7.5: Окис вуглецю

Last updated
Save as PDF

Page ID: 17986

Andrew R. Barron
Rice University via CNX

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Окис вуглецю (СО) є ізоелектронним з азотом (N ₂) і утворюється внаслідок неповного згоряння вуглецю, (7.5.1), або вуглеводневих сполук.

\[ \text{2 C + O}_2 \rightarrow \text{ 2 CO}\]

Окис вуглецю також може бути виготовлений з пари та вугілля як частина синтез-газу (7.4.2). Зручним лабораторним препаратом СО є зневоднення мурашиної кислоти сірчаною кислотою, (7.4.3).

\[ \text{C + H}_2\text{O} \rightarrow \text{CO + H}_2 \]

\[ \text{HCO}_2\text{H} \rightarrow \text{CO + H}_2\text{O}\]

Небезпеки та токсичність

Окис вуглецю горючий, (7.4.4) і має межу вибухонебезпечності 12,5 - 74% при температурі автоматичного запалювання 609° C.

\[\text{2 CO + O}_2 \rightarrow \text{2 CO}_2\]

Окис вуглецю також дуже токсичний; однак він безбарвний, без запаху, без смаку і не дратує, все це збільшує його небезпеку. Неповне згоряння вуглеводню (природного газу або нагрівального масла) або джерел вуглецю (вугілля або деревного вугілля) є загальною небезпекою в будинку. У закритому середовищі (наприклад, вугільний гриль в приміщенні з відсутністю або поганою вентиляцією), оскільки вуглець витрачає кисень у приміщенні, утворюється токсичний окис вуглецю замість вуглекислого газу (CO ₂) .Типові джерела СО в будинку показані на малюнку\(\PageIndex{1}\).

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Потенційні джерела вуглецю в домашніх умовах. Правове регулювання: Рада пожежної безпеки.

Токсичність СО обумовлена його конкуренцією з киснем в місці зв'язування гема в гемоглобіні. Спорідненість зв'язування до СО в 200 разів більше, ніж для кисню, а це означає, що лише невелика кількість СО різко знижує здатність гемоглобіну транспортувати кисень навколо організму. Яскраво-червоний колір комплексу Co-heme є причиною того, що хронічне вплив призводить до того, що шкіра приймає яскраво-червоний колір. Симптоми отруєння СО включають головний біль, нудоту, слабкість і, зрештою, смерть. Коли повітря містить рівень CO до 0,02%, виникає головний біль і нудота; якщо концентрація CO збільшена до 0,1%, то послідує непритомність.

Примітка

Сигаретний дим, що містить велику кількість чадного газу і, як наслідок, завзяті курці можуть мати до 20% киснево-активних ділянок в крові, заблокованих СО. Однак, незважаючи на цю небезпеку, сигарети були б ще більш смертельними, якби їх не спалили. Ключовим (і часто інженерним) інгредієнтом сигарет є звикання наркотиків нікотину. Нікотин - це алкалоїд (рис.\(\PageIndex{2}\) А), як і кофеїн (рис.\(\PageIndex{2}\) Б), який знаходиться в каві і чаї. Смертельна доза кофеїну становить приблизно 10 г, що стосується приблизно 70-100 чашок кави (припускаючи концентрацію 100- 150 мг на чашку). Крім того, смертельна доза кофеїну з коли потребує приблизно 180 - 280 пляшок 12 унцій, кожна з яких містить 35 - 44 мг. У порівнянні нікотин має смертельну дозу 50 мг. Це означає, що 12 сигарет можуть забезпечити смертельну дозу, якщо їх вживати. Єдина причина, по якій куріння 12 сигарет не вбиває відразу, полягає в тому, що більшість нікотину спалюється при курінні сигарети. Якби це не було правдою, курці були б вбиті, перш ніж вони могли б виробити звичку!

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Молекулярні структури (а) нікотину та (б) кофеїну.

Структура і склеювання

Склеювання в СО включає в себе 1 σ-зв'язок і 2 набори π-зв'язків (рис.\(\PageIndex{3}\)). Відстань зв'язку C-O в оксиді вуглецю становить 1,1 Å і, отже, узгоджується з потрійним зв'язком. Для порівняння типовий C-O одинарний зв'язок становить близько 1,43 Å, а середній подвійний зв'язок C-O становить близько 1,23 Å. Основна смуга поглинання в інфрачервоному спектрі для СО становить 2143 см ^-1, тоді як для ¹³ СО - 2099,2 см ^-1.