أول أكسيد الكربون ، أول أكسيد الكربون (CO) هو غاز عديم اللون والرائحة والمذاق وهو أقل كثافة بقليل من الهواء. إنه سام لحيوانات الهيموجلوبين (بما في ذلك البشر) إذا كانت التركيزات أعلى من حوالي 35 جزء في المليون ، على الرغم من أنه ينتج أيضًا في التمثيل الغذائي للحيوانات بكميات صغيرة ، ويعتقد أن له بعض الوظائف البيولوجية الطبيعية. في الغلاف الجوي ، إنه متغير مكانيًا ويتحلل بسرعة ، وله دور في تكوين الأوزون على مستوى الأرض. يتكون أول أكسيد الكربون من ذرة كربون واحدة وذرة أكسجين مرتبطة برابطة ثلاثية ، تتكون من رابطتين تساهمية ، بالإضافة إلى رابطة تساهمية تساهمية واحدة. إنه أبسط أول أكسيد الكربون. وهو متساوي إلكترونيًا مع أنيون السيانيد وكاتيون النيتروزونيوم والنيتروجين الجزيئي. في مجمعات التنسيق ، يُطلق على رابطة أول أكسيد الكربون اسم الكاربونيل.

قصة

وصف أرسطو (384-322 قبل الميلاد) لأول مرة عملية حرق الفحم ، مما يؤدي إلى تكوين أبخرة سامة. في العصور القديمة ، كانت هناك طريقة للإعدام - لإغلاق المجرم في الحمام بالفحم المشتعل. ومع ذلك ، في ذلك الوقت كانت آلية الموت غير واضحة. اقترح الطبيب اليوناني جالينوس (129-199 م) أن هناك تغييرًا في تكوين الهواء يضر بشخص عند استنشاقه. في عام 1776 ، أنتج الكيميائي الفرنسي دي لاسون ثاني أكسيد الكربون عن طريق تسخين أكسيد الزنك بفحم الكوك ، لكن استنتج العالم خطأً أن المنتج الغازي هو الهيدروجين لأنه احترق بلهب أزرق. تم تحديد الغاز كمركب يحتوي على الكربون والأكسجين بواسطة الكيميائي الاسكتلندي ويليام كمبرلاند كروكشانك في عام 1800. تم التحقيق بدقة في سميته في الكلاب من قبل كلود برنارد حوالي عام 1846. خلال الحرب العالمية الثانية ، تم استخدام خليط غاز يحتوي على أول أكسيد الكربون للحفاظ على الميكانيكية مركبةتعمل في أجزاء من العالم حيث يندر البنزين والديزل. تم تركيب مولدات خارجية (مع بعض الاستثناءات) بالفحم أو الغازات المشتقة من الخشب وتم تغذية خلاط الغاز بمزيج من النيتروجين الجوي وأول أكسيد الكربون وكميات صغيرة من غازات تغويز أخرى. يُعرف خليط الغاز الناتج عن هذه العملية بغاز الخشب. كما تم استخدام أول أكسيد الكربون على نطاق واسع خلال الهولوكوست في بعض معسكرات الموت النازية الألمانية ، وعلى الأخص في شاحنات الغاز خيلمنو وفي برنامج القتل الرحيم T4.

مصادر

يتكون أول أكسيد الكربون أثناء الأكسدة الجزئية للمركبات المحتوية على الكربون ؛ يتشكل عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، كما هو الحال عند العمل على موقد أو محرك احتراق داخلي ، في مكان مغلق. في وجود الأكسجين ، بما في ذلك تركيزات الغلاف الجوي ، يحترق أول أكسيد الكربون بلهب أزرق منتِجًا نشبع. احتوى غاز الفحم ، الذي كان مستخدمًا على نطاق واسع حتى الستينيات من القرن الماضي للإضاءة الداخلية والطهي والتدفئة ، على أول أكسيد الكربون كمكون مهم للوقود. لا تزال بعض العمليات في التكنولوجيا الحديثة ، مثل صهر الحديد ، تنتج أول أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. أكبر مصادر أول أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم مصادر طبيعية، بسبب التفاعلات الكيميائية الضوئية في طبقة التروبوسفير ، والتي تولد حوالي 5 × 1012 كجم من أول أكسيد الكربون سنويًا. آخر ينابيع طبيعيةتشمل ثاني أكسيد الكربون البراكين وحرائق الغابات وأشكال الاحتراق الأخرى. في علم الأحياء ، يتم إنتاج أول أكسيد الكربون بشكل طبيعي من خلال عمل الهيم أوكسيجيناز 1 و 2 على الهيم من انهيار الهيموجلوبين. تنتج هذه العملية كمية معينة من الكربوكسي هيموجلوبين لدى الأشخاص الطبيعيين ، حتى لو لم يستنشقوا أول أكسيد الكربون. منذ التقرير الأول الذي يفيد بأن أول أكسيد الكربون كان ناقلًا عصبيًا طبيعيًا في عام 1993 ، بالإضافة إلى أحد الغازات الثلاثة التي تعدل بشكل طبيعي الاستجابات الالتهابية في الجسم (الاثنان الآخران هما أكسيد النيتريك وكبريتيد الهيدروجين) ، اكتسب أول أكسيد الكربون اهتمام كبيرالعلماء كمنظم بيولوجي. في العديد من الأنسجة ، تعمل الغازات الثلاثة كعوامل مضادة للالتهابات وموسعات للأوعية ومحفزات لنمو الأوعية الدموية الحديثة. يتم اختبار كميات صغيرة من أول أكسيد الكربون سريريًا كدواء. ومع ذلك ، فإن الكميات الزائدة من أول أكسيد الكربون تسبب التسمم. أول أكسيد الكربون.

الخصائص الجزيئية

أول أكسيد الكربون له وزن جزيئي قدره 28.0 ، مما يجعله أخف قليلاً من الهواء الذي متوسطه الكتلة الجزيئيةهو 28.8. وفقًا لقانون الغاز المثالي ، فإن ثاني أكسيد الكربون أقل كثافة من الهواء. يبلغ طول الرابطة بين ذرة الكربون وذرة الأكسجين 112.8 م. يتوافق طول الرابطة هذا مع الرابطة الثلاثية ، كما هو الحال في النيتروجين الجزيئي (N2) ، الذي له نفس طول الرابطة ونفس الوزن الجزيئي تقريبًا. روابط الكربون والأكسجين المزدوجة أطول بكثير ، على سبيل المثال 120.8 مترًا للفورمالديهايد. نقطة الغليان (82 كلفن) ونقطة الانصهار (68 كلفن) تشبه إلى حد بعيد N2 (77 كلفن و 63 كلفن ، على التوالي). تعد طاقة تفكك الرابطة البالغة 1072 كيلوجول / مول أقوى من طاقة N2 (942 كيلوجول / مول) وتمثل أقوى رابطة كيميائية معروفة. الحالة الأرضية لإلكترون أول أكسيد الكربون هي حالة مفردة ، حيث لا توجد إلكترونات غير متزاوجة.

لحظة الترابط وثنائي القطب

يحتوي الكربون والأكسجين معًا على إجمالي 10 إلكترونات في غلاف التكافؤ. باتباع قاعدة الثمانيات للكربون والأكسجين ، تشكل ذرتان رابطة ثلاثية ، مع ستة إلكترونات مشتركة في ثلاثة مدارات جزيئية الرابطة ، بدلاً من الرابطة المزدوجة المعتادة الموجودة في مركبات الكربونيل العضوية. نظرًا لأن أربعة من الإلكترونات المشتركة تأتي من ذرة الأكسجين واثنان فقط من الكربون ، فإن مدارًا واحدًا يشغله إلكترونان من ذرات الأكسجين ، مما يشكل رابطة ثنائية أو رابطة ثنائية القطب. ينتج عن هذا استقطاب C ← O للجزيء ، مع شحنة سالبة صغيرة على الكربون وشحنة موجبة صغيرة على الأكسجين. المداري الآخران المترابطان يحتل كل منهما إلكترونًا واحدًا من الكربون والآخر من الأكسجين ، مكونًا (قطبي) روابط تساهميةمع الاستقطاب العكسي C → O ، لأن الأكسجين أكثر كهرسلبية من الكربون. في أول أكسيد الكربون الحر ، تظل الشحنة السالبة الصافية δ- في نهاية الكربون ، والجزيء له عزم ثنائي القطب صغير قدره 0.122 D. وبالتالي ، يكون الجزيء غير متماثل: الأكسجين له كثافة إلكترون أكبر من الكربون ، وأيضًا شحنة موجبة صغيرة ، مقارنة بالكربون ، وهو سلبي. في المقابل ، لا يحتوي جزيء ثنائي النيتروجين متساوي الإلكترون على عزم ثنائي القطب. إذا كان أول أكسيد الكربون بمثابة رابط ، يمكن أن تنعكس قطبية ثنائي القطب بشحنة سالبة صافية في نهاية الأكسجين ، اعتمادًا على بنية مجمع التنسيق.

قطبية الرابطة وحالة الأكسدة

النظرية و دراسات تجريبيةأظهر أنه على الرغم من زيادة الطاقة الكهربية للأكسجين ، فإن العزم ثنائي القطب ينتقل من الطرف الأكثر سلبية للكربون إلى الطرف الأكثر إيجابية للأكسجين. هذه الروابط الثلاثة هي في الواقع روابط تساهمية قطبية شديدة الاستقطاب. الاستقطاب المحسوب لذرة الأكسجين هو 71٪ للرابطة و 77٪ لكلا الرابطة. حالة أكسدة الكربون إلى أول أكسيد الكربون في كل من هذه الهياكل هي +2. يتم حسابها على النحو التالي: تعتبر جميع الإلكترونات الرابطة تنتمي إلى ذرات أكسجين كهرسلبية أكثر. يتم تخصيص إلكترونين فقط غير مترابطين على الكربون للكربون. في هذا العدد ، يحتوي الكربون على إلكترونين فقط من إلكترونات التكافؤ في الجزيء مقارنة بأربعة في ذرة حرة.

الخصائص البيولوجية والفسيولوجية

تسمم

يعتبر التسمم بأول أكسيد الكربون أكثر أنواع تسمم الهواء القاتل شيوعًا في العديد من البلدان. أول أكسيد الكربون مادة عديمة اللون ، عديم الرائحة والمذاق ، لكنها شديدة السمية. يتحد مع الهيموغلوبين لتكوين الكربوكسي هيموغلوبين ، الذي "يغتصب" الموقع في الهيموغلوبين الذي يحمل الأكسجين بشكل طبيعي ولكنه غير فعال لتوصيل الأكسجين إلى أنسجة الجسم. يمكن أن تتسبب التركيزات المنخفضة مثل 667 جزء في المليون في تحويل ما يصل إلى 50٪ من الهيموجلوبين في الجسم إلى كربوكسي هيموغلوبين. يمكن أن تؤدي نسبة 50٪ من مستويات الكربوكسي هيموغلوبين إلى التشنجات والغيبوبة والموت. في الولايات المتحدة ، حدت وزارة العمل من مستويات التعرض لأول أكسيد الكربون على المدى الطويل في مكان العمل إلى 50 جزءًا في المليون. لفترة قصيرة من الزمن ، يكون امتصاص أول أكسيد الكربون تراكميًا ، حيث يبلغ نصف عمره حوالي 5 ساعات في الهواء النقي. يمكن أن تكون الأعراض الأكثر شيوعًا للتسمم بأول أكسيد الكربون مماثلة للأنواع الأخرى من التسمم والالتهابات ، وتشمل أعراضًا مثل الصداع والغثيان والقيء والدوار والإرهاق والشعور بالضعف. غالبًا ما تعتقد العائلات المتضررة أنهم ضحايا للتسمم الغذائي. يمكن أن يكون الأطفال عصبيين ويتغذون بشكل سيئ. تشمل الأعراض العصبية الارتباك والارتباك وعدم وضوح الرؤية والإغماء (فقدان الوعي) والنوبات المرضية. تتضمن بعض أوصاف التسمم بأول أكسيد الكربون نزيفًا في الشبكية بالإضافة إلى لون أحمر كرزي غير طبيعي للدم. في معظم التشخيصات السريرية ، تكون هذه السمات نادرة. تتمثل إحدى الصعوبات المتعلقة بفائدة تأثير "الكرز" في أنه يصحح ، أو يقنع ، مظهرًا غير صحي بخلاف ذلك ، لأن التأثير الرئيسي لإزالة الهيموجلوبين الوريدي هو جعل الشخص المختنق يبدو أكثر طبيعية ، أو رجل ميتيبدو على قيد الحياة ، على غرار تأثير الأصباغ الحمراء في تكوين التحنيط. يرجع تأثير التلوين هذا في الأنسجة المصابة بنقص الأكسجين إلى الاستخدام التجاري لأول أكسيد الكربون في تلطيخ اللحوم. يرتبط أول أكسيد الكربون أيضًا بجزيئات أخرى مثل الميوجلوبين وأكسيداز السيتوكروم في الميتوكوندريا. يمكن أن يتسبب التعرض لأول أكسيد الكربون في حدوث أضرار جسيمة للقلب والجهاز العصبي المركزي ، خاصة في منطقة الشاحبة الشاحبة ، والتي غالبًا ما ترتبط بحالات مزمنة طويلة الأمد. يمكن أن يكون لأول أكسيد الكربون آثار ضارة خطيرة على جنين المرأة الحامل.

فسيولوجيا الإنسان الطبيعي

يتم إنتاج أول أكسيد الكربون بشكل طبيعي في جسم الإنسان كجزيء إشارات. وبالتالي ، قد يكون لأول أكسيد الكربون دور فسيولوجي في الجسم كناقل عصبي أو مرخي للأوعية الدموية. بسبب دور أول أكسيد الكربون في الجسم ، ترتبط التشوهات في عملية التمثيل الغذائي بأمراض مختلفة ، بما في ذلك التنكس العصبي ، وارتفاع ضغط الدم ، وفشل القلب ، والالتهابات.

يعمل ثاني أكسيد الكربون كجزيء إشارات داخلي.

يعدل ثاني أكسيد الكربون وظائف نظام القلب والأوعية الدموية

CO يمنع تراكم الصفائح الدموية والالتصاق

قد يلعب ثاني أكسيد الكربون دورًا كعامل علاجي محتمل

علم الاحياء المجهري

أول أكسيد الكربون هو أحد العناصر الغذائية للعتائق الميثانوجينية ، وهي لبنة بناء لأنزيم الأسيتيل المساعد أ. هذا موضوع لمجال جديد من الكيمياء الحيوية العضوية المعدنية. وهكذا يمكن للكائنات الدقيقة شديدة التكاثر أن تستقلب أول أكسيد الكربون في أماكن مثل فتحات الحرارة في البراكين. في البكتيريا ، يتم إنتاج أول أكسيد الكربون عن طريق تقليل ثاني أكسيد الكربون بواسطة إنزيم نازع هيدروجين أول أكسيد الكربون ، وهو بروتين يحتوي على Fe-Ni-S. CooA هو بروتين مستقبلات أول أكسيد الكربون. نطاق نشاطها البيولوجي لا يزال غير معروف. قد يكون جزءًا من مسار الإشارات في البكتيريا والعتائق. لم يتم إثبات انتشاره في الثدييات.

انتشار

تم العثور على أول أكسيد الكربون في مختلف البيئات الطبيعية والتي من صنع الإنسان.

يوجد أول أكسيد الكربون بكميات صغيرة في الغلاف الجوي ، كمنتج بشكل أساسي النشاط البركاني، ولكنها أيضًا نتاج حرائق طبيعية وحرائق من صنع الإنسان (على سبيل المثال ، حرائق الغابات ، وحرق مخلفات المحاصيل ، وحرق قصب السكر). يساهم حرق الوقود الأحفوري أيضًا في تكوين أول أكسيد الكربون. تم العثور على أول أكسيد الكربون في صورة مذابة في الصخور البركانية المنصهرة أثناء ضغوط عاليةفي عباءة الأرض. نظرًا لأن المصادر الطبيعية لأول أكسيد الكربون متغيرة ، فمن الصعب للغاية قياس انبعاثات الغاز الطبيعي بدقة. أول أكسيد الكربون هو أحد غازات الدفيئة سريعة التحلل ، كما أنه يمارس تأثيرًا إشعاعيًا غير مباشر عن طريق زيادة تركيزات الميثان وأوزون التروبوسفير من خلال التفاعلات الكيميائية مع مكونات الغلاف الجوي الأخرى (مثل جذور الهيدروكسيل ، OH) التي من شأنها أن تدمرها. نتيجة للعمليات الطبيعية في الغلاف الجوي ، يتأكسد في النهاية إلى ثاني أكسيد الكربون. أول أكسيد الكربون قصير العمر في الغلاف الجوي (يستمر حوالي شهرين في المتوسط) وله تركيز متغير مكانيًا. في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة ، يتم إنشاء أول أكسيد الكربون عن طريق التفكك الضوئي لثاني أكسيد الكربون عن طريق الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي أقصر من 169 نانومتر. بسبب صلاحيته الطويلة في التروبوسفير الأوسط ، يستخدم أول أكسيد الكربون أيضًا كمتتبع نقل لأعمدة الملوثات.

التلوث الحضري

يعتبر أول أكسيد الكربون من الملوثات الجوية المؤقتة في بعض المناطق الحضرية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنابيب العادم لمحركات الاحتراق الداخلي (بما في ذلك المركبات والمولدات المحمولة والاحتياطية وجزازات العشب والغسالات وما إلى ذلك) ومن الاحتراق غير الكامل لأنواع مختلفة من الوقود الأخرى (بما في ذلك الحطب ، الفحم والفحم والنفط والشمع والبروبان والغاز الطبيعي والقمامة). يمكن ملاحظة التلوث الكبير لثاني أكسيد الكربون من الفضاء فوق المدن.

دور في تكوين الأوزون على مستوى الأرض

يعد أول أكسيد الكربون ، إلى جانب الألدهيدات ، جزءًا من سلسلة من دورات التفاعل الكيميائي التي تشكل الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي. يتفاعل مع شق الهيدروكسيل (OH) لإعطاء الجذور الوسيطة HOCO ، والذي ينقل بسرعة الهيدروجين الجذري O2 لتشكيل جذور بيروكسيد (HO2) وثاني أكسيد الكربون (CO2). ثم يتفاعل شق البيروكسيد مع أكسيد النيتريك (NO) لتكوين ثاني أكسيد النيتروجين (NO2) وجذر الهيدروكسيل. NO 2 يعطي O (3P) من خلال التحلل الضوئي ، وبالتالي تكوين O3 بعد التفاعل مع O2. نظرًا لأن شق الهيدروكسيل يتشكل أثناء تكوين NO2 ، فإن توازن تسلسل التفاعلات الكيميائية ، بدءًا من أول أكسيد الكربون ، يؤدي إلى تكوين الأوزون: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (حيث يشير hν إلى فوتون من الضوء الذي يمتصه جزيء NO2 في التسلسل) على الرغم من أن إنشاء NO2 يعد خطوة مهمة تؤدي إلى تكوين الأوزون مستوى منخفض، كما أنه يزيد من كمية الأوزون بطريقة أخرى ، بشكل متبادل إلى حد ما ، عن طريق تقليل كمية أكسيد النيتروجين المتاح للتفاعل مع الأوزون.

تلوث داخلي

في البيئات المغلقة ، يمكن أن يرتفع تركيز أول أكسيد الكربون بسهولة إلى مستويات مميتة. في المتوسط ​​، يموت 170 شخصًا كل عام في الولايات المتحدة بسبب المنتجات الاستهلاكية غير السيارات التي تنتج أول أكسيد الكربون. ومع ذلك ، وفقًا لوزارة الصحة في فلوريدا ، "يموت أكثر من 500 أمريكي كل عام من التعرض العرضي لأول أكسيد الكربون ويحتاج الآلاف في الولايات المتحدة إلى رعاية طبية طارئة للتسمم غير المميت بأول أكسيد الكربون." وتشمل هذه المنتجات أجهزة احتراق الوقود المعيبة مثل المواقد ، والمواقد ، وسخانات المياه ، وسخانات غرف الغاز والكيروسين ؛ المعدات التي يتم تشغيلها ميكانيكيًا مثل المولدات المحمولة ؛ المواقد. والفحم الذي يتم حرقه في المنازل والأماكن المغلقة الأخرى. أبلغت الرابطة الأمريكية لمراكز مراقبة السموم (AAPCC) عن 15769 حالة تسمم بأول أكسيد الكربون ، مما أدى إلى 39 حالة وفاة في عام 2007. في عام 2005 ، أبلغت CPSC عن 94 حالة وفاة مرتبطة بالتسمم بأول أكسيد الكربون من مولد. ووقعت 47 حالة وفاة خلال انقطاع التيار الكهربائي بسبب سوء الأحوال الجوية ، بما في ذلك إعصار كاترينا. ومع ذلك ، يموت الناس من التسمم بأول أكسيد الكربون من المواد غير الغذائية مثل السيارات التي تُركت في المرائب الملحقة بالمنازل. تشير تقارير مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها إلى أنه كل عام ، يذهب عدة آلاف من الأشخاص إلى غرفة الطوارئ بالمستشفى للتسمم بأول أكسيد الكربون.

الوجود في الدم

يتم امتصاص أول أكسيد الكربون عن طريق التنفس ويدخل مجرى الدم من خلال تبادل الغازات في الرئتين. كما أنه ينتج أثناء عملية التمثيل الغذائي للهيموجلوبين ويدخل الدم من الأنسجة ، وبالتالي فهو موجود في جميع الأنسجة الطبيعية ، حتى لو لم يتم استنشاقه في الجسم. تتراوح المستويات الطبيعية لأول أكسيد الكربون المنتشر في الدم بين 0٪ و 3٪ ، وهي أعلى عند المدخنين. لا يمكن تقييم مستويات أول أكسيد الكربون من خلال الفحص البدني. تتطلب الاختبارات المعملية عينة دم (شريانية أو وريدية) وتحليل معمل لمقياس الأكسجة CO. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكربوكسي هيموغلوبين غير الغازي (SPCO) مع قياس التأكسج النبضي لثاني أكسيد الكربون أكثر فعالية من الطرق الغازية.

الفيزياء الفلكية

خارج الأرض ، يعتبر أول أكسيد الكربون ثاني أكثر الجزيئات وفرة في الوسط النجمي ، بعد الهيدروجين الجزيئي. نظرًا لعدم تناسقها ، ينتج جزيء أول أكسيد الكربون خطوط طيفية أكثر إشراقًا من جزيء الهيدروجين ، مما يجعل اكتشاف ثاني أكسيد الكربون أسهل بكثير. تم اكتشاف أول أكسيد الكربون بين النجوم بواسطة التلسكوبات الراديوية في عام 1970. إنه حاليًا أكثر متتبع للغاز الجزيئي شيوعًا في الوسط النجمي للمجرات ، ولا يمكن اكتشاف الهيدروجين الجزيئي إلا بالأشعة فوق البنفسجية ، مما يتطلب تلسكوبات فضائية. توفر عمليات رصد أول أكسيد الكربون معظم المعلومات حول الغيوم الجزيئية التي تتكون فيها معظم النجوم. يُظهر Beta Pictoris ، ثاني ألمع نجم في كوكبة Pictor ، فائضًا من الأشعة تحت الحمراء مقارنة بالنجوم العادية من نوعها ، بسبب كمية كبيرة من الغبار والغاز (بما في ذلك أول أكسيد الكربون) بالقرب من النجم.

إنتاج

تم تطوير العديد من الطرق لإنتاج أول أكسيد الكربون.

الإنتاج الصناعي

المصدر الصناعي الرئيسي لثاني أكسيد الكربون هو غاز المنتج ، وهو خليط يحتوي بشكل أساسي على أول أكسيد الكربون والنيتروجين ، ويتكون عندما يتم حرق الكربون في الهواء عند درجة حرارة عالية عند وجود فائض من الكربون. في الفرن ، يتم دفع الهواء من خلال طبقة من فحم الكوك. تتم موازنة ثاني أكسيد الكربون المنتج مبدئيًا مع الفحم الساخن المتبقي لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. يوصف تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون بتفاعل بودوارد. أعلى من 800 درجة مئوية ، CO هو المنتج السائد:

CO2 + C → 2 CO (ΔH = 170 كيلوجول / مول)

مصدر آخر هو "غاز الماء" ، وهو خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ينتج عن تفاعل ماص للحرارة من البخار والكربون:

H2O + C → H2 + CO (ΔH = +131 كيلوجول / مول)

يمكن الحصول على "غاز تخليقي" مشابه آخر من الغاز الطبيعي وأنواع الوقود الأخرى. يعتبر أول أكسيد الكربون أيضًا منتجًا ثانويًا لاختزال خامات أكسيد الفلز بالكربون:

MO + C → M + CO

ينتج أول أكسيد الكربون أيضًا عن طريق الأكسدة المباشرة للكربون بكمية محدودة من الأكسجين أو الهواء.

2C (s) + O 2 → 2CO (g)

نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون عبارة عن غاز ، يمكن التحكم في عملية الاختزال عن طريق التسخين باستخدام الانتروبيا الإيجابية (المفضلة) للتفاعل. يوضح مخطط إلينجهام أن إنتاج ثاني أكسيد الكربون مفضل على ثاني أكسيد الكربون في درجات الحرارة المرتفعة.

التحضير في المختبر

يتم الحصول على أول أكسيد الكربون بسهولة في المختبر عن طريق تجفيف حمض الفورميك أو حمض الأكساليك ، على سبيل المثال باستخدام حمض الكبريتيك المركز. طريقة أخرى للتسخين خليط متجانسمعدن الزنك المسحوق وكربونات الكالسيوم التي تطلق ثاني أكسيد الكربون وتترك أكسيد الزنك وأكسيد الكالسيوم:

Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO

تنتج نترات الفضة واليودوفورم أيضًا أول أكسيد الكربون:

CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI

كيمياء التنسيق

تشكل معظم المعادن معقدات تنسيق تحتوي على أول أكسيد الكربون المرتبط تساهميًا. فقط المعادن في حالات الأكسدة المنخفضة سوف تتحد مع روابط أول أكسيد الكربون. هذا بسبب الحاجة إلى كثافة إلكترون كافية لتسهيل التبرع العكسي من مدار DXZ المعدني ، إلى المدار الجزيئي π * من CO. كما يتبرع الزوج الوحيد الموجود على ذرة الكربون في ثاني أكسيد الكربون بكثافة الإلكترون في dx²-y² على المعدن لتكوين رابطة سيجما. يتجلى هذا التبرع بالإلكترون أيضًا من خلال تأثير رابطة الدول المستقلة ، أو تسمية روابط ثاني أكسيد الكربون في موضع رابطة الدول المستقلة. النيكل كربونيل ، على سبيل المثال ، يتكون من مزيج مباشر من أول أكسيد الكربون والنيكل المعدني:

Ni + 4 CO → Ni (CO) 4 (1 بار ، 55 درجة مئوية)

لهذا السبب ، يجب ألا يتلامس النيكل الموجود في الأنبوب أو جزء منه لفترة طويلة مع أول أكسيد الكربون. يتحلل كربونيل النيكل بسهولة إلى نيكل وثاني أكسيد الكربون عند ملامسته للأسطح الساخنة ، وتستخدم هذه الطريقة في تكرير النيكل التجاري في عملية موند. في كربونيل النيكل وغيره من مركبات الكربونيل ، يتفاعل زوج الإلكترون الموجود على الكربون مع المعدن ؛ يتبرع أول أكسيد الكربون بزوج إلكترون للمعدن. في مثل هذه الحالات ، يُطلق على أول أكسيد الكربون اسم رابطة كربونيل. من أهم مركبات الكربونيل المعدنية هو خماسي الكربونيل الحديد ، Fe (CO) 5. العديد من معقدات ثاني أكسيد الكربون المعدنية يتم تصنيعها عن طريق نزع الكربونات عن المذيبات العضوية بدلاً من ثاني أكسيد الكربون. على سبيل المثال ، يتفاعل إيريديوم ثلاثي كلوريد وثلاثي فينيل فوسفين في إعادة تدفق 2-ميثوكسي إيثانول أو DMF لإعطاء IrCl (CO) (PPh3) 2. عادةً ما يتم دراسة الكربونيل المعدنية في كيمياء التنسيق باستخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء.

الكيمياء العضوية والكيمياء من المجموعات الرئيسية للعناصر

في وجود أحماض قوية وماء ، يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الألكينات لتكوينها الأحماض الكربوكسيليةفي عملية تعرف باسم رد فعل كوخ هاف. في تفاعل Guttermann-Koch ، يتم تحويل arenes إلى مشتقات benzaldehyde في وجود AlCl3 و HCl. تتفاعل مركبات الليثيوم العضوية (مثل البيوتيليثيوم) مع أول أكسيد الكربون ، لكن هذه التفاعلات لها القليل من التطبيقات العلمية. على الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون يتفاعل مع الكربوهيدرات والكربونات ، إلا أنه غير متفاعل نسبيًا تجاه مركبات العضويةدون تدخل المحفزات المعدنية. مع الكواشف من المجموعة الرئيسية ، يخضع ثاني أكسيد الكربون للعديد من ردود الفعل الرائعة. إن معالجة ثاني أكسيد الكربون بالكلور هي عملية صناعية تنتج مركب الفوسجين المهم. مع البوران ، يشكل ثاني أكسيد الكربون معقدًا ، H3BCO ، وهو متساوي إلكترونيًا مع الأسيليوم + الكاتيون. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الصوديوم لإنشاء منتجات مشتقة من رابطة سي-سي. يمكن اعتبار المركبات cyclohexahexone أو triquinoyl (C6O6) و cyclopentanepentone أو حمض leuconic (C5O5) ، ​​التي تم الحصول عليها حتى الآن بكميات ضئيلة ، على أنها بوليمرات من أول أكسيد الكربون. عند ضغوط أعلى من 5 جيجا باسكال ، يتم تحويل أول أكسيد الكربون إلى بوليمر صلب من الكربون والأكسجين. إنها مادة قابلة للاستقرار الضغط الجويلكنها مادة متفجرة قوية.

إستعمال

الصناعة الكيماوية

أول أكسيد الكربون هو غاز صناعي له العديد من التطبيقات في إنتاج المواد السائبة مواد كيميائية. يتم الحصول على كميات كبيرة من الألدهيدات عن طريق تفاعل التشكيل المائي للألكينات وأول أكسيد الكربون و H2. تجعل عملية التحويل بالهيدروجين في عملية شل من الممكن إنشاء مواد أولية للمنظفات. يتم إنتاج الفوسجين ، المناسب لإنتاج الأيزوسيانات والبولي كربونات والبولي يوريثان ، عن طريق تمرير أول أكسيد الكربون المنقى وغاز الكلور عبر طبقة من الكربون النشط المسامي الذي يعمل كمحفز. قدر الإنتاج العالمي من هذا المركب في عام 1989 بنحو 2.74 مليون طن.

ثاني أكسيد الكربون + Cl2 → COCl2

ينتج الميثانول عن طريق هدرجة أول أكسيد الكربون. في تفاعل ذي صلة ، تتضمن هدرجة أول أكسيد الكربون تكوين رابطة كربونات الكربون ، كما في عملية فيشر تروبش ، حيث يتم هدرجة أول أكسيد الكربون إلى وقود هيدروكربوني سائل. تسمح هذه التقنية بتحويل الفحم أو الكتلة الحيوية إلى وقود ديزل. في عملية مونسانتو ، يتفاعل أول أكسيد الكربون والميثانول في وجود محفز أساسه الروديوم وحمض هيدروويديك متجانس لتكوين حمض الأسيتيك. هذه العملية مسؤولة عن الكثير من الإنتاج الصناعي لحمض الأسيتيك. على المستوى الصناعي ، يُستخدم أول أكسيد الكربون النقي لتنقية النيكل في عملية موند.

تلوين اللحوم

يستخدم أول أكسيد الكربون في أنظمة التعبئة والتغليف المعدلة في الغلاف الجوي في الولايات المتحدة ، وبشكل أساسي في منتجات اللحوم الطازجة مثل لحم البقر ولحم الخنزير والأسماك ، للحفاظ على مظهرها الطازج. يتحد أول أكسيد الكربون مع الميوغلوبين لتكوين الكربوكسيموجلوبين ، وهو صبغة حمراء زاهية الكرز. يعتبر الكاربوكسي ميوجلوبين أكثر استقرارًا من الشكل المؤكسد للميوجلوبين ، أوكسي ميوجلوبين ، والذي يمكن أن يتأكسد إلى الصباغ البني ميتيوجلوبين. يمكن أن يستمر هذا اللون الأحمر المستقر لفترة أطول بكثير من اللحوم المعبأة التقليدية. تتراوح مستويات أول أكسيد الكربون النموذجية المستخدمة في النباتات التي تستخدم هذه العملية من 0.4٪ إلى 0.5٪. تم التعرف على هذه التقنية لأول مرة على أنها "آمنة بشكل عام" (GRAS) من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) في عام 2002 لاستخدامها كنظام تغليف ثانوي ، ولا تتطلب وضع العلامات. في عام 2004 ، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على أول أكسيد الكربون كطريقة تغليف أولية ، مشيرة إلى أن ثاني أكسيد الكربون لا يخفي رائحة التلف. على الرغم من هذا الحكم ، لا يزال هناك جدل حول ما إذا كانت هذه الطريقة تخفي فساد الطعام. في عام 2007 ، تم اقتراح مشروع قانون في مجلس النواب الأمريكي لتسمية عملية التعبئة المعدلة باستخدام أول أكسيد الكربون مادة مضافة للألوان ، ولكن لم يتم تمرير القانون. عملية التغليف هذه محظورة في العديد من البلدان الأخرى ، بما في ذلك اليابان وسنغافورة ودول في الاتحاد الأوروبي.

الدواء

في علم الأحياء ، يتم إنتاج أول أكسيد الكربون بشكل طبيعي من خلال عمل الهيم أوكسيجيناز 1 و 2 على الهيم من انهيار الهيموجلوبين. تنتج هذه العملية كمية معينة من الكربوكسي هيموجلوبين لدى الأشخاص الطبيعيين ، حتى لو لم يستنشقوا أول أكسيد الكربون. منذ التقرير الأول الذي يفيد بأن أول أكسيد الكربون كان ناقلًا عصبيًا عاديًا في عام 1993 ، بالإضافة إلى أحد الغازات الثلاثة التي تعدل بشكل طبيعي الاستجابات الالتهابية في الجسم (الاثنان الآخران هما أكسيد النيتريك وكبريتيد الهيدروجين) ، تلقى أول أكسيد الكربون قدرًا كبيرًا من العلاج السريري. الانتباه كمنظم بيولوجي. في العديد من الأنسجة ، من المعروف أن جميع الغازات الثلاثة تعمل كعوامل مضادة للالتهابات وموسعات للأوعية ومعززات لنمو الأوعية الدموية الجديدة. ومع ذلك ، فإن هذه المشكلات معقدة لأن نمو الأوعية الدموية الجديدة ليس مفيدًا دائمًا ، حيث يلعب دورًا في نمو الورم وكذلك في تطور التنكس البقعي الرطب ، وهو مرض تزداد مخاطره من 4 إلى 6 أضعاف عن طريق التدخين (مصدر رئيسي من أول أكسيد الكربون) في الدم ، عدة مرات أكثر من الإنتاج الطبيعي). هناك نظرية مفادها أنه في بعض نقاط الاشتباك العصبي للخلايا العصبية ، عندما يتم تخزين الذكريات طويلة المدى ، تنتج الخلية المستقبلة أول أكسيد الكربون ، والذي يتم تمريره مرة أخرى إلى غرفة الإرسال ، مما يؤدي إلى انتقاله بسهولة أكبر في المستقبل. وقد ثبت أن بعض هذه الخلايا العصبية تحتوي على إنزيم الجوانيلات ، وهو إنزيم يتم تنشيطه بواسطة أول أكسيد الكربون. أجرت العديد من المعامل حول العالم أبحاثًا تتضمن أول أكسيد الكربون فيما يتعلق بخصائصه المضادة للالتهابات والحماية الخلوية. يمكن استخدام هذه الخصائص لمنع تطور عدد من الحالات المرضية ، بما في ذلك إصابة ضخه الدماغية ، أو رفض الزرع ، أو تصلب الشرايين ، أو الإنتان الشديد ، أو الملاريا الشديدة ، أو أمراض المناعة الذاتية. تم إجراء تجارب إكلينيكية بشرية ، لكن النتائج لم تُعلن بعد.

يتكون الكربون من أكاسدين مستقرين للغاية (CO و CO 2) ، وثلاثة أكاسيد أقل استقرارًا (C 3 O 2 ، C 5 O 2 و C 12 O 9) ، عدد من الأكاسيد غير المستقرة أو التي تمت دراستها بشكل سيئ (C 2 O ، C 2 O 3 إلخ) وأكسيد الجرافيت غير المتكافئ. من بين الأكاسيد المدرجة ، يلعب ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون دورًا خاصًا.

تعريف

أول أكسيد الكربونفي الظروف العادية ، غاز قابل للاشتعال ، عديم اللون والرائحة.

إنه سام للغاية بسبب قدرته على تكوين مركب بهيموجلوبين ، وهو أكثر استقرارًا بحوالي 300 مرة من مركب الأكسجين والهيموغلوبين.

تعريف

نشبعفي الظروف العادية ، هو غاز عديم اللون ، أثقل من الهواء بحوالي 1.5 مرة ، وبسببه يمكن سكبه ، مثل السائل ، من وعاء إلى آخر.

كتلة 1 لتر من ثاني أكسيد الكربون في الظروف العادية هي 1.98 غرام ، وقابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون في الماء منخفضة: حجم 1 من الماء عند 20 درجة مئوية يذوب 0.88 حجمًا من ثاني أكسيد الكربون ، وعند 0 درجة مئوية - 1.7 مجلد.

تؤدي الأكسدة المباشرة للكربون مع نقص الأكسجين أو الهواء إلى تكوين ثاني أكسيد الكربون ، مع وجود كمية كافية منها ، يتم تكوين ثاني أكسيد الكربون. يتم عرض بعض خصائص هذه الأكاسيد في الجدول. واحد.

الجدول 1. الخصائص الفيزيائية لأكاسيد الكربون.

الحصول على أول أكسيد الكربون

يمكن الحصول على أول أكسيد الكربون النقي في المختبر عن طريق تجفيف حمض الفورميك (HCOOH) بحمض الكبريتيك المركز عند 140 درجة مئوية:

HCOOH \ u003d CO + H 2 O.

بكميات صغيرة ، يمكن الحصول على ثاني أكسيد الكربون بسهولة عن طريق عمل الأحماض على الكربونات:

CaCO 3 + 2HCl \ u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2.

على المستوى الصناعي ، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون بشكل أساسي كمنتج ثانوي في عملية تخليق الأمونيا:

CH 4 + 2H 2 O \ u003d CO 2 + 4H 2 ؛

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

تنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون عند حرق الحجر الجيري:

كربونات الكالسيوم 3 \ u003d CaO + CO 2.

الخواص الكيميائية لأول أكسيد الكربون

أول أكسيد الكربون هو رد فعل في درجات حرارة عالية. يتجلى كعامل اختزال قوي. يتفاعل مع الأكسجين والكلور والكبريت والأمونيا والقلويات والمعادن.

CO + NaOH = Na (HCOO) (ر = 120-130 درجة مئوية ، ع) ؛

CO + H 2 \ u003d CH 4 + H 2 O (t \ u003d 150-200 درجة مئوية ، كات. ني) ؛

CO + 2H 2 \ u003d CH 3 OH (t \ u003d 250-300 o C ، kat. CuO / Cr 2 O 3) ؛

2CO + O 2 \ u003d 2CO 2 (kat. MnO 2 / CuO) ؛

CO + Cl 2 \ u003d CCl 2 O (t \ u003d 125-150 درجة مئوية ، القط. C) ؛

4CO + Ni = (t = 50-100 درجة مئوية) ؛

5CO + Fe = (ر = 100-200 درجة مئوية ، ص).

معارض ثاني أكسيد الكربون خصائص الحمض: يتفاعل مع القلويات وهيدرات الأمونيا. يتم استعادته بواسطة المعادن النشطة والهيدروجين والكربون.

مخفف ثاني أكسيد الكربون + هيدروكسيد الصوديوم = NaHCO3 ؛

CO 2 + 2NaOH conc \ u003d Na 2 CO 3 + H 2 O ؛

CO 2 + Ba (OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O ؛

CO 2 + BaCO 3 + H 2 O \ u003d Ba (HCO 3) 2 ؛

CO 2 + NH 3 × H 2 O \ u003d NH 4 HCO 3 ؛

CO 2 + 4H 2 \ u003d CH 4 + 2H 2 O (t \ u003d 200 o C، kat. Cu 2 O) ؛

CO 2 + C \ u003d 2CO (t \ u003e 1000 o C) ؛

CO 2 + 2Mg \ u003d C + 2MgO ؛

2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (ر = 500 درجة مئوية) ؛

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

تطبيق أول أكسيد الكربون

يستخدم أول أكسيد الكربون على نطاق واسع كوقود في شكل غاز منتج أو غاز مائي ، ويتشكل أيضًا أثناء فصل العديد من المعادن عن أكاسيدها عن طريق الاختزال بالفحم. يتم الحصول على غاز المولد عن طريق تمرير الهواء عبر الفحم الساخن. يحتوي على حوالي 25٪ CO و 4٪ CO2 و 70٪ N2 مع آثار H 2 و CH 4 62.

غالبًا ما يرجع استخدام ثاني أكسيد الكربون إلى خصائصه الفيزيائية. يتم استخدامه كعامل تبريد ، لكربنة المشروبات ، لإنتاج مواد بلاستيكية خفيفة الوزن (رغوية) ، وكغاز لخلق جو خامل.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

مثال 2

يمارس	حدد عدد المرات التي يكون فيها أول أكسيد الكربون (IV) CO 2 أثقل من الهواء.
قرار	تسمى نسبة كتلة غاز معين إلى كتلة غاز آخر مأخوذ من نفس الحجم ، وبنفس درجة الحرارة والضغط ، بالكثافة النسبية للغاز الأول على الثاني. توضح هذه القيمة عدد المرات التي يكون فيها الغاز الأول أثقل أو أخف من الغاز الثاني. يُؤخذ الوزن الجزيئي النسبي للهواء مساويًا لـ 29 (مع مراعاة محتوى النيتروجين والأكسجين والغازات الأخرى في الهواء). وتجدر الإشارة إلى أن مفهوم "الوزن الجزيئي النسبي للهواء" يستخدم بشكل مشروط ، حيث أن الهواء عبارة عن خليط من الغازات. D air (CO 2) \ u003d M r (CO 2) / M r (هواء) ؛ D الهواء (CO 2) = 44/29 = 1.517. M r (CO 2) \ u003d A r (C) + 2 × A r (O) \ u003d 12 + 2 × 16 \ u003d 12 + 32 \ u003d 44.
إجابه	أول أكسيد الكربون (IV) CO 2 أثقل من الهواء بمقدار 1.517 مرة.

يحتوي أول أكسيد الكربون ، المعروف أيضًا باسم أول أكسيد الكربون ، على تركيبة جزيئية قوية جدًا ، وهو خامل كيميائيًا ولا يذوب جيدًا في الماء. هذا المركب سام أيضًا بشكل لا يصدق ؛ فعندما يدخل الجهاز التنفسي ، فإنه يتحد مع الهيموجلوبين في الدم ، ويتوقف عن حمل الأكسجين إلى الأنسجة والأعضاء.

الأسماء والصيغ الكيميائية

يُعرف أول أكسيد الكربون أيضًا بأسماء أخرى ، بما في ذلك أول أكسيد الكربون الثاني. في الحياة اليومية ، يشار إليه عادة باسم أول أكسيد الكربون. أول أكسيد الكربون غاز سام وعديم اللون والمذاق والرائحة. له صيغة كيميائية- CO ، وكتلة جزيء واحد 28.01 جم / مول.

التأثير على الجسم

يتحد أول أكسيد الكربون مع الهيموجلوبين لتكوين الكربوكسي هيموغلوبين الذي لا يحتوي على عرض النطاقالأكسجين. يتسبب استنشاق أبخرته في تلف الجهاز العصبي المركزي واختناقه. يتسبب نقص الأكسجين الناتج في حدوث صداع ودوار وانخفاض معدل ضربات القلب ومعدل التنفس ، مما يؤدي إلى الإغماء وموت الجسم لاحقًا.

غاز سام

ينتج أول أكسيد الكربون عن طريق الاحتراق الجزئي للمواد المحتوية على الكربون ، على سبيل المثال في محركات الاحتراق الداخلي. يحتوي المركب على 1 ذرة كربون مرتبطة تساهميًا مع ذرة أكسجين واحدة. يعتبر أول أكسيد الكربون شديد السمية وهو أحد أكثر أسباب التسمم القاتل شيوعًا في جميع أنحاء العالم. قد يؤدي التعرض إلى تلف القلب والأعضاء الأخرى.

ما هي فوائد أول أكسيد الكربون؟

على الرغم من سميته الخطيرة ، فإن أول أكسيد الكربون مفيد للغاية - بفضل التقنيات الحديثة ، يتم إنشاء عدد من المنتجات الحيوية منه. على الرغم من اعتبار أول أكسيد الكربون اليوم ملوثًا ، إلا أنه كان موجودًا دائمًا في الطبيعة ، ولكن ليس بكميات مثل ، على سبيل المثال ، ثاني أكسيد الكربون.

أولئك الذين يعتقدون أن مركب أول أكسيد الكربون غير موجود في الطبيعة مخطئون. يذوب ثاني أكسيد الكربون في الصخور البركانية المنصهرة عند ضغوط عالية في وشاح الأرض. يختلف محتوى أكاسيد الكربون في الغازات البركانية من أقل من 0.01٪ إلى 2٪ حسب نوع البركان. نظرًا لأن الطبيعة الطبيعية لهذا المركب ليست قيمة ثابتة ، فلا يمكن قياس انبعاثات الغاز الطبيعي بدقة.

الخواص الكيميائية

يشير أول أكسيد الكربون (الصيغة CO) إلى أكاسيد غير مكونة للملح أو غير مبالية. ومع ذلك ، عند درجة حرارة +200 درجة ، يتفاعل مع هيدروكسيد الصوديوم. خلال هذه العملية الكيميائية ، يتم تكوين فورمات الصوديوم:

NaOH + CO = HCOONa (ملح حمض الفورميك).

تعتمد خصائص أول أكسيد الكربون على قدرته على الاختزال. أول أكسيد الكربون:

هيكل الجزيء

ترتبط الذرتان اللتان تشكلان جزيء أول أكسيد الكربون برابطة ثلاثية. يتكون اثنان منهم من اندماج إلكترونات p من ذرات الكربون مع الأكسجين ، والثالث يرجع إلى آلية خاصة بسبب المدار الحر 2p للكربون وزوج الإلكترون 2p من الأكسجين. يوفر هذا الهيكل للجزيء قوة عالية.

القليل من التاريخ

المزيد أرسطو من اليونان القديمةوصف الأدخنة السامة الناتجة ، ولم تكن آلية الموت نفسها معروفة. ومع ذلك ، كانت إحدى طرق الإعدام القديمة هي حبس الجاني في غرفة بخار ، حيث كان هناك جمر مشتعل. اقترح الطبيب اليوناني جالينوس حدوث تغيرات معينة في تكوين الهواء تسبب ضررًا عند استنشاقه.

خلال الحرب العالمية الثانية ، تم استخدام الغاز الذي يحتوي على أول أكسيد الكربون كوقود للسيارات في أجزاء من العالم حيث كان البنزين والديزل نادرًا. تم تركيب مولدات خارجية (مع استثناءات قليلة) للفحم أو الغاز الخشبي ، وتم إدخال مزيج من النيتروجين الجوي وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة من الغازات الأخرى في خلاط الغاز. كان ما يسمى بغاز الخشب.

أكسدة أول أكسيد الكربون

يتكون أول أكسيد الكربون أثناء الأكسدة الجزئية للمركبات المحتوية على الكربون. يتكون ثاني أكسيد الكربون عندما لا يكون هناك ما يكفي من الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO 2) ، كما هو الحال عند تشغيل فرن أو محرك احتراق داخلي في مكان مغلق. في حالة وجود الأكسجين ، بالإضافة إلى تركيزات معينة أخرى في الغلاف الجوي ، يحترق أول أكسيد الكربون ، وينبعث منه ضوء أزرق ، وينتج ثاني أكسيد الكربون ، المعروف باسم ثاني أكسيد الكربون.

غاز الفحم ، الذي استخدم على نطاق واسع حتى الستينيات للإضاءة الداخلية والطهي والتدفئة ، كان يحتوي على ثاني أكسيد الكربون كعنصر وقود مهيمن. بعض العمليات في التقنيات الحديثة، مثل صهر الحديد ، لا يزال ينتج أول أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. يتأكسد مركب CO نفسه إلى CO 2 في درجة حرارة الغرفة.

هل يوجد أول أكسيد الكربون في الطبيعة؟

هل يوجد أول أكسيد الكربون في الطبيعة؟ أحد مصادره الطبيعية هو التفاعلات الكيميائية الضوئية التي تحدث في طبقة التروبوسفير. من المتوقع أن تكون هذه العمليات قادرة على توليد حوالي 5 × 10 12 كجم من المادة e سنويًا. من بين المصادر الأخرى ، كما ذكر أعلاه ، البراكين وحرائق الغابات وغيرها

الخصائص الجزيئية

أحادي أكسيد الكربون له كتلة مولارية 28.0 ، مما يجعله أقل كثافة بقليل من الهواء. يبلغ طول الرابطة بين ذرتين 112.8 ميكرومتر. إنه قريب بما يكفي لدرجة أنه يوفر واحدًا من الأقوى روابط كيميائية. يحتوي كلا العنصرين في مركب CO معًا على حوالي 10 إلكترونات في غلاف تكافؤ واحد.

كقاعدة عامة ، تحدث الرابطة المزدوجة في مركبات الكربونيل العضوية. من خصائص ثاني أكسيد الكربون أن الرابطة الثلاثية القوية تنشأ بين الذرات ذات 6 إلكترونات مشتركة في 3 مدارات جزيئية مرتبطة. نظرًا لأن 4 من الإلكترونات المشتركة تأتي من ذرة الأكسجين و 2 فقط من الكربون ، فإن المدار المترابط واحد مشغول بواسطة إلكترونين من O 2 ، مما يشكل رابطة dative أو ثنائية القطب. يؤدي هذا إلى استقطاب C ← O للجزيء بشحنة صغيرة "-" على الكربون وشحنة صغيرة "+" على الأكسجين.

المداريان المتبقيان المرتبطان يحتلان جسيمًا مشحونًا واحدًا من الكربون وواحدًا من الأكسجين. الجزيء غير متماثل: الأكسجين له كثافة إلكترون أعلى من الكربون وهو أيضًا مشحون بشكل إيجابي قليلاً مقارنة بالكربون السالب.

إيصال

في الصناعة ، يتم الحصول على أول أكسيد الكربون عن طريق تسخين ثاني أكسيد الكربون أو بخار الماء بالفحم دون الوصول إلى الهواء:

CO 2 + C \ u003d 2CO ؛

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

يسمى الخليط الأخير الناتج أيضًا بالماء أو الغاز التخليقي. في ظروف المختبرأول أكسيد الكربون II بالتأثير على الأحماض العضوية مع حمض الكبريتيك المركز ، والذي يعمل كعامل تجفيف:

HCOOH \ u003d CO + H 2 O ؛

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

الأعراض الرئيسية وتساعد على التسمم بأول أكسيد الكربون

هل يسبب أول أكسيد الكربون التسمم؟ نعم وقوي جدا. هو الأكثر شيوعًا في جميع أنحاء العالم. الأعراض الأكثر شيوعًا:

• الشعور بالضعف
• غثيان؛
• دوخة؛
• إعياء؛
• التهيج؛
• ضعف الشهية
• صداع الراس؛
• الارتباك.
• مشاكل بصرية؛
• القيء.
• إغماء؛
• تشنجات.

يمكن أن يتسبب التعرض لهذا الغاز السام في أضرار جسيمة ، والتي يمكن أن تؤدي غالبًا إلى حالات مزمنة طويلة الأمد. يمكن أن يتسبب أول أكسيد الكربون في حدوث أضرار جسيمة لجنين المرأة الحامل. الضحايا ، على سبيل المثال ، بعد الحريق ، يجب أن يحصلوا على مساعدة فورية. من الضروري استدعاء سيارة إسعاف ، وإعطاء الهواء النقي ، وإزالة الملابس التي تقيد التنفس ، والهدوء ، والدفء. التسمم الحاد ، كقاعدة عامة ، يتم علاجه فقط تحت إشراف الأطباء في المستشفى.

تطبيق

أول أكسيد الكربون كما سبق ذكره سام وخطير ولكنه من المركبات الأساسية التي تستخدم في الصناعة الحديثة التوليف العضوي. يستخدم أول أكسيد الكربون في إنتاج المعادن النقية ، والكربونيل ، والفوسجين ، وكبريتيد الكربون ، وكحول الميثيل ، والفورماميد ، والأحماض العطرية. تستخدم هذه المادة أيضًا كوقود. على الرغم من سميته وسميته ، فإنه غالبًا ما يستخدم كمواد خام لإنتاج مواد مختلفةفي الصناعة الكيميائية.

أول أكسيد الكربون مقابل ثاني أكسيد الكربون: ما الفرق؟

غالبًا ما يتم الخلط بين أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون (CO و CO 2) لبعضهما البعض. كلا الغازين عديم الرائحة واللون ، وكلاهما يؤثر سلبًا على نظام القلب والأوعية الدموية. يمكن أن يدخل كلا الغازين الجسم عن طريق الاستنشاق والجلد والعينين. عند تعرض هذه المركبات لكائن حي ، يكون لها عدد من الأعراض الشائعة - الصداع ، والدوخة ، والتشنجات ، والهلوسة. يجد معظم الناس صعوبة في معرفة الفرق ولا يدركون أن عوادم السيارات تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. في الداخل ، يمكن أن تكون زيادة تركيز هذه الغازات خطرة على صحة وسلامة الشخص المعرض لها. ماهو الفرق؟

في حالة وجود تركيزات عالية ، يمكن أن يكون كلاهما قاتلاً. الفرق هو أن ثاني أكسيد الكربون هو غاز طبيعي شائع مطلوب لجميع أنواع الحياة النباتية والحيوانية. ثاني أكسيد الكربون ليس شائعًا. إنه منتج ثانوي لاحتراق الوقود الخالي من الأكسجين. الاختلاف الكيميائي الحاسم هو أن ثاني أكسيد الكربون يحتوي على ذرة كربون واحدة وذرتين من الأكسجين ، بينما يحتوي ثاني أكسيد الكربون على ذرة واحدة فقط. ثاني أكسيد الكربون غير قابل للاشتعال ، بينما من المرجح أن يشتعل أول أكسيد الكربون.

يحدث ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعي في الغلاف الجوي: يتنفس البشر والحيوانات الأكسجين ويزفرون ثاني أكسيد الكربون ، مما يعني أن الكائنات الحية يمكنها تحمل كميات صغيرة منه. هذا الغاز ضروري أيضًا لتنفيذ عملية التمثيل الضوئي بواسطة النباتات. ومع ذلك ، فإن أول أكسيد الكربون لا يحدث بشكل طبيعي في الغلاف الجوي ويمكن أن يسبب مشاكل صحية حتى عند التركيزات المنخفضة. كثافة كلا الغازين مختلفة أيضًا. ثاني أكسيد الكربون أثقل وأكثف من الهواء ، في حين أن أول أكسيد الكربون أخف قليلاً. يجب أن تؤخذ هذه الميزة في الاعتبار عند تثبيت أجهزة الاستشعار المناسبة في المنازل.

يتم النظر في الخصائص الفيزيائية لأول أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون CO) عند الضغط الجوي العادي اعتمادًا على درجة الحرارة بقيمها السلبية والإيجابية.

في الجداول يتم تقديم الخصائص الفيزيائية التالية لـ CO:كثافة أول أكسيد الكربون ρ ، سعة حرارية محددة عند ضغط ثابت سي بي، معاملات التوصيل الحراري λ ولزوجة ديناميكية μ .

يوضح الجدول الأول الكثافة والحرارة النوعية لأول أكسيد الكربون CO في نطاق درجة الحرارة من -73 إلى 2727 درجة مئوية.

يعطي الجدول الثاني قيم الخصائص الفيزيائية لأول أكسيد الكربون مثل التوصيل الحراري ولزوجته الديناميكية في نطاق درجة الحرارة من 200 إلى 1000 درجة مئوية تحت الصفر.

تعتمد كثافة أول أكسيد الكربون أيضًا بشكل كبير على درجة الحرارة - عندما يتم تسخين أول أكسيد الكربون ، تقل كثافته. علي سبيل المثال، عند درجة حرارة الغرفة ، تبلغ كثافة أول أكسيد الكربون 1.129 كجم / م 3، ولكن في عملية التسخين إلى درجة حرارة 1000 درجة مئوية ، تنخفض كثافة هذا الغاز بمقدار 4.2 مرة - بقيمة 0.268 كجم / م 3.

في ظل الظروف العادية (درجة الحرارة 0 درجة مئوية) ، تبلغ كثافة أول أكسيد الكربون 1.25 كجم / م 3. إذا قارنا كثافته مع الغازات الشائعة الأخرى ، فإن كثافة أول أكسيد الكربون بالنسبة للهواء تكون أقل أهمية - أول أكسيد الكربون أخف من الهواء. كما أنه أخف من الأرجون ، ولكنه أثقل من النيتروجين والهيدروجين والهيليوم والغازات الخفيفة الأخرى.

السعة الحرارية النوعية لأول أكسيد الكربون في الظروف العادية هي 1040 جول / (كجم درجة). مع ارتفاع درجة حرارة هذا الغاز ، تزداد سعته الحرارية المحددة. على سبيل المثال ، عند 2727 درجة مئوية ، تبلغ قيمتها 1329 جول / (كجم درجة).

كثافة أول أكسيد الكربون وقدرته الحرارية النوعية

ر ، درجة مئوية	ρ ، كجم / م 3	C p ، J / (كجم درجة)	ر ، درجة مئوية	ρ ، كجم / م 3	C p ، J / (كجم درجة)	ر ، درجة مئوية	ρ ، كجم / م 3	C p ، J / (كجم درجة)
-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

الموصلية الحرارية لأول أكسيد الكربون في الظروف العادية هي 0.02326 واط / (م درجة). تزداد مع درجة حرارتها وعند 1000 درجة مئوية تصبح تساوي 0.0806 واط / (م درجة). وتجدر الإشارة إلى أن الموصلية الحرارية لأول أكسيد الكربون أقل بقليل من هذه القيمة y.

تبلغ اللزوجة الديناميكية لأول أكسيد الكربون عند درجة حرارة الغرفة 0.0246 · 10 -7 باسكال ث. عندما يتم تسخين أول أكسيد الكربون ، تزداد لزوجته. لوحظ هذا الطابع لاعتماد اللزوجة الديناميكية على درجة الحرارة في. وتجدر الإشارة إلى أن أول أكسيد الكربون أكثر لزوجة من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون CO 2 ، ولكنه أقل لزوجة من أكسيد النيتريك NO والهواء.

أول أكسيد الكربون ، أو أول أكسيد الكربون (CO) هو غاز عديم اللون والرائحة والمذاق. يحترق بلهب أزرق مثل الهيدروجين. لهذا السبب ، خلط الكيميائيون بينه وبين الهيدروجين في عام 1776 عندما صنعوا أول أكسيد الكربون عن طريق تسخين أكسيد الزنك بالكربون. جزيء هذا الغاز لديه رابطة ثلاثية قوية ، مثل جزيء النيتروجين. هذا هو سبب وجود بعض التشابه بينهما: درجة الانصهار والغليان متماثلة تقريبًا. يتمتع جزيء أول أكسيد الكربون بقدرة عالية على التأين.

أول أكسيد الكربون المؤكسد يشكل ثاني أكسيد الكربون. يطلق هذا التفاعل عدد كبير منطاقة حرارية. هذا هو سبب استخدام أول أكسيد الكربون في أنظمة التدفئة.

أول أكسيد الكربون في درجات الحرارة المنخفضةيكاد لا يتفاعل مع المواد الأخرى ، في حالة ارتفاع درجات الحرارة يكون الوضع مختلفًا. ردود فعل إضافة المواد العضوية المختلفة تمر بسرعة كبيرة. يعتبر مزيج من ثاني أكسيد الكربون والأكسجين بنسب معينة خطيرًا جدًا بسبب احتمال انفجاره.

الحصول على أول أكسيد الكربون

في ظل ظروف المختبر ، يتم إنتاج أول أكسيد الكربون عن طريق التحلل. يحدث تحت تأثير حامض الكبريتيك المركز الساخن ، أو عندما يمر عبر أكسيد الفوسفور. طريقة أخرى هي أن خليط من أحماض الفورميك والأكساليك يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة. يمكن إزالة ثاني أكسيد الكربون المحرر من هذا الخليط عن طريق تمريره عبر ماء الباريت ( محلول مشبع ).

خطر أول أكسيد الكربون

أول أكسيد الكربون خطير للغاية على البشر. يسبب تسممًا شديدًا ، وغالبًا ما يؤدي إلى الوفاة. الشيء هو أن أول أكسيد الكربون لديه القدرة على التفاعل مع الهيموجلوبين في الدم ، والذي يحمل الأكسجين إلى جميع خلايا الجسم. نتيجة لهذا التفاعل ، يتم تكوين الكربوهيموغلوبين. بسبب نقص الأكسجين ، تعاني الخلايا من الجوع.

يمكن تمييز أعراض التسمم التالية: الغثيان والقيء والصداع وفقدان إدراك اللون وضيق التنفس وغيرها. يحتاج الشخص الذي تسمم بأول أكسيد الكربون إلى الإسعافات الأولية في أسرع وقت ممكن. أولاً ، تحتاج إلى إخراجها في الهواء الطلق ووضع قطعة قطن مغموسة في الأمونيا في أنفك. بعد ذلك ، افرك صدر الضحية وضع كمادات تدفئة على ساقيه. ينصح بمشروب دافئ وفير. من الضروري فور اكتشاف الأعراض استدعاء الطبيب.