Въглероден оксид

Въглеродният монооксид, наричан също въглероден оксид или въглероден окис, е газ без цвят и мирис, с моларна маса 28 g/mol (по-лек от въздуха). Химичната му формула е CO. Въглеродният оксид е продукт от непълното изгаряне на съдържащи въглерод вещества при липса на достатъчно кислород, необходим за пълното окисление до въглероден диоксид (CO₂). При висока концентрация газът е опасен за хората и животните, въпреки че се произвежда в малки количества при нормалния метаболизъм на животните и се смята, че има нормални биологични функции. Въглеродният оксид се поема чрез дишането и достига до кръвообращението чрез газообмена в белите дробове. Свързва се с хемоглобина, като се образува карбоксихемоглобин. Нормалните нива на концентрация в кръвта на карбоксихемоглобина са от 0% до 3%, като при пушачите са по-високи. Вдишването на достатъчно голямо количество води до задушаване и може да причини смърт.

Химични свойства

Въглеродният оксид е полярна, слабо разтворима във вода молекула. Не взаимодейства с киселини, основи и водата, поради което е неутрален оксид.

Въглеродният оксид е продукт от химичната реакция на непълно горене на въглерода. Получава се при нагряване на графит в ограничена на O₂ атмосфера:

$2\mathrm{C}+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{Q}$.

Възможно е да бъде получен от водна пара и нагрят кокс. Получената смес е наречена воден газ:

$\mathrm{C}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$.

Лабораторни методи за получаване на оксида включват нагряване на безводни мравчена или оксалова киселина в сярнокисели условия:

$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4\stackrel{{}^{\mathrm{\circ }}\mathrm{C},{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}}{\to }\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$,

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{\mathrm{k}\mathrm{.}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}}{\to }\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Въглеродният оксид лесно изгаря със син пламък, отделяйки голямо количество топлина:

$2\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{Q}$.

Присъединява се към молекули NaOH и NaOCH3:

$\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}+\frac{1}{2}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$,

$\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3$.

Редуцира много метални оксиди и някои разтвори на техни соли при нагряване, поради което е от най-използваните редуциращи агенти в металургията:

$\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{P}\mathrm{d}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{P}\mathrm{d}+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$.

Паладият се отделя като кафяв колоиден разтвор. Тази реакция е много чувствителна и се използва за идентифициране на CO.

Тази редукция е етап от получаването на някои метали, например Zn:

$\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}⟶\mathrm{Z}\mathrm{n}+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

Реагира с хлор и сяра при нагряване:

$\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$ (фосген),

$\mathrm{C}\mathrm{O}+\mathrm{S}⟶\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{S}$ (карбонилсулфид).

Молекулата на CO е изоелектронна на N₂. Свободната електронна двойка при въглерода (:CO) позволява образуването на множество адукти. С CuCl образува адукта CuCl·CO(H₂O)₂ в кисела среда.

Токсичност

Симптоми при повишени количества на въглероден оксид

Отравяне с въглероден оксид настъпва при вдишване на достатъчно голямо количество от токсичния за човешкия организъм газ. Наличието на въглероден оксид във въздуха е трудно доловимо от човек, тъй като газът няма цвят и миризма. Източници на въглероден оксид могат да бъдат всякакви отоплителни уреди, поставени на непроветриво място: газови уреди, камини, печки на дърва, също изгорелите газове от автомобил; цигареният дим също може да съдържа високи концентрации на CO.

Постъпвайки в кръвообращението, въглеродният оксид се свързва с хемоглобина, който е основното съединение, пренасящо кислород в човешкото тяло; така се получава съединението карбоксихемоглобин. По този начин се възпрепятства доставката на кислород от хемоглобина до тъканите и това води до хипоксия. Aфинитетът на хемоглобина към въглеродния оксид е около 230 пъти по-силен от този към кислорода. Концентрация на газа от порядъка на 667 ppm може да причини превръщането на 50% от хемоглобина в човешкото тяло в карбоксихемоглобин, което води до пристъпи на задушаване, кома или смърт.