolt oxidok közül kiemelt szerepet játszik a CO és a CO 2.
MEGHATÁROZÁS
Szén-monoxid Normál körülmények között a gyúlékony gáz színtelen és szagtalan.
Meglehetősen mérgező, mivel képes komplexet képezni a hemoglobinnal, amely körülbelül 300-szor stabilabb, mint az oxigén-hemoglobin komplex.
MEGHATÁROZÁS
Szén-dioxid normál körülmények között színtelen, a levegőnél körülbelül 1,5-szer nehezebb gáz, aminek köszönhetően folyadékként önthető egyik edényből a másikba.
1 liter CO 2 tömege normál körülmények között 1,98 g A szén-dioxid oldhatósága vízben csekély: 1 térfogatrész 20 o C-os víz 0,88 térfogatrész CO 2-t old, 0 o C-on pedig 1,7 térfogatrész.
A szén oxigén- vagy levegőhiányos közvetlen oxidációja CO képződéséhez vezet, elegendő mennyiségű CO 2 képződik. Ezen oxidok néhány tulajdonságát a táblázat tartalmazza. 1.
1. táblázat A szén-oxidok fizikai tulajdonságai.
Szén-monoxid előállítása
Tiszta CO állítható elő a laboratóriumban hangyasav (HCOOH) tömény kénsavval történő dehidratálásával ~140 °C-on:
HCOOH = CO + H2O.
Kis mennyiségben a szén-dioxid könnyen előállítható savak karbonátokra gyakorolt hatására:
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.
Ipari méretekben a CO 2 főként az ammóniaszintézis folyamatának melléktermékeként keletkezik:
CH4+2H20=CO2+4H2;
CO + H 2 O = CO 2 + H 2.
A mészkő elégetésével nagy mennyiségű szén-dioxid keletkezik:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
A szén-monoxid kémiai tulajdonságai
A szén-monoxid magas hőmérsékleten kémiailag reakcióképes. Erős redukálószernek bizonyul. Reagál oxigénnel, klórral, kénnel, ammóniával, lúgokkal, fémekkel.
CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120-130 o C, p);
CO + H2 = CH4 + H 2O (t = 150-200 o C, kat. Ni);
CO + 2H 2 = CH 3OH (t = 250-300 o C, kat. CuO/Cr 2O 3);
2CO + O 2 = 2CO 2 (kat. MnO 2/CuO);
CO + Cl 2 = CCI 2 O (t = 125-150 o C, kat. C);
4CO + Ni = (t = 50-100 o C);
5CO + Fe = (t = 100 - 200 o C, p).
A szén-dioxid savas tulajdonságokat mutat: reakcióba lép lúgokkal és ammónia-hidráttal. Csökkentett aktív fémek, hidrogén, szén.
CO 2 + NaOH híg = 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 = CH4 + 2H 2O (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.
A szén-monoxid alkalmazásai
A szén-monoxidot széles körben használják tüzelőanyagként generátorgáz vagy vízgáz formájában, és akkor is keletkezik, amikor sok fémet szénnel való redukcióval választanak el oxidjaitól. A termelőgázt úgy állítják elő, hogy forró szénen levegőt vezetnek át. Körülbelül 25% CO-t, 4% CO2-t és 70% N2-t tartalmaz, nyomokban H2-t és CH4-t 62.
A szén-dioxid felhasználása leggyakrabban fizikai tulajdonságainak köszönhető. Használják hűtőközegként, italok szénsavasításához, könnyű (habosított) műanyagok előállításához, valamint gázként közömbös légkör létrehozásához.
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
2. PÉLDA
| Gyakorlat | Határozza meg, hogy a szén-monoxid (IV)CO 2 hányszor nehezebb a levegőnél. |
| Megoldás | Egy adott gáz tömegének és egy másik gáz tömegének arányát ugyanabban a térfogatban, azonos hőmérsékleten és nyomáson az első gáz és a második gáz relatív sűrűségének nevezzük. Ez az érték azt mutatja, hogy az első gáz hányszor nehezebb vagy könnyebb, mint a második gáz. A levegő relatív molekulatömege 29 (figyelembe véve a levegő nitrogén-, oxigén- és egyéb gáztartalmát). Meg kell jegyezni, hogy a „levegő relatív molekulatömege” fogalmát feltételesen használják, mivel a levegő gázok keveréke. D levegő (CO 2) = M r (CO 2) / M r (levegő); D levegő (CO 2) = 44 / 29 = 1,517. M r (CO 2) = A r (C) + 2 × A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44. |
| Válasz | A szén-monoxid (IV)CO 2 1,517-szer nehezebb a levegőnél. |
Hármas kötéssel rendelkezik. Mivel ezek a molekulák szerkezetükben hasonlóak, tulajdonságaik is hasonlóak - nagyon alacsony olvadáspont és forráspont, a standard entrópiák közeli értékei stb.
A vegyértékkötés módszer keretein belül a CO molekula szerkezete a következő képlettel írható le: C≡O:, és a harmadik kötés a donor-akceptor mechanizmus szerint jön létre, ahol a szén az elektronpár donorja. , és az oxigén az akceptor.
A molekuláris orbitális módszer szerint egy gerjesztetlen CO-molekula elektronkonfigurációja σ 2 O σ 2 z π 4 x, y σ 2 C. Hármas kötés alakult ki σ miatt kialakult kapcsolat σ z elektronpár, és az elektronok kétszeresen degenerált szintűek π x, y kettőnek felel meg σ - kapcsolatok. A nem kötődő σ C és σ O pályákon lévő elektronok két elektronpárnak felelnek meg, amelyek közül az egyik az atomon, a másik az atomon helyezkedik el.
A hármas kötés jelenléte miatt a CO-molekula nagyon erős (disszociációs energia 1069 kJ/mol, vagyis 256 kcal/mol, ami nagyobb, mint bármely más kétatomos molekuláé), és kicsi a magok közötti távolsága (d C≡ O = 0,1128 nm vagy 1,13Å).
A molekula gyengén polarizált, dipólusának elektromos momentuma μ = 0,04·10 -29 C m (a dipólusmomentum iránya C - →O +). Ionizációs potenciál 14,0 V, erőcsatolási állandó k = 18,6.
A felfedezés története
A szén-monoxidot először Jacques de Lassonne francia kémikus állította elő cink-oxid szénnel való hevítésével, de kezdetben összetévesztették a hidrogénnel, mert kék lánggal égett. Azt a tényt, hogy ez a gáz szenet és oxigént tartalmaz, William Cruickshank angol kémikus fedezte fel. A szén-monoxidot a Föld légkörében először M. Migeotte belga tudós fedezte fel 1949-ben a Nap infravörös spektrumában egy fő rezgés-forgási sáv jelenlétében.
Szén-monoxid a Föld légkörében
Vannak természetes és antropogén behatolási források. Természetes körülmények között, a Föld felszínén a szerves vegyületek tökéletlen anaerob bomlása és a biomassza elégetése során, elsősorban erdő- és sztyeppetüzek során keletkezik CO. A szén-monoxid a talajban biológiai (élő szervezetek által kibocsátott) és nem biológiai úton egyaránt képződik. Kísérletileg bizonyított a szén-monoxid felszabadulása a talajban elterjedt, az első hidroxilcsoporthoz képest orto- vagy para-helyzetben OCH 3 vagy OH csoportokat tartalmazó fenolos vegyületek hatására.
A nem biológiai CO termelése és a mikroorganizmusok általi oxidációja közötti összhang az adott környezeti feltételektől, elsősorban a céltól függ. Például a szén-monoxid a száraz talajokból közvetlenül a légkörbe kerül, így helyi maximumok jönnek létre ennek a gáznak a koncentrációjában.
A légkörben a CO metánt és más szénhidrogéneket (elsősorban izoprént) magában foglaló reakcióláncok terméke.
A CO fő antropogén forrása jelenleg a belső égésű motorok kipufogógázai. Szén-monoxid képződik, amikor szénhidrogén üzemanyagot elégetnek a belső égésű motorokban elégtelen hőmérsékleten vagy rossz levegőellátási beállítások mellett (nincs elég oxigén a CO CO 2 -dá oxidálásához). A múltban az antropogén CO légkörbe jutásának jelentős részét a beltéri világításhoz használt világító gáz biztosította. Összetételében nagyjából megfelelt, azaz legfeljebb 45% szén-monoxidot tartalmazott. Jelenleg a közüzemi szektorban ezt a gázt sokkal kevésbé mérgező földgáz váltja fel (a homológ sorozat alsóbb képviselői - propán stb.)
A természetes és antropogén forrásokból származó CO-bevitel megközelítőleg azonos.
A légkörben lévő szén-monoxid gyors keringésben van: átlagos tartózkodási ideje körülbelül 0,1 év, a hidroxil hatására szén-dioxiddá oxidálódik.
Nyugta
Ipari módszer
2C + O 2 → 2CO (a reakció hőhatása 22 kJ),
2. vagy forró szénnel történő helyreállításkor:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
Ez a reakció gyakran fordul elő kályhatűznél, amikor a kályhacsappantyú túl korán van bezárva (mielőtt a szenek teljesen kiégtek). Az ebben az esetben képződött szén-monoxid toxicitása miatt élettani rendellenességeket ("füstöket"), sőt halált is okoz (lásd alább), innen ered az egyik triviális elnevezés - "szén-monoxid". A kemencében lezajló reakciók képe az ábrán látható.
A szén-dioxid redukciós reakciója reverzibilis, a hőmérséklet hatását ennek a reakciónak az egyensúlyi állapotára a grafikon mutatja. A reakció áramlását jobbra az entrópiatényező, balra pedig az entalpiatényező biztosítja. 400°C alatti hőmérsékleten az egyensúly szinte teljesen balra tolódik el, 1000°C felett pedig jobbra (a CO képződése felé). Alacsony hőmérsékleten ennek a reakciónak a sebessége nagyon alacsony, így a szén-monoxid normál körülmények között meglehetősen stabil. Ennek az egyensúlynak külön neve van Budoár egyensúly.
3. A szén-monoxid és más anyagok keverékét úgy kapják, hogy levegőt, vízgőzt stb. vezetnek át egy réteg forró koksz, szén vagy barnaszén stb. (lásd,).
Laboratóriumi módszer
Élettani hatás, toxicitás
A szén-monoxid nagyon veszélyes, mert nem okoz, sőt... A mérgezés jelei közé tartozik a fejfájás, a szédülés és az eszméletvesztés. A szén-monoxid toxikus hatása azon alapszik, hogy erősebben kötődik a vérhez, mint az oxigén (ez képződik karboxihemoglobin), így gátolja az oxigénszállítás és a sejtlégzés folyamatait. az ipari vállalkozások levegőjében lévő szén-monoxid 0,02 mg/l.
TLV (határkoncentráció, USA): 25 ppm; 29 mg/m 3 (mint TWA - USA eltolódás átlaga) (ACGIH 1994-1995). MAC (maximális megengedett koncentráció, USA): 30 ppm; 33 mg/m3; Terhesség: B (káros hatás valószínű még MAK szinten is) (1993)
Szén-monoxid védelem
Tulajdonságok
A szén-monoxid színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Az úgynevezett „szén-monoxid-szag” valójában a szerves szennyeződések szaga.
| Molekulatömeg | 28,01 |
| Olvadási hőmérséklet | -205°C |
| Forráshőmérséklet | -191,5°C |
| Oldhatóság | Rendkívül gyengén oldódik (2,3 ml CO/100 ml H 2 O 20°C-on) |
| Sűrűség ρ | 0,00125 g/cm3 (0 °C-on) |
| A képződés standard entalpiája ΔH | −110,52 kJ/mol (g) (298 K-en) |
| Szabványos Gibbs képződési energia ΔG | −137,14 kJ/mol (g) (298 K-en) |
| Az S formáció standard entrópiája | 197,54 J/mol K (g) (298 K-en) |
| Standard moláris C p | 29,11 J/mol K (g) (298 K-en) |
| Olvadási entalpia ΔH pl | 0,838 kJ/mol |
| Forrás entalpiája ΔH forráspont | 6,04 kJ/mol |
| t crit | -140,23°C |
| P krit | 3,499 MPa |
| ρ crit | 0,301 g/cm3 |
A kémiai reakciók fő típusai, amelyekben a szén-monoxid részt vesz, az addíciós reakciók, amelyekben redukáló tulajdonságokat mutat.
Szobahőmérsékleten a CO inaktív, kémiai aktivitása hevítésre és oldatokban jelentősen megnő (pl. oldatokban már szobahőmérsékleten fémekké redukálja a sókat és egyebeket. Melegítéskor más fémeket is redukál, pl. CO + CuO → Cu + CO 2 Ezt széles körben alkalmazzák a pirometallurgiában.Az oldatban lévő CO palládium-kloriddal való reakciója a CO kvalitatív kimutatásának alapja, lásd alább).
Az oldatban lévő CO oxidációja gyakran csak katalizátor jelenlétében történik észrevehető sebességgel. Az utóbbi kiválasztásakor a fő szerepet az oxidálószer jellege játssza. Így a CO finomra zúzott ezüst, - sók, - OsO 4 jelenlétében oxidálódik a leggyorsabban. Általában a CO redukáló tulajdonságaiban hasonló a molekuláris hidrogénhez.
830°C alatt az erősebb redukálószer a CO, felette a hidrogén. Ezért a reakció egyensúlya:
H 2 O + CO ↔ CO 2 + H 2 + 42 kJ
830°C-ig jobbra, 830°C felett balra tolódik.
Érdekes módon vannak olyan baktériumok, amelyek a CO oxidációja révén nyerik az élethez szükséges energiát.
A szén-monoxid kék lánggal ég (a reakcióhőmérséklet 700°C) a levegőben:
CO + 1 / 2 O 2 → 2CO 2 ΔG° 298 = -257 kJ, ΔS° 298 = -86 J/K
A CO égési hőmérséklete elérheti a 2100°C-ot is, láncégetésről van szó, melynek iniciátoraként kis mennyiségű hidrogén tartalmú vegyületek (víz stb.) szolgálnak.
Ilyen jó fűtőértéke miatt a CO különféle műszaki gázkeverékek alkotórésze (lásd pl.), melyeket többek között fűtésre használnak.
A szén-monoxid reakcióba lép . A legnagyobb gyakorlati alkalmazású reakció az
Szén-monoxid– A CO (szén-monoxid) egy halálos és alattomos méreg, amely sokkal erősebben köt meg, mint az éltető oxigén. Színtelen, mérgező gáz (normál körülmények között), íz és szag nélkül. Kémiai képlet – CO. A halál akkor következik be, amikor a szén-monoxid a hemoglobin 80%-ával egyesül. Az autók kipufogógázai szén-monoxidot tartalmaznak (legfeljebb 12%).
A kémiai reakciók fő típusai, amelyekben a szén-monoxid részt vesz, az addíciós reakciók és a redox reakciók, amelyekben redukáló tulajdonságokat mutat.
Szobahőmérsékleten a szén-monoxid inaktív, kémiai aktivitása melegítéskor és oldatokban jelentősen megnő. Így oldatokban az Au, Pt, Pd és mások sóit már szobahőmérsékleten fémekké redukálja. Hevítéskor más fémeket is redukál, például CO + CuO = Cu + CO 2. A pirometallurgiában széles körben használják. A szén-monoxid kvalitatív kimutatásának módszere az oldatban lévő CO palládium-kloriddal való reakcióján alapul.
Érdekes, hogy vannak olyan állatok, amelyek a CO oxidációján keresztül képesek megszerezni az élethez szükséges energiát.
Mint már említettük, a szén-monoxid nagyon veszélyes. Mérgezés jelei: fejfájás és szédülés; van fülzúgás, légszomj, szívdobogás, villogás a szem előtt, az arc kipirosodása, általános gyengeség, hányinger és néha hányás; súlyos esetekben görcsök, eszméletvesztés, kóma.
Előfordult már, hogy néhány meggondolatlan sofőr télen egy garázsban parkoló autóban töltötte az éjszakát, amelynek az ajtaja zárva volt. Hogy melegen aludjanak, beindították a motort és alapjáraton járt. Általában szén-monoxid halmozódott fel a garázsban, és az ilyen gondatlan emberek meghaltak. Az egyik könyv szerzője helyesen jegyezte meg, hogy „a motor beindítása egy kis garázsban zárt ajtó mellett öngyilkosság”.
A CO toxikus hatása a karboxihemoglobin képződésének köszönhető – ez egy sokkal erősebb karbonilkomplex a hemoglobinnal, mint a hemoglobin oxigénnel alkotott komplexe. Így az oxigénszállítás és a sejtlégzés folyamatai blokkolva vannak. A 0,1%-ot meghaladó koncentráció a levegőben egy órán belül halálhoz vezet.
A szén-monoxid és a hemoglobin kombinációja reverzibilis. Az áldozatot friss levegőre kell vinni. Enyhe mérgezés esetén elegendő a tüdő oxigénnel történő hiperventillációja.
Vannak természetes és antropogén szén-monoxid-források, amelyek a Föld légkörébe jutnak. A természetes és antropogén forrásokból származó CO-bevitel megközelítőleg azonos. Természetes körülmények között a Föld felszínén a szerves vegyületek tökéletlen anaerob bomlása és a biomassza elégetése során, elsősorban erdő- és sztyeppetüzek során keletkezik szén-monoxid.
A CO fő antropogén forrása jelenleg a belső égésű motorok kipufogógázai.
Mindenki, akinek volt már dolga a fűtési rendszerek - kályhák, kazánok, kazánok, vízmelegítők, bármilyen formában háztartási tüzelőanyagra tervezett - üzemeltetésével, tudja, milyen veszélyes a szén-monoxid az emberre. Meglehetősen nehéz semlegesíteni gáz állapotban, nincsenek hatékony otthoni módszerek a szén-monoxid leküzdésére, ezért a legtöbb védőintézkedés a levegőben lévő szén-monoxid megelőzésére és időben történő kimutatására irányul.
Mérgező anyagok tulajdonságai
A szén-monoxid természetében és tulajdonságaiban nincs semmi szokatlan. Lényegében szén vagy széntartalmú tüzelőanyagok részleges oxidációjának terméke. A szén-monoxid képlete egyszerű és egyértelmű - CO, kémiai értelemben - szén-monoxid. Egy szénatom kapcsolódik egy oxigénatomhoz. A szerves tüzelőanyag égési folyamatainak természete olyan, hogy a szén-monoxid minden láng szerves része.
A tűztérben hevítve a szenet, a kapcsolódó tüzelőanyagokat, a tőzeget és a tűzifát szén-monoxiddá gázosítják, és csak ezután égetik el levegő beáramlásával. Ha az égéstérből szén-dioxid szivárgott ki a helyiségbe, az stabil állapotban marad addig a pillanatig, amíg a szénáramot szellőzéssel eltávolítják a helyiségből, vagy felhalmozódik, kitöltve az egész teret, a padlótól a mennyezetig. Ez utóbbi esetben csak egy elektronikus szén-monoxid-érzékelő mentheti meg a helyzetet, amely a helyiség légkörében a mérgező füstök koncentrációjának legkisebb növekedésére reagál.
Amit a szén-monoxidról tudni kell:
- Normál körülmények között a szén-monoxid sűrűsége 1,25 kg/m3, ami nagyon közel áll a levegő 1,25 kg/m3 fajsúlyához. A forró és egyenletes meleg monoxid könnyen felemelkedik a mennyezetre, és ahogy lehűl, leülepedik és keveredik a levegővel;
- A szén-monoxid még nagy koncentrációban is íztelen, színtelen és szagtalan;
- A szén-monoxid képződésének elindításához elegendő a szénnel érintkező fémet 400-500 o C hőmérsékletre felmelegíteni;
- A gáz levegőben képes égni, és nagy mennyiségű, körülbelül 111 kJ/mol hőt bocsát ki.
Nemcsak a szén-monoxid belélegzése veszélyes, hanem a gáz-levegő keverék felrobbanhat, ha a térfogati koncentráció eléri a 12,5-74%-ot. Ebben az értelemben a gázkeverék hasonló a háztartási metánhoz, de sokkal veszélyesebb, mint a hálózati gáz.
A metán a levegőnél könnyebb, belélegezve kevésbé mérgező, ráadásul egy speciális adalék - merkaptán - gázáramhoz való hozzáadásának köszönhetően a helyiségben való jelenléte szaggal is könnyen észlelhető. Ha a konyha enyhén gázos, akkor minden egészségügyi következmény nélkül be lehet lépni a helyiségbe és kiszellőztetni.
A szén-monoxiddal minden bonyolultabb. A CO és a levegő szoros kapcsolata megakadályozza a mérgező gázfelhő hatékony eltávolítását. A lehűlés során fokozatosan megtelepszik a gázfelhő az alapterületen. Ha a szén-monoxid-érzékelő működésbe lép, vagy égéstermék-szivárgást észlel egy kályhából vagy szilárd tüzelésű kazánból, azonnal gondoskodni kell a szellőztetésről, különben a gyermekek és a háziállatok szenvednek először.
A szén-monoxid-felhőnek ezt a tulajdonságát korábban széles körben használták a rágcsálók és csótányok elleni küzdelemben, de a gáztámadás hatékonysága lényegesen alacsonyabb, mint a modern eszközök, és aránytalanul nagyobb a mérgezés kockázata.
Tájékoztatásképpen! A CO-gázfelhő szellőzés hiányában hosszú ideig változatlanul megőrzi tulajdonságait.
Ha a pincékben, közműves helyiségekben, kazánházakban, pincékben szén-monoxid-felhalmozódás gyanúja merül fel, első lépésként a maximális szellőzést kell biztosítani óránként 3-4 egység gázcsere sebességgel.
A füstök helyiségben való megjelenésének feltételei
A szén-monoxid több tucat kémiai reakcióval állítható elő, de ehhez speciális reagensek és kölcsönhatásuk feltételei szükségesek. A gázmérgezés kockázata így gyakorlatilag nulla. A szén-monoxid kazánházban vagy konyhában való megjelenésének fő okai továbbra is két tényező:
- Gyenge huzat és az égéstermékek részleges áramlása az égésforrásból a konyhába;
- kazán-, gáz- és kemenceberendezések nem megfelelő működése;
- Műanyagból, vezetékekből, polimer bevonatokból és anyagokból származó tüzek és helyi tüzek;
- Szennygázok a csatornavezetékekből.
A szén-monoxid forrása lehet a hamu másodlagos elégetése, a kéményekben lévő laza koromlerakódások, a kandallóburkolatok és koromoltó készülékek téglafalába ágyazott korom és gyanta.
A CO-gáz forrása leggyakrabban parázsló szén, amely kiég a tűztérben, amikor a szelep zárva van. Különösen sok gáz szabadul fel a tűzifa levegő hiányában történő hőbomlása során, a gázfelhő körülbelül felét a szén-monoxid foglalja el. Ezért a parázsló forgácsból származó köd felhasználásával a hús és a hal füstölésével kapcsolatos kísérleteket csak a szabadban szabad végezni.
A főzés során kis mennyiségű szén-monoxid is megjelenhet. Például, aki találkozott már a konyhában zárt tűzterű gázkazán beépítésével, az tudja, hogyan reagálnak a szén-monoxid-érzékelők sült burgonyára vagy bármilyen forrásban lévő olajban főtt ételre.
A szén-monoxid alattomos természete
A szén-monoxid fő veszélye, hogy nem lehet érzékelni és érzékelni jelenlétét egy helyiség légkörében, amíg a gáz a levegővel be nem jut a légzőrendszerbe és fel nem oldódik a vérben.
A CO belélegzésének következményei a levegőben lévő gáz koncentrációjától és a helyiségben való tartózkodás hosszától függenek:
- A fejfájás, a rossz közérzet és az álmosság kialakulása akkor kezdődik, amikor a levegő térfogati gáztartalma 0,009-0,011%. Egy fizikailag egészséges ember akár három órán át is kibírja a szennyezett légkörnek való kitettséget;
- Hányinger, erős izomfájdalom, görcsök, ájulás, tájékozódási zavar alakulhat ki 0,065-0,07%-os koncentrációban. A szobában eltöltött idő az elkerülhetetlen következmények megjelenéséig mindössze 1,5-2 óra;
- Ha a szén-monoxid koncentrációja 0,5% felett van, már néhány másodperc gázszennyezett térben való tartózkodás is halált jelent.
Még ha egy személy biztonságosan ki is szállt egy magas szén-monoxid-koncentrációjú helyiségből, akkor is szüksége lesz orvosi ellátásra és ellenszerek alkalmazására, mivel a keringési rendszer mérgezésének és az agyi vérkeringés károsodásának következményei továbbra is fennállnak. csak kicsit később jelennek meg.
A szén-monoxid molekulákat a víz és a sóoldatok jól felszívják. Ezért gyakran a rendelkezésre álló vízzel megnedvesített közönséges törölközőket és szalvétákat használják az első elérhető védelemként. Ez lehetővé teszi, hogy néhány percre megakadályozza a szén-monoxid bejutását a szervezetbe, amíg el nem tudja hagyni a helyiséget.
A szén-monoxid ezen tulajdonságával gyakran visszaélnek a beépített CO-érzékelőkkel rendelkező fűtőberendezések tulajdonosai. Amikor egy érzékeny érzékelő működésbe lép, a helyiség szellőztetése helyett gyakran egyszerűen letakarják a készüléket egy nedves törülközővel. Ennek eredményeként egy tucat ilyen manipuláció után a szén-monoxid-érzékelő meghibásodik, és a mérgezés kockázata egy nagyságrenddel nő.
Műszaki szén-monoxid-érzékelő rendszerek
Valójában manapság egyetlen módja van a szén-monoxid elleni sikeres küzdelemnek, speciális elektronikus eszközök és érzékelők használatával, amelyek rögzítik a helyiségben a felesleges CO-koncentrációt. Csinálhatsz persze egyszerűbbet is, például erős szellőzést szerelhetsz fel, ahogyan azok teszik, akik szeretnek egy igazi tégla kandalló mellett pihenni. De egy ilyen megoldásban fennáll a szén-monoxid-mérgezés bizonyos veszélye a cső huzatirányának megváltoztatásakor, és emellett az erős huzat alatti élet sem tesz jót az egészségnek.
Szén-monoxid érzékelő készülék
A lakó- és háztartási helyiségek légkörében a szén-monoxid-tartalom szabályozásának problémája ma éppolyan sürgető, mint a tűz- vagy biztonsági riasztó megléte.
A fűtési és gáztechnikai berendezések szaküzleteiben többféle gáztartalom-ellenőrző készüléket vásárolhat:
- Vegyi riasztók;
- Infravörös szkennerek;
- Szilárdtest érzékelők.
A készülék érzékeny érzékelője általában elektronikus kártyával van felszerelve, amely biztosítja a tápellátást, a kalibrálást és a jel érthető jelzésformává alakítását. Ezek lehetnek egyszerűen zöld és piros LED-ek a panelen, hangsziréna, digitális információ a számítógépes hálózat felé történő jelzéshez, vagy egy vezérlő impulzus egy automatikus szelephez, amely leállítja a háztartási gázellátást a fűtőkazánhoz.
Nyilvánvaló, hogy a szabályozott elzárószeleppel ellátott érzékelők használata szükséges intézkedés, de gyakran a fűtőberendezések gyártói szándékosan építenek be „bolondbiztosságot”, hogy elkerüljenek mindenféle manipulációt a gázberendezések biztonságával.
Vegyi és szilárdtest-ellenőrző műszerek
A kémiai indikátorral ellátott érzékelő legolcsóbb és leginkább hozzáférhető változata hálós lombik formájában készül, amely könnyen átereszti a levegőt. A lombik belsejében két elektróda van, amelyeket lúggal impregnált porózus válaszfal választ el egymástól. A szén-monoxid megjelenése az elektrolit elszenesítéséhez vezet, az érzékelő vezetőképessége meredeken csökken, amit az elektronika azonnal riasztási jelként olvas le. A beszerelés után a készülék inaktív állapotban van, és addig nem működik, amíg a levegőben a megengedett koncentrációt meghaladó szén-monoxid-nyomok nincsenek.
A szilárdtest-érzékelők kétrétegű ón-dioxidból és ruténiumból álló zacskókat használnak lúggal impregnált azbesztdarab helyett. A gáz megjelenése a levegőben meghibásodást okoz az érzékelő eszköz érintkezői között, és automatikusan riasztást vált ki.
Szkennerek és elektronikus védőburkolatok
Infravörös érzékelők, amelyek a környező levegő pásztázásának elvén működnek. A beépített infravörös érzékelő érzékeli a lézer LED izzását, és a hősugárzás gáz általi elnyelésének intenzitásának változása alapján aktiválódik egy trigger eszköz.
A CO nagyon jól elnyeli a spektrum termikus részét, így az ilyen eszközök figyelő vagy szkenner üzemmódban működnek. A szkennelés eredménye megjeleníthető kétszínű jel formájában, vagy a levegőben lévő szén-monoxid mennyiségének jelzéseként digitális vagy lineáris skálán.
Melyik szenzor a jobb
A szén-monoxid-érzékelő helyes kiválasztásához figyelembe kell venni a működési módot és annak a helyiségnek a jellegét, amelyben az érzékelő eszközt telepíteni kell. Például az elavultnak tartott vegyi érzékelők kiválóan működnek a kazánházakban és a háztartási helyiségekben. Egy olcsó szén-monoxid-érzékelő berendezés telepíthető otthonában vagy műhelyében. A konyhában a hálót gyorsan por- és zsírlerakódások borítják, ami élesen csökkenti a kémiai kúp érzékenységét.
A szilárdtest-szén-monoxid-érzékelők minden körülmények között egyformán jól működnek, de működésükhöz erős külső áramforrásra van szükség. Az eszköz ára magasabb, mint a vegyi érzékelő rendszerek ára.
Az infravörös érzékelők ma a legelterjedtebbek. Aktívan használják a lakossági egyedi fűtési kazánok biztonsági rendszereinek kiegészítésére. Ugyanakkor a vezérlőrendszer érzékenysége gyakorlatilag nem változik az idő múlásával a por vagy a levegő hőmérséklete miatt. Ezenkívül az ilyen rendszerek általában beépített tesztelési és kalibrációs mechanizmusokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik teljesítményük időszakos ellenőrzését.
Szén-monoxid figyelő készülékek telepítése
A szén-monoxid-érzékelőket kizárólag szakképzett személyzet telepítheti és karbantarthatja. A műszereket rendszeresen ellenőrizni, kalibrálni, karbantartani és cserélni kell.
Az érzékelőt a gázforrástól 1-4 m távolságra, a házat vagy a távérzékelőket a padlószinttől 150 cm-re kell felszerelni, és a felső és alsó érzékenységi küszöb szerint kell kalibrálni.
A lakossági szén-monoxid-érzékelők élettartama 5 év.
Következtetés
A szén-monoxid képződése elleni küzdelem körültekintést és felelősségteljes hozzáállást igényel a telepített berendezésekhez. Az érzékelőkkel, különösen a félvezetőkkel végzett kísérletek élesen csökkentik az eszköz érzékenységét, ami végső soron a szén-monoxid-tartalom növekedéséhez vezet a konyha és az egész lakás légkörében, lassan megmérgezi az összes lakót. A szén-monoxid-monitoring problémája olyan súlyos, hogy elképzelhető, hogy a jövőben az egyéni fűtések minden kategóriájában kötelezővé válnak az érzékelők használata.
Szén-monoxid (szén-monoxid, szén-monoxid, szén-monoxid) színtelen, mérgező gáz (normál körülmények között), íz és szag nélkül. Kémiai képlet - CO. A lángterjedés alsó és felső koncentrációs határa: 12,5-74% (térfogat).
Molekula szerkezete
A CO-molekula hármas kötéssel rendelkezik, akárcsak az N2 nitrogénmolekula. Mivel ezek a molekulák szerkezetükben hasonlóak (izoelektronikus, kétatomos, hasonló moláris tömegűek), tulajdonságaik is hasonlóak - nagyon alacsony olvadás- és forráspont, hasonló standard entrópiák stb.
A hármas kötés jelenléte miatt a CO-molekula nagyon erős (disszociációs energia 1069 kJ/mol, vagyis 256 kcal/mol, ami nagyobb, mint bármely más kétatomos molekuláé), és kicsi a magok közötti távolsága (d C≡ O = 0,1128 nm vagy 1,13Å).
A molekula gyengén polarizált, dipólusának elektromos momentuma μ = 0,04·10 −29 C m. Számos tanulmány kimutatta, hogy a CO molekulában a negatív töltés a C − ←O + szénatomon koncentrálódik (a molekulában a dipólusmomentum iránya ellentétes a korábban feltételezetttel). Ionizációs potenciál 14,0 V, erőcsatolási állandó k = 18,6.
Tulajdonságok
A szén(II)-monoxid színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Gyúlékony Az úgynevezett „szén-monoxid-szag” valójában a szerves szennyeződések szaga.
A szén(II)-monoxidot érintő kémiai reakciók fő típusai az addíciós reakciók és a redox reakciók, amelyekben redukáló tulajdonságokat mutat.
Szobahőmérsékleten a CO inaktív, kémiai aktivitása hevítésre és oldatokban jelentősen megnő (így oldatokban már szobahőmérsékleten fémekké redukálja a sókat, és egyebeket. Melegítéskor más fémeket is redukál, pl. CO + CuO → Cu + CO 2. A pirometallurgiában széles körben alkalmazzák.Az oldatban lévő CO palládium-kloriddal való reakciója a CO kvalitatív kimutatásának alapja, lásd alább).
Az oldatban lévő CO oxidációja gyakran csak katalizátor jelenlétében történik észrevehető sebességgel. Az utóbbi kiválasztásakor a fő szerepet az oxidálószer jellege játssza. Így a KMnO 4 oxidálja leggyorsabban a CO-t finomra zúzott ezüst, a K 2 Cr 2 O 7 - sók, a KClO 3 - OsO 4 jelenlétében. Általában a CO redukáló tulajdonságaiban hasonló a molekuláris hidrogénhez.
830 °C alatt az erősebb redukálószer a CO, felette a hidrogén. Ezért a reakció egyensúlya:
830 °C-ig jobbra, 830 °C felett balra tolódik.
Érdekes módon vannak olyan baktériumok, amelyek a CO oxidációja révén nyerik az élethez szükséges energiát.
A szén-monoxid (II) kék lánggal ég (a reakcióhőmérséklet 700 °C) a levegőben:
ΔG° 298 = –257 kJ, ΔS° 298 = –86 J/KA CO égési hőmérséklete elérheti a 2100 °C-ot is, láncégetésről van szó, amelyben kis mennyiségű hidrogéntartalmú vegyületek (víz, ammónia, kénhidrogén stb.) szolgálnak iniciátorként.
Ilyen jó fűtőértéke miatt a CO különféle műszaki gázkeverékek alkotóeleme (lásd pl. generátorgáz), amelyet többek között fűtésre használnak.
halogének. A klórral való reakció a legnagyobb gyakorlati alkalmazást kapta:
A reakció exoterm, termikus hatása 113 kJ, katalizátor (aktív szén) jelenlétében szobahőmérsékleten megy végbe. A reakció eredményeként foszgén képződik, a kémia különböző ágaiban (és vegyi harci szerként is) széles körben használt anyag. Hasonló reakciókkal COF 2 (karbonil-fluorid) és COBr2 (karbonil-bromid) nyerhető. Karbonil-jodidot nem kaptunk. A reakciók exotermitása gyorsan csökken F-ről I-re (F 2 reakció esetén a hőhatás 481 kJ, Br 2 esetén 4 kJ). Vegyes származékok, például COFCl előállítása is lehetséges (további részletekért lásd a szénsav halogénszármazékait).
Ha CO-t F 2 -vel reagáltatunk, a karbonil-fluorid mellett egy peroxidvegyületet (FCO) 2 O 2 kaphatunk. Jellemzői: olvadáspont -42 °C, forráspont +16 °C, jellegzetes szagú (hasonló az ózon szagához), 200 °C fölé hevítve robbanásszerűen lebomlik (reakciótermékek CO 2, O 2 és COF 2 ), savas közegben kálium-jodiddal reagál a következő egyenlet szerint:
A szén(II)-monoxid reakcióba lép kalkogénekkel. A kénnel szén-szulfid COS keletkezik, a reakció hevítéskor megy végbe, az egyenlet szerint:
ΔG° 298 = –229 kJ, ΔS° 298 = –134 J/KHasonló szén-szelenoxidot (COSe) és szén-telluroxidot (COTe) is kaptak.
SO 2 visszaállítása:
Az átmeneti fémekkel nagyon illékony, gyúlékony és mérgező vegyületeket képez - karbonilokat, például Cr(CO) 6, Ni(CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 stb.
A szén (II)-monoxid kis mértékben oldódik vízben, de nem lép reakcióba vele. Nem lép reakcióba lúgok és savak oldataival sem. Azonban reakcióba lép az alkáli olvadékokkal, és megfelelő formiátokat képez:
Érdekes a szén-monoxid (II) reakciója fémkáliummal ammóniaoldatban. Ez a kálium-dioxo-karbonát robbanásveszélyes vegyületet eredményezi:
A szén-monoxid (II) toxikus hatása a karboxihemoglobin képződésének köszönhető, amely egy sokkal erősebb karbonilkomplex a hemoglobinnal, mint a hemoglobin oxigénnel alkotott komplexe (oxihemoglobin), így gátolja az oxigénszállítás és a sejtlégzés folyamatait. A 0,1%-ot meghaladó koncentráció a levegőben egy órán belül halálhoz vezet.
A felfedezés története
A szén(II)-monoxidot először Jacques de Lassonne francia kémikus állította elő cink-oxid szénnel való hevítésével, de kezdetben összetévesztették a hidrogénnel, mert kék lánggal égett.
Azt a tényt, hogy ez a gáz szenet és oxigént tartalmaz, William Cruickshank angol kémikus fedezte fel. A Föld légkörén kívüli szén-monoxidot először M. Migeotte belga tudós fedezte fel 1949-ben a Nap infravörös spektrumában található fő rezgés-forgási sáv jelenlétéből.
Nyugta
Ipari módszer
- Szén vagy szénalapú vegyületek (például benzin) égése során keletkezik oxigénhiányos körülmények között:
- vagy ha a szén-dioxidot forró szénnel redukálják:
Ez a reakció kályhatűz során lép fel, amikor a kályhacsappantyú túl korán van bezárva (mielőtt a szén teljesen kiégett). A keletkező szén-monoxid (II) toxicitása miatt élettani rendellenességeket ("füstöket") és akár halált is okoz (lásd alább), innen ered az egyik triviális elnevezés - "szén-monoxid".
A szén-dioxid redukciós reakciója reverzibilis, a hőmérséklet hatását ennek a reakciónak az egyensúlyi állapotára a grafikon mutatja. A reakció áramlását jobbra az entrópiatényező, balra pedig az entalpiatényező biztosítja. 400 °C alatti hőmérsékleten az egyensúly szinte teljesen balra, 1000 °C felett pedig jobbra tolódik el (a CO képződése felé). Alacsony hőmérsékleten ennek a reakciónak a sebessége nagyon kicsi, így a szén(II)-monoxid normális körülmények között meglehetősen stabil. Ennek az egyensúlynak külön neve van Budoár egyensúly.
- A szén-monoxid (II) más anyagokkal alkotott keverékeit úgy állítják elő, hogy levegőt, vízgőzt stb. átvezetnek egy forró koksz, szén vagy barnaszén stb. rétegen (lásd generátorgáz, vízgáz, kevert gáz, szintézisgáz).
Laboratóriumi módszer
- Folyékony hangyasav bomlása forró tömény kénsav hatására, vagy hangyasavat P 2 O 5 foszfor-oxidon átvezetve. Reakciós séma:
- Oxálsav és tömény kénsav keverékének melegítése. A reakció a következő egyenlet szerint megy végbe:
- Kálium-hexaciano-ferrát (II) keverékének tömény kénsavval való melegítése. A reakció a következő egyenlet szerint megy végbe:
A szén-monoxid meghatározása (II)
A CO jelenléte minőségileg meghatározható a palládium-klorid oldatok (vagy az oldatba áztatott papír) sötétedésével. A sötétedés a finom fémpalládium felszabadulásával jár a következő séma szerint:
Ez a reakció nagyon érzékeny. Standard oldat: 1 gramm palládium-klorid per liter víz.
A szén-monoxid (II) mennyiségi meghatározása a jodometriás reakción alapul:
Alkalmazás
- A szén(II)-monoxid egy köztes reagens, amelyet hidrogénnel való reakciókban használnak kritikus ipari folyamatokban szerves alkoholok és egyenes szénhidrogének előállítására.
- A szén-monoxidot (II) állati húsok és halak feldolgozására használják, így azok élénkvörös színt és frissesség megjelenését adják anélkül, hogy az ízük megváltozna (en: Clear smoke vagy hu: Tasteless smoke technológia). A megengedett CO-koncentráció 200 mg/kg hús.
- A motor kipufogógázából származó szén-monoxidot a nácik használták fel a második világháború idején tömeges mérgezés útján.
Szén-monoxid (II) a Föld légkörében
Vannak természetes és antropogén források is