Чадний газ має молекулярну будову. Обережно! Чадний газ у будинку! Нормальна фізіологія людини

Вуглець утворює два надзвичайно стійкі оксиди (ЗІ і С 2), три значно менш стійкі оксиди (С 3 O 2 , С 5 O 2 і С 12 O 9), ряд нестійких або погано вивчених оксидів (С 2 O, С 2 O 3 та ін) та нестехіометричний оксид графіту. Серед перерахованих оксидів особливу роль відіграють СО та СО 2 .

ВИЗНАЧЕННЯ

Монооксид вуглецюза звичайних умов горючий газ без кольору та запаху.

Він досить токсичний через його здатність утворювати комплекс із гемоглобіном, який приблизно в 300 разів стійкіший, ніж комплекс кисень-гемоглобін.

ВИЗНАЧЕННЯ

Диоксид вуглецюпри звичайних умовах - безбарвний газ, приблизно в 1,5 рази важчий за повітря, завдяки чому його можна переливати, як рідина, з однієї судини в іншу.

Маса 1 л CO 2 за нормальних умов становить 1,98 р. Розчинність діоксиду вуглецю у воді невелика: 1 об'єм води при 20 o З розчиняє 0,88 об'єму CO 2 , а при 0 o С - 1,7 об'єму.

Пряме окислення вуглецю при нестачі кисню або повітря призводить до утворення СО, при достатній їх кількості утворюється СО 2 . Деякі властивості цих оксидів представлені у табл. 1.

Таблиця 1. Фізичні властивості оксидів вуглецю.

Одержання оксиду вуглецю

Чистий СО може бути отриманий в лабораторії дегідратуванням мурашиної кислоти (НСООН) концентрованої сірчаної кислоти при ~140 °С:

HCOOH = CO + H2O.

У невеликих кількостях діоксид вуглецю можна легко одержати дією кислот на карбонати:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 .

У промисловому масштабі CO 2 отримують головним чином як побічний продукт у процесі синтезу аміаку:

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2;

CO + H2O = CO2 + H2.

Великі кількості вуглекислого газу одержують при випаленні вапняку:

CaCO3 = CaO+CO2.

Хімічні властивості оксиду вуглецю

Монооксид вуглецю хімічно активний за високих температур. Він поводиться як сильний відновник. Реагує з киснем, хлором, сіркою, аміаком, лугами, металами.

CO + NaOH = Na (HCOO) (t = 120 - 130 o C, p);

CO + H 2 = CH 4 + H 2 O (t = 150 - 200 o C, kat. Ni);

CO + 2H 2 = CH 3 OH (t = 250 - 300 o C, kat. CuO/Cr 2 O 3);

2CO + O 2 = 2CO 2 (kat. MnO 2 / CuO);

CO + Cl 2 = CCl 2 O(t = 125 - 150 o C, kat. C);

4CO + Ni = (t = 50 - 100 o C);

5CO + Fe = (t = 100 - 200 o C, p).

Діоксид вуглецю виявляє кислотні властивості: реагує із лугами, гідратом аміаку. Відновлюється активними металами, воднем, вуглецем.

CO 2 + NaOH dilute = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH conc = Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O;

CO 2 + BaCO 3 + H 2 O = Ba (HCO 3) 2;

CO 2 + NH 3 × H 2 O = NH 4 HCO 3;

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 o C, kat. Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t> 1000 o C);

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (t = 500 o C);

2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2 .

Застосування оксиду вуглецю

Монооксид вуглецю широко використовується як паливо у вигляді генераторного газу або водяного газу і утворюється також виділення багатьох металів з їх оксидів відновленням вугіллям. Генераторний газ одержують, пропускаючи повітря через розпечене вугілля. До його складу входить близько 25%, 4% СО2 і 70% N 2 зі слідами Н 2 і СН 4 62.

Застосування діоксиду вуглецю найчастіше зумовлене його фізичними властивостями. Його використовують як охолоджуючий агент, для газування напоїв, при отриманні полегшених (спінених) пластмас, а також як газ для створення інертної атмосфери.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Завдання	Визначте у скільки разів важчий за повітря оксид вуглецю (IV)CO 2 .
Рішення	Відношення маси даного газу до маси іншого газу, взятого в тому ж обсязі, при тій же температурі і тому ж тиску, називається відносною щільністю першого газу по другому. Ця величина показує, у скільки разів перший газ важчий або легший за другий газ. Відносну молекулярну масу повітря приймають рівною 29 (з урахуванням вмісту в повітрі азоту, кисню та інших газів). Слід зазначити, що поняття «відносна молекулярна маса повітря» використовується умовно, оскільки повітря це суміш газів. D air(CO 2 ) = M r (CO 2 ) / M r (air); D air (CO 2 ) = 44/29 = 1,517. M r (CO 2 ) = A r (C) + 2×A r (O) = 12 + 2× 16 = 12 + 32 = 44.
Відповідь	Оксид вуглецю (IV)CO 2 важчий за повітря в 1,517 разів.

Має потрійний зв'язок. Так як ці молекули подібні за будовою, то й властивості їх схожі - дуже низькі температури плавлення і кипіння, близькі значення стандартних ентропій і т.п.

У межах методу валентних зв'язків будову молекули CO можна описати формулою:C≡O:, причому третій зв'язок утворена по донорно-акцепторному механізму, де вуглець є донором електронної пари, а кисень - акцептором.

Відповідно до методу молекулярних орбіталей електронна конфігурація незбудженої молекули CO 2 O 2 z 4 x, y 2 C . Потрійний зв'язок утворено σ -зв'язком, утвореним за рахунок σ zелектронної пари, а електрони двічі виродженого рівня π x, yвідповідають двом σ -зв'язків. Електрони на незв'язуючих C -орбіталі і O -орбіталі відповідають двом електронним парам, одна з яких локалізована у атома , інша - у атома .

Завдяки наявності потрійного зв'язку молекула CO дуже міцна (енергія дисоціації 1069 кДж/моль, або 256 ккал/моль, що більше, ніж у будь-яких інших двоатомних молекул) і має малу між'ядерну відстань (d C≡O =0,1128 нм або 1, 13Å).

Молекула слабо поляризована, електричний момент її диполя μ = 0,04 · 10 -29 Кл · м (напрямок дипольного моменту C - → O +). Іонізаційний потенціал 14,0, силова константа зв'язку k = 18,6.

Історія відкриття

Монооксид вуглецю був вперше отриманий французьким хіміком Жаком де Лассоном при нагріванні оксиду цинку з вугіллям, але спочатку його помилково прийняли за водень, оскільки він згоряв синім полум'ям. Те, що до цього газу входить вуглець і кисень, з'ясував в англійський хімік Вільям Крукшенк. Моноксид вуглецю в атмосфері Землі вперше був виявлений бельгійським ученим М. Міжотом (M. Migeotte) у 1949 році за наявності основної коливально-обертальної смуги в ІЧ спектрі Сонця.

Монооксид вуглецю в атмосфері Землі

Розрізняють природні та антропогенні джерела надходження. У природних умовах на поверхні Землі CO утворюється при неповному анаеробному розкладанні органічних сполук і при згорянні біомаси, в основному в ході лісових і степових пожеж. Монооксид вуглецю утворюється у ґрунті як біологічним шляхом (виділення живими організмами), так і небіологічним. Експериментально доведено виділення монооксиду вуглецю за рахунок звичайних у ґрунтах фенольних сполук, що містять групи OCH 3 або OH в орто- або пара-положеннях по відношенню до першої гідроксильної групи.

Загальний баланс продукування небіологічного CO та його окиснення мікроорганізмами залежить від конкретних екологічних умов, в першу чергу від і закінчення. Наприклад, з аридних ґрунтів монооксид вуглецю виділяється безпосередньо в атмосферу, створюючи таким чином локальні максимуми концентрації цього газу.

В атмосфері є продуктом ланцюжків реакцій за участю метану та інших вуглеводнів (в першу чергу, ізопрену).

Основним антропогенним джерелом CO в даний час є вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння. Оксид вуглецю утворюється при згорянні вуглеводневого палива в двигунах внутрішнього згоряння при недостатніх температурах або поганому настроюванні системи подачі повітря (недостатньо кисню для окислення CO в CO 2 ). У минулому значну частку антропогенного надходження CO в атмосферу забезпечував світильний газ, що використовується для освітлення приміщень . За складом він приблизно відповідав, тобто містив до 45% монооксиду вуглецю. В даний час у комунальній сфері цей газ витіснений набагато менш токсичним природним газом (нижчі представники гомологічного ряду - пропан та ін.)

Надходження CO від природних та антропогенних джерел приблизно однаково.

Монооксид вуглецю в атмосфері знаходиться у швидкому кругообігу: середній час його перебування становить близько 0,1 року, окислюючись гідроксилом до діоксиду вуглецю.

Отримання

Промисловий спосіб

2C + O 2 → 2CO (тепловий ефект цієї реакції 22 кДж),

2. або при відновленні розпеченим вугіллям:

CO 2 + C ↔ 2CO (H=172 кДж, S=176 Дж/К).

Ця реакція часто відбувається при пічній топці, коли дуже рано закривають пічну заслінку (поки остаточно не прогоріло вугілля). монооксид вуглецю, що утворюється при цьому, внаслідок своєї отруйності, викликає фізіологічні розлади («чад») і навіть смерть (див. нижче), звідси і одна з тривіальних назв - «чадний газ». Картина реакцій, що протікають у печі, наведена на схемі.

Реакція відновлення діоксиду вуглецю оборотна, вплив температури на стан рівноваги цієї реакції наведено на графіку. Протікання реакції праворуч забезпечує ентропійний фактор, а вліво - ентальпійний. При температурі нижче 400°C рівновага практично повністю зсунута вліво, а при температурі вище 1000°C вправо (у бік утворення CO). За низьких температур швидкість цієї реакції дуже мала, тому монооксид вуглецю за нормальних умов цілком стійкий. Ця рівновага носить спеціальну назву рівновага Будуара.

3. Суміші монооксиду вуглецю з іншими речовинами одержують при пропусканні повітря, водяної пари і т. п. крізь шар розжареного коксу, кам'яного або бурого вугілля тощо (див. , ).

Лабораторний спосіб

Фізіологічна дія, токсичність

Чадний газ дуже небезпечний, тому що не має і викликає і навіть . Ознаками отруєння є головний біль, запаморочення і втрата свідомості. Токсична дія монооксиду вуглецю заснована на тому, що він зв'язується з крові міцніше, ніж кисень (при цьому утворюється карбоксигемоглобін), таким чином блокуючи процеси транспортування кисню та клітинного дихання. монооксиду вуглецю у повітрі промислових підприємств становить 0,02 мг/л.

TLV (гранична порогова концентрація, США): 25 ppm; 29 мг/м 3 (як TWA – середньозмінна концентрація, США) (ACGIH 1994-1995). MAС (максимальна допустима концентрація, США): 30 ppm; 33 мг/м 3; Вагітність: B (шкідливий ефект можливий навіть на рівні MAK) (1993)

Захист від монооксиду вуглецю

Властивості

Монооксид вуглецю є безбарвним газом без смаку і запаху. Так званий «запах чадного газу» насправді є запахом органічних домішок.

Властивості монооксиду вуглецю

Молекулярна маса	28,01
Температура плавлення	−205°C
Температура кипіння	−191,5°C
Розчинність	Вкрай слабо розчинний (2,3 мл CO/100 мл H 2 O при 20°C)
Щільність ρ	0,00125 г/см 3 (при 0°C)
Стандартна ентальпія освіти ΔH	−110,52 кДж/моль (г) (при 298 К)
Стандартна енергія Гіббсу освіти ΔG	−137,14 кДж/моль (г) (при 298 К)
Стандартна ентропія освіти S	197,54 Дж/моль K (г) (при 298 К)
Стандартна мольна C p	29,11 Дж/моль K (г) (при 298 К)
Ентальпія плавлення ΔH пл	0,838 кДж/моль
Ентальпія кипіння ΔH кіп	6,04 кДж/моль
t крит	−140,23°C
P крит	3,499 МПа
ρ крит	0,301 г/см 3

Основними типами хімічних реакцій, у яких бере участь монооксид вуглецю, є реакції приєднання і , у яких виявляє відновлювальні властивості.

При кімнатних температурах CO малоактивний, його хімічна активність значно підвищується при нагріванні та в розчинах (так, у розчинах він відновлює солі , та інших до металів вже при кімнатній температурі. При нагріванні відновлює і погані метали, наприклад CO + CuO → Cu + CO 2 .Це широко використовується в пірометаллургії.На реакції CO в розчині з хлоридом паладію заснований спосіб якісного виявлення CO, див.

Окислення в розчині часто йде з помітною швидкістю лише в присутності каталізатора. При доборі останнього основну роль грає природа окислювача. Так, найшвидше окислює СО у присутності дрібнороздрібненого срібла, - у присутності солей, - у присутності OsO 4 . Загалом, за своїми відновлювальними властивостями СО схожий на молекулярний водень.

Нижче 830°C сильнішим відновником є ​​CO - вище водень. Тому рівновага реакції:

H 2 O + CO ↔ CO 2 + H 2 + 42 кДж

до 830 ° С зміщено вправо, вище 830 ° C вліво.

Цікаво, що існують бактерії, здатні за рахунок окислення СО отримувати необхідну для життя енергію.

Монооксид вуглецю горить синім полум'ям (температура початку реакції 700°C) на повітрі:

CO + 1 / 2 O 2 → 2CO 2 ΔG° 298 = −257 кДж, ΔS° 298 = −86 Дж/K

Температура горіння CO може досягати 2100°C, вона є ланцюговою, причому ініціаторами служать невеликі кількості водородсодержащих сполук (вода, та ін.)

Завдяки такій хорошій теплотворній здатності CO є компонентом різних технічних газових сумішей (див., наприклад ), що використовуються, в тому числі, для опалення.

Монооксид вуглецю реагує на . Найбільшого практичного застосування отримала реакція з

Чадний газ– СО (монооксид вуглецю) – смертоносна та підступна отрута, яка зв'язується із значно міцнішим, ніж життєдайний кисень. Це безбарвний отруйний газ (за нормальних умов) без смаку та запаху. Хімічна формула – CO. Смерть настає вже тоді, коли чадний газ поєднується з 80% гемоглобіну. Чадний газ міститься (до 12%) у вихлопних газах автомобіля.

Основними типами хімічних реакцій, у яких бере участь чадний газ, є реакції приєднання та окислювально-відновні реакції, в яких він виявляє відновлювальні властивості.

При кімнатних температурах чадний газ малоактивний, його хімічна активність значно підвищується при нагріванні та розчинах. Так, у розчинах він відновлює солі Au, Pt, Pd та інших до металів вже за кімнатної температури. При нагріванні відновлює інші метали, наприклад CO + CuO = Cu + CO 2 . Це широко використовується в пірометалургії. На реакції CO в розчині з хлоридом паладію заснований спосіб якісного виявлення чадного газу.

Цікаво, що існують здатні за рахунок окислення СО отримувати необхідну їм для життя енергію.

Як уже зазначалося, чадний газ дуже небезпечний. Ознаки отруєння: головний біль та запаморочення; відзначається шум у вухах, задишка, серцебиття, мерехтіння перед очима, почервоніння обличчя, загальна слабкість, нудота, іноді блювання; у важких випадках судоми, непритомність, кома.

Траплялися випадки, коли деякі необачні водії взимку залишалися ночувати в автомобілі, який стояв у гаражі, двері якого були зачинені. Щоб було тепло спати, вони включали двигун, і він працював на неодружених оборотах. Як правило, чадний газ накопичувався в гаражі, і такі необережні люди гинули. Справедливо зауважив автор однієї книги, "завести мотор у невеликому гаражі при зачинених дверях – самогубство".

Токсична дія СО обумовлена ​​утворенням карбоксигемоглобіну - значно міцнішого карбонільного комплексу з гемоглобіном, порівняно з комплексом гемоглобіну з киснем. Таким чином, блокуються процеси транспортування кисню та клітинного дихання. Концентрація у повітрі понад 0,1% призводить до смерті протягом однієї години.

З'єднання чадного газу з гемоглобіном оборотне. Потерпілого слід винести на свіже повітря. При отруєнні легкого ступеня достатньо гіпервентиляції легень киснем.

Розрізняють природні та антропогенні джерела надходження в атмосферу Землі чадного газу. Надходження CO від природних та антропогенних джерел приблизно однаково. У природних умовах, на поверхні Землі, чадний газ утворюється при неповному анаеробному розкладанні органічних сполук і при згорянні біомаси, в основному під час лісових та степових пожеж.

Основним антропогенним джерелом CO в даний час є вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння.

Про те, наскільки небезпечний чадний газ для людини, знають усі, кому доводилося стикатися з роботою опалювальних систем, — печей, казанів, бойлерів, водогрійних колонок, розрахованих на побутове паливо у будь-якій його формі. Нейтралізувати його в газовому стані досить складно, ефективних домашніх способів боротися з чадним газом не існує, тому більшість захисних заходів спрямована на попередження і своєчасне виявлення чаду в повітрі.

Властивості токсичної речовини

У природі та властивостях чадного газу немає нічого незвичайного. По суті, це продукт часткового окислення вугілля або вугільних видів палива. Формула чадного газу проста і нехитра - СО, в хімічних термінах - монооксид вуглецю. Один атом вуглецю з'єднаний із атомом кисню. Так влаштована природа процесів горіння органічного палива, що чадний газ є невід'ємною частиною будь-якого полум'я.

Вугілля, споріднені з ним види палива, торф, дрова при нагріванні в топці газифікуються в чадний газ, і тільки потім допалюються припливом повітря. Якщо чад просочився з камери горіння в приміщення, то він залишатиметься в стабільному стані до моменту, коли вентиляцією чадний потік буде винесений з кімнати або накопичуватися, заповнюючи весь простір від підлоги до стелі. В останньому випадку врятувати положення може лише електронний датчик чадного газу, який реагує на найменше підвищення концентрації токсичного чаду в атмосфері приміщення.

Що необхідно знати про чадний газ:

• У стандартних умовах щільність чадного газу - 1,25 кг/м3, що дуже близько до питомої ваги повітря 1,25 кг/м3. Гарячий і навіть теплий монооксид легко піднімається під стелю, у міру остигання осідає і перемішується з повітрям;
• Чадний газ не має смаку, кольору та запаху, навіть в умовах високої концентрації;
• Для початку утворення чадного газу достатньо нагріти метал, що контактує з вуглецем, до температури 400-500 про С;
• Газ здатний горіти у повітрі з виділенням великої кількості тепла, приблизно 111 кДж/моль.

Небезпечним є не тільки вдихання чадного газу, газоповітряна суміш здатна вибухати при досягненні об'ємної концентрації від 12,5% до 74%. У цьому сенсі газова суміш схожа на побутовий метан, але набагато небезпечніший за мережевий газ.

Метан легший за повітря і менш токсичний при вдиханні, крім того, завдяки додаванню до газового потоку спеціальної присадки – меркаптану, його наявність у приміщенні легко вловити по запаху. При невеликій загазованості кухні можна без наслідків для здоров'я увійти в приміщення і провітрити його.

З чадним газом все складніше. Близька спорідненість ЗІ та повітря перешкоджає ефективному видаленню токсичної газової хмари. У міру охолодження хмара газу поступово осідатиме в області підлоги. Якщо спрацював датчик чадного газу, або виявився витік продуктів горіння з печі або котла на твердому паливі, необхідно негайно вживати заходів до провітрювання, інакше першими постраждають діти та домашні вихованці.

Подібна властивість чадної хмари раніше широко використовувалася для боротьби з гризунами і тарганами, але ефективність газової атаки значно нижча за сучасні засоби, а ризик заробити отруєння незрівнянно вище.

До відома! Газова хмара СО, за відсутності вентиляції, здатна зберігати свої властивості без змін тривалий час.

За наявності підозри у накопиченні чадного газу в підвальних приміщеннях, підсобках, котельнях, льохах насамперед необхідно забезпечити максимальне провітрювання з кратністю газообміну 3-4 одиниці протягом години.

Умови появи чаду в приміщенні

Монооксид вуглецю можна отримати за допомогою десятків варіантів хімічних реакцій, але для цього необхідні специфічні реактиви та умови їхньої взаємодії. Ризик заробити отруєння газом у такий спосіб практично дорівнює нулю. Основними причинами появи чадного газу в котельні або в приміщенні кухні залишаються два фактори:

• Погана тяга та часткове перетікання продуктів горіння з вогнища горіння до приміщення кухні;
• Неправильна експлуатація котельного, газового та пічного обладнання;
• Пожежі та локальні осередки займання пластику, проводки, полімерних покриттів та матеріалів;
• Гази, що відходять з каналізаційних комунікацій.

Джерелом чадного газу може стати вторинне горіння золи, пухких відкладень сажі в димарях, кіптява і смола, що в'їлися в цегляну кладку камінних полиць і сажогасників.

Найчастіше джерелом газового ЗІ стають вугілля, що тліє, догоряють в топці при закритій засувці. Особливо багато виділяється газу при термічному розкладанні дров без повітря, приблизно половину газової хмари займає чадний газ. Тому будь-які експерименти з копченням м'яса та риби на серпанку, що отримується від тліючої стружки, повинні виконуватися тільки на відкритому повітрі.

Незначна кількість чадного газу може з'являтися і в процесі приготування їжі. Наприклад, усі, хто стикався з установкою на кухні газових опалювальних котлів із закритою топкою, знають, як реагують датчики чадного газу на смажену картоплю або будь-які продукти, приготовані в киплячому маслі.

Підступний характер чадного газу

Головна небезпека монооксиду вуглецю полягає в тому, що неможливо відчути та відчути його присутність в атмосфері приміщення до того моменту, як газ потрапить з повітрям до органів дихання та розчиниться у крові.

Наслідки від вдихання ЗІ залежать від концентрації газу в повітрі та тривалості перебування у приміщенні:

• Головний біль, нездужання та розвиток сонливого стану починається при об'ємному вмісті газу в повітрі 0,009-0,011%. Фізично здорова людина здатна витримати до трьох годин перебування у загазованій атмосфері;
• Нудота, сильний біль у м'язах, судоми, непритомність, втрата орієнтації можуть розвинутися при концентрації 0,065-0,07%. Час перебування у приміщенні досі настання невідворотних наслідків всього1,5-2 год;
• При концентрації чадного газу вище 0,5%, навіть кілька секунд перебування в загазованому просторі означають летальний кінець.

Навіть якщо людина благополучно самостійно вибралася з приміщення з високою концентрацією чадного газу, все одно знадобиться медична допомога та використання антидотів, оскільки наслідки отруєння кровоносної системи та порушення кровообігу мозку все одно виявляться, лише трохи пізніше.

Молекули чадного газу добре поглинаються водою та сольовими розчинами. Тому як перший підручний засіб захисту нерідко використовуються звичайні рушники, серветки, змочені будь-якою доступною водою. Це дозволяє зупинити попадання чадного газу в організм на кілька хвилин, доки з'явиться можливість залишити приміщення.

Нерідко цією властивістю монооксиду вуглецю зловживають деякі власники опалювальної апаратури, в якій вбудовані датчики. При спрацьовуванні чутливого сенсора замість провітрювання приміщення часто прилад просто накривають мокрим рушником. Як результат, після десятка подібних маніпуляцій датчик чадного газу виходить з ладу, і на порядок зростає ризик заробити отруєння.

Технічні системи реєстрації чадного газу

По суті, сьогодні існує лише один спосіб успішно боротися з чадним газом, використовувати спеціальні електронні прилади та датчики, що реєструють перевищення концентрації СО у приміщенні. Можна, звичайно, зробити простіше, наприклад, облаштувати потужну вентиляцію, як це роблять любителі відпочинку біля справжнього цегляного каміна. Але в подібному рішенні є певний ризик заробити отруєння чадним газом при зміні напрямку тяги в трубі, а крім того, жити під сильним протягом теж не дуже корисно здоров'ю.

Влаштування датчиків наявності чадного газу

Проблема контролю за вмістом чадного газу в атмосфері житлових та підсобних приміщень на сьогодні настільки ж злободенно, як і наявність пожежної чи охоронної сигналізації.

У спеціалізованих салонах опалювального та газового обладнання можна придбати кілька варіантів приладів контролю за вмістом газу:

• хімічні сигналізатори;
• Інфрачервоні сканери;
• Твердотільні датчики.

Чутливий сенсор приладу зазвичай комплектується електронною платою, що забезпечує живлення, калібрування та перетворення сигналу на зрозумілу форму індикації. Це можуть бути просто зелені та червоні світлодіоди на панелі, звукова сирена, цифрова інформація для видачі сигналу в комп'ютерну мережу або імпульс для автоматичного клапану, що перекриває подачу побутового газу до опалювального котла.

Зрозуміло, що використання датчиків з керованим замикаючим клапаном є вимушеним заходом, але найчастіше виробники опалювального обладнання навмисно вбудовують захист від дурня, щоб уникнути всіляких маніпуляцій з безпекою газового обладнання.

Хімічні та твердотільні прилади контролю

Найбільш дешева та доступна версія датчика з хімічним індикатором виготовляється у вигляді сітчастої колби, що легко проникне для повітря. Усередині колби знаходиться два електроди, розділені пористою перегородкою, просоченою розчином лугу. Поява чадного газу призводить до карбонізації електроліту, провідність сенсора різко падає, що негайно зчитується електронікою як сигнал тривоги. Після встановлення прилад знаходиться в неактивному стані і не спрацьовує доти, доки в повітрі не з'являться сліди чадного газу, що перевищують допустиму концентрацію.

У твердотільних датчиках замість просоченого лугом шматка азбесту використовуються двошарові пакети з діоксидів олова та рутенію. Поява газу в повітрі викликає пробій між контактами сенсорного пристрою та автоматично запускає сигнал тривоги.

Сканери та електронні сторожа

Інфрачервоні датчики, що працюють за принципом сканування навколишнього повітря. Вбудований інфрачервоний сенсор сприймає світіння лазерного світлодіода, і зміни інтенсивності поглинання газом теплового випромінювання спрацьовує тригерное пристрій.

СО дуже добре поглинає теплову частину спектра, тому подібні прилади працюють у режимі сторожа чи сканера. Результат сканування може видаватися у вигляді двоколірного сигналу або індикації величини вмісту чадного газу повітря на цифровій або лінійній шкалі.

Який датчик краще

Для правильного підбору сенсора наявності чадного газу необхідно враховувати режим роботи та характер приміщення, в якому необхідно встановити сенсорний пристрій. Наприклад, хімічні датчики, які вважаються застарілими, чудово працюють в умовах котелень та підсобних приміщень. Недорогий прилад для виявлення чадного газу можна встановити на дачі або майстерні. На кухні сітка швидко покривається пилом та жировими відкладеннями, що різко знижує чутливість хімічної колбочки.

Напівпровідникові сенсори чадного газу працюють однаково добре в будь-яких умовах, але для їх функціонування потрібне потужне зовнішнє джерело живлення. Вартість приладу вища за ціну на хімічні сенсорні системи.

Інфрачервоні датчики сьогодні найбільш поширені. Вони активно використовують для комплектації систем безпеки квартирних котлів індивідуального опалення. При цьому чутливість системи контролю практично не змінюється з часом через пил або температуру повітря. Мало того, такі системи, як правило, мають вбудовані механізми тестування та калібрування, що дозволяє періодично перевіряти їхню працездатність.

Встановлення приладів контролю за вмістом чадного газу

Сенсори, які здійснюють контроль за вмістом чадного газу, повинні встановлюватися та обслуговуватися виключно профільними фахівцями. Періодично прилади підлягають перевірці, калібруванні, обслуговуванню та заміні.

Датчик повинен встановлюватися на відстані від джерела газу від 1 до 4 м, корпус або виносні сенсори кріпляться на висоті 150 см над рівнем підлоги і обов'язково калібруються по верхньому і нижньому порозі чутливості.

Термін служби квартирних датчиків чадного газу становить 5 років.

Висновок

Боротьба з утворенням чадного газу вимагає акуратності та відповідального ставлення до встановленої апаратури. Будь-які експерименти з сенсорами, особливо напівпровідникового типу, різко знижують чутливість приладу, що зрештою призводить до збільшення вмісту чадного газу в атмосфері кухні та всієї квартири, повільному отруєнню всіх її мешканців. Проблема контролю чадного газу є настільки серйозною, що, можливо, використання сенсорів у майбутньому можуть зробити обов'язковим для всіх категорій індивідуального опалення.

0,00125 (при 0 °C) г/см³ Термічні властивості Температура плавлення −205 °C Температура кипіння −191,5 °C Ентальпія освіти (ст. ум.) −110,52 кДж/моль Хімічні властивості Розчинність у воді 0.0026 г/100 мл Класифікація Реєстр. номер CAS 630-08-0 Реєстр. номер PubChem 281 Реєстр. номер EINECS 211-128-3 SMILES # Реєстраційний номер EC 006-001-00-2 RTECS FG3500000

Оксид вуглецю (II) (чадний газ, окис вуглецю, монооксид вуглецю) - безбарвний отруйний газ (за нормальних умов) без смаку та запаху. Хімічна формула – CO. Нижня і верхня концентраційні межі поширення полум'я: від 12,5 до 74 % (за обсягом) .

Будова молекули

Молекула CO має потрійний зв'язок, як молекула азоту N 2 . Так як ці молекули подібні за будовою (ізоелектронні, двоатомні, мають близьку молярну масу), то і властивості їх схожі - дуже низькі температури плавлення і кипіння, близькі значення стандартних ентропій і т.п.

Завдяки наявності потрійного зв'язку молекула CO дуже міцна (енергія дисоціації 1069 кДж/моль, або 256 ккал/моль, що більше, ніж у будь-яких інших двоатомних молекул) і має малу між'ядерну відстань (d C≡O =0,1128 нм або 1, 13Å).

Молекула слабо поляризована, електричний момент її диполя μ = 0,04 · 10 -29 Кл · м. Численні дослідження показали, що негативний заряд у молекулі CO зосереджено на атомі вуглецю C − ←O + (напрямок дипольного моменту в молекулі протилежно передбачуваному раніше). Іонізаційний потенціал 14,0, силова константа зв'язку k = 18,6.

Властивості

Оксид вуглецю (II) є безбарвним газом без смаку і запаху. Горючий. Так званий «запах чадного газу» насправді є запахом органічних домішок.

Основними типами хімічних реакцій, у яких бере участь оксид вуглецю (II), є реакції приєднання та окислювально-відновні реакції, в яких він виявляє відновлювальні властивості.

При кімнатних температурах CO малоактивний, його хімічна активність значно підвищується при нагріванні та в розчинах (так, у розчинах він відновлює солі , , та інших до металів вже при кімнатній температурі. При нагріванні відновлює й інші метали, наприклад CO + CuO → Cu + CO 2. Це широко використовується в пірометалургії (на реакції CO в розчині з хлоридом паладію заснований спосіб якісного виявлення CO, див. нижче).

Окислення в розчині часто йде з помітною швидкістю лише в присутності каталізатора. При доборі останнього основну роль грає природа окислювача. Так, KMnO 4 найшвидше окислює СО у присутності дрібнороздробленого срібла , K 2 Cr 2 O 7 - у присутності солей , KClO 3 - у присутності OsO 4 . Загалом, за своїми відновлювальними властивостями СО схожий на молекулярний водень.

Нижче 830 °C сильнішим відновником є ​​CO, - вище водень. Тому рівновага реакції:

до 830 °C зміщено вправо, вище 830 °C вліво.

Цікаво, що існують бактерії, здатні за рахунок окислення СО отримувати необхідну для життя енергію.

Оксид вуглецю (II) горить полум'ям синього кольору (температура початку реакції 700 °C) на повітрі:

ΔG° 298 = −257 кДж, ΔS° 298 = −86 Дж/K

Температура горіння CO може досягати 2100 °C, вона є ланцюговою, причому ініціаторами служать невеликі кількості водородсодержащих сполук (вода, аміак, сірководень та ін.)

Завдяки такій хорошій теплотворній здатності CO є компонентом різних технічних газових сумішей (див., наприклад генераторний газ), що використовуються, в тому числі, для опалення.

галогенами. Найбільшого практичного застосування отримала реакція з хлором:

Реакція екзотермічна, її тепловий ефект 113 кДж, у присутності каталізатора (активоване вугілля) вона йде вже за кімнатної температури. В результаті реакції утворюється фосген - речовина, що набула широкого поширення в різних галузях хімії (а також як бойова отруйна речовина). За аналогічними реакціями можуть бути отримані COF 2 (карбонілфторид) та COBr 2 (карбонілбромід). Карбоніліодид не отримано. Екзотермічність реакцій швидко знижується від F до I (для реакцій з F 2 тепловий ефект 481 кДж, з Br 2 - 4 кДж). Можна також отримувати змішані похідні, наприклад COFCl (докладніше див. галогенпохідні вугільної кислоти).

Реакцією CO з F 2 крім карбонілфториду можна отримати перекисне з'єднання (FCO) 2 O 2 . Його характеристики: температура плавлення −42 °C, кипіння +16 °C, має характерний запах (схожий на запах озону), при нагріванні вище 200 °C розкладається з вибухом (продукти реакції CO 2 , O 2 і COF 2), в кислій середовищі реагує з іодидом калію за рівнянням:

Оксид вуглецю (II) реагує з халькогенами. З сіркою утворює сероксид вуглецю COS, реакція йде при нагріванні, за рівнянням:

ΔG° 298 = −229 кДж, ΔS° 298 = −134 Дж/K

Отримано також аналогічні селеноксид вуглецю COSe та телуроксид вуглецю COTe.

Відновлює SO 2:

C перехідними металами утворює дуже леткі, горючі та отруйні сполуки - Карбоніли , такі як Cr(CO) 6 , Ni(CO) 4 , Mn 2 CO 10 , Co 2 (CO) 9 та ін.

Оксид вуглецю (II) трохи розчиняється у воді, проте не реагує з нею. Також він не вступає в реакції з розчинами лугів та кислот. Однак реагує з розплавами лугів із утворенням відповідних форміатів:

Цікавою є реакція оксиду вуглецю (II) з металевим калієм в аміачному розчині. При цьому утворюється вибухова сполука діоксодікарбонат калію:

Токсична дія оксиду вуглецю (II) зумовлена ​​утворенням карбоксигемоглобіну - значно міцнішого карбонільного комплексу з гемоглобіном, порівняно з комплексом гемоглобіну з киснем (оксигемоглобіном), блокуючи, таким чином, процеси транспортування кисню та клітинного дихання. Концентрація у повітрі понад 0,1 % призводить до смерті протягом однієї години .

Історія відкриття

Оксид вуглецю (II) був вперше отриманий французьким хіміком Жаком де Лассоном при нагріванні оксиду цинку з вугіллям, але спочатку його помилково прийняли за водень, оскільки він згоряв синім полум'ям.

Те, що до цього газу входить вуглець і кисень, з'ясував в англійський хімік Вільям Крукшенк. оксид вуглецю (II) поза атмосферою Землі вперше був виявлений бельгійським ученим М. Міжотом (M. Migeotte) у 1949 році за наявності основної коливально-обертальної смуги в ІЧ спектрі Сонця.

Отримання

Промисловий спосіб

• Утворюється при горінні вуглецю або сполук на його основі (наприклад, бензину) в умовах нестачі кисню:

(тепловий ефект цієї реакції 220 кДж),

• або при відновленні діоксиду вуглецю розпеченим вугіллям:

(ΔH=172 кДж, ΔS=176 Дж/К)

Ця реакція відбувається при пічній топці, коли дуже рано закривають пічну заслінку (поки остаточно не прогоріло вугілля). Оксид вуглецю (II), що утворюється при цьому, внаслідок своєї отруйності, викликає фізіологічні розлади («чад») і навіть смерть (див. нижче), звідси і одна з тривіальних назв - «чадний газ».

Реакція відновлення діоксиду вуглецю оборотна, вплив температури на стан рівноваги цієї реакції наведено на графіку. Протікання реакції праворуч забезпечує ентропійний фактор, а вліво - ентальпійний. При температурі нижче 400 °C рівновага практично повністю зсунута вліво, а при температурі вище 1000 °C вправо (у бік утворення CO). За низьких температур швидкість цієї реакції дуже мала, тому оксид вуглецю (II) за нормальних умов цілком стійкий. Ця рівновага носить спеціальну назву рівновага Будуара.

• Суміші оксиду вуглецю (II) з іншими речовинами отримують при пропусканні повітря, водяної пари і т. п. крізь шар розжареного коксу, кам'яного або бурого вугілля і т. п. (див. генераторний газ, водяний газ, змішаний газ, синтез-газ ).

Лабораторний спосіб

• Розкладання рідкої мурашиної кислоти під дією гарячої концентрованої сірчаної кислоти або пропускаючи мурашину кислоту над оксидом фосфору P 2 O 5 . Схема реакції:

Можна також обробити мурашину кислоту хлорсульфонової. Ця реакція йде вже за нормальної температури за схемою:

• Нагрівання суміші щавлевої та концентрованої сірчаної кислот. Реакція йде за рівнянням:

Діоксид, що виділяється спільно з CO вуглецю, можна видалити, пропустивши суміш через баритову воду .

• Нагрівання суміші гексаціаноферату (II) калію з концентрованою сірчаною кислотою. Реакція йде за рівнянням:

Визначення оксиду вуглецю (II)

Якісно можна визначити наявність CO за потемнінням розчинів паладію хлориду (або просоченого цим розчином паперу). Потемніння пов'язане з виділенням дрібнодисперсного металевого паладію за схемою:

Ця реакція дуже чутлива. Стандартний розчин: 1 г хлориду паладію на літр води.

Кількісне визначення оксиду вуглецю (II) засноване на йодометричній реакції:

Застосування

• Оксид вуглецю (II) є проміжним реагентом, що використовується в реакціях з воднем у найважливіших промислових процесах для одержання органічних спиртів та нерозгалужених вуглеводнів.
• Оксид вуглецю (II) застосовується для обробки м'яса тварин і риби, надає їм яскраво червоного кольору і вигляду свіжості, не змінюючи смаку (en:Clear smoke або en:Tasteless smoke технологія). Допустима концентрація CO дорівнює 200 мг/кг м'яса.
• Чадний газ від вихлопу двигунів застосовувався нацистами в роки Другої світової війни для масового умертвіння людей шляхом отруєння.

Оксид вуглецю (II) в атмосфері Землі

Розрізняють природні та антропогенні джерела надходження у