Чадний газ окислювач або відновник. Що таке монооксид вуглецю? Будова молекули

ОКСИД ВУГЛЕЦЮ (ВУГАРНИЙ ГАЗ). Вуглецю(II) оксид (чадний газ), несолеоутворюючий оксид вуглецю. Це означає, що немає кислоти, відповідної цьому оксиду. Оксид вуглецю (II) - газ без кольору і запаху, що скраплюється при атмосферному тиску при температурі -191,5о С і твердне при -205о С. Молекула СО за своєю будовою аналогічна молекулі N2: обидві містить однакову кількість електронів (такі молекули називаються ізоелектронними) , атоми в них з'єднані потрійним зв'язком (два зв'язки в молекулі СО утворені за рахунок 2р-електронів атомів вуглецю та кисню, а третій – за донорно-акцепторним механізмом за участю неподіленої електронної пари кисню та вільної 2р-орбіталі вуглецю). В результаті фізичні властивості СО та N2 (температури плавлення та кипіння, розчинність у воді і т.д.) дуже близькі.

Оксид вуглецю (II) утворюється при згоранні вуглецевмісних сполук при недостатньому доступі кисню, а також при зіткненні розпеченого вугілля з продуктом повного згоряння – вуглекислим газом: С + СО2 → 2СО. У лабораторії СО отримують дегідратацією мурашиної кислоти дією концентрованої сірчаної кислоти на рідку мурашину кислоту при нагріванні або пропусканням парів мурашиної кислоти над Р2О5: НСООН → СО + Н2О. Отримують ЗІ та розкладанням щавлевої кислоти: Н2С2О4 → ЗІ + СО2 + Н2О. Від інших газів ЗІ легко відокремити пропусканням через розчин лугу.
За звичайних умов, як і азот, хімічно досить інертний. Лише при підвищених температурах проявляється схильність до реакцій окислення, приєднання та відновлення. Так, за підвищених температур він реагує з лугами: CO + NaOH → HCOONa, CO + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2. Ці реакції використовуються для видалення ЗІ з технічних газів.

Оксид вуглецю (II) – висококалорійне паливо: горіння супроводжується виділенням значної кількості теплоти (283 кДж на 1 моль СО). Суміші з повітрям вибухають при його вмісті від 12 до 74%; на щастя, практично такі суміші зустрічаються виключно рідко. У промисловості для отримання ЗІ проводять газифікацію твердого палива. Наприклад, продування водяної пари через шар розпеченого до 1000o З вугілля призводить до утворення водяного газу: З + Н2О → СО + Н2, що має дуже високу теплотворну здатність. Однак спалювання - далеко не найвигідніше використання водяного газу. З нього, наприклад, можна одержати (у присутності різних каталізаторів під тиском) суміш твердих, рідких та газоподібних вуглеводнів – цінну сировину для хімічної промисловості (Реакція Фішера – Тропша). З тієї ж суміші, збагативши її воднем і застосувавши необхідні каталізатори, можна отримати спирти, альдегіди, кислоти. p align="justify"> Особливе значення має синтез метанолу: СО + 2Н2 → СН3ОН - найважливішої сировини для органічного синтезу, тому цю реакцію проводять у промисловості у великих масштабах.

Реакції, у яких СО є відновником, можна продемонструвати на прикладі відновлення заліза з руди під час доменного процесу: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. Відновлення оксидів металів оксидом вуглецю(II) має велике значення у металургійних процесах.

Для молекул СО характерні реакції приєднання до перехідних металів та їх сполук з утворенням комплексних сполук – карбонілів. Прикладами можуть служити рідкі або тверді карбоніли металів Fe(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Ni(CO)4, Cr(CO)6 та ін. Це дуже отруйні речовини, які при нагріванні знову розпадаються на метал та СО. Так можна одержати порошкоподібні метали високої чистоти. Іноді на конфорці газової плити видно «підтікання» металу, це – наслідок утворення та розпаду карбонілу заліза. В даний час синтезовано тисячі різноманітних карбонілів металів, що містять, крім СО, неорганічні та органічні ліганди, наприклад, PtCl2(CO), K3, Cr(C6H5Cl)(CO)3.

Для СО характерна також реакція з'єднання з хлором, яка на світлі йде вже при кімнатній температурі з утворенням отруйного фосгену: CO + Cl2 → COCl2. Реакція ця ланцюгова, вона йде радикальним механізмом за участю атомів хлору і вільних радикалів COCl. Незважаючи на отруйність, фосген широко застосовується для синтезу багатьох органічних сполук.

Оксид вуглецю(II) – сильна отрута, оскільки утворює з металовмісними біологічно активними молекулами міцні комплекси; при цьому порушується тканинне дихання. Особливо страждають клітини центральної нервової системи. Зв'язування СО з атомами Fe(II) у гемоглобіні крові перешкоджає утворенню оксигемоглобліну, який переносить кисень з легень до тканин. Вже при вмісті в повітрі 0,1% цей газ витісняє з оксигемоглобіну половину кисню. У присутності СО може настати смерть від ядухи навіть за наявності великої кількості кисню. Тому СО отримав назву чадного газу. У людини, яка «пригоріла», в першу чергу страждають головний мозок і нервова система. Для порятунку необхідне перш за все чисте повітря, що не містить СО (а ще краще - чистий кисень), при цьому пов'язаний з гемоглобіном СО поступово заміщається молекулами О2 і проходить задуха. Гранично допустима середньодобова концентрація в атмосферному повітрі становить 3 мг/м3 (близько 3.10–5%), у повітрі робочої зони – 20 мг/м3.

Зазвичай в атмосфері вміст не перевищує 10–5%. Цей газ потрапляє у повітря у складі вулканічних і болотних газів, із виділеннями планктону та інших мікроорганізмів. Так, із поверхневих шарів океану в атмосферу щорічно виділяється 220 млн тонн СО. Висока концентрація СО у вугільних шахтах. Багато чадного газу утворюється під час лісових пожеж. Виплавка кожного мільйона тонн сталі супроводжується утворенням 300 – 400 т. У сумі техногенне виділення СО повітря сягає 600 млн тонн на рік, їх понад половину посідає автотранспорт. При невідрегульованому карбюраторі у вихлопних газах може бути до 12% СО! Тому в більшості країн запроваджено жорсткі норми на утримання СО у вихлопі автомобілів.

Утворення СО завжди відбувається при згоранні вуглецевмісних сполук, у тому числі деревини, при недостатньому доступі кисню, а також при зіткненні розжареного вугілля з вуглекислим газом: + СО2 → 2СО. Такі процеси відбуваються і в сільських печах. Тому передчасне закриття димаря печі для збереження тепла часто призводить до отруєння чадним газом. Не слід думати, що городяни, які не топлять печі, застраховані від отруєння СО; їм, наприклад, легко отруїтися в гаражі, що погано провітрюється, де стоїть автомобіль з працюючим мотором. Міститься СО та в продуктах згоряння природного газу на кухні. Багато авіаційних катастроф у минулому сталися через знос двигунів або погане їх регулювання: в кабіну пілотів проникав СО і отруював екіпаж. Небезпека посилюється тим, що СО неможливо виявити запахом; у цьому відношенні чадний газ небезпечніший за хлор!

Оксид вуглецю(II) мало сорбується активним вугіллям і тому звичайний протигаз не рятує від цього газу; для його поглинання необхідний додатковий гопкалітовий патрон, що містить каталізатор, який «допалює» до СО2 за допомогою кисню повітря. Каталізаторами допалювання постачається зараз дедалі більше легкових автомобілів, незважаючи на високу вартість цих каталізаторів на основі платинових металів.

Багато газоподібних речовин, що існують у природі і одержуються при виробництвах, є сильними отруйними сполуками. Відомо, що хлор використовувався як біологічна зброя, пари брому мають сильно роз'їдаючу дію на шкіру, сірководень викликає отруєння і так далі.

Однією з таких речовин є монооксид вуглецю або чадний газ, формула якого має свої особливості в структурі. Про нього і йтиметься далі.

Хімічна формула чадного газу

Емпіричний вид формули аналізованої сполуки наступний: ЗІ. Однак така форма дає характеристику лише про якісний та кількісний склад, але не торкається особливостей будови та порядку з'єднання атомів у молекулі. А він відрізняється від такого у всіх інших подібних газах.

Саме ця особливість впливає на фізичні та хімічні властивості, що виявляються сполукою. Яка ж це структура?

Будова молекули

По-перше, за емпіричною формулою видно, що валентність вуглецю у поєднанні дорівнює II. Так само, як і у кисню. Отже, кожен із них може сформувати по дві формули чадного газу СО це наочно підтверджує.

Так відбувається. Між атомом вуглецю та кисню за механізмом усуспільнення неспарених електронів відбувається утворення подвійного ковалентного полярного зв'язку. Таким чином, чадного газу набуває вигляду С=О.

Однак на цьому особливості молекули не закінчуються. За донорно-акцепторним механізмом у молекулі відбувається формування третього, дативного чи семиполярного зв'язку. Чим це пояснюється? Так як після утворення по обмінному порядку у кисню залишається дві пари електронів, а в атома вуглецю - порожня орбіталь, останній виступає в ролі акцептора однієї з пар першого. Іншими словами, пара електронів кисню розміщується на вільній орбіталі вуглецю і відбувається утворення зв'язку.

Так, вуглець – акцептор, кисень – донор. Тому формула чадного газу в хімії набуває наступного вигляду: С≡О. Така структуризація повідомляє молекулі додаткову хімічну стабільність і інертність у властивостях при звичайних умовах.

Отже, зв'язки в молекулі монооксиду вуглецю:

дві ковалентні полярні, утворені за обмінним механізмом за рахунок усуспільнення неспарених електронів;
одна дативна, сформована за донорно-акцепторною взаємодією між парою електронів та вільною орбіталлю;
всього зв'язків у молекулі – три.

Фізичні властивості

Є ряд характеристик, якими, як і будь-яке інше з'єднання, має чадний газ. Формула речовини чітко дає зрозуміти, що кристалічні грати молекулярні, стан за звичайних умов газоподібний. Звідси випливають такі фізичні характеристики.

С≡О - чадний газ (формула), щільність - 1,164 кг/м 3 .
Температура кипіння та плавлення відповідно: 191/205 0 С.
Розчиняється у воді (незначно), ефірі, бензолі, спирті, хлороформі.
Не має смаку та запаху.
Безбарвний.

З біологічної точки зору вкрай небезпечний для всіх живих істот, за винятком певних видів бактерій.

Хімічні властивості

З погляду хімічної активності, одна з найінертніших речовин за звичайних умов - це чадний газ. Формула, в якій відбито всі зв'язки в молекулі, підтверджує це. Саме через таку міцну структуру дане поєднання при стандартних показниках навколишнього середовища практично не вступає в жодні взаємодії.

Однак слід хоча б трохи нагріти систему, як дативний зв'язок у молекулі руйнується, як і ковалентні. Тоді монооксид вуглецю починає проявляти активні відновлювальні властивості, причому досить сильні. Так, він здатний взаємодіяти з:

киснем;
хлором;
лугами (розплави);
з оксидами та солями металів;
із сіркою;
трохи з водою;
з аміаком;
з воднем.

Тому, як уже зазначалося вище, властивості, які виявляє чадний газ, формула його багато в чому пояснює.

Знаходження у природі

Основне джерело СО в атмосфері Землі – лісові пожежі. Адже головний спосіб утворення даного газу природним шляхом – це неповне згоряння різного виду палива, переважно органічної природи.

Антропогенні джерела забруднення повітря монооксидом вуглецю так само важливі і дають масовою часткою такий самий відсоток, як і природні. До них відносяться:

дим від роботи фабрик та заводів, металургійних комплексів та інших промислових підприємств;
вихлопні гази із двигунів внутрішнього згоряння.

У природних умовах чадний газ легко окислюється киснем повітря та парами води до вуглекислого газу. На цьому заснована перша допомога при отруєнні цим з'єднанням.

Отримання

Варто зазначити одну особливість. Чадний газ (формула), вуглекислий газ (будова молекули) відповідно виглядають так: С≡О та О=С=О. Різниця однією атом кисню. Тому промисловий спосіб отримання монооксиду заснований на реакції між діоксидом і вугіллям: 2 + С = 2СО. Це найпростіший і найпоширеніший спосіб синтезу даної сполуки.

У лабораторії використовують різні органічні сполуки, солі металів та комплексні речовини, оскільки вихід продукту не очікують надто великим.

Якісний реагент на наявність у повітрі або розчині чадного газу - хлорид паладію. За їх взаємодії формується чистий метал, що викликає потемніння розчину чи поверхні паперу.

Біологічна дія на організм

Як вже зазначалося вище, чадний газ - це дуже отруйний безбарвний, небезпечний та смертоносний шкідник для людського організму. Та й не лише саме людського, а взагалі будь-якого живого. Рослини, які перебувають під впливом вихлопних газів автомобілів, гинуть дуже швидко.

У чому саме полягає біологічний вплив монооксиду вуглецю на внутрішнє середовище тварин істот? Вся справа у формуванні міцних комплексних сполук білка крові гемоглобіну та газу, що розглядається. Тобто замість кисню захоплюються молекули отрути. Клітинне дихання миттєво блокується, газообмін стає неможливим у нормальній його течії.

В результаті відбувається поступове блокування всіх молекул гемоглобіну і, як наслідок, смерть. Достатньо поразки всього на 80%, щоб результат отруєння став летальним. Для цього концентрація чадного газу в повітрі має становити 0,1%.

Першими ознаками, за якими можна визначити настання отруєння цією сполукою, є:

головний біль;
запаморочення;
втрата свідомості.

Перша допомога - вийти на свіже повітря, де чадний газ під впливом кисню перетвориться на вуглекислий, тобто знешкодиться. Випадки смертей від дії речовини, що розглядається, дуже часті, особливо в будинках з при згоранні дров, вугілля та іншого виду палива як побічний продукт обов'язково утворюється цей газ. Дотримання правил техніки безпеки є вкрай важливим для збереження життя і здоров'я людини.

Також багато випадків отруєння у гаражних приміщеннях, де зібрано багато працюючих двигунів автомобілів, але недостатньо підведено приплив свіжого повітря. Смерть при перевищенні допустимої концентрації настає вже за годину. Відчути присутність газу фізично неможливо, адже ні запаху, ні кольору немає.

Використання в промисловості

Крім того, монооксид вуглецю застосовують:

для обробки м'ясних та рибних продуктів, що дозволяє надати їм свіжого вигляду;
для синтезів деяких органічних сполук;
як компонент генераторного газу

Тому ця речовина є не тільки шкідливою та небезпечною, але ще й дуже корисною для людини та її господарської діяльності.

Оксид вуглецю (II ), або чадний газ, СО був відкритий англійським хіміком Джозефом Прістлі в 1799 р. Це безбарвний газ без смаку і запаху, він малорозчинний у воді (3,5 мл у 100 мл води при 0 ° С), має низькі температури плавлення (-205 ° С) і кипіння (-192 ° С).

В атмосферу Землі чадний газ потрапляє при неповному згорянні органічних речовин, при виверженні вулканів, а також в результаті життєдіяльності деяких нижчих рослин (водоростей). Природний рівень СО повітря становить 0,01—0,9 мг/м 3 . Чадний газ дуже отруйний. В організмі людини і вищих тварин він активно реагує з

Полум'я чадного газу, що горить, — гарного синьо-фіолетового кольору. Його легко спостерігати самому. Для цього треба запалити сірник. Нижня частина полум'я, що світиться - цей колір надають йому розпечені частинки вуглецю (продукту неповного згоряння деревини). Зверху полум'я оточене синьо-фіолетовою облямівкою. Це горить чадний газ, що утворюється при окисленні деревини.

комплексною сполукою заліза - гемом крові (пов'язаним з білком глобіном), порушуючи функції перенесення та споживання кисню тканинами. Крім цього, він вступає в незворотню взаємодію з деякими ферментами, що беруть участь в енергетичному обміні клітини. При концентрації чадного газу в приміщенні 880 мг/м 3 смерть настає через кілька годин, а при 10 г/м 3 - практично миттєво. Гранично допустимий вміст чадного газу повітря — 20 мг/м 3 . Першими ознаками отруєння СО (при концентрації 6-30 мг / м 3) є зниження чутливості зору і слуху, головний біль, зміна частоти серцевих скорочень. Якщо людина отруїлася чадним газом, його треба вивести на свіже повітря, зробити йому штучне дихання, в легких випадках отруєння - дати міцного чаю або кави.

Великі кількості оксиду вуглецю ( II ) надходять в атмосферу в результаті діяльності людини. Так, автомобіль у середньому протягом року викидає у повітря близько 530 кг СО. При спалюванні в двигуні внутрішнього згоряння 1 л бензину викид чадного газу коливається від 1 50 до 800 р. На автострадах Росії середня концентрація СО становить 6-57 мг/м 3 , тобто перевищує поріг отруєння . Чадний газ накопичується в погано провітрюваних дворах перед будинками, розташованими поблизу автострад, у підвалах і гаражах. В останні роки на автошляхах організовані спеціальні пункти з контролю вмісту чадного газу та інших продуктів неповного згоряння палива (СО-СН-контроль).

При кімнатній температурі чадний газ досить інертний. Він не взаємодіє з водою і розчинами лугів, тобто є несолетворним оксидом, проте при нагріванні вступає в реакцію з твердими лугами: СО + КІН = НСООК (форміат калію, сіль мурашиної кислоти); СО+Са(ОН) 2 = СаСО 3 +Н 2 . Ці реакції застосовують для виділення водню із синтез-газу (СО+3Н 2), що утворюється при взаємодії метану з перегрітою водяною парою.

Цікавою властивістю чадного газу є його здатність утворювати сполуки з перехідними металами - карбоніли, наприклад: Ni +4СО ® 70 ° C Ni ( CO ) 4 .

Оксид вуглецю (II ) - Чудовий відновник. При нагріванні він окислюється киснем повітря: 2СО+О2 =2СО2. Цю реакцію можна здійснити і при кімнатній температурі, використовуючи каталізатор - платину або паладій. Такі каталізатори встановлюють на автомобілях для зменшення викиду в атмосферу.

При реакції СО з хлором утворюється дуже отруйний газ фосген (tкип = 7,6 ° С): СО + Cl 2 = COCl 2 . Раніше його застосовували як бойову отруйну речовину, а зараз використовують у виробництві синтетичних полімерів поліуретанів.

Чадний газ використовують при виплавці чавуну і сталі для відновлення заліза з оксидів, він знаходить широке застосування і в органічному синтезі. При взаємодії суміші оксиду вуглеролу( II ) з воднем залежно від умов (температури, тиску) утворюються різні продукти - спирти, карбонільні сполуки, карбонові кислоти. Особливо велике значення має реакція синтезу метанолу: СО+2Н 2 = CH 3 OH , що є одним з основних продуктів органічного синтезу. Угарний газ використовують для синтезу фос-гену, мурашиної кислоти, як висококалорійного палива.

(Ст. ум.)

−110,52 кДж/моль Хімічні властивості Розчинність у воді 0.0026 г/100 мл Класифікація номер CAS

Клас небезпеки ООН 2,3
Вторинна небезпека за класифікацією ООН 2,1

Будова молекули

Молекула CO, як і, як і изоэлектронная їй молекула азоту , має потрійну 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 акцептором електронної пари, а кисень - донором.

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 O - → C +). 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 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.

Монооксид вуглецю в атмосфері Землі

Розрізняють природні та антропогенні джерела надходження в атмосферу Землі. 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 окислення мікроорганізмами залежить від конкретних екологічних умов, насамперед від вологості та значення. 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 (подається недостатня кількість кисню для окислення CO в CO 2 ). У минулому значну частку антропогенного надходження CO в атмосферу забезпечував світильний газ, що використовувався для освітлення приміщень у XIX столітті. За складом він приблизно відповідав водяному газу, тобто містив до 45% монооксиду вуглецю. В даний час у комунальній сфері цей газ витіснений набагато менш токсичним природним газом (нижчі представники гомологічного ряду алканів - 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 діоксиду вуглецю 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 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

TLV (гранична гранична концентрація, США): 25 ГДК р.з. за Гігієнічними нормативами ГН 2.2.5.1313-03 становить 20 мг/м³

Захист від монооксиду вуглецю

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:

CO + Cl 2 → COCl 2

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 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:

(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2

Монооксид вуглецю реагує з халькогенами. З сіркою утворює сероксид вуглецю COS, реакція йде при нагріванні, за рівнянням:

CO + S → COS ΔG° 298 = −229 кДж, ΔS° 298 = −134 Дж/K

Отримано також аналогічні селеноксид COSe та телуроксид COTe.

Відновлює SO 2:

SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S

З 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.

Як зазначено вище, монооксид вуглецю трохи розчиняється у воді, проте не реагує з нею. Також він не вступає в реакції з розчинами лугів та кислот. Проте з розплавами лугів входить у реакцію:

CO + KOH → HCOOK

Цікавою є реакція монооксиду вуглецю з металевим калієм в аміачному розчині. При цьому утворюється вибухова сполука діоксодікарбонат калію:

2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +

Див. також

Література

Ахметов Н. С. Загальна та неорганічна хімія. 5-те вид., Випр. - М: Вищ. шк.; 2003 ISBN 5-06-003363-5
Некрасов Б. В. Основи загальної хімії. Т. I, вид. 3-тє, испр. та дод. Вид-во «Хімія», 1973 р. Стор. 495-497, 511-513
Хімія: Справ. з/В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бібрак та ін: Перс. з ним. 2-ге вид., стереотип. - М: Хімія, 2000 ISBN 5-7245-0360-3 (рус.)

Посилання

Міжнародна карта хімічної безпеки для монооксиду вуглецю

Wikimedia Foundation. 2010 .

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 .

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.

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).

3. Суміші монооксиду вуглецю з іншими речовинами одержують при пропущенні 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