Оксид углерода(II)¶
Оксид углерода(II) (также угарный газ, CO) — бинарное неорганическое соединение углерода с кислородом, одна из двух простых форм оксида углерода (наряду с оксидом углерода(IV), CO₂). При нормальных условиях представляет собой газ без цвета и запаха, токсичный для человека и животных. Химическая формула — CO, молярная масса — 28,01 г/моль.
¶Физические и химические свойства
При нормальных условиях оксид углерода(II) — бесцветный газ, почти не растворимый в воде (при 20 °C растворяется около 0,028 г на 100 г воды). Плотность газа — 1,2504 кг/м³, что близко к плотности воздуха. Температура кипения — −191,5 °C, температура плавления — −205,1 °C.
Молекула CO изомолекулярна молекуле азота N₂ и содержит тройную кратную связь (C≡O). Эта связь очень прочна (энергия диссоциации около 1072 кДж/моль), что обуславливает относительную химическую инертность CO при обычных температурах. Однако при нагревании оксид углерода(II) активно вступает в реакции:
- горит голубоватым пламенем с образованием CO₂: 2CO + O₂ → 2CO₂;
- восстанавливает металлы из их оксидов (в частности, железа, меди, цинка) — на этом основано применение в металлургии;
- реагирует с водородом в присутствии катализаторов с образованием метанола и других органических соединений (синтез Фишера — Тропша);
- при высоких температурах и давлении в присутствии катализаторов образует уксусную кислоту (карбонилирование метанола).
CO способен образовывать комплексные соединения с металлами — карбонилы, например карбонил железа Fe(CO)₅, карбонил никеля Ni(CO)₄. Образование карбонилов лежит в основе промышленного получения чистых металлов.
¶Получение
В промышленности оксид углерода(II) получают несколькими способами:
- Неполное сгорание углеводородного топлива — при недостатке кислорода.
- Взаимодействие водяного пара с раскалённым углём (водяной газ): C + H₂O → CO + H₂.
- Конверсия природного газа — взаимодействие метана с водяным паром при 900–1100 °C в присутствии никелевого катализатора: CH₄ + H₂O → CO + 3H₂.
- Разложение CO₂ при высоких температурах.
В лаборатории CO можно получить действием муравьиной кислоты HCOOH на концентрированную серную кислоту при нагревании.
¶Токсичность
Оксид углерода(II) — сильный яд. Он связывается с гемоглобином крови с образованием карбоксигемоглобина (HbCO), причём сродство гемоглобина к CO примерно в 210–250 раз выше, чем к кислороду. В результате нарушается перенос кислорода тканям, развивается кислородное голодание (гипоксия).
Симптомы отравления зависят от концентрации CO в воздухе и времени воздействия:
| Концентрация CO | Эффект |
|---|---|
| 0,005–0,01 % | Лёгкая головная боль |
| 0,01–0,02 % | Сильная головная боль, слабость |
| 0,02–0,05 % | Головокружение, тошнота, нарушение координации |
| 0,05–0,1 % | Потеря сознания, смерть при длительном воздействии |
| Более 1 % | Смерть за несколько минут |
Опасность CO заключается в том, что он не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому человек может не замечать его присутствия. Основные источники бытового отравления — неисправные газовые котлы и печи, работающие в закрытых помещениях, а также выхлопные газы автомобилей в гаражах.
¶Применение
Несмотря на токсичность, оксид углерода(II) широко используется в промышленности:
- Металлургия — восстановление металлов из руд (в частности, получение железа в доменных печах, где CO является основным восстановителем).
- Химическая промышленность — сырьё для производства метанола, уксусной кислоты, синтетических жидких топлив (по Фишеру — Тропшу), формальдегида.
- Топливо — в составе водяного газа и генераторного газа используется для отопления и получения тепловой энергии.
¶Роль в природе
CO выделяется при неполном сгорании органического вещества (в том числе при лесных пожарах), а также образуется в небольших количествах в атмосфере в результате фотохимических реакций с участием метана и других углеводородов. В атмосфере CO постепенно окисляется до CO₂ гидроксильными радикалами, что является важным звеном углеродного цикла.
¶История
Свойства оксида углерода(II) были впервые описаны в XVII веке: в 1675 году английский естествоиспытатель Джон Мэйо получил «горючий воздух» при нагревании угля. В 1799 году Вольта показал, что этот газ горит синим пламенем. В 1800 году Генри Кавендиш определил его состав. Токсические свойства CO были установлены в начале XIX века.
¶Источники
- Химическая энциклопедия / Гл. ред. Кнунянц И. Л. — М.: Большая Российская энциклопедия.
- Ремизов А. Н. Химия для поступающих в вузы.
- Справочник химика / Под ред. Быкова Н. И.
- Глинка Н. Л. Общая химия.