Угарный газ вики. Этот коварный угарный газ. Угарный газ и углекислый газ: в чем разница
Соединений углерода . Оксид углерода (II) - угарный газ - соединение без запаха и цвета, горит голубоватым пламенем, легче воздуха и плохо растворим в воде.
СО
- несолеобразующий оксид, но при пропускании в расплав щелочи при высоком давлении образует соль муравьиной кислоты:
СО + KOH = HCOOK,
Поэтому СО часто считают ангидридом муравьиной кислоты:
HCOOH = CO + H 2 O,
Реакция протекает при действии концентрированной серной кислоты .
Строение окида углерода (II) .
Степень окисления +2. Связь выглядит следующим образом:
Стрелкой показана дополнительная связь, которая образуется по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов атома кислорода . Из-за этого связь в оксиде очень прочная, поэтому оксид способен вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких температурах.
Получение окида углерода (II) .
1. Получают его в ходе реакции окисления простых веществ:
2 C + O 2 = 2 CO,
C + CO 2 = 2 CO,
2. При восстановлении СО самим углеродом или металлами. Реакция идет при нагревании:
Химические свойства окида углерода (II).
1. В нормальных условиях оксид углерода не взаимодействует с кислотами и с основаниями.
2. В кислороде воздуха оксид углерода горит голубовытым пламенем:
2СО + О 2 = 2СО 2,
3. При температуре оксид углерода восстанавливает металлы из оксидов:
FeO + CO = Fe + CO 2,
4. При взаимодействии оксида углерода с хлором образуется ядовитый газ - фосген . Реакция идет при облучении:
CO + Cl 2 = COCl 2,
5. Взаимодействует оксид углерода с водой:
C О + H 2 O = CO 2 + H 2,
Реакция обратима.
6. При нагревании оксид углерода образуется метиловый спирт:
CO + 2H 2 = CH 3 OH,
7. С металлами оксид углерода образует карбонилы (летучие соединения).
Монооксид углерода, также известный как угарный газ, имеет очень прочный молекулярный состав, является инертным по своим химическим свойствам и плохо растворяется в воде. Это соединение также невероятно токсично, при попадании в органы дыхания оно соединяется с гемоглобином крови, и тот перестает переносить кислород к тканям и органам.
Химические названия и формула
Монооксид углерода известен также под другими названиями, в том числе оксид углерода II. В быту его принято именовать угарным газом. Эта окись углерода является ядовитым бесцветным и безвкусным газом, не имеющим запаха. Его химическая формула - CO, а масса одной молекулы составляет 28,01 г/моль.
Воздействие на организм
Угарный газ соединяется с гемоглобином с образованием карбоксигемоглобина, который не имеет пропускной способности кислорода. Вдыхание его паров вызывает повреждение ЦНС (центральной нервной системы) и удушье. Результирующая нехватка кислорода вызывает головную боль, головокружение, снижение пульса и частоты дыхания, приводит к обмороку и последующей гибели организма.
Токсичный газ
Монооксид углерода получается путем частичного сгорания веществ, содержащих углерод, например, в двигателях внутреннего сгорания. В соединение входит 1 атом углерода, ковалентно связанный с 1 атомом кислорода. Угарный газ очень ядовит, и это один из наиболее распространенных причин смертельных отравлений во всем мире. Воздействие может привести к поражению сердца и других органов.
В чем польза угарного газа?
Несмотря на свою серьезную токсичность, монооксид углерода чрезвычайно полезен - благодаря современным технологиям из него создается целый ряд жизненно важных продуктов. Окись углерода хотя сегодня и считается загрязнителем, всегда присутствовала в природе, однако не в таком количестве, как, например, углекислый газ.
Ошибаются те, кто считает, что не существует соединения монооксид углерода в природе. CO растворяется в расплавленной вулканической породе при высоких давлениях в земной мантии. Содержание оксидов углерода в вулканических газах варьируется от менее 0,01% до 2%, в зависимости от вулкана. Поскольку природные этого соединения не являются величиной постоянной, точно измерить естественные выбросы газа не представляется возможным.
Химические свойства
Монооксид углерода (формула CO) относится к несолеобразующим или безразличным оксидам. Однако, при температуре +200 o С он вступает в реакцию с гидроксидом натрия. Во время этого химического процесса происходит образование формиата натрия:
NaOH + CO = HCOONa (соль муравьиной кислоты).
Свойства монооксида углерода основаны на его восстановительной способности. Монооксид углерода:
Структура молекулы
Два атома, из которых, собственно, и состоит молекула окиси углерода (СО), связаны между собой тройной связью. Две из них образованы путем слияния p-электронов атомов углерода с кислородом, а третья - благодаря особому механизму за счет свободной 2р-орбитали углерода и 2р-электронной пары кислорода. Такая структура обеспечивает молекуле высокую прочность.
Немного истории
Еще Аристотель из древней Греции описывал токсичные пары, производимые Сам механизм смерти известен не был. Однако одним из древних методов казни было запирание преступившего закон в парной, где находились тлеющие угли. Греческий врач Гален предположил, что в составе воздуха происходят определенные изменения, которые причиняют вред при вдыхании.
Во время Второй мировой войны газовая смесь с примесями монооксида углерода, была применена в качестве топлива для автотранспортных средств в тех частях мира, где было ограниченное количество бензина и дизельного топлива. Были установлены внешние (за некоторыми исключениями) генераторы древесного угля или древесного газа, а смесь атмосферного азота, моноксида углерода и небольшого количества других газов подавалась в газовый смеситель. Это был так называемый древесный газ.
Окисление монооксида углерода
Окись углерода образуется при частичном окислении углеродсодержащих соединений. СО образуется, когда кислорода недостаточно для производства двуокиси углерода (CO 2), например, при работе печи или двигателя внутреннего сгорания в замкнутом пространстве. Если присутствует кислород, а также некоторые другие атмосферные концентрации, окись углерода горит, излучая синий свет, образуя двуокись углерода, известную как углекислый газ.
Угольный газ, широко применяемый до 1960 годов прошлого века для внутреннего освещения помещений, приготовления пищи и отопления, имел СО в составе в качестве преимущественного компонента топлива. Некоторые процессы в современных технологиях, таких как выплавка железа, все еще производят монооксид углерода в качестве побочного продукта. Само соединение СО окисляется в СО 2 при комнатной температуре.
Есть ли СО в природе?
Существует ли монооксид углерода в природе? Одним из его естественных по происхождению источников являются фотохимические реакции, происходящие в тропосфере. Эти процессы, как предполагается, способны генерировать около 5×10 12 кг вещества е;егодно. Среди других источников, как уже было сказано выше, находятся вулканы, лесные пожары и другие
Молекулярные свойства
Монооксид углерода имеет молярную массу 28,0, что делает его немного менее плотным, чем воздух. Длина связи между двумя атомами - 112,8 микрометров. Это достаточно близко, что обеспечивает одну из самых сильных химических связей. Оба элемента в соединении СО вместе имеют около 10 электронов в одной валентной оболочке.
Как правило, в органических карбонильных соединениях возникает двойная связь. Характерной СО является то, что между атомами возникает прочная тройная связь с 6 общими электронами в 3 связанных молекулярных орбиталях. Поскольку 4 из общих электронов происходят от атома кислорода и только 2 от углерода, одна связанная орбиталь занята двумя электронами из О 2 , образуя дательную или дипольную связь. Это вызывает поляризацию C ← O молекулы с маленьким зарядом "-" на углероде и небольшим зарядом "+" на кислороде.
Остальные две связанные орбитали занимают одну заряженную частицу от углерода и одну от кислорода. Молекула является асимметричной: кислород имеет большую плотность электронов, чем углерод, и также слегка положительно заряжен по сравнению с отрицательным углеродом.
Получение
В промышленности получение монооксид углерода СО осуществляется путем нагревания без доступа воздуха углекислого газа или водяных паров с углем:
СО 2 + С = 2СО;
Н 2 О + С = СО + Н 2.
Последнюю получившуюся смесь еще называют водяным или синтез-газом. В лабораторных условиях оксид углерода II путем воздействия на органические кислоты концентрированной серной кислоты, которая выступает в качестве водоотнимающего средства:
НСООН = СО + Н 2 О;
Н 2 С 2 О 4 = СО 2 + Н 2 О.
Основные симптомы и помощь при отравлении СО
Вызывает ли монооксид углерода отравление? Да, и очень сильное. является наиболее частым явлением во всем мире. Наиболее распространенные симптомы:
- чувство слабости;
- тошнота;
- головокружение;
- усталость;
- раздражительность;
- плохой аппетит;
- головная боль;
- дезориентация;
- нарушение зрения;
- рвота;
- обморок;
- судороги.
Воздействие этого токсичного газа может привести к значительным повреждениям, которые зачастую могут привести к длительными хроническим патологическим состояниям. Монооксид углерода способен причинить серьезный ущерб плоду беременной женщины. Пострадавшим, например, после пожара, следует оказать незамедлительную помощь. необходимо срочно вызвать скорую помощь, дать доступ свежего воздуха, убрать стесняющую дыхание одежду, успокоить, согреть. Сильное отравление, как правило, лечится только под присмотром врачей, в стационаре.
Применение
Угарный газ, как уже было сказано, ядовит и опасен, однако он является одним из базовых соединений, которые применяются в современной промышленности для органического синтеза. СО используют для получения чистых металлов, карбонилов, фосгена, сероокиси углерода, метилового спирта, формамида, ароматических кислоты. Это вещество также применяется в качестве горючего. Несмотря на его токсичность и ядовитость, его часто используют в качестве сырья для получения различных веществ в химической промышленности.
Угарный газ и углекислый газ: в чем разница?
Монооксид и диоксид углерода (СО и CO 2) часто ошибочно принимают друг за друга. Оба газа без запаха и цвета, и оба негативно воздействуют на сердечно-сосудистую систему. Оба газа могут проникать в организм через вдыхание, кожу и глаза. Эти соединения при воздействии на живой организм имеют ряд общих симптомов - головные боли, головокружение, судороги и галлюцинации. Большинство людей с трудом определяют разницу и не понимают, что выхлопные газы автомобилей испускают как CO, так и CO 2 . В помещении увеличение концентрации этих газов может быть опасным для здоровья и безопасности человека, подверженного их воздействию. В чем же разница?
При высоких концентрациях оба могут быть смертельными. Разница заключается в том, что CO 2 является общим природным газом, необходимым для всей растительной и животной жизни. CO не является обычным явлением. Это побочный продукт бескислородного сжигания топлива. Критическое химическое различие заключается в том, что CO 2 содержит один атом углерода и два атома кислорода, тогда как у CO их всего по одному. Углекислый газ является негорючим, в то время как монооксид имеет большую вероятность к воспламенению.
Двуокись углерода, естественно, встречается в атмосфере: люди и животные дышат кислородом и выдыхают углекислый газ, то есть живые существа способны выдерживать его в небольшом количестве. Этот газ необходим также для осуществления растениями фотосинтеза. Однако монооксид углерода не возникает естественным образом в атмосфере и может вызвать проблемы со здоровьем даже в низких концентрациях. Плотность обоих газов также различна. Углекислый газ тяжелее и плотнее воздуха, в то время как монооксид углерода немного легче. Эту их особенность стоит учитывать при установлении в домах соответствующих датчиков.
Рассмотрены физические свойства угарного газа (окиси углерода CO) при нормальном атмосферном давлении в зависимости от температуры при отрицательных и положительных ее значениях.
В таблицах представлены следующие физические свойства CO: плотность угарного газа ρ , удельная теплоемкость при постоянном давлении C p , коэффициенты теплопроводности λ и динамической вязкости μ .
В первой таблице приведены значения плотности и удельной теплоемкости окиси углерода CO в диапазоне температуры от -73 до 2727°С.
Во второй таблице даны значения таких физических свойств угарного газа, как теплопроводность и его динамическая вязкость в интервале температуры от минус 200 до 1000°С.
Плотность угарного газа, как и , существенно зависит от температуры — при нагревании оксида углерода CO его плотность снижается. Например, при комнатной температуре плотность угарного газа имеет значение 1,129 кг/м 3 , но в процессе нагрева до температуры 1000°С, плотность этого газа уменьшается в 4,2 раза — до величины 0,268 кг/м 3 .
При нормальных условиях (температура 0°С) угарный газ имеет плотность 1,25 кг/м 3 . Если же сравнить его плотность с или другими распространенными газами, то плотность угарного газа относительно воздуха имеет меньшее значение — угарный газ легче воздуха. Он также легче и аргона, но тяжелее азота, водорода, гелия и других легких газов.
Удельная теплоемкость угарного газа при нормальных условиях равна 1040 Дж/(кг·град). В процессе роста температуры этого газа его удельная теплоемкость увеличивается. Например, при 2727°С ее значение составляет 1329 Дж/(кг·град).
| t, °С | ρ, кг/м 3 | C p , Дж/(кг·град) | t, °С | ρ, кг/м 3 | C p , Дж/(кг·град) | t, °С | ρ, кг/м 3 | C p , Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Теплопроводность угарного газа при нормальных условиях имеет значение 0,02326 Вт/(м·град). Она увеличивается с ростом его температуры и при 1000°С становится равной 0,0806 Вт/(м·град). Следует отметить, что величина теплопроводности угарного газа немногим меньше этой величины у .
Динамическая вязкость угарного газа при комнатной температуре равна 0,0246·10 -7 Па·с. При нагревании окиси углерода, ее вязкость увеличивается. Такой характер зависимости динамической вязкости от температуры наблюдается у . Необходимо отметить, что угарный газ более вязкий чем водяной пар и диоксид углерода CO 2 , однако имеет меньшую вязкость по сравнению с окисью азота NO и воздухом.
Оксид углерода (II) (угарный газ , окись углерода , монооксид углерода ) - бесцветный ядовитый газ (при нормальных условиях) без вкуса и запаха. Химическая формула - CO. Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени: от 12,5 до 74 % (по объёму) .
Строение молекулы
Молекула CO имеет тройную связь, как и молекула азота N 2 . Так как эти молекулы сходны по строению (изоэлектронны, двухатомны, имеют близкую молярную массу), то и свойства их также схожи - очень низкие температуры плавления и кипения, близкие значения стандартных энтропий и т. п.
Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль, или 256 ккал/моль, что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (d C≡O =0,1128 нм или 1,13Å).
Молекула слабо поляризована, электрический момент её диполя μ = 0,04·10 −29 Кл·м. Многочисленные исследования показали, что отрицательный заряд в молекуле CO сосредоточен на атоме углерода C − ←O + (направление дипольного момента в молекуле противоположно предполагавшемуся ранее). Ионизационный потенциал 14,0 в, силовая константа связи k = 18,6.
Свойства
Оксид углерода (II) представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей.
Основными типами химических реакций, в которых участвует оксид углерода (II), являются реакции присоединения и окислительно-восстановительные реакции , в которых он проявляет восстановительные свойства.
При комнатных температурах CO малоактивен, его химическая активность значительно повышается при нагревании и в растворах (так, в растворах он восстанавливает соли , , и других до металлов уже при комнатной температуре. При нагревании восстанавливает и другие металлы, например CO + CuO → Cu + CO 2 . Это широко используется в пирометаллургии . На реакции CO в растворе с хлоридом палладия основан способ качественного обнаружения CO, см. ниже).
Окисление СО в растворе часто идёт с заметной скоростью лишь в присутствии катализатора. При подборе последнего основную роль играет природа окислителя. Так, KMnO 4 быстрее всего окисляет СО в присутствии мелкораздробленного серебра , K 2 Cr 2 O 7 - в присутствии солей , KClO 3 - в присутствии OsO 4 . В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород.
Ниже 830 °C более сильным восстановителем является CO, - выше - водород. Поэтому равновесие реакции:
до 830 °C смещено вправо, выше 830 °C влево.
Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.
Оксид углерода (II) горит пламенем синего цвета (температура начала реакции 700 °C) на воздухе:
ΔG° 298 = −257 кДж, ΔS° 298 = −86 Дж/KТемпература горения CO может достигать 2100 °C, она является цепной, причём инициаторами служат небольшие количества водородсодержащих соединений (вода, аммиак , сероводород и др.)
Благодаря такой хорошей теплотворной способности, CO является компонентом разных технических газовых смесей (см., например генераторный газ), используемых, в том числе, для отопления.
галогенами . Наибольшее практическое применение получила реакция с хлором :
Реакция экзотермическая, её тепловой эффект 113 кДж, в присутствии катализатора (активированный уголь) она идёт уже при комнатной температуре. В результате реакции образуется фосген - вещество, получившее широкое распространение в разных отраслях химии (а также как боевое отравляющее вещество). По аналогичным реакцииям могут быть получены COF 2 (карбонилфторид) и COBr 2 (карбонилбромид). Карбонилиодид не получен. Экзотермичность реакций быстро снижается от F к I (для реакций с F 2 тепловой эффект 481 кДж, с Br 2 - 4 кДж). Можно также получать и смешанные производные, например COFCl (подробнее см. галогенпроизводные угольной кислоты).
Реакцией CO с F 2 , кроме карбонилфторида можно получить перекисное соединение (FCO) 2 O 2 . Его характеристики: температура плавления −42 °C, кипения +16 °C, обладает характерным запахом (похожим на запах озона), при нагревании выше 200 °C разлагается со взрывом (продукты реакции CO 2 , O 2 и COF 2), в кислой среде реагирует с иодидом калия по уравнению:
Оксид углерода (II) реагирует с халькогенами . С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:
ΔG° 298 = −229 кДж, ΔS° 298 = −134 Дж/KПолучены также аналогичные селеноксид углерода COSe и теллуроксид углерода COTe.
Восстанавливает SO 2:
C переходными металлами образует очень летучие, горючие и ядовитые соединения - Карбонилы , такие как Cr(CO) 6 , Ni(CO) 4 , Mn 2 CO 10 , Co 2 (CO) 9 и др.
Оксид углерода (II) незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот . Однако реагирует с расплавами щелочей с образованием соответствующих формиатов:
Интересна реакция оксида углерода (II) с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия:
Токсическое действие оксида углерода (II) обусловлено образованием карбоксигемоглобина - значительно более прочного карбонильного комплекса с гемоглобином , в сравнении с комплексом гемоглобина с кислородом (оксигемоглобином) , блокируя, таким образом, процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания . Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа .
История открытия
Оксид углерода (II) был впервые получен французским химиком Жаком де Лассоном в при нагревании оксида цинка с углём, но первоначально его ошибочно приняли за водород, так как он сгорал синим пламенем.
То, что в состав этого газа входит углерод и кислород, выяснил в английский химик Вильям Крукшэнк. оксид углерода (II) вне атмосферы Земли впервые был обнаружен бельгийским ученым М. Мижотом (M. Migeotte) в 1949 году по наличию основной колебательно-вращательной полосы в ИК спектре Солнца.
Получение
Промышленный способ
- Образуется при горении углерода или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода :
- или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём:
Эта реакция происходит при печной топке, когда слишком рано закрывают печную заслонку (пока окончательно не прогорели угли). Образующийся при этом оксид углерода (II), вследствие своей ядовитости, вызывает физиологические расстройства («угар») и даже смерть (см. ниже), отсюда и одно из тривиальных названий - «угарный газ» .
Реакция восстановления диоксида углерода обратимая, влияние температуры на состояние равновесия этой реакции приведено на графике. Протекание реакции вправо обеспечивает энтропийный фактор, а влево - энтальпийный. При температуре ниже 400 °C равновесие практически полностью сдвинуто влево, а при температуре выше 1000 °C вправо (в сторону образования CO). При низких температурах скорость этой реакции очень мала, поэтому оксид углерода (II) при нормальных условиях вполне устойчив. Это равновесие носит специальное название равновесие Будуара .
- Смеси оксида углерода (II) с другими веществами получают при пропускании воздуха, водяного пара и т. п. сквозь слой раскалённого кокса, каменного или бурого угля и т. п. (см. генераторный газ , водяной газ , смешанный газ , синтез-газ).
Лабораторный способ
- Разложение жидкой муравьиной кислоты под действием горячей концентрированной серной кислоты , либо пропуская муравьиную кислоту над оксидом фосфора P 2 O 5 . Схема реакции:
- Нагревание смеси щавелевой и концентрированной серной кислот. Реакция идёт по уравнению:
- Нагревание смеси гексацианоферрата (II) калия с концентрированной серной кислотой. Реакция идёт по уравнению:
Определение оксида углерода (II)
Качественно можно определить наличие CO по потемнению растворов хлорида палладия (или пропитанной этим раствором бумаги). Потеменение связано с выделением мелкодисперсного металлического палладия по схеме:
Эта реакция очень чувствительная. Стандартный раствор: 1 грамма хлорида палладия на литр воды.
Количественное определение оксида углерода (II) основано на иодометрической реакции:
Применение
- Оксид углерода (II) является промежуточным реагентом, используемым в реакциях с водородом в важнейших промышленных процессах для получения органических спиртов и неразветвлённых углеводородов.
- Оксид углерода (II) применяется для обработки мяса животных и рыбы, придает им ярко красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса (en:Clear smoke или en:Tasteless smoke технология). Допустимая концентрация CO равна 200 мг/кг мяса.
- Угарный газ от выхлопа двигателей применялся нацистами в годы Второй мировой войны для массового умерщвления людей путём отравления.
Оксид углерода (II) в атмосфере Земли
Различают природные и антропогенные источники поступления в
Углерод образует два чрезвычайно устойчивых оксида (СО и СO 2), три значительно менее устойчивых оксида (С 3 O 2 , С 5 O 2 и С 12 O 9), ряд неустойчивых или плохо изученных оксидов (С 2 O, С 2 O 3 и др.) и нестехиометрический оксид графита. Среди перечисленных оксидов особую роль играют СО и СO 2 .
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Монооксид углерода при обычных условиях горючий газ без цвета и запаха.
Он довольно токсичен из-за его способности образовывать комплекс с гемоглобином, который примерно в 300 раз устойчивее, чем комплекс кислород-гемоглобин.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Диоксид углерода при обычных условиях - бесцветный газ, примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, благодаря чему его можно переливать, как жидкость, из одного сосуда в другой.
Масса 1 л CO 2 при нормальных условиях составляет 1,98 г. Растворимость диоксида углерода в воде невелика: 1 объем воды при 20 o С растворяет 0,88 объема CO 2 , а при 0 o С - 1,7 объема.
Прямое окисление углерода при недостатке кислорода или воздуха приводит к образованию СО, при достаточном их количестве образуется СO 2 . Некоторые свойства этих оксидов представлены в табл. 1.
Таблица 1. Физические свойства оксидов углерода.
Получение оксида углерода
Чистый СО может быть получен в лаборатории дегидратированием муравьиной кислоты (НСООН)концентрированной серной кислотой при ~140 °С:
HCOOH = CO + H 2 O.
В небольших количествах диоксид углерода можно легко получить действием кислот на карбонаты:
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 .
В промышленном масштабе CO 2 получают главным образом как побочный продукт в процессе синтеза аммиака:
CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 ;
CO + H 2 O = CO 2 + H 2 .
Большие количества углекислого газа получают при обжиге известняка:
CaCO 3 = CaO + CO 2 .
Химические свойства оксида углерода
Монооксид углерода химически активен при высоких температурах. Он проявляет себя как сильный восстановитель. Реагирует с кислородом, хлором, серой, аммиаком, щелочами, металлами.
CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120 - 130 o C, p);
CO + H 2 = CH 4 + H 2 O (t = 150 — 200 o C, kat. Ni);
CO + 2H 2 = CH 3 OH (t = 250 — 300 o C, kat. CuO/Cr 2 O 3);
2CO + O 2 = 2CO 2 (kat. MnO 2 /CuO);
CO + Cl 2 = CCl 2 O(t = 125 — 150 o C, kat. C);
4CO + Ni = (t = 50 — 100 o C);
5CO + Fe = (t = 100 — 200 o C, p).
Диоксид углерода проявляет кислотные свойства: реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается активными металлами, водородом, углеродом.
CO 2 + NaOH dilute = NaHCO 3 ;
CO 2 + 2NaOH conc = Na 2 CO 3 + H 2 O;
CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O;
CO 2 + BaCO 3 + H 2 O = Ba(HCO 3) 2 ;
CO 2 + NH 3 ×H 2 O = NH 4 HCO 3 ;
CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 o C, kat. Cu 2 O);
CO 2 + C = 2CO (t > 1000 o C);
CO 2 + 2Mg = C + 2MgO;
2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (t = 500 o C);
2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2 .
Применение оксида углерода
Монооксид углерода широко используется как топливо в виде генераторного газа или водяного газа и образуется также привыделении многих металлов из их оксидов восстановлением углем. Генераторный газ получают, пропуская воздух черезраскаленный уголь. В его состав входит около 25% СО, 4% СO2 и 70% N 2 со следами Н 2 и СН 4 62.
Применение диоксида углерода чаще всего обусловлено его физическими свойствами. Его используют как охлаждающий агент, для газирования напитков, при получении облегченных(вспененных) пластмасс, а также как газ для создания инертной атмосферы.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Определите во сколько раз тяжелее воздуха оксид углерода (IV)CO 2 . |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. D air (CO 2) = M r (CO 2) / M r (air); D air (CO 2) = 44 / 29 = 1,517. M r (CO 2) = A r (C) + 2×A r (O) = 12 + 2× 16 = 12 + 32= 44. |
| Ответ | Оксид углерода (IV)CO 2 тяжелее воздуха в 1,517 раз. |