У дома » дерматология » Промишлен метод за производство на въглероден окис. Какво е въглероден окис? Неговите свойства и формула. Защо въглеродният окис е опасен за хората?

Промишлен метод за производство на въглероден окис. Какво е въглероден окис? Неговите свойства и формула. Защо въглеродният окис е опасен за хората?

Всичко, което ни заобикаля, се състои от съединения на различни химични елементи. Ние дишаме не просто въздух, а сложно органично съединение, съдържащо кислород, азот, водород, въглероден диоксид и други необходими компоненти. Влиянието на много от тези елементи върху човешкото тяло в частност и върху живота на Земята като цяло все още не е напълно проучено. За да се разберат процесите на взаимодействие на елементи, газове, соли и други образувания помежду си, предметът "Химия" беше въведен в училищния курс. 8 клас е началото на часовете по химия по утвърдената общообразователна програма.

Едно от най-често срещаните съединения и в двете земната кора, а в атмосферата е оксид. Оксидът е съединение на всяко химичен елементс кислороден атом. Дори източникът на целия живот на Земята - водата - е водороден оксид. Но в тази статия няма да говорим за оксидите като цяло, а за едно от най-често срещаните съединения - въглеродния оксид. Тези съединения се получават чрез сливане на кислородни и въглеродни атоми. Тези съединения могат да съдържат различни количества въглеродни и кислородни атоми, но трябва да се разграничат две основни съединения на въглерод и кислород: въглероден оксид и въглероден диоксид.

Химична формула и метод за получаване на въглероден окис

Каква е формулата му? Въглеродният окис е доста лесен за запомняне - CO. Молекулата на въглеродния окис се образува от тройна връзка и следователно има доста висока якост на връзката и има много малко междуядрено разстояние (0,1128 nm). Дадена брейк енергия химическо съединениее 1076 kJ/mol. Тройната връзка възниква поради факта, че елементът въглерод има р-орбитала в структурата на атома, която не е заета от електрони. Това обстоятелство създава възможност въглеродният атом да стане акцептор електронна двойка. А кислородният атом, напротив, има неподелена двойка електрони на една от р-орбиталите, което означава, че има способности за донор на електрони. Когато тези два атома се комбинират, освен две ковалентни връзки се появява и трета - донорно-акцепторна ковалентна връзка.

Съществуват различни начиниполучаване на CO. Един от най-простите е преминаването на въглероден диоксид върху горещи въглища. В лабораторни условия въглеродният окис се получава чрез следната реакция: мравчената киселина се нагрява със сярна киселина, която разделя мравчената киселина на вода и въглероден окис.

CO се отделя и при нагряване на оксалова и сярна киселина.

Физични свойства на CO

Въглеродният окис (2) има следното физични свойстваТова е безцветен газ без отчетлива миризма. Всички миризми, които се появяват при изтичане на въглероден окис, са продукти на гниене на органични примеси. Той е много по-лек от въздуха, изключително токсичен, много слабо разтворим във вода и силно запалим.

Най-важното свойство на CO е неговото отрицателно въздействие върху човешкото тяло. Отравянето с въглероден окис може да бъде фатално. Повече подробности за ефектите на въглеродния окис върху човешкото тяло ще бъдат обсъдени по-долу.

Химични свойства на CO

Основен химична реакция, в която могат да се използват въглеродни оксиди (2), е редокс реакция, както и реакция на добавяне. Редокс реакцията се изразява в способността на CO да възстановява метала от оксиди чрез смесването им с допълнително нагряване.

При взаимодействие с кислорода се образува въглероден диоксид с отделяне на значително количество топлина. Въглероден окисгори със синкав пламък. Много важна функция на въглеродния окис е взаимодействието му с металите. В резултат на такива реакции се образуват метални карбонили, по-голямата част от които са кристални вещества. Използват се за производство на изключително чисти метали, както и за нанасяне на метални покрития. Между другото, карбонилите са се доказали добре като катализатори за химични реакции.

Химична формула и метод за получаване на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид или въглеродният диоксид има химична формула CO2. Структурата на молекулата е малко по-различна от тази на CO. В тази формация въглеродът има степен на окисление +4. Структурата на молекулата е линейна и следователно неполярна. Молекулата CO 2 няма същата силна сила като CO. Земната атмосфера съдържа около 0,03% въглероден диоксид от общ обем. Увеличаването на тази стойност унищожава озонов слойЗемята. В науката това явление се нарича парников ефект.

Въглеродният диоксид може да се получи по различни начини. В промишлеността се образува в резултат на изгаряне на димни газове. Може да е страничен продукт от процеса на производство на алкохол. Може да се получи в процеса на разлагане на въздуха на основни компоненти, като азот, кислород, аргон и др. В лабораторни условия въглероден оксид (4) може да се получи в процеса на изгаряне на варовик, а у дома въглероден диоксид може да се получи чрез реакцията на лимонена киселина и сода за хляб. Между другото, така са правени газираните напитки в самото начало на тяхното производство.

Физични свойства на CO 2

Въглеродният диоксид е безцветно газообразно вещество без характерна остра миризма. Поради високото окислително число този газ има леко кисел вкус. Този продуктне поддържа процеса на горене, тъй като самият той е резултат от горене. При повишена концентрация на въглероден диоксид човек губи способността си да диша, което води до смърт. Повече подробности за ефектите на въглеродния диоксид върху човешкото тяло ще бъдат обсъдени по-долу. CO 2 е много по-тежък от въздуха и силно разтворим във вода дори при стайна температура.

Едно от най-интересните свойства на въглеродния диоксид е, че той няма течност агрегатно състояниепри нормално атмосферно налягане. Въпреки това, ако структурата на въглеродния диоксид се повлияе от температура от -56,6 ° C и налягане от около 519 kPa, тогава той се превръща в безцветна течност.

При значително понижаване на температурата газът е в състояние на така наречения "сух лед" и се изпарява при температура по-висока от -78 ° C.

Химични свойства на CO 2

От техните собствени химични свойствавъглеродният оксид (4), чиято формула е CO 2 , е типичен киселинен оксид и притежава всички негови свойства.

1. При взаимодействие с вода се образува въглеродна киселина, която има слаба киселинност и ниска стабилност в разтвори.

2. При взаимодействие с алкали въглеродният диоксид образува съответната сол и вода.

3. При взаимодействие с активни метални оксиди, насърчава образуването на соли.

4. Не поддържа процеса на горене. Активирате този процессамо някои могат активни металикато литий, калий, натрий.

Ефектът на въглеродния окис върху човешкото тяло

Да се върнем към основния проблем на всички газове - въздействието върху човешкото тяло. Въглеродният окис принадлежи към групата на изключително опасните за живота газове. За хората и животните е изключително силно токсично вещество, което при поглъщане сериозно засяга кръвта, нервна систематялото и мускулите (включително сърцето).

Въглеродният окис във въздуха е невъзможно да се разпознае, тъй като този газ няма изразена миризма. Това го прави опасен. Попадайки през белите дробове в човешкото тяло, въглеродният окис активира разрушителната си дейност в кръвта и стотици пъти по-бързо от кислорода започва да взаимодейства с хемоглобина. Резултатът е много стабилно съединение, наречено карбоксихемоглобин. Той пречи на доставката на кислород от белите дробове до мускулите, което води до мускулен глад на тъканите. Мозъкът е особено засегнат от това.

Поради невъзможността да разпознаете отравянето с въглероден окис чрез обонянието, трябва да сте наясно с някои от основните признаци, които се появяват в ранните етапи:

замайване, придружено от главоболие;
шум в ушите и трептене пред очите;
силно сърцебиене и недостиг на въздух;
зачервяване на лицето.

В бъдеще жертвата на отравяне развива силна слабост, понякога повръщане. При тежки случаи на отравяне са възможни неволни конвулсии, придружени от допълнителна загуба на съзнание и кома. Ако на пациента не са осигурени подходящи здравеопазване, тогава смъртта е възможна.

Ефектът на въглеродния диоксид върху човешкото тяло

Въглеродните оксиди с киселинност +4 принадлежат към категорията на задушливите газове. С други думи, въглеродният диоксид не е токсично вещество, но може значително да повлияе на притока на кислород към тялото. Когато нивото на въглеродния диоксид се повиши до 3-4%, човек има сериозна слабост, започва да спи. Когато нивото се повиши до 10%, започват да се развиват тежки главоболия, световъртеж, загуба на слуха, понякога се наблюдава загуба на съзнание. Ако концентрацията на въглероден диоксид се повиши до ниво от 20%, тогава настъпва смърт от кислороден глад.

Лечението на отравяне с въглероден диоксид е много просто - дайте на жертвата достъп до чист въздух, ако е необходимо, направете изкуствено дишане. В крайни случаи трябва да свържете жертвата към устройството изкуствена вентилациябели дробове.

От описанията на ефекта на тези два въглеродни оксида върху тялото можем да заключим, че въглеродният оксид все още представлява голяма опасност за хората със своята висока токсичност и насочени ефекти върху тялото отвътре.

Въглеродният диоксид не се отличава с такава коварност и е по-малко вреден за хората, поради което хората активно използват това вещество дори в хранително-вкусовата промишленост.

Използването на въглеродни оксиди в промишлеността и тяхното въздействие върху различни аспекти на живота

Въглеродните оксиди се използват широко в различни областичовешки дейности, а спектърът им е изключително богат. И така, въглеродният окис се използва с мощ и основно в металургията в процеса на топене на желязо. CO придоби широка популярност като материал за съхраняване на храна в хладилник. Този оксид се използва за обработка на месо и риба, за да им придаде свеж вид и да не променя вкуса. Важно е да не забравяме за токсичността на този газ и да помним, че допустимата доза не трябва да надвишава 200 mg на 1 kg продукт. CO напоследък все повече се използва в автомобилната индустрия като гориво за превозни средства, задвижвани с газ.

Въглеродният диоксид е нетоксичен, така че обхватът му е широко въведен в хранително-вкусовата промишленосткъдето се използва като консервант или бакпулвер. CO 2 се използва и при производството на минерални и газирани води. В твърдото си състояние („сух лед“) той често се използва във фризери, за да поддържа помещението или уреда при постоянно ниска температура.

Голяма популярност придобиха пожарогасителите с въглероден диоксид, чиято пяна напълно изолира огъня от кислорода и не позволява огънят да се разгори. Съответно друга област на приложение е пожарната безопасност. Цилиндрите на въздушните пистолети също се зареждат с въглероден диоксид. И разбира се, почти всеки от нас е чел от какво се състои освежителят за въздух в стаята. Да, една от съставките е въглероден диоксид.

Както можете да видите, поради минималната си токсичност въглеродният диоксид се среща все по-често в Ежедневиеточовек, докато въглеродният окис намери приложение в тежката промишленост.

Има и други въглеродни съединения с кислород, тъй като формулата на въглерод и кислород позволява използването на различни варианти за съединения с различно количествовъглеродни и кислородни атоми. Редица оксиди могат да варират от C 2 O 2 до C 32 O 8 . И за да се опише всеки от тях, ще отнеме повече от една страница.

Въглеродни оксиди в природата

И двата вида въглеродни оксиди, разгледани тук, присъстват по един или друг начин в естествения свят. И така, въглеродният окис може да бъде продукт на изгаряне на горите или резултат от човешка дейност (отработени газове и опасни отпадъци индустриални предприятия).

Вече познатият ни въглероден диоксид също е част от сложен съставвъздух. Съдържанието му в него е около 0,03% от общия обем. С увеличаване на този показател се образува т.нар. Парников ефект”, от които толкова се страхуват съвременните учени.

Въглеродният диоксид се отделя от животни и хора чрез издишване. Това е основният източник на такъв полезен за растенията елемент като въглерод, поради което много учени удрят светкавиците, като посочват недопустимостта на мащабно обезлесяване. Ако растенията спрат да абсорбират въглероден диоксид, тогава процентът на съдържанието му във въздуха може да се повиши до критични показатели за човешкия живот.

Явно много хора от властта са забравили учебника, който са учили в детството. обща химия. 8 клас”, в противен случай щеше да се обърне по-сериозно внимание на проблема с обезлесяването в много части на света. Между другото, това се отнася и за проблема с наличието на въглероден окис в околната среда. Количеството човешки отпадъци и процентът на емисиите на този изключително токсичен материал в заобикаляща средарасте от ден на ден. И не е факт, че съдбата на света, описана в прекрасния анимационен филм "Wolly", няма да се повтори, когато човечеството трябваше да напусне земята, която беше замърсена до основи, и да отиде в други светове в търсене на по-добър живот .

физични свойства.

Въглеродният окис е газ без цвят и мирис, слабо разтворим във вода.

т кв. 205 °С,
t b.p. 191 °С
критична температура =140°С
критично налягане = 35 атм.
Разтворимостта на CO във вода е около 1:40 по обем.

Химични свойства.

При нормални условия CO е инертен; при нагряване - редуциращ агент; несолеобразуващ оксид.

1) с кислород

2C +2 O + O 2 \u003d 2C +4 O 2

2) с метални оксиди

C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2

3) с хлор (на светлина)

CO + Cl 2 --hn-> COCl 2 (фосген)

4) реагира с алкални стопи (под налягане)

CO + NaOH = HCOONa (натриев формиат (натриев формиат))

5) образува карбонили с преходни метали

Ni + 4CO \u003d t ° \u003d Ni (CO) 4

Fe + 5CO \u003d t ° \u003d Fe (CO) 5

Въглеродният окис не взаимодейства химически с водата. CO също не реагира с алкали и киселини. Той е изключително отровен.

От химическа гледна точка, въглеродният окис се характеризира главно със своята склонност към присъединителни реакции и своите редуциращи свойства. И двете тенденции обаче обикновено се проявяват само при повишени температури. При тези условия CO се свързва с кислород, хлор, сяра, някои метали и др. В същото време въглеродният оксид, когато се нагрява, редуцира много оксиди до метали, което е много важно за металургията.

Заедно с нагряването, повишаването на химическата активност на CO често се причинява от неговото разтваряне. По този начин, в разтвор, той е в състояние да редуцира солите на Au, Pt и някои други елементи до свободни метали вече при обикновени температури.

При повишени температурии високи налягания, CO взаимодейства с вода и каустични алкали: в първия случай се образува HCOOH, а във втория - натриева мравчена киселина. Последната реакция протича при 120 °C, налягане от 5 atm и намира техническо приложение.

Лесно редуциране на паладиев хлорид в разтвор съгласно обобщената схема:

PdCl 2 + H 2 O + CO \u003d CO 2 + 2 HCl + Pd

служи като най-често използваната реакция за откриване на въглероден окис в смес от газове. Вече много малки количества CO лесно се откриват чрез лекото оцветяване на разтвора поради освобождаването на фино натрошен метален паладий. количествено определяне CO се основава на реакцията:

5 CO + I 2 O 5 \u003d 5 CO 2 + I 2.

Окисляването на CO в разтвор често протича със забележима скорост само в присъствието на катализатор. При избора на последното естеството на окислителя играе основна роля. И така, KMnO 4 най-бързо окислява CO в присъствието на фино раздробено сребро, K 2 Cr 2 O 7 - в присъствието на живачни соли, KClO 3 - в присъствието на OsO 4. Като цяло, в своите редуциращи свойства CO е подобен на молекулния водород и неговата активност при нормални условия е по-висока от тази на последния. Интересното е, че има бактерии, способни да получат енергията, от която се нуждаят за живот, благодарение на окисляването на CO.

Сравнителната активност на CO и H 2 като редуциращи агенти може да бъде оценена чрез изследване на обратимата реакция:

чието равновесно състояние при високи температури се установява доста бързо (особено в присъствието на Fe 2 O 3). При 830 ° C равновесната смес съдържа равни количества CO и H 2, т.е. афинитетът на двата газа към кислорода е еднакъв. Под 830 °C CO е по-силен редуциращ агент, а по-висок H 2 .

Свързването на един от продуктите на реакцията, разгледана по-горе, в съответствие със закона за масовото действие, измества неговото равновесие. Следователно, чрез преминаване на смес от въглероден оксид и водна пара върху калциев оксид, може да се получи водород съгласно схемата:

H 2 O + CO + CaO \u003d CaCO 3 + H 2 + 217 kJ.

Тази реакция протича още при 500 °C.

Във въздуха CO се запалва при около 700 ° C и изгаря със син пламък до CO 2:

2 CO + O 2 \u003d 2 CO 2 + 564 kJ.

Значителното отделяне на топлина, придружаващо тази реакция, прави въглеродния окис ценно газообразно гориво. Но най-широко приложение намира като изходен продукт за синтеза на различни органични вещества.

Изгарянето на дебели слоеве въглища в пещи се извършва на три етапа:

1) C + O 2 \u003d CO 2;

2) CO 2 + C \u003d 2 CO;

3) 2 CO + O 2 \u003d 2 CO 2.

Ако тръбата е затворена преждевременно, в пещта се създава липса на кислород, което може да причини разпространение на CO в отопляемото помещение и да доведе до отравяне (прегаряне). Трябва да се отбележи, че миризмата на "въглероден окис" не се причинява от CO, а от примеси на някои органични вещества.

Пламъкът на CO може да има температури до 2100°C. Реакцията на изгаряне на CO е интересна с това, че при нагряване до 700-1000 ° C, тя протича със забележима скорост само в присъствието на следи от водна пара или други съдържащи водород газове (NH3, H2S и др.). Това се дължи на верижния характер на разглежданата реакция, която протича чрез междинно образуване на ОН радикали съгласно схемите:

H + O 2 \u003d HO + O, след това O + CO \u003d CO 2, HO + CO \u003d CO 2 + H и т.н.

При много високи температуриреакцията на горене на CO става забележимо обратима. Съдържанието на CO 2 в равновесна смес (при налягане от 1 atm) над 4000 °C може да бъде незначително. Самата молекула CO е толкова термично стабилна, че не се разлага дори при 6000 °C. В междузвездната среда са открити CO молекули.

Под действието на CO върху метален K при 80 ° C се образува безцветно кристално, много експлозивно съединение от състава K 6 C 6 O 6. С елиминирането на калия това вещество лесно преминава във въглероден оксид C 6 O 6 ("трихинон"), който може да се счита за продукт на полимеризация на CO. Структурата му съответства на образуван шестчленен цикъл въглеродни атоми, всеки от които е свързан с двойна връзка с кислородни атоми.

Взаимодействието на CO със сяра според реакцията:

CO + S = COS + 29 kJ

върви бързо само при високи температури.

Полученият въглероден тиоксид (О=С=S) е газ без цвят и мирис (т.т. -139, т.т. -50 °С).

Въглеродният окис (II) може да се свързва директно с някои метали. В резултат на това се образуват метални карбонили, които трябва да се разглеждат като комплексни съединения.

Въглеродният окис (II) също образува комплексни съединения с някои соли. Някои от тях (OsCl 2 ·3CO, PtCl 2 ·CO и др.) са стабилни само в разтвор. Образуването на последното вещество е свързано с абсорбцията на въглероден оксид (II) от разтвор на CuCl в силна HCl. Подобни съединения очевидно се образуват и в амонячен разтвор на CuCl, който често се използва за абсорбиране на CO при анализ на газове.

Касова бележка.

Въглеродният окис се образува, когато въглеродът се изгаря в отсъствието на кислород. Най-често се получава в резултат на взаимодействието на въглероден диоксид с горещ въглен:

CO 2 + C + 171 kJ = 2 CO.

Тази реакция е обратима, като нейното равновесие под 400 °C е почти напълно изместено наляво, а над 1000 °C - надясно (фиг. 7). Той обаче се установява със забележима скорост само при високи температури. Следователно при нормални условия CO е доста стабилен.

Ориз. 7. Равновесие CO 2 + C \u003d 2 CO.

Образуването на CO от елементи протича съгласно уравнението:

2 C + O 2 \u003d 2 CO + 222 kJ.

Малки количества CO се получават удобно чрез разлагане на мравчена киселина:

HCOOH \u003d H 2 O + CO

Тази реакция протича лесно, когато HCOOH реагира с гореща, силна сярна киселина. На практика тази подготовка се осъществява или чрез действието на конц. сярна киселина до течна HCOOH (при нагряване) или чрез преминаване на изпаренията на последната през фосфорен хемипентоксид. Взаимодействието на HCOOH с хлорсулфонова киселина по схемата:

HCOOH + CISO 3 H \u003d H 2 SO 4 + HCI + CO

продължава при нормални температури.

Удобен метод за лабораторно производство на CO може да бъде нагряване с конц. сярна киселина, оксалова киселина или калиев железен цианид. В първия случай реакцията протича по схемата:

H 2 C 2 O 4 \u003d CO + CO 2 + H 2 O.

Заедно с CO се отделя и въглероден диоксид, който може да бъде задържан чрез преминаване на газовата смес през разтвор на бариев хидроксид. Във втория случай единственият газообразен продукт е въглеродният окис:

K 4 + 6 H 2 SO 4 + 6 H 2 O \u003d 2 K 2 SO 4 + FeSO 4 + 3 (NH 4) 2 SO 4 + 6 CO.

Големи количества CO може да се получи чрез непълно изгаряне на въглища в специални пещи - газови генератори. Обикновеният ("въздушен") генераторен газ съдържа средно (об.%): CO-25, N2-70, CO 2 -4 и малки примеси от други газове. При изгаряне дава 3300-4200 kJ на m 3. Замяната на обикновения въздух с кислород води до значително увеличаване на съдържанието на CO (и повишаване на калоричността на газа).

Още повече CO съдържа воден газ, състоящ се (в идеалния случай) от смес от равни обеми CO и H 2 и даващ 11700 kJ / m 3 по време на горене. Този газ се получава чрез продухване на водна пара през слой горещ въглен и при около 1000 ° C взаимодействието се осъществява съгласно уравнението:

H 2 O + C + 130 kJ \u003d CO + H 2.

Реакцията на образуване на воден газ протича с поглъщане на топлина, въглищата постепенно се охлаждат и за да се поддържат в горещо състояние, е необходимо да се редува преминаването на водни пари с преминаването на въздух (или кислород) в газовия генератор. В това отношение водният газ съдържа приблизително CO-44, H 2 -45, CO 2 -5 и N 2 -6%. Той се използва широко за синтеза на различни органични съединения.

Често се получава смесен газ. Процесът на получаването му се свежда до едновременното продухване на въздух и водни пари през слой горещ въглен, т.е. комбиниране на двата метода, описани по-горе.Следователно съставът на смесения газ е междинен между генератора и водата. Средно съдържа: CO-30, H 2 -15, CO 2 -5 и N 2 -50%. Един кубичен метър от него при изгаряне дава около 5400 kJ.

Приложение.

Водата и смесените газове (които съдържат CO) се използват като горива и суровини в химическата промишленост. Те са важни например като един от източниците за получаване на азотно-водородна смес за синтеза на амоняк. Когато те преминават заедно с водна пара над катализатор, загрят до 500 ° C (главно Fe 2 O 3), възниква взаимодействие съгласно обратима реакция:

H 2 O + CO \u003d CO 2 + H 2 + 42 kJ,

чието равновесие е силно изместено надясно.

След това полученият въглероден диоксид се отстранява чрез промиване с вода (под налягане), а останалата част от CO се отстранява с амонячен разтвор на медни соли. Резултатът е почти чист азот и водород. Съответно, чрез регулиране на относителните количества генераторни и водни газове е възможно да се получат N 2 и H 2 в необходимото обемно съотношение. Преди да се подаде в колоната за синтез, газовата смес се подлага на сушене и пречистване от примеси, отравящи катализатора.

CO 2 молекула

Молекулата на CO се характеризира с d(CO) = 113 pm, нейната енергия на дисоциация е 1070 kJ/mol, което е по-голямо от това на другите двуатомни молекули. Помислете за електронната структура на CO, където атомите са свързани чрез двойна ковалентна връзка и една донорно-акцепторна връзка, като кислородът е донор, а въглеродът - акцептор.

Ефект върху тялото.

Въглеродният окис е силно токсичен. Първите признаци остро отравяне CO са главоболиеи замайване, последвано от загуба на съзнание. Максимално допустимата концентрация на CO във въздуха на промишлените предприятия се счита за 0,02 mg/l. Основният антидот при отравяне с CO е Свеж въздух. Полезно е и краткотрайното вдишване на амонячни пари.

Изключителната токсичност на CO, липсата на цвят и мирис, както и много слабата му абсорбция от активен въглен в конвенционална противогаз, правят този газ особено опасен. Въпросът за защита срещу него беше решен чрез производството на специални газови маски, чиято кутия беше пълна със смес от различни оксиди (главно MnO 2 и CuO). Ефектът на тази смес ("хопкалит") се свежда до каталитичното ускоряване на окисляването на CO до CO 2 от кислорода на въздуха. На практика противогазите от хопкалит са много неудобни, тъй като ви карат да вдишвате нагрят (в резултат на окислителна реакция) въздух.

Намиране в природата.

Въглеродният окис е част от атмосферата (10-5 об.%). Средно 0,5% CO съдържа тютюнев дим и 3% - изгорели газове от двигатели с вътрешно горене.

безцветен газ Топлинни свойства Температура на топене -205°C Температура на кипене -191,5°C Енталпия (ст. арб.) −110,52 kJ/mol Химични свойства Разтворимост във вода 0,0026 g/100 ml Класификация CAS номер

Клас на опасност на ООН 2.3
Вторична опасност за ООН 2.1

Структурата на молекулата

Молекулата на CO, подобно на изоелектронната азотна молекула, има тройна връзка. Тъй като тези молекули са сходни по структура, техните свойства също са сходни - много ниски точки на топене и кипене, близки стойности на стандартните ентропии и т.н.

В рамките на метода на валентните връзки структурата на молекулата на CO може да се опише с формулата: C≡O:, а третата връзка се образува съгласно донорно-акцепторния механизъм, където въглеродът е акцептор на електронна двойка, а кислородът е донор.

Поради наличието на тройна връзка, молекулата на CO е много силна (енергията на дисоциация е 1069 kJ / mol, или 256 kcal / mol, което е повече от тази на всяка друга двуатомна молекула) и има малко междуядрено разстояние (d C≡O = 0,1128 nm или 1, 13Å).

Молекулата е слабо поляризирана, електрическият момент на нейния дипол μ = 0,04·10 -29 C·m (посока на диполния момент O - →C +). Йонизационен потенциал 14,0 V, константа на свързване на силата k = 18,6.

История на откритията

Въглеродният оксид е произведен за първи път от френския химик Жак дьо Ласон, когато цинковият оксид е бил нагрят с въглища, но първоначално е бил сбъркан с водород, тъй като е изгорял със син пламък. Фактът, че този газ съдържа въглерод и кислород, е открит от английския химик Уилям Круикшанк. Въглеродният окис извън земната атмосфера е открит за първи път от белгийския учен М. Мижот (М. Мижеот) през 1949 г. чрез наличието на основната вибрационно-ротационна лента в инфрачервения спектър на Слънцето.

Въглероден окис в земната атмосфера

Има естествени и антропогенни източници на навлизане в земната атмосфера. В естествени условия на земната повърхност СО се образува чрез непълно анаеробно разграждане органични съединенияи по време на изгаряне на биомаса, главно по време на горски и степни пожари. Въглеродният окис се образува в почвата както биологично (отделя се от живите организми), така и небиологично. Освобождаването на въглероден окис, дължащо се на фенолни съединения, често срещани в почвите, съдържащи OCH 3 или OH групи в орто- или пара-позиции по отношение на първата хидроксилна група, е експериментално доказано.

Общият баланс на производството на небиологичен CO и неговото окисление от микроорганизми зависи от специфичните условия на околната среда, предимно от влажността и стойността на . Например от сухите почви въглеродният окис се отделя директно в атмосферата, като по този начин създава локални максимуми в концентрацията на този газ.

В атмосферата CO е продукт на верижни реакции, включващи метан и други въглеводороди (предимно изопрен).

Основният антропогенен източник на CO в момента са отработените газове на двигателите с вътрешно горене. Въглеродният окис се образува, когато въглеводородните горива се изгарят в двигатели с вътрешно горене при недостатъчни температури или лошо настроена система за подаване на въздух (не се подава достатъчно кислород за окисляване на CO до CO 2 ). В миналото значителна част от антропогенните емисии на CO в атмосферата идваха от газ за осветление, използван за вътрешно осветление през 19 век. По състав той приблизително съответства на водния газ, т.е. съдържа до 45% въглероден окис. Понастоящем този газ е заменен от много по-малко токсичен газ в комуналния сектор. природен газ(по-ниски представители на хомоложната серия от алкани - пропан и др.)

Приемът на CO от естествени и антропогенни източници е приблизително еднакъв.

Въглеродният окис в атмосферата е в бърз цикъл: средното време на престой е около 0,1 година, окислен от хидроксил до въглероден диоксид.

Касова бележка

индустриален начин

2C + O 2 → 2CO (топлинният ефект на тази реакция е 22 kJ),

2. или при намаляване на въглеродния диоксид с горещи въглища:

CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).

Тази реакция често се случва в пещта на пещта, когато клапата на пещта е затворена твърде рано (докато въглищата изгорят напълно). Полученият въглероден окис, поради своята токсичност, причинява физиологични разстройства („прегаряне“) и дори смърт (виж по-долу), оттук и едно от тривиалните имена - „въглероден окис“. Картината на реакциите, протичащи в пещта, е показана на диаграмата.

Реакцията на редукция на въглероден диоксид е обратима, ефектът на температурата върху равновесното състояние на тази реакция е показан на графиката. Потокът на реакцията вдясно осигурява ентропийния фактор, а вляво - енталпийния фактор. При температури под 400°C равновесието е почти напълно изместено наляво, а при температури над 1000°C надясно (по посока на образуване на CO). При ниски температурискоростта на тази реакция е много ниска, така че въглеродният окис при нормални условиядоста стабилен. Това равновесие има специално име будоарен баланс.

3. Смеси от въглероден окис с други вещества се получават чрез преминаване на въздух, водна пара и т.н. през слой от горещ кокс, черни или кафяви въглища и т.н. (виж продуцентски газ, воден газ, смесен газ, синтезен газ).

лабораторен метод

TLV (максимално прагова концентрация, САЩ): 25 MPC r.z. съгласно хигиенни стандарти GN 2.2.5.1313-03 е 20 mg/m³

Защита от въглероден окис

Поради такава добра калоричност CO е компонент на различни технически газови смеси (вижте например генераторен газ), използвани, наред с други неща, за отопление.

халогени. Най велик практическа употребаполучи реакция с хлор:

CO + Cl 2 → COCl 2

Реакцията е екзотермична, топлинният й ефект е 113 kJ, в присъствието на катализатор (активен въглен) протича вече при стайна температура. В резултат на реакцията се образува фосген - вещество, което е широко разпространено в различни отрасли на химията (а също и като бойно химическо вещество). Чрез аналогични реакции могат да се получат COF 2 (карбонил флуорид) и COBr 2 (карбонил бромид). Карбонил йодид не е получен. Екзотермичността на реакциите бързо намалява от F до I (за реакции с F 2 топлинният ефект е 481 kJ, с Br 2 - 4 kJ). Възможно е също така да се получат смесени производни, като COFCl (за подробности вижте халогенни производни на въглеродна киселина).

Чрез взаимодействието на CO с F 2, в допълнение към карбонил флуорид, може да се получи пероксидно съединение (FCO) 2 O 2 . Характеристиките му: точка на топене -42°C, точка на кипене +16°C, има характерна миризма (подобна на миризмата на озон), разлага се с експлозия при нагряване над 200°C (продукти на реакцията CO 2 , O 2 и COF 2), в кисела среда реагира с калиев йодид съгласно уравнението:

(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2

Въглеродният окис реагира с халкогени. Със сярата образува въглероден сулфид COS, реакцията протича при нагряване, съгласно уравнението:

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

Подобни селеноксид COSe и телуроксид COTe също са получени.

Възстановява SO 2:

SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S

С преходните метали образува много летливи, запалими и токсични съединения - карбонили, като Cr (CO) 6, Ni (CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 и др.

Както беше посочено по-горе, въглеродният окис е слабо разтворим във вода, но не реагира с нея. Също така не реагира с разтвори на основи и киселини. Въпреки това, той реагира с алкални стопи:

CO + KOH → HCOOK

Интересна реакция е реакцията на въглероден окис с метален калий в разтвор на амоняк. В този случай се образува експлозивното съединение калиев диоксодикарбонат:

2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +

Чрез реакция с амоняк при високи температури може да се получи важно индустриално съединение, HCN. Реакцията протича в присъствието на катализатор (оксид

Съединения на въглерода. Въглероден окис (II)- въглеродният окис е съединение без цвят и мирис, което гори със синкав пламък, по-лек е от въздуха и е слабо разтворим във вода.

ТАКА- не-солеобразуващ оксид, но когато алкалите преминават в стопилката при високо наляганеобразува сол на мравчена киселина:

CO+KOH = hcook,

Ето защо ТАКАчесто се счита за мравчен анхидрид:

HCOOH = CO + з 2 О

Реакцията протича под действието на концентрирана сярна киселина.

Структурата на въглеродния оксид (II).

+2 степен на окисление. Връзката изглежда така:

Стрелката показва допълнителна връзка, която се образува от донорно-акцепторния механизъм поради несподелената двойка електрони на кислородния атом. Поради това връзката в оксида е много силна, така че оксидът може да влезе в окислително-редукционни реакции само при високи температури.