Data di pubblicazione 28.01.2012 12:18
Monossido di carbonio - monossido di carbonio, che troppo spesso si sente quando si parla di avvelenamento da prodotti della combustione, incidenti nell'industria o addirittura in casa. A causa di speciale proprietà velenose di questo composto, un normale scaldabagno a gas domestico può causare la morte di un'intera famiglia. Ci sono centinaia di esempi di questo. Ma perché sta succedendo questo? Che cos'è il monossido di carbonio, davvero? Perché è pericoloso per l'uomo?
Cos'è il monossido di carbonio, formula, proprietà di base
Formula di monossido di carbonio che è molto semplice e denota l'unione di un atomo di ossigeno e carbonio - CO, - uno dei composti gassosi più tossici. Ma a differenza di molte altre sostanze pericolose che vengono utilizzate solo per scopi industriali ristretti, la contaminazione chimica da monossido di carbonio può verificarsi durante processi chimici del tutto ordinari, anche nella vita di tutti i giorni.
Tuttavia, prima di passare a come avviene la sintesi di questa sostanza, considera cos'è il monossido di carbonio in generale e quali sono le sue principali proprietà fisiche:
- gas incolore senza gusto e odore;
- punti di fusione e di ebollizione estremamente bassi: rispettivamente -205 e -191,5 gradi Celsius;
- densità 0,00125 g/cc;
- altamente combustibile con un'elevata temperatura di combustione (fino a 2100 gradi Celsius).
Formazione di monossido di carbonio
In casa o nell'industria formazione di monossido di carbonio di solito succede uno dei tanti abbastanza modi semplici, il che spiega facilmente il rischio di sintesi accidentale di questa sostanza con un rischio per il personale dell'impresa o per i residenti dell'abitazione in cui si è verificato il malfunzionamento apparecchiature di riscaldamento o una violazione della sicurezza. Considera i principali modi di formazione del monossido di carbonio:
- combustione di carbonio (carbone, coke) o suoi composti (benzina e altri combustibili liquidi) in condizioni di carenza di ossigeno. Come si può intuire, una mancanza di aria fresca, pericolosa dal punto di vista del rischio di sintesi del monossido di carbonio, si verifica facilmente nei motori a combustione interna, nelle colonne domestiche con ventilazione ridotta, nei forni industriali e convenzionali;
- interazione dell'anidride carbonica ordinaria con carbone caldo. Tali processi avvengono costantemente nel forno e sono completamente reversibili, ma, data la già citata mancanza di ossigeno, con la serranda chiusa, si forma monossido di carbonio in quantità molto maggiori, che rappresentano un pericolo mortale per le persone.
Perché il monossido di carbonio è pericoloso?
Con sufficiente concentrazione proprietà del monossido di carbonio che si spiega con la sua elevata attività chimica, è estremamente pericoloso per la vita e la salute umana. L'essenza di tale avvelenamento sta, prima di tutto, nel fatto che le molecole di questo composto legano istantaneamente l'emoglobina nel sangue e lo privano della sua capacità di trasportare ossigeno. Pertanto, il monossido di carbonio riduce il livello di respirazione cellulare con le conseguenze più gravi per l'organismo.
Rispondendo alla domanda" Perché il monossido di carbonio è pericoloso?"Vale la pena ricordare che, a differenza di molte altre sostanze tossiche, una persona non sente alcun odore specifico, non prova disagio e non è in grado di riconoscere la sua presenza nell'aria con nessun altro mezzo, senza attrezzature speciali. Di conseguenza, la vittima semplicemente non prende alcuna misura per scappare e quando gli effetti del monossido di carbonio (sonnolenza e incoscienza) diventano evidenti, potrebbe essere troppo tardi.
Il monossido di carbonio è fatale entro un'ora a concentrazioni nell'aria superiori allo 0,1%. Allo stesso tempo, lo scarico di un'autovettura completamente ordinaria contiene dall'1,5 al 3% di questa sostanza. E questo presuppone che il motore sia in buone condizioni. Questo spiega facilmente il fatto che avvelenamento da monossido di carbonio capita spesso proprio nei garage o all'interno di un'auto sigillata dalla neve.
Altri casi più pericolosi in cui le persone sono state avvelenate dal monossido di carbonio a casa o al lavoro sono ...
- sovrapposizione o rottura della ventilazione della colonna di riscaldamento;
- uso analfabeta di stufe a legna o a carbone;
- sui fuochi dentro spazi chiusi;
- vicino a autostrade trafficate;
- sul imprese industriali dove il monossido di carbonio è ampiamente utilizzato.
Il monossido di carbonio, il monossido di carbonio (CO) è un gas incolore, inodore e insapore leggermente meno denso dell'aria. È tossico per gli animali con emoglobina (incluso l'uomo) se le concentrazioni sono superiori a circa 35 ppm, sebbene sia prodotto anche nel normale metabolismo animale in piccole quantità e si ritiene che abbia alcune normali funzioni biologiche. Nell'atmosfera è spazialmente variabile e in rapido decadimento e ha un ruolo nella formazione di ozono a livello del suolo. Il monossido di carbonio è costituito da un atomo di carbonio e un atomo di ossigeno legati da un triplo legame, che consiste in due legami covalenti e un legame covalente dativo. È il monossido di carbonio più semplice. È isoelettronico con l'anione cianuro, il catione nitrosonio e l'azoto molecolare. Nei complessi di coordinazione, il ligando di monossido di carbonio è chiamato carbonile.
Storia
Aristotele (384-322 aC) descrisse per primo il processo di combustione del carbone, che porta alla formazione di fumi tossici. Nei tempi antichi esisteva un metodo di esecuzione: chiudere il criminale in un bagno con carboni fumanti. Tuttavia, a quel tempo il meccanismo della morte non era chiaro. Il medico greco Galeno (129-199 d.C.) suggerì che ci fosse un cambiamento nella composizione dell'aria che danneggiava una persona quando inalata. Nel 1776, il chimico francese de Lasson produsse CO riscaldando l'ossido di zinco con il coke, ma lo scienziato concluse erroneamente che il prodotto gassoso fosse idrogeno perché bruciava con una fiamma blu. Il gas è stato identificato come un composto contenente carbonio e ossigeno dal chimico scozzese William Cumberland Cruikshank nel 1800. La sua tossicità nei cani fu studiata a fondo da Claude Bernard intorno al 1846. Durante la seconda guerra mondiale, per mantenere la meccanica è stata utilizzata una miscela di gas contenente monossido di carbonio Veicolo operando in parti del mondo dove benzina e diesel scarseggiavano. Sono stati installati generatori di gas esterni (con alcune eccezioni) a carbone o derivati dal legno ed è stata alimentata al miscelatore di gas una miscela di azoto atmosferico, monossido di carbonio e piccole quantità di altri gas di gassificazione. La miscela di gas risultante da questo processo è nota come gas di legno. Il monossido di carbonio è stato anche utilizzato su larga scala durante l'Olocausto in alcuni campi di sterminio nazisti tedeschi, in particolare nei furgoni a gas di Chelmno e nel programma di uccisione T4 "eutanasia".
Fonti
Il monossido di carbonio si forma durante l'ossidazione parziale dei composti contenenti carbonio; si forma quando non c'è abbastanza ossigeno per formare anidride carbonica (CO2), come quando si lavora su una stufa o un motore a combustione interna, in uno spazio chiuso. In presenza di ossigeno, comprese le concentrazioni atmosferiche, il monossido di carbonio brucia con una fiamma blu, producendo anidride carbonica. Il gas di carbone, ampiamente utilizzato fino agli anni '60 per l'illuminazione, la cottura e il riscaldamento di interni, conteneva monossido di carbonio come componente importante del combustibile. Alcuni processi in tecnologia moderna, come la fusione del ferro, producono ancora monossido di carbonio come sottoprodotto. In tutto il mondo, le maggiori fonti di monossido di carbonio sono le fonti naturali, a causa delle reazioni fotochimiche nella troposfera, che generano circa 5 × 1012 kg di monossido di carbonio all'anno. Altre fonti naturali di CO includono vulcani, incendi boschivi e altre forme di combustione. In biologia, il monossido di carbonio è prodotto naturalmente dall'azione dell'eme ossigenasi 1 e 2 sull'eme dalla scomposizione dell'emoglobina. Questo processo produce una certa quantità di carbossiemoglobina nelle persone normali, anche se non inalano monossido di carbonio. Dal primo rapporto che il monossido di carbonio era un normale neurotrasmettitore nel 1993, nonché uno dei tre gas che modulano naturalmente le risposte infiammatorie nel corpo (gli altri due sono l'ossido nitrico e l'acido solfidrico), il monossido di carbonio ha ricevuto molta attenzione come agente biologico regolatore. In molti tessuti, tutti e tre i gas agiscono come agenti antinfiammatori, vasodilatatori e promotori della crescita neovascolare. Sono in corso studi clinici per piccole quantità di monossido di carbonio come a medicinale. Tuttavia, quantità eccessive di monossido di carbonio causano avvelenamento da monossido di carbonio.
Proprietà molecolari
Il monossido di carbonio ha un peso molecolare di 28,0, il che lo rende leggermente più leggero dell'aria, che ha un peso molecolare medio di 28,8. Secondo la legge dei gas ideali, la CO è quindi meno densa dell'aria. La lunghezza del legame tra l'atomo di carbonio e l'atomo di ossigeno è 112,8 pm. Questa lunghezza di legame è coerente con un triplo legame, come nell'azoto molecolare (N2), che ha una lunghezza di legame simile e quasi lo stesso peso molecolare. I doppi legami carbonio-ossigeno sono molto più lunghi, ad esempio 120,8 m per la formaldeide. Il punto di ebollizione (82 K) e il punto di fusione (68 K) sono molto simili a N2 (77 K e 63 K, rispettivamente). L'energia di dissociazione del legame di 1072 kJ/mol è più forte di quella di N2 (942 kJ/mol) e rappresenta il legame chimico più forte conosciuto. Lo stato fondamentale dell'elettrone monossido di carbonio è singoletto, poiché non ci sono elettroni spaiati.
Legame e momento di dipolo
Il carbonio e l'ossigeno insieme hanno un totale di 10 elettroni nel guscio di valenza. Seguendo la regola dell'ottetto per carbonio e ossigeno, due atomi formano un triplo legame, con sei elettroni in comune in tre orbitali molecolari di legame, piuttosto che il solito doppio legame che si trova nei composti carbonilici organici. Poiché quattro degli elettroni condivisi provengono dall'atomo di ossigeno e solo due dal carbonio, un orbitale di legame è occupato da due elettroni degli atomi di ossigeno, formando un legame dativo o dipolo. Ciò si traduce in una polarizzazione C ← O della molecola, con una piccola carica negativa sul carbonio e una piccola carica positiva sull'ossigeno. Gli altri due orbitali di legame occupano ciascuno un elettrone dal carbonio e uno dall'ossigeno, formando legami covalenti (polari) con polarizzazione C → O invertita, poiché l'ossigeno è più elettronegativo del carbonio. Nel monossido di carbonio libero, la carica negativa netta δ- rimane all'estremità del carbonio e la molecola ha un piccolo momento di dipolo di 0,122 D. Pertanto, la molecola è asimmetrica: l'ossigeno ha una densità elettronica maggiore del carbonio e anche una piccola carica positiva , rispetto al carbonio, che è negativo. Al contrario, la molecola isoelettronica di diazoto non ha un momento di dipolo. Se il monossido di carbonio funge da ligando, la polarità del dipolo può invertire con una carica netta negativa all'estremità dell'ossigeno, a seconda della struttura del complesso di coordinazione.
Polarità del legame e stato di ossidazione
Studi teorici e sperimentali mostrano che, nonostante la maggiore elettronegatività dell'ossigeno, il momento di dipolo procede dall'estremità più negativa del carbonio all'estremità più positiva dell'ossigeno. Questi tre legami sono in realtà legami covalenti polari altamente polarizzati. La polarizzazione calcolata rispetto all'atomo di ossigeno è del 71% per il legame σ e del 77% per entrambi i legami π. Lo stato di ossidazione del carbonio in monossido di carbonio in ciascuna di queste strutture è +2. Si calcola come segue: si considera che tutti gli elettroni di legame appartengano ad atomi di ossigeno più elettronegativi. Solo due elettroni non leganti sul carbonio sono assegnati al carbonio. In questo conteggio, il carbonio ha solo due elettroni di valenza nella molecola rispetto ai quattro in un atomo libero.
Proprietà biologiche e fisiologiche
Tossicità
L'avvelenamento da monossido di carbonio è il tipo più comune di avvelenamento atmosferico mortale in molti paesi. Il monossido di carbonio è una sostanza incolore, inodore e insapore, ma molto tossica. Si combina con l'emoglobina per formare la carbossiemoglobina, che "usurpa" il sito dell'emoglobina che normalmente trasporta l'ossigeno ma è inefficiente per fornire ossigeno ai tessuti del corpo. Concentrazioni fino a 667 ppm possono causare la conversione in carbossiemoglobina fino al 50% dell'emoglobina del corpo. I livelli di carbossiemoglobina del 50% possono portare a convulsioni, coma e morte. Negli Stati Uniti, il Dipartimento del lavoro limita i livelli di esposizione a lungo termine al monossido di carbonio sul posto di lavoro a 50 parti per milione. Per un breve periodo di tempo, l'assorbimento del monossido di carbonio è cumulativo, poiché la sua emivita è di circa 5 ore all'aria aperta. I sintomi più comuni di avvelenamento da monossido di carbonio possono essere simili ad altri tipi di avvelenamento e infezioni e includono sintomi come mal di testa, nausea, vomito, vertigini, affaticamento e sensazione di debolezza. Le famiglie colpite spesso credono di essere vittime di un'intossicazione alimentare. I neonati possono essere irritabili e potrebbero non nutrirsi bene. I sintomi neurologici includono confusione, disorientamento, visione offuscata, svenimento (perdita di coscienza) e convulsioni. Alcune descrizioni di avvelenamento da monossido di carbonio includono emorragia retinica e un colore rosso ciliegia anormale nel sangue. Nella maggior parte delle diagnosi cliniche, queste caratteristiche sono rare. Una delle difficoltà con l'utilità di questo effetto "ciliegia" ha a che fare con il fatto che corregge, o maschera, altrimenti malsano aspetto perché l'effetto principale della rimozione dell'emoglobina venosa è quello di far sembrare una persona strangolata più normale, o una persona morta sembra essere viva, simile all'effetto dei coloranti rossi nella composizione per l'imbalsamazione. Questo effetto di colorazione nel tessuto anossico avvelenato da CO è dovuto all'uso commerciale del monossido di carbonio nella colorazione della carne. Il monossido di carbonio si lega anche ad altre molecole come la mioglobina e la citocromo ossidasi mitocondriale. L'esposizione al monossido di carbonio può causare notevoli danni al cuore e al centro sistema nervoso, soprattutto nel globo pallido, è spesso associato a condizioni patologiche croniche a lungo termine. Il monossido di carbonio può avere gravi effetti negativi sul feto di una donna incinta.
normale fisiologia umana
Il monossido di carbonio viene prodotto naturalmente nel corpo umano come molecola di segnalazione. Pertanto, il monossido di carbonio può avere un ruolo fisiologico nel corpo come neurotrasmettitore o rilassante dei vasi sanguigni. A causa del ruolo del monossido di carbonio nel corpo, sono associati disturbi nel suo metabolismo varie malattie, tra cui neurodegenerazione, ipertensione, insufficienza cardiaca e infiammazione.
La CO funziona come una molecola di segnalazione endogena.
Il CO modula le funzioni del sistema cardiovascolare
La CO inibisce l'aggregazione e l'adesione delle piastrine
Il CO può svolgere un ruolo come potenziale agente terapeutico
Microbiologia
Il monossido di carbonio è un mezzo nutritivo per gli archaea metanogenici, elemento costitutivo per l'acetil coenzima A. Questo è un argomento per un nuovo campo della chimica bioorganometallica. I microrganismi estremofili possono quindi metabolizzare il monossido di carbonio in luoghi come le prese d'aria dei vulcani. Nei batteri, il monossido di carbonio è prodotto dalla riduzione dell'anidride carbonica da parte dell'enzima monossido di carbonio deidrogenasi, una proteina contenente Fe-Ni-S. CooA è una proteina recettore del monossido di carbonio. La portata della sua attività biologica è ancora sconosciuta. Può essere parte della via di segnalazione nei batteri e negli archaea. La sua prevalenza nei mammiferi non è stata stabilita.
Prevalenza
Il monossido di carbonio si trova in vari ambienti naturali e artificiali.
Il monossido di carbonio è presente in piccole quantità nell'atmosfera, principalmente come prodotto dell'attività vulcanica, ma è anche un prodotto di incendi naturali e provocati dall'uomo (ad es. incendi boschivi, combustione di residui colturali e combustione di canna da zucchero). Anche la combustione di combustibili fossili contribuisce alla formazione di monossido di carbonio. Il monossido di carbonio si trova in forma disciolta nelle rocce vulcaniche fuse ad alte pressioni nel mantello terrestre. Poiché le fonti naturali di monossido di carbonio sono variabili, è estremamente difficile misurare con precisione le emissioni di gas naturale. Il monossido di carbonio è un gas serra in rapido decadimento ed esercita anche una forza radiativa indiretta aumentando le concentrazioni di metano e ozono troposferico attraverso reazioni chimiche con altri costituenti atmosferici (ad es. Radicale idrossile, OH) che altrimenti li distruggerebbero. Come risultato dei processi naturali nell'atmosfera, viene infine ossidato ad anidride carbonica. Il monossido di carbonio è di breve durata nell'atmosfera (dura in media circa due mesi) e ha una concentrazione spazialmente variabile. Nell'atmosfera di Venere, il monossido di carbonio è creato dalla fotodissociazione dell'anidride carbonica da parte della radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda inferiore a 169 nm. A causa della sua lunga durata nella troposfera media, il monossido di carbonio viene utilizzato anche come tracciante di trasporto per pennacchi inquinanti.
Inquinamento urbano
Il monossido di carbonio è un inquinante atmosferico temporaneo in alcune aree urbane, principalmente dai tubi di scarico dei motori a combustione interna (compresi veicoli, generatori portatili e di riserva, tosaerba, lavatrici, ecc.) e dalla combustione incompleta di vari altri combustibili (tra cui legna da ardere, carbone, carbone, petrolio, cera, propano, gas naturale e spazzatura). Un grande inquinamento da CO può essere osservato dallo spazio sopra le città.
Ruolo nella formazione dell'ozono troposferico
Il monossido di carbonio, insieme alle aldeidi, fa parte di una serie di cicli di reazione chimica che formano lo smog fotochimico. Reagisce con il radicale idrossile (OH) per dare l'intermedio radicale HOCO, che trasferisce rapidamente il radicale idrogeno O2 per formare un radicale perossido (HO2) e anidride carbonica (CO2). Il radicale perossido reagisce quindi con l'ossido nitrico (NO) per formare biossido di azoto (NO2) e un radicale idrossile. NO 2 dà O(3P) attraverso la fotolisi, formando così O3 dopo aver reagito con O2. Poiché il radicale ossidrile si forma durante la formazione di NO2, il bilancio della sequenza delle reazioni chimiche, a partire dal monossido di carbonio, porta alla formazione di ozono: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (dove hν si riferisce al fotone di luce assorbita dalla molecola di NO2 nella sequenza) Sebbene la creazione di NO2 sia un passaggio importante nella produzione di ozono a basso livello, aumenta anche la quantità di ozono in un altro modo, in qualche modo mutuamente esclusivo, riducendo la quantità di NO disponibile per reagire con ozono.
inquinamento dell'aria interna
In ambienti chiusi, la concentrazione di monossido di carbonio può facilmente salire a livelli letali. In media, 170 persone muoiono ogni anno negli Stati Uniti a causa di prodotti di consumo non automobilistici che producono monossido di carbonio. Tuttavia, secondo il Dipartimento della Salute della Florida, "Più di 500 americani muoiono ogni anno per l'esposizione accidentale al monossido di carbonio e altre migliaia negli Stati Uniti richiedono cure mediche di emergenza per avvelenamento da monossido di carbonio non fatale". Questi prodotti includono apparecchi di combustione del carburante difettosi come stufe, cucine, scaldabagni e gas e cherosene termosifoni; apparecchiature azionate meccanicamente come generatori portatili; caminetti; e carbone, che viene bruciato nelle case e in altri spazi chiusi. L'American Association of Poison Control Centers (AAPCC) ha riportato 15.769 casi di avvelenamento da monossido di carbonio, che hanno provocato 39 morti nel 2007. Nel 2005, il CPSC ha riportato 94 decessi legati all'avvelenamento da monossido di carbonio da un generatore. Quarantasette di questi decessi si sono verificati durante interruzioni di corrente dovute al maltempo, incluso l'uragano Katrina. Tuttavia, le persone muoiono per avvelenamento da monossido di carbonio causato da articoli non alimentari come le auto lasciate in funzione nei garage attaccati alle case. Il Centers for Disease Control and Prevention riferisce che ogni anno diverse migliaia di persone si recano al pronto soccorso dell'ospedale per avvelenamento da monossido di carbonio.
Presenza nel sangue
Il monossido di carbonio viene assorbito attraverso la respirazione ed entra nel flusso sanguigno attraverso lo scambio di gas nei polmoni. Viene prodotto anche durante il metabolismo dell'emoglobina ed entra nel sangue dai tessuti, quindi è presente in tutti i tessuti normali, anche se non viene inalato nell'organismo. I livelli normali di monossido di carbonio che circolano nel sangue sono compresi tra lo 0% e il 3% e sono più elevati nei fumatori. I livelli di monossido di carbonio non possono essere valutati attraverso un esame fisico. I test di laboratorio richiedono un campione di sangue (arterioso o venoso) e un'analisi di laboratorio per un CO-ossimetro. Inoltre, la carbossiemoglobina non invasiva (SPCO) con CO ossimetria pulsata è più efficace dei metodi invasivi.
Astrofisica
Al di fuori della Terra, il monossido di carbonio è la seconda molecola più abbondante nel mezzo interstellare, dopo l'idrogeno molecolare. A causa della sua asimmetria, la molecola di monossido di carbonio produce righe spettrali molto più luminose rispetto alla molecola di idrogeno, rendendo la CO molto più facile da rilevare. La CO interstellare è stata rilevata per la prima volta dai radiotelescopi nel 1970. Attualmente è il tracciante di gas molecolare più comunemente usato nel mezzo interstellare delle galassie e l'idrogeno molecolare può essere rilevato solo utilizzando la luce ultravioletta, che richiede telescopi spaziali. Le osservazioni del monossido di carbonio forniscono la maggior parte delle informazioni sulle nubi molecolari in cui si formano la maggior parte delle stelle. Beta Pictoris, la seconda stella più luminosa della costellazione del Pittore, mostra un'abbondanza di radiazione infrarossa rispetto alle normali stelle del suo tipo, a causa della grande quantità di polvere e gas (compreso il monossido di carbonio) vicino alla stella.
Produzione
Molti metodi sono stati sviluppati per produrre monossido di carbonio.
produzione industriale
La principale fonte industriale di CO è il gas di produzione, una miscela contenente principalmente monossido di carbonio e azoto, che si forma quando il carbonio viene bruciato nell'aria ad alta temperatura quando c'è un eccesso di carbonio. Nel forno, l'aria viene forzata attraverso uno strato di coke. Inizialmente la CO2 prodotta viene bilanciata con il rimanente carbone caldo per produrre CO. La reazione di CO2 con carbonio per produrre CO è descritta come la reazione di Boudouard. Al di sopra degli 800°C, la CO è il prodotto dominante:
CO2 + C → 2 CO (ΔH = 170 kJ/mol)
Un'altra fonte è il "gas d'acqua", una miscela di idrogeno e monossido di carbonio prodotta da una reazione endotermica di vapore e carbonio:
H2O + C → H2 + CO (ΔH = +131 kJ/mol)
Altri "syngas" simili possono essere ottenuti da gas naturale e altri combustibili. Il monossido di carbonio è anche un sottoprodotto della riduzione dei minerali di ossido di metallo con il carbonio:
MO + C → M + CO
Il monossido di carbonio è prodotto anche dall'ossidazione diretta del carbonio in una quantità limitata di ossigeno o aria.
2C (s) + O 2 → 2CO (g)
Poiché il CO è un gas, il processo di riduzione può essere controllato mediante riscaldamento utilizzando l'entropia positiva (favorevole) della reazione. Il diagramma di Ellingham mostra che la produzione di CO è favorita rispetto alla CO2 alle alte temperature.
Preparazione in laboratorio
Il monossido di carbonio si ottiene convenientemente in laboratorio mediante disidratazione dell'acido formico o dell'acido ossalico, ad esempio con acido solforico concentrato. Un altro modo è riscaldare una miscela omogenea di metallo di zinco in polvere e carbonato di calcio, che rilascia CO e lascia ossido di zinco e ossido di calcio:
Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO
Il nitrato d'argento e lo iodoformio danno anche monossido di carbonio:
CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI
chimica di coordinazione
La maggior parte dei metalli forma complessi di coordinazione contenenti monossido di carbonio attaccato in modo covalente. Solo i metalli in stati di ossidazione inferiori si combineranno con i ligandi di monossido di carbonio. Questo perché è necessaria una densità elettronica sufficiente per facilitare la donazione inversa dall'orbitale metallico DXZ all'orbitale molecolare π* da CO. La coppia solitaria sull'atomo di carbonio in CO dona anche densità elettronica in dx²-y² sul metallo per formare un legame sigma. Questa donazione di elettroni si manifesta anche con l'effetto cis, o labilizzazione dei ligandi di CO nella posizione cis. Il nichel carbonile, ad esempio, è formato dalla combinazione diretta di monossido di carbonio e nichel metallico:
Ni + 4 CO → Ni(CO) 4 (1 bar, 55 °C)
Per questo motivo il nichel nel tubo o parte di esso non deve venire a contatto prolungato con il monossido di carbonio. Il nichel carbonile si decompone prontamente in Ni e CO al contatto con superfici calde e questo metodo viene utilizzato per la raffinazione commerciale del nichel nel processo Mond. Nel nichel carbonile e in altri carbonili, la coppia di elettroni sul carbonio interagisce con il metallo; il monossido di carbonio dona una coppia di elettroni al metallo. In tali situazioni, il monossido di carbonio è chiamato ligando carbonilico. Uno dei carbonili metallici più importanti è il pentacarbonile di ferro, Fe(CO) 5. Molti complessi metallo-CO sono prodotti dalla decarbonilazione di solventi organici piuttosto che da CO. Ad esempio, tricloruro di iridio e trifenilfosfina reagiscono a riflusso di 2-metossietanolo o DMF per dare IrCl (CO) (PPh3) 2. I carbonili metallici nella chimica di coordinazione vengono solitamente studiati mediante spettroscopia a infrarossi.
Chimica organica e chimica dei principali gruppi di elementi
In presenza acidi forti e acqua, il monossido di carbonio reagisce con gli alcheni per formare acidi carbossilici in un processo noto come reazione di Koch-Haaf. Nella reazione di Guttermann-Koch, gli areni vengono convertiti in derivati della benzaldeide in presenza di AlCl3 e HCl. I composti di organolitio (come il butillitio) reagiscono con il monossido di carbonio, ma queste reazioni hanno scarse applicazioni scientifiche. Sebbene la CO reagisca con carbocationi e carbanioni, è relativamente non reattiva con composti organici senza l'intervento di catalizzatori metallici. Con i reagenti del gruppo principale, la CO subisce diverse reazioni notevoli. La clorazione con CO è un processo industriale che produce l'importante composto fosgene. Con il borano, la CO forma un addotto, H3BCO, che è isoelettronico con l'acilio + catione. Il CO reagisce con il sodio per creare prodotti derivati da Connessioni CC. I composti cicloesahexone o trichinoile (C6O6) e ciclopentanepentone o acido leuconico (C5O5), che finora sono stati ottenuti solo in tracce, possono essere considerati polimeri del monossido di carbonio. A pressioni superiori a 5 GPa, il monossido di carbonio viene convertito in un polimero solido di carbonio e ossigeno. È una sostanza metastabile pressione atmosferica, ma è un potente esplosivo.
Utilizzo
Industria chimica
Il monossido di carbonio è un gas industriale che ha molti usi nella produzione di prodotti chimici sfusi. Grandi quantità di aldeidi si ottengono dalla reazione di idroformilazione di alcheni, monossido di carbonio e H2. L'idroformilazione nel processo Shell consente di creare precursori detergenti. Il fosgene, adatto alla produzione di isocianati, policarbonati e poliuretani, viene prodotto facendo passare monossido di carbonio purificato e cloro gassoso attraverso uno strato di carbone attivo, che funge da catalizzatore. La produzione mondiale di questo composto nel 1989 è stata stimata in 2,74 milioni di tonnellate.
CO + Cl2 → COCl2
Il metanolo è prodotto dall'idrogenazione del monossido di carbonio. In una reazione correlata, l'idrogenazione del monossido di carbonio comporta la formazione di un legame CC, come nel processo Fischer-Tropsch, dove il monossido di carbonio viene idrogenato a combustibili idrocarburici liquidi. Questa tecnologia consente la conversione di carbone o biomassa in Carburante diesel. Nel processo Monsanto, monossido di carbonio e metanolo reagiscono in presenza di un catalizzatore a base di rodio e acido idroiodico omogeneo per formare acido acetico. Questo processo è responsabile di gran parte della produzione industriale di acido acetico. A scala industriale, il monossido di carbonio puro viene utilizzato per purificare il nichel nel processo Mond.
colorazione della carne
Il monossido di carbonio viene utilizzato nei sistemi di confezionamento atmosferico modificati negli Stati Uniti, principalmente nei prodotti a base di carne fresca come manzo, maiale e pesce, per mantenere il loro aspetto fresco. Il monossido di carbonio si combina con la mioglobina per formare la carbossimioglobina, un pigmento rosso ciliegia brillante. La carbossimioglobina è più stabile della forma ossidata della mioglobina, l'ossimioglobina, che può ossidarsi nel pigmento marrone metmioglobina. Questo colore rosso stabile può durare molto più a lungo della carne confezionata convenzionale. I livelli tipici di monossido di carbonio utilizzati negli impianti che utilizzano questo processo vanno dallo 0,4% allo 0,5%. Questa tecnologia è stata riconosciuta per la prima volta come "generalmente sicura" (GRAS) dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense nel 2002 per l'uso come sistema di confezionamento secondario e non richiede etichettatura. Nel 2004, la FDA ha approvato la CO come metodo di confezionamento primario, affermando che la CO non maschera l'odore di deterioramento. Nonostante questa sentenza, rimane discutibile se questo metodo mascheri il deterioramento degli alimenti. Nel 2007, alla Camera dei rappresentanti degli Stati Uniti è stato proposto un disegno di legge per chiamare il processo di confezionamento del monossido di carbonio modificato additivo di colore ma il conto non è stato approvato. Questo processo di confezionamento è vietato in molti altri paesi, inclusi Giappone, Singapore e paesi dell'Unione Europea.
La medicina
In biologia, il monossido di carbonio è prodotto naturalmente dall'azione dell'eme ossigenasi 1 e 2 sull'eme dalla scomposizione dell'emoglobina. Questo processo produce una certa quantità di carbossiemoglobina nelle persone normali, anche se non inalano monossido di carbonio. Dal primo rapporto che il monossido di carbonio era un normale neurotrasmettitore nel 1993, nonché uno dei tre gas che modulano naturalmente le risposte infiammatorie nel corpo (gli altri due sono l'ossido nitrico e l'idrogeno solforato), il monossido di carbonio ha ricevuto una grande quantità di informazioni cliniche attenzione come regolatore biologico. . In molti tessuti, è noto che tutti e tre i gas agiscono come agenti antinfiammatori, vasodilatatori e stimolatori della crescita neovascolare. Tuttavia, questi problemi sono complessi perché la crescita neovascolare non è sempre benefica, poiché svolge un ruolo nella crescita del tumore così come nello sviluppo della degenerazione maculare umida, una malattia il cui rischio è aumentato da 4 a 6 volte dal fumo ( fonte principale monossido di carbonio nel sangue, molte volte superiore alla produzione naturale). C'è una teoria secondo cui in alcune sinapsi delle cellule nervose, quando vengono immagazzinate memorie a lungo termine, la cellula ricevente produce monossido di carbonio, che viene ritrasmesso alla camera di trasmissione, facendo sì che venga trasmesso più facilmente in futuro. È stato dimostrato che alcune di queste cellule nervose contengono guanilato ciclasi, un enzima attivato dal monossido di carbonio. Molti laboratori in tutto il mondo hanno condotto ricerche sul monossido di carbonio per quanto riguarda le sue proprietà antinfiammatorie e citoprotettive. Queste proprietà possono essere utilizzate per prevenire lo sviluppo di una serie di condizioni patologiche, tra cui lesioni da riperfusione ischemica, rigetto del trapianto, aterosclerosi, sepsi grave, malaria grave o malattie autoimmuni. Sono stati condotti studi clinici sull'uomo, ma i risultati non sono stati ancora pubblicati.
Le proprietà fisiche del monossido di carbonio (monossido di carbonio CO) alla normale pressione atmosferica sono considerate in funzione della temperatura ai suoi valori negativi e positivi.
Nelle tabelle vengono presentate le seguenti proprietà fisiche di CO: densità di monossido di carbonio ρ , capacità termica specifica a pressione costante Cp, coefficienti di conducibilità termica λ e viscosità dinamica μ .
La prima tabella mostra la densità e il calore specifico del monossido di carbonio CO nell'intervallo di temperatura da -73 a 2727°C.
La seconda tabella fornisce i valori di tali proprietà fisiche del monossido di carbonio come la conduttività termica e la sua viscosità dinamica nell'intervallo di temperatura da meno 200 a 1000 ° C.
La densità del monossido di carbonio, inoltre, dipende in modo significativo dalla temperatura: quando il monossido di carbonio CO viene riscaldato, la sua densità diminuisce. Per esempio, a temperatura ambiente, la densità del monossido di carbonio è 1,129 kg / m 3, ma nel processo di riscaldamento a una temperatura di 1000 ° C, la densità di questo gas diminuisce di 4,2 volte, fino a un valore di 0,268 kg / m 3.
In condizioni normali (temperatura 0°C) il monossido di carbonio ha una densità di 1,25 kg/m 3 . Se confrontiamo la sua densità con altri gas comuni, la densità del monossido di carbonio rispetto all'aria è meno importante: il monossido di carbonio è più leggero dell'aria. È anche più leggero dell'argon, ma più pesante dell'azoto, dell'idrogeno, dell'elio e di altri gas leggeri.
La capacità termica specifica del monossido di carbonio in condizioni normali è 1040 J/(kg gradi). All'aumentare della temperatura di questo gas, aumenta la sua capacità termica specifica. Ad esempio, a 2727°C il suo valore è 1329 J/(kg gradi).
| t, °С | ρ, kg/m3 | C p , J/(kg gradi) | t, °С | ρ, kg/m3 | C p , J/(kg gradi) | t, °С | ρ, kg/m3 | C p , J/(kg gradi) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -73 | 1,689 | 1045 | 157 | 0,783 | 1053 | 1227 | 0,224 | 1258 |
| -53 | 1,534 | 1044 | 200 | 0,723 | 1058 | 1327 | 0,21 | 1267 |
| -33 | 1,406 | 1043 | 257 | 0,635 | 1071 | 1427 | 0,198 | 1275 |
| -13 | 1,297 | 1043 | 300 | 0,596 | 1080 | 1527 | 0,187 | 1283 |
| -3 | 1,249 | 1043 | 357 | 0,535 | 1095 | 1627 | 0,177 | 1289 |
| 0 | 1,25 | 1040 | 400 | 0,508 | 1106 | 1727 | 0,168 | 1295 |
| 7 | 1,204 | 1042 | 457 | 0,461 | 1122 | 1827 | 0,16 | 1299 |
| 17 | 1,162 | 1043 | 500 | 0,442 | 1132 | 1927 | 0,153 | 1304 |
| 27 | 1,123 | 1043 | 577 | 0,396 | 1152 | 2027 | 0,147 | 1308 |
| 37 | 1,087 | 1043 | 627 | 0,374 | 1164 | 2127 | 0,14 | 1312 |
| 47 | 1,053 | 1043 | 677 | 0,354 | 1175 | 2227 | 0,134 | 1315 |
| 57 | 1,021 | 1044 | 727 | 0,337 | 1185 | 2327 | 0,129 | 1319 |
| 67 | 0,991 | 1044 | 827 | 0,306 | 1204 | 2427 | 0,125 | 1322 |
| 77 | 0,952 | 1045 | 927 | 0,281 | 1221 | 2527 | 0,12 | 1324 |
| 87 | 0,936 | 1045 | 1027 | 0,259 | 1235 | 2627 | 0,116 | 1327 |
| 100 | 0,916 | 1045 | 1127 | 0,241 | 1247 | 2727 | 0,112 | 1329 |
La conducibilità termica del monossido di carbonio in condizioni normali è 0,02326 W/(m gradi). Aumenta con la sua temperatura e a 1000°C diventa pari a 0,0806 W/(m gradi). Va notato che la conduttività termica del monossido di carbonio è leggermente inferiore a questo valore y.
La viscosità dinamica del monossido di carbonio a temperatura ambiente è 0,0246·10 -7 Pa·s. Quando il monossido di carbonio viene riscaldato, la sua viscosità aumenta. Un tale carattere della dipendenza della viscosità dinamica dalla temperatura si osserva in . Va notato che il monossido di carbonio è più viscoso del vapore acqueo e dell'anidride carbonica CO 2 , ma ha una viscosità inferiore rispetto all'ossido nitrico NO e all'aria.
Monossido di carbonio (monossido di carbonio, monossido di carbonio, ossido di carbonio (II).) è un gas incolore, estremamente tossico, insapore e inodore, più leggero dell'aria (in condizioni normali). La formula chimica è CO.
La struttura della molecola
Per la presenza di un triplo legame, la molecola di CO è molto forte (l'energia di dissociazione è 1069 kJ/mol, ovvero 256 kcal/mol, che è più di qualsiasi altra molecola biatomica) e ha una piccola distanza internucleare ( d C≡O = 0,1128 nm o 1,13 Å).
La molecola è debolmente polarizzata, il suo momento di dipolo elettrico μ = 0,04⋅10 −29 C m . Numerosi studi hanno dimostrato che la carica negativa nella molecola di CO è concentrata sull'atomo di carbonio C − ←O + (la direzione del momento di dipolo nella molecola è opposta a quella precedentemente ipotizzata). Energia di ionizzazione 14,0 eV, costante di accoppiamento di forza K = 18,6 .
Proprietà
Il monossido di carbonio (II) è un gas incolore, inodore e insapore. combustibile Il cosiddetto "odore di monossido di carbonio" è in realtà l'odore delle impurità organiche.
| Energia di formazione standard di Gibbs Δ G | −137,14 kJ/mol (g) (a 298 K) |
| Entropia standard dell'educazione S | 197,54 J/mol K (g) (a 298 K) |
| Capacità termica molare standard Cp | 29,11 J/mol K (g) (a 298 K) |
| Entalpia di fusione Δ H pl | 0,838 kJ/mol |
| Entalpia di ebollizione Δ H kip | 6,04 kJ/mol |
| Temperatura critica t Creta | -140,23°C |
| pressione critica P Creta | 3.499 MPa |
| Densità critica ρ crit | 0,301 g/cm³ |
I principali tipi di reazioni chimiche in cui è coinvolto il monossido di carbonio (II) sono le reazioni di addizione e le reazioni redox, in cui mostra proprietà riducenti.
A temperatura ambiente, la CO è inattiva, la sua attività chimica aumenta notevolmente quando riscaldata e in soluzione. Quindi, nelle soluzioni, ripristina i sali e altri ai metalli già a temperatura ambiente. Quando riscaldato, riduce anche altri metalli, ad esempio CO + CuO → Cu + CO 2. Questo è ampiamente usato in pirometallurgia. Il metodo per la rilevazione qualitativa di CO si basa sulla reazione di CO in soluzione con cloruro di palladio, vedi sotto.
L'ossidazione di CO in soluzione spesso procede a una velocità notevole solo in presenza di un catalizzatore. Nella scelta di quest'ultimo, la natura dell'agente ossidante gioca il ruolo principale. Quindi, KMnO 4 ossida più rapidamente CO in presenza di argento finemente suddiviso, K 2 Cr 2 O 7 - in presenza di sali, KClO 3 - in presenza di OsO 4. In generale, la CO è simile nelle sue proprietà riducenti all'idrogeno molecolare.
Al di sotto di 830 °C, la CO è un agente riducente più forte e, più in alto, l'idrogeno. Quindi l'equilibrio della reazione
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\ displaystyle (\ mathsf (H_(2) O+CO\rightleftarrows CO_(2)+H_(2))})fino a 830 °C spostato a destra, sopra 830 °C a sinistra.
È interessante notare che esistono batteri in grado di ottenere l'energia di cui hanno bisogno per la vita a causa dell'ossidazione della CO.
Il monossido di carbonio (II) brucia con una fiamma di colore blu(temperatura di inizio reazione 700 °C) in aria:
2 C O + O 2 → 2 C O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (2CO+O_(2)\rightarrow 2CO_(2)))) (Δ G° 298 = -257 kJ, Δ S° 298 = -86 J/K).La temperatura di combustione del CO può raggiungere i 2100 °C. La reazione di combustione è a catena e gli iniziatori sono piccole quantità di composti contenenti idrogeno (acqua, ammoniaca, acido solfidrico, ecc.)
A causa di un così buon potere calorifico, la CO è un componente di varie miscele di gas tecnici (vedi, ad esempio, gas di generatore) utilizzate, tra l'altro, per il riscaldamento. Esplosivo se miscelato con aria; limiti di concentrazione inferiore e superiore di propagazione della fiamma: dal 12,5 al 74% (in volume) .
alogeni. La reazione con il cloro ha ricevuto la massima applicazione pratica:
C O + C l 2 → C O C l 2 . (\ displaystyle (\ mathsf (CO+Cl_(2)\freccia destra COCl_(2))).)Facendo reagire CO con F 2 , oltre al fluoruro di carbonile COF 2 si può ottenere un composto di perossido (FCO) 2 O 2. Le sue caratteristiche: punto di fusione -42°C, punto di ebollizione +16°C, ha un odore caratteristico (simile all'odore di ozono), se riscaldato oltre i 200°C, si decompone con un'esplosione (prodotti di reazione CO 2 , O 2 e COF 2), in ambiente acido reagisce con ioduro di potassio secondo l'equazione:
(F C O) 2 O 2 + 2 K I → 2 K F + I 2 + 2 C O 2. (\ displaystyle (\ mathsf ((FCO)_(2)O_(2)+2KI\freccia destra 2KF+I_(2)+2CO_(2).)))Il monossido di carbonio (II) reagisce con i calcogeni. Con lo zolfo forma solfuro di carbonio COS, la reazione procede quando riscaldata, secondo l'equazione:
C O + S → C O S (\ displaystyle (\ mathsf (CO + S \ freccia destra COS))) (Δ G° 298 = -229 kJ, Δ S° 298 = -134 J/K).Sono stati ottenuti anche simili COSe di selenossido di carbonio e COTe di tellurossido di carbonio.
Ripristina SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S . (\ displaystyle (\ mathsf (2CO+SO_(2)\freccia destra 2CO_(2)+S.)))Con i metalli di transizione, forma composti combustibili e tossici: carbonili, come,,, ecc. Alcuni di essi sono volatili.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\ displaystyle (\ mathsf (nCO + Me \ rightarrow )))Il monossido di carbonio (II) è leggermente solubile in acqua, ma non reagisce con esso. Inoltre, non reagisce con soluzioni di alcali e acidi. Tuttavia, reagisce con gli alcali fusi per formare i formati corrispondenti:
C O + K O H → H C O O K . (\ displaystyle (\ mathsf (CO + KOH \ freccia destra HCOOK.)))Una reazione interessante è la reazione del monossido di carbonio (II) con potassio metallico in una soluzione di ammoniaca. Questo forma il composto esplosivo diossodicarbonato di potassio:
2 K + 2 C O → K 2 C 2 O 2 . (\ displaystyle (\ mathsf (2K+2CO\freccia destra K_(2)C_(2)O_(2).))) x C O + y H 2 → (\ displaystyle (\ mathsf (xCO+yH_(2)\freccia destra))) alcoli + alcani lineari.Questo processo è la fonte di prodotti industriali critici come metanolo, carburante diesel sintetico, alcoli polivalenti, oli e lubrificanti.
Azione fisiologica
Tossicità
Il monossido di carbonio è altamente tossico.
L'effetto tossico del monossido di carbonio (II) è dovuto alla formazione di carbossiemoglobina, un complesso carbonilico molto più forte con l'emoglobina, rispetto al complesso di emoglobina con ossigeno (ossiemoglobina). Pertanto, i processi di trasporto dell'ossigeno e la respirazione cellulare sono bloccati. Concentrazioni nell'aria superiori allo 0,1% provocano la morte entro un'ora.
- La vittima dovrebbe essere portata a Aria fresca. In caso di avvelenamento lieve, è sufficiente l'iperventilazione dei polmoni con l'ossigeno.
- Ventilazione artificiale dei polmoni.
- Lobeline o caffeina sotto la pelle.
- Carbossilasi per via endovenosa.
La medicina mondiale non conosce antidoti affidabili da utilizzare in caso di avvelenamento da monossido di carbonio.
Protezione contro il monossido di carbonio(II)
monossido di carbonio endogeno
Il monossido di carbonio endogeno è prodotto normalmente dalle cellule del corpo umano e animale e funge da molecola di segnalazione. Svolge un noto ruolo fisiologico nell'organismo, in particolare essendo un neurotrasmettitore e inducendo vasodilatazione. A causa del ruolo del monossido di carbonio endogeno nel corpo, i suoi disordini metabolici sono associati a varie malattie, come malattie neurodegenerative, aterosclerosi dei vasi sanguigni, ipertensione, insufficienza cardiaca e vari processi infiammatori.
Il monossido di carbonio endogeno si forma nel corpo a causa dell'azione ossidante dell'enzima eme ossigenasi sull'eme, che è un prodotto della distruzione dell'emoglobina e della mioglobina, nonché di altre proteine contenenti eme. Questo processo provoca la formazione di una piccola quantità di carbossiemoglobina nel sangue umano, anche se la persona non fuma e respira non aria atmosferica (contenente sempre piccole quantità di monossido di carbonio esogeno), ma ossigeno puro o una miscela di azoto e ossigeno.
A seguito delle prime prove apparse nel 1993 che il monossido di carbonio endogeno è un normale neurotrasmettitore nel corpo umano, nonché uno dei tre gas endogeni che normalmente modulano il corso delle reazioni infiammatorie nel corpo (gli altri due sono l'ossido nitrico (II) e idrogeno solforato), il monossido di carbonio endogeno ha ricevuto notevole attenzione da parte di clinici e ricercatori come importante regolatore biologico. In molti tessuti, è stato dimostrato che tutti e tre i suddetti gas sono agenti antinfiammatori, vasodilatatori e inducono anche angiogenesi. Tuttavia, non tutto è così semplice e inequivocabile. L'angiogenesi non è sempre effetti benefici, poiché, in particolare, svolge un ruolo nella crescita dei tumori maligni, ed è anche una delle cause di danno retinico nella degenerazione maculare. In particolare, è importante notare che il fumo (la principale fonte di monossido di carbonio nel sangue, dando una concentrazione diverse volte superiore alla produzione naturale) aumenta il rischio di degenerazione maculare della retina di 4-6 volte.
C'è una teoria secondo cui in alcune sinapsi delle cellule nervose, dove l'informazione viene immagazzinata per lungo tempo, la cellula ricevente, in risposta al segnale ricevuto, produca monossido di carbonio endogeno, che ritrasmette il segnale alla cellula trasmittente, che lo informa della sua disponibilità a ricevere segnali da esso in futuro e aumentare l'attività della cellula trasmittente del segnale. Alcune di queste cellule nervose contengono guanilato ciclasi, un enzima che viene attivato quando esposto al monossido di carbonio endogeno.
La ricerca sul ruolo del monossido di carbonio endogeno come agente antinfiammatorio e citoprotettore è stata condotta in molti laboratori in tutto il mondo. Queste proprietà del monossido di carbonio endogeno rendono l'effetto sul suo metabolismo un interessante bersaglio terapeutico per il trattamento di diverse condizioni patologiche come il danno tissutale causato da ischemia e successiva riperfusione (ad esempio infarto del miocardio, ictus ischemico), rigetto di trapianto, aterosclerosi vascolare, sepsi grave, malaria grave, malattie autoimmuni. Sono stati condotti anche studi clinici sull'uomo, ma i loro risultati non sono stati ancora pubblicati.
In sintesi, ciò che è noto a partire dal 2015 sul ruolo del monossido di carbonio endogeno nell'organismo può essere riassunto come segue:
- Il monossido di carbonio endogeno è una delle importanti molecole di segnalazione endogeno;
- Il monossido di carbonio endogeno modula il SNC e le funzioni cardiovascolari;
- Il monossido di carbonio endogeno inibisce l'aggregazione piastrinica e la loro adesione alle pareti dei vasi;
- Influenzare lo scambio di monossido di carbonio endogeno in futuro potrebbe essere una delle strategie terapeutiche importanti per numerose malattie.
Storia della scoperta
La tossicità dei fumi emessi durante la combustione del carbone è stata descritta da Aristotele e Galeno.
Il monossido di carbonio (II) fu ottenuto per la prima volta dal chimico francese Jacques de Lasson nel riscaldamento dell'ossido di zinco con il carbone, ma inizialmente fu scambiato per idrogeno, poiché bruciava con una fiamma blu.
Il fatto che questo gas contenga carbonio e ossigeno è stato scoperto dal chimico inglese William Kruikshank. La tossicità del gas fu studiata nel 1846 dal medico francese Claude Bernard in esperimenti sui cani.
Il monossido di carbonio (II) al di fuori dell'atmosfera terrestre fu scoperto per la prima volta dallo scienziato belga M. Mizhot (M. Migeotte) nel 1949 per la presenza della principale banda vibrazionale-rotazionale nello spettro IR del Sole. L'ossido di carbonio (II) è stato scoperto nel mezzo interstellare nel 1970.
Ricevuta
modo industriale
- Si forma durante la combustione di carbonio o composti a base di esso (ad esempio benzina) in condizioni di mancanza di ossigeno:
- o quando si riduce l'anidride carbonica con carbone ardente:
Questa reazione si verifica durante il forno del forno, quando la serranda del forno viene chiusa troppo presto (fino a quando i carboni non si sono completamente bruciati). Il monossido di carbonio (II) formato in questo caso, a causa della sua tossicità, provoca disturbi fisiologici ("burnout") e persino la morte (vedi sotto), da cui uno dei nomi banali: "monossido di carbonio".
La reazione di riduzione dell'anidride carbonica è reversibile, l'effetto della temperatura sullo stato di equilibrio di questa reazione è mostrato nel grafico. Il flusso della reazione a destra fornisce il fattore di entropia ea sinistra il fattore di entalpia. A temperature inferiori a 400 °C, l'equilibrio è quasi completamente spostato a sinistra e a temperature superiori a 1000 °C a destra (in direzione della formazione di CO). A basse temperature, la velocità di questa reazione è molto bassa, quindi il monossido di carbonio (II) è abbastanza stabile in condizioni normali. Questo equilibrio ha un nome speciale equilibrio del boudoir.
- Miscele di monossido di carbonio (II) con altre sostanze si ottengono facendo passare aria, vapore acqueo, ecc. attraverso uno strato di coke caldo, carbone o lignite, ecc. (vedi gas generatore, gas d'acqua, gas misto, gas di sintesi).
metodo di laboratorio
- Decomposizione dell'acido formico liquido sotto l'azione di acido solforico concentrato caldo o passaggio di acido formico gassoso sull'ossido di fosforo P 2 O 5 . Schema di reazione:
- Riscaldare una miscela di acido ossalico e acido solforico concentrato. La reazione avviene secondo l'equazione:
- Riscaldare una miscela di esacianoferrato di potassio (II) con acido solforico concentrato. La reazione avviene secondo l'equazione:
- Recupero dal carbonato di zinco da parte del magnesio quando riscaldato:
Determinazione del monossido di carbonio (II)
Qualitativamente, la presenza di CO può essere determinata dall'oscuramento di soluzioni di cloruro di palladio (o carta impregnata di tale soluzione). L'oscuramento è associato al rilascio di palladio metallico finemente disperso secondo lo schema:
P d C l 2 + C O + H 2 O → P d ↓ + C O 2 + 2 H C l . (\ displaystyle (\ mathsf (PdCl_(2)+CO+H_(2)O\freccia destra Pd\freccia giù +CO_(2)+2HCl.)))Questa reazione è molto sensibile. Soluzione standard: 1 grammo di cloruro di palladio per litro d'acqua.
La determinazione quantitativa del monossido di carbonio (II) si basa sulla reazione iodometrica:
5 C O + I 2 O 5 → 5 C O 2 + I 2. (\ displaystyle (\ mathsf (5CO+I_(2)O_(5)\rightarrow 5CO_(2)+I_(2).)))Applicazione
- Il monossido di carbonio(II) è un reagente intermedio utilizzato nelle reazioni con l'idrogeno nei più importanti processi industriali per la produzione di alcoli organici e idrocarburi semplici.
- Il monossido di carbonio (II) viene utilizzato per lavorare carne e pesce animali, conferendo loro un colore rosso brillante e un aspetto di freschezza, senza alterarne il gusto (tecnologie fumo chiaro e Fumo insapore). La concentrazione ammessa di CO è di 200 mg/kg di carne.
- Il monossido di carbonio (II) è il componente principale del gas di generazione utilizzato come carburante nei veicoli a gas naturale.
- Il monossido di carbonio dallo scarico del motore è stato utilizzato dai nazisti durante la seconda guerra mondiale per massacrare le persone avvelenando.
Monossido di carbonio (II) nell'atmosfera terrestre
Ci sono fonti naturali e antropiche di ingresso nell'atmosfera terrestre. In condizioni naturali, sulla superficie terrestre, la CO si forma durante la decomposizione anaerobica incompleta dei composti organici e durante la combustione della biomassa, principalmente durante gli incendi boschivi e delle steppe. Il monossido di carbonio (II) si forma nel suolo sia biologicamente (escreto dagli organismi viventi) che non biologicamente. È stato sperimentalmente dimostrato il rilascio di monossido di carbonio (II) dovuto a composti fenolici comuni nei terreni contenenti gruppi OCH 3 o OH in posizione orto o para rispetto al primo gruppo ossidrile.
L'equilibrio complessivo della produzione di CO non biologica e la sua ossidazione da parte di microrganismi dipende dalle condizioni ambientali specifiche, principalmente dall'umidità e dal valore di . Ad esempio, dai suoli aridi, il monossido di carbonio (II) viene rilasciato direttamente nell'atmosfera, creando così massimi locali nella concentrazione di questo gas.
Nell'atmosfera, la CO è il prodotto di reazioni a catena che coinvolgono metano e altri idrocarburi (principalmente isoprene).
La principale fonte antropica di CO attualmente sono i gas di scarico dei motori a combustione interna. Il monossido di carbonio viene prodotto quando i combustibili idrocarburici vengono bruciati nei motori a combustione interna a temperature insufficienti o quando il sistema di alimentazione dell'aria non è regolato correttamente (non viene fornito abbastanza ossigeno per ossidare la CO in CO 2 ). In passato, una percentuale significativa delle emissioni di CO nell'atmosfera antropogenica proveniva dal gas di illuminazione utilizzato per l'illuminazione di interni nel 19° secolo. Nella composizione corrispondeva approssimativamente al gas d'acqua, cioè conteneva fino al 45% di monossido di carbonio (II). Nel settore pubblico, non viene utilizzato a causa della presenza di un analogo molto più economico ed efficiente dal punto di vista energetico -
Proprietà fisiche.
Il monossido di carbonio è un gas incolore e inodore, leggermente solubile in acqua.
t mq 205 °С,
t bp 191°C
temperatura critica =140°С
pressione critica = 35 atm.
La solubilità della CO in acqua è di circa 1:40 in volume.
Proprietà chimiche.
In condizioni ordinarie, CO è inerte; quando riscaldato - agente riducente; ossido non salino.
1) con ossigeno
2C +2 O + O 2 \u003d 2C +4 O 2
2) con ossidi metallici
C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2
3) con cloro (alla luce)
CO + Cl 2 --hn-> COCl 2 (fosgene)
4) reagisce con alcali fusi (sotto pressione)
CO + NaOH = HCOONa (formiato di sodio (formiato di sodio))
5) forma carbonili con metalli di transizione
Ni + 4CO \u003d t ° \u003d Ni (CO) 4
Fe + 5CO \u003d t ° \u003d Fe (CO) 5
Il monossido di carbonio non interagisce chimicamente con l'acqua. Il CO inoltre non reagisce con alcali e acidi. È estremamente velenoso.
Dal punto di vista chimico, il monossido di carbonio è caratterizzato principalmente dalla sua tendenza a reazioni di addizione e dalle sue proprietà riducenti. Entrambe queste tendenze, tuttavia, di solito compaiono solo a temperature elevate. In queste condizioni, la CO si combina con ossigeno, cloro, zolfo, alcuni metalli, ecc. Allo stesso tempo, quando riscaldato, il monossido di carbonio riduce molti ossidi in metalli, il che è molto importante per la metallurgia. Insieme al riscaldamento, un aumento dell'attività chimica della CO è spesso causato dalla sua dissoluzione. Pertanto, in soluzione, è in grado di ridurre i sali di Au, Pt e alcuni altri elementi per liberare metalli già a temperature ordinarie.
A temperature e pressioni elevate, la CO interagisce con l'acqua e gli alcali caustici: nel primo caso si forma HCOOH e nel secondo acido formico sodico. L'ultima reazione procede a 120 °C, una pressione di 5 atm e trova impiego tecnico.
Facile riduzione del cloruro di palladio in soluzione secondo lo schema riassuntivo:
PdCl 2 + H 2 O + CO \u003d CO 2 + 2 HCl + Pd
funge da reazione più comunemente usata per la scoperta del monossido di carbonio in una miscela di gas. Già quantità molto piccole di CO sono facilmente rilevabili da una leggera colorazione della soluzione dovuta al rilascio di palladio metallico finemente frantumato. La determinazione quantitativa di CO si basa sulla reazione:
5 CO + I 2 O 5 \u003d 5 CO 2 + I 2.
L'ossidazione di CO in soluzione spesso procede a una velocità notevole solo in presenza di un catalizzatore. Nella scelta di quest'ultimo, la natura dell'agente ossidante gioca il ruolo principale. Quindi, KMnO 4 ossida più rapidamente CO in presenza di argento finemente suddiviso, K 2 Cr 2 O 7 - in presenza di sali di mercurio, KClO 3 - in presenza di OsO 4. In generale, nelle sue proprietà riducenti, la CO è simile all'idrogeno molecolare e la sua attività in condizioni normali è superiore a quella di quest'ultimo. È interessante notare che esistono batteri in grado di ottenere l'energia di cui hanno bisogno per la vita a causa dell'ossidazione della CO.
L'attività comparativa di CO e H 2 come agenti riducenti può essere valutata studiando la reazione reversibile:
H 2 O + CO \u003d CO 2 + H 2 + 42 kJ,
il cui stato di equilibrio alle alte temperature si stabilisce piuttosto rapidamente (soprattutto in presenza di Fe 2 O 3). A 830 ° C, la miscela di equilibrio contiene quantità uguali di CO e H 2, cioè l'affinità di entrambi i gas per l'ossigeno è la stessa. Al di sotto di 830 °C, la CO è un agente riducente più forte e superiore, H 2 .
Il legame di uno dei prodotti della reazione discussa sopra, secondo la legge dell'azione di massa, ne sposta l'equilibrio. Pertanto, facendo passare una miscela di monossido di carbonio e vapore acqueo sull'ossido di calcio, è possibile ottenere idrogeno secondo lo schema:
H 2 O + CO + CaO \u003d CaCO 3 + H 2 + 217 kJ.
Questa reazione avviene già a 500 °C.
Nell'aria, il CO si accende a circa 700 ° C e brucia con una fiamma blu a CO 2:
2 CO + O 2 \u003d 2 CO 2 + 564 kJ.
Il significativo rilascio di calore che accompagna questa reazione rende il monossido di carbonio un prezioso combustibile gassoso. Trova tuttavia la più ampia applicazione come prodotto di partenza per la sintesi di diverse sostanze organiche.
La combustione di spessi strati di carbone nelle fornaci avviene in tre fasi:
1) C + O 2 \u003d CO 2; 2) CO 2 + C \u003d 2 CO; 3) 2 CO + O 2 \u003d 2 CO 2.
Se il tubo viene chiuso prematuramente, nel forno si crea una mancanza di ossigeno, che può causare la diffusione di CO nell'ambiente riscaldato e portare ad avvelenamento (burnout). Va notato che l'odore di "monossido di carbonio" non è causato dalla CO, ma dalle impurità di alcune sostanze organiche.
Una fiamma a CO può avere temperature fino a 2100°C. La reazione di combustione del CO è interessante in quanto riscaldata a 700-1000 ° C, procede a una velocità notevole solo in presenza di tracce di vapore acqueo o altri gas contenenti idrogeno (NH 3 , H 2 S, ecc.). Ciò è dovuto alla natura a catena della reazione in esame, che procede attraverso la formazione intermedia di radicali OH secondo gli schemi:
H + O 2 \u003d HO + O, quindi O + CO \u003d CO 2, HO + CO \u003d CO 2 + H, ecc.
A temperature molto elevate, la reazione di combustione del CO diventa notevolmente reversibile. Il contenuto di CO 2 in una miscela di equilibrio (ad una pressione di 1 atm) superiore a 4000 °C può essere solo trascurabile. La stessa molecola di CO è così termicamente stabile che non si decompone nemmeno a 6000 °C. Molecole di CO sono state trovate nel mezzo interstellare. Sotto l'azione di CO su K metallico a 80 ° C, si forma un composto cristallino incolore, molto esplosivo della composizione K 6 C 6 O 6. Con l'eliminazione del potassio, questa sostanza passa facilmente nel monossido di carbonio C 6 O 6 ("trichinone"), che può essere considerato un prodotto della polimerizzazione del CO. La sua struttura corrisponde a un ciclo a sei membri formato da atomi di carbonio, ciascuno dei quali è collegato da un doppio legame agli atomi di ossigeno.
L'interazione di CO con zolfo secondo la reazione:
CO + S = COS + 29 kJ
va veloce solo ad alte temperature. Il tiossido di carbonio risultante (О=С=S) è un gas incolore e inodore (mp -139, bp -50 °С). Il monossido di carbonio (II) è in grado di combinarsi direttamente con alcuni metalli. Di conseguenza, si formano carbonili metallici, che dovrebbero essere considerati composti complessi.
Anche il monossido di carbonio (II) forma composti complessi con alcuni sali. Alcuni di essi (OsCl 2 ·3CO, PtCl 2 ·CO, ecc.) sono stabili solo in soluzione. La formazione di quest'ultima sostanza è associata all'assorbimento di monossido di carbonio (II) da parte di una soluzione di CuCl in HCl forte. Apparentemente composti simili si formano anche in una soluzione di ammoniaca di CuCl, che viene spesso utilizzata per assorbire CO nell'analisi dei gas.
Ricevuta.
Il monossido di carbonio si forma quando il carbonio viene bruciato in assenza di ossigeno. Molto spesso si ottiene come risultato dell'interazione dell'anidride carbonica con il carbone caldo:
CO 2 + C + 171 kJ = 2 CO.
Questa reazione è reversibile e il suo equilibrio al di sotto di 400 ° C è quasi completamente spostato a sinistra e al di sopra di 1000 ° C - a destra (Fig. 7). Tuttavia, si stabilisce con una velocità notevole solo a temperature elevate. Pertanto, in condizioni normali, la CO è abbastanza stabile.
Riso. 7. Equilibrio CO 2 + C \u003d 2 CO.
La formazione di CO dagli elementi procede secondo l'equazione:
2 C + O 2 \u003d 2 CO + 222 kJ.
Piccole quantità di CO si ottengono convenientemente dalla decomposizione dell'acido formico: HCOOH \u003d H 2 O + CO
Questa reazione procede facilmente quando HCOOH reagisce con acido solforico forte e caldo. In pratica, questa preparazione viene effettuata sia dall'azione del conc. acido solforico in HCOOH liquido (quando riscaldato), o facendo passare i vapori di quest'ultimo sull'emipentossido di fosforo. L'interazione di HCOOH con acido clorosolfonico secondo lo schema:
HCOOH + CISO 3 H \u003d H 2 SO 4 + HCI + CO
prosegue a temperature normali.
Un metodo conveniente per la produzione di CO in laboratorio può essere il riscaldamento con conc. acido solforico, acido ossalico o cianuro di ferro di potassio. Nel primo caso, la reazione procede secondo lo schema: H 2 C 2 O 4 \u003d CO + CO 2 + H 2 O.
Insieme alla CO, viene rilasciata anche anidride carbonica, che può essere trattenuta passando miscela di gas attraverso una soluzione di idrossido di bario. Nel secondo caso, l'unico prodotto gassoso è il monossido di carbonio:
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.
Grandi quantità di CO possono essere ottenute dalla combustione incompleta del carbone in forni speciali - generatori di gas. Il gas del generatore ordinario ("aria") contiene in media (vol.%): CO-25, N2-70, CO 2 -4 e piccole impurità di altri gas. Quando viene bruciato, fornisce 3300-4200 kJ per m 3. La sostituzione dell'aria ordinaria con l'ossigeno comporta un aumento significativo del contenuto di CO (e un aumento del potere calorifico del gas).
Ancora più CO contiene acqua gassosa, costituita (nel caso ideale) da una miscela di volumi uguali di CO e H 2 e che fornisce 11700 kJ / m 3 durante la combustione. Questo gas si ottiene soffiando vapore acqueo attraverso uno strato di carbone caldo e, a circa 1000 ° C, l'interazione avviene secondo l'equazione:
H 2 O + C + 130 kJ \u003d CO + H 2.
La reazione di formazione dell'acqua gassosa procede con l'assorbimento di calore, il carbone viene gradualmente raffreddato, e per mantenerlo caldo è necessario alternare il passaggio del vapore acqueo al passaggio dell'aria (o ossigeno) nel generatore di gas. A questo proposito, il gas d'acqua contiene circa CO-44, H 2 -45, CO 2 -5 e N 2 -6%. È ampiamente usato per la sintesi di vari composti organici.
Spesso si ottiene un gas misto. Il processo per ottenerlo si riduce al soffio simultaneo di aria e vapore acqueo attraverso uno strato di carbone caldo, ad es. combinando entrambi i metodi sopra descritti, quindi la composizione del gas miscelato è intermedia tra generatore e acqua. In media contiene: CO-30, H 2 -15, CO 2 -5 e N 2 -50%. Un metro cubo di esso fornisce circa 5400 kJ quando viene bruciato.
