Окись углерода

В результате неполного сгорания углерода или продуктов, его содержащих, образуется монооксид углерода (CO) или угарный газ. Другие названия этого ядовитого вещества, не имеющего цвет или запах (он обусловлен не угарным газом, а примесями органических веществ), — оксид углерода (II) или окись углерода. Плотность его при 0°С равняется 0,00125 г/см³. При температуре минус 192°С переходит из газообразного в жидкое состояние, а при минус 205°С в — твердое. Температура самовоспламенения плюс 609°С. Окисел мало растворим в воде (0,0026 г в 100 мл), но зато растворим в хлороформе, уксусной кислоте, этилацетате, этаноле, гидроксиде аммония, бензоле. Имеет молярную массу 28,0101 г/моль.

Кроме монооксида, известны также и другие оксиды углерода. Самый распространенный из них углекислый газ или двуокись углерода (CO2), который получается в результате полного сгорания углерода (свободного или связанного). Это бесцветный газ, обладающий слегка кисловатым вкусом, но не имеющий запаха. Он хорошо растворяется в воде, в результате образуется кислотный гидроксид углерода CO(OH)2 или угольная кислота H2CO3. Диоксид триуглерода (C3O2) является ядовитым газом без цвета, но с резким удушливым запахом. При нормальных условиях он легко полимеризуется, в итоге образуются продукты, которые не растворяются в воде и окрашены в красный, желтый или фиолетовый цвет. Существуют также другие окислы углерода, которые менее известны и имеют линейное или циклическое строение. Формулы в этом ряду меняются от C2O2 до C32O8. Кроме того есть такое полимерное вещество, как оксид графита, его молекулы состоят из элементов C и O, а количество обеих атомов может меняться.

Угарный газ получается в результате частичного окисления углерода (в условиях нехватки) для получения углекислого газа кислорода. Например, при работе печи или двигателя внутреннего сгорания в замкнутом пространстве. В присутствии кислорода окись углерода горит синим пламенем с образованием диоксид углерода: 2CO + O2 → 2CO2. Коксовый (или каменноугольный) газ, который широко использовался до 60-х годов предшествующего века для внутреннего освещения, приготовления пищи и отопления, включал в свой состав до 10 % угарного газа. Так как при сгорании CO выделяется большое количество тепла, то такой газ являлся ценным компонентом топлива. Некоторые процессы в современных технологиях (например, выплавка чугуна) до сих пор сопровождаются образованием такого побочного продукта, как угарный газ. Во всем мире самым крупным источником окиси углерода естественного происхождения являются фотохимические реакции, протекающие в тропосфере и генерирующие около 5 • 1012 кг в год. Другими естественными источниками монооксида углерода являются вулканы, лесные пожары и другие процессы сгорания.

С химической точки зрения окись углерода характеризуется восстановительными свойствами и склонностью к реакциям присоединения. Но эти обе тенденции проявляются только при повышенных температурах, при которых монооксид углерода может соединяться с некоторыми металлами, хлором, кислородом и серой. В металлургии используется способность этого вещества при нагревании восстанавливать многие окислы до металлов. При взаимодействии с хлором образуется газ фосген: CO + Cl2 ↔ COCl2. Он является ядовитым, применяется в органическом синтезе, может постепенно разлагаться с водой по уравнению реакции: COCl2 + 2H2O → H2CO3 + 2HCl.

Монооксид углерода может непосредственно присоединяться при повышенной температуре и под давлением к некоторым металлам с образованием карбонилов металлов, являющихся комплексными соединениями: Ni(CO)4, Mo(CO)6, Fe(CO)5 и другие. Оксид углерода (II) может взаимодействовать с аммиаком на катализаторе (оксид тория ThO2) при 500°С с образованием цианистого водорода: CO + NH3 → HCN + H2O.

Окись углерода является токсичным веществом для человека и животных. Отравляющие свойства угарного газа обусловлены его способностью необратимо взаимодействовать с гемоглобином крови, в результате чего тот теряет способность переносить кислород к клеткам и тканям организма. То есть наступает гипоксия гемического типа. Иначе она называется (из-за снижения кислородной емкости крови) кровяной. Также оксид углерода (II) принимает участие в реакциях, нарушая при этом в тканях организма биохимическое равновесие. Легкое отравление сопровождается головной болью, стуком в висках, головокружением, болями в груди, а также сухим кашлем, слезотечением, тошнотой, рвотой, зрительными и слуховыми галлюцинациями, покраснением кожи и слизистых оболочек, тахикардией, повышением давления. При средней тяжести наступает сонливость и (при сохраненном сознании) двигательный паралич. Тяжелое отравление характеризуется такими симптомами, как расширение зрачков, потеря сознания, судороги, коматозное состояние, нарушение дыхания, непроизвольное отхождение кала и мочи, посинение кожи лица и слизистых оболочек. Смерть наступает из-за остановки сердца и дыхания.