UGLJENIKOKSID (UGLJEN MONOKSID). Ugljen(II) oksid (ugljen monoksid) CO, ugljen monoksid koji ne stvara so. To znači da ne postoji kiselina koja odgovara ovom oksidu. Ugljen monoksid (II) je gas bez boje i mirisa koji se pretvara u tečnost atmosferski pritisak na temperaturi od –191,5o C i stvrdnjava se na –205o C. Molekula CO je po strukturi slična molekuli N2: oba sadrže jednak broj elektrona (takve molekule se nazivaju izoelektronskim), atomi u njima povezani su trostruka veza (dvije veze u molekuli CO nastaju zbog 2p elektrona atoma ugljika i kisika, a treća - prema mehanizmu donor-akceptor uz sudjelovanje usamljenog elektronskog para kisika i slobodne 2p orbitale ugljika) . Kao rezultat toga, fizička svojstva CO i N2 (tačke topljenja i ključanja, rastvorljivost u vodi, itd.) su vrlo slična.

Ugljen-oksid (II) nastaje prilikom sagorevanja jedinjenja koja sadrže ugljenik sa nedovoljnim pristupom kiseoniku, kao i kada vrući ugalj dođe u kontakt sa produktom potpunog sagorevanja - ugljen-dioksidom: C + CO2 → 2CO. U laboratoriji, CO se dobija dehidracijom mravlje kiseline djelovanjem koncentrirane sumporne kiseline na tečnu mravlju kiselinu kada se zagrijava, ili propuštanjem para mravlje kiseline preko P2O5: HCOOH → CO + H2O. CO se dobija razgradnjom oksalne kiseline: H2C2O4 → CO + CO2 + H2O. CO se može lako odvojiti od drugih gasova propuštanjem kroz rastvor alkalija.
U normalnim uslovima, CO je, kao i azot, hemijski prilično inertan. Samo kada povišene temperature očituje se sklonost CO da se podvrgne reakcijama oksidacije, dodavanja i redukcije. Dakle, na povišenim temperaturama reaguje sa alkalijama: CO + NaOH → HCOONa, CO + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2. Ove reakcije se koriste za uklanjanje CO iz industrijskih plinova.

Ugljenmonoksid (II) je visokokalorično gorivo: sagorevanje je praćeno oslobađanjem značajne količine toplote (283 kJ po 1 molu CO). Smjese CO sa zrakom eksplodiraju kada se njegov sadržaj kreće od 12 do 74%; Na sreću, u praksi su takve mješavine izuzetno rijetke. U industriji se radi dobijanja CO vrši gasifikacija čvrstog goriva. Na primjer, upuhivanje vodene pare kroz sloj uglja zagrijanog na 1000oC dovodi do stvaranja vodenog plina: C + H2O → CO + H2, koji ima vrlo visoku kalorijsku vrijednost. Međutim, sagorijevanje je daleko od najisplativije upotrebe vodenog plina. Od njega je, na primjer, moguće dobiti (u prisustvu raznih katalizatora pod pritiskom) mješavinu čvrstih, tekućih i plinovitih ugljovodonika - vrijednu sirovinu za kemijsku industriju (Fischer-Tropsch reakcija). Od iste smjese, obogaćujući je vodonikom i koristeći potrebne katalizatore, možete dobiti alkohole, aldehide i kiseline. Od posebnog značaja je sinteza metanola: CO + 2H2 → CH3OH – najvažnija sirovina za organska sinteza Stoga se ova reakcija odvija industrijski u velikim razmjerima.

Reakcije u kojima je CO redukcijski agens mogu se demonstrirati na primjeru redukcije željeza iz rude tokom procesa visoke peći: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. Redukcija metalnih oksida ugljik(II) oksidom ima veliki značaj u metalurškim procesima.

Molekule CO karakteriziraju reakcije adicije na prijelazne metale i njihove spojeve uz stvaranje kompleksnih spojeva - karbonila. Primjeri uključuju tečne ili čvrste metalne karbonile Fe(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Ni(CO)4, Cr(CO)6, itd. To su vrlo otrovne tvari koje se zagrijavanjem razlažu ponovo u metal i CO. Na ovaj način možete dobiti metale u prahu visoke čistoće. Ponekad su metalne „mrlje“ vidljive na gorioniku plinske peći; to je posljedica stvaranja i propadanja željeznog karbonila. Trenutno je sintetizovano na hiljade različitih metalnih karbonila, koji sadrže, pored CO, neorganske i organske ligande, na primer, PtCl2(CO), K3, Cr(C6H5Cl)(CO)3.

CO takođe karakteriše reakcija jedinjenja sa hlorom, koja se javlja na svetlosti već na sobnoj temperaturi sa stvaranjem isključivo toksičnog fosgena: CO + Cl2 → COCl2. Ova reakcija je lančana reakcija, prati radikalni mehanizam uz učešće atoma hlora i slobodnih radikala COCl. Uprkos svojoj toksičnosti, fosgen se široko koristi za sintezu mnogih organskih spojeva.

Ugljenmonoksid (II) je jak otrov, jer stvara jake komplekse sa biološki aktivnim molekulima koji sadrže metal; u ovom slučaju je prekršena tkivno disanje. Posebno su pogođene ćelije centralnog nervnog sistema. Vezivanje CO na atome Fe(II) u krvnom hemoglobinu sprečava stvaranje oksihemogloblina, koji prenosi kiseonik iz pluća do tkiva. Čak i kada vazduh sadrži 0,1% CO, ovaj gas istiskuje polovinu kiseonika iz oksihemoglobina. U prisustvu CO, smrt od gušenja može nastupiti čak i u prisustvu velikih količina kiseonika. Stoga se CO naziva ugljičnim monoksidom. Kod osobe koja je u nevolji prvenstveno su pogođeni mozak i nervni sistem. Za spas je najprije potreban čist zrak koji ne sadrži CO (ili, još bolje, čisti kisik), dok se CO vezan za hemoglobin postepeno zamjenjuje molekulima O2 i gušenje nestaje. Maksimalna dozvoljena srednja dnevna koncentracija CO u atmosferskom vazduhu je 3 mg/m3 (oko 3,10–5%), u vazduhu radnog prostora – 20 mg/m3.

Tipično, sadržaj CO u atmosferi ne prelazi 10-5%. Ovaj plin ulazi u zrak kao dio vulkanskih i močvarnih plinova, sa izlučevinama planktona i drugih mikroorganizama. Tako se 220 miliona tona CO godišnje ispusti u atmosferu iz površinskih slojeva okeana. Koncentracija CO u rudnicima uglja je visoka. Tokom šumskih požara stvara se mnogo ugljičnog monoksida. Topljenje svakog miliona tona čelika je praćeno stvaranjem 300-400 tona CO. Ukupno, tehnogeno ispuštanje CO u vazduh dostiže 600 miliona tona godišnje, od čega više od polovine dolazi iz motornih vozila. Ako karburator nije podešen, izduvni gasovi mogu sadržavati do 12% CO! Stoga je većina zemalja uvela stroge standarde za sadržaj CO u izduvnim gasovima automobila.

Do stvaranja CO uvijek dolazi prilikom sagorijevanja spojeva koji sadrže ugljik, uključujući drvo, uz nedovoljan pristup kisiku, kao i kada vrući ugalj dođe u kontakt sa ugljičnim dioksidom: C + CO2 → 2CO. Takvi se procesi dešavaju i u seoskim pećima. Stoga prerano zatvaranje dimnjaka peći radi očuvanja topline često dovodi do trovanja ugljičnim monoksidom. Ne treba misliti da su građani koji ne griju peći osigurani od trovanja CO; Na primjer, lako se otruju u loše ventiliranoj garaži u kojoj stoji auto s upaljenim motorom. CO se takođe nalazi u proizvodima sagorevanja prirodnog gasa u kuhinji. Mnoge zrakoplovne nesreće u prošlosti bile su uzrokovane habanjem motora ili lošim podešavanjem, što je omogućilo da CO uđe u kokpit i otruje posadu. Opasnost se pogoršava činjenicom da se CO ne može otkriti mirisom; u tom pogledu, ugljen monoksid je opasniji od hlora!

Ugljični monoksid (II) praktički se ne apsorbira aktivnim ugljem i stoga obična gas maska ​​ne štiti od ovog plina; Da bi se apsorbirao, potreban je dodatni uložak hopkalita koji sadrži katalizator koji "sagorijeva" CO u CO2 uz pomoć atmosferskog kisika. Sve više i više putničkih automobila sada je opremljeno katalizatorima za naknadno sagorevanje, uprkos visokoj ceni ovih katalizatora na bazi platinastih metala.

Sve što nas okružuje sastoji se od spojeva raznih hemijskih elemenata. Ne udišemo samo zrak, već složeno organsko jedinjenje koje sadrži kisik, dušik, vodik, ugljični dioksid i druge potrebne komponente. Utjecaj mnogih od ovih elemenata na ljudsko tijelo posebno i na život na Zemlji općenito još nije u potpunosti proučen. Da bi se razumjeli procesi međudjelovanja elemenata, plinova, soli i drugih formacija jedni s drugima, u školski kurs i uveden je predmet „Hemija“. 8. razred je početak nastave hemije po odobrenom opšteobrazovnom programu.

Jedan od najčešćih spojeva koji se nalaze u oba zemljine kore, au atmosferi je oksid. Oksid je spoj bilo kojeg hemijski element sa atomom kiseonika. Čak je i izvor svega života na Zemlji - voda, vodonik oksid. Ali u ovom članku nećemo govoriti o oksidima općenito, već o jednom od najčešćih spojeva - ugljičnom monoksidu. Ova jedinjenja se dobijaju spajanjem atoma kiseonika i ugljika. Ova jedinjenja mogu sadržavati različite količine atoma ugljika i kisika, ali postoje dva glavna spoja ugljika i kisika: ugljični monoksid i ugljični dioksid.

Hemijska formula i način proizvodnje ugljičnog monoksida

Koja je njegova formula? Ugljični monoksid je prilično lako zapamtiti - CO. Molekul ugljičnog monoksida formira se trostrukom vezom, te stoga ima prilično veliku snagu veze i vrlo malu međunuklearnu udaljenost (0,1128 nm). Energija rupture ovog hemijskog jedinjenja je 1076 kJ/mol. Trostruka veza nastaje zbog činjenice da element ugljik ima p-orbitalu u svojoj atomskoj strukturi koju ne zauzimaju elektroni. Ova okolnost stvara priliku da atom ugljika postane akceptor elektronskog para. Atom kisika, naprotiv, ima nepodijeljeni par elektrona u jednoj od p-orbitala, što znači da ima sposobnost doniranja elektrona. Kada se ova dva atoma spoje, pored dvije kovalentne veze, pojavljuje se i treća - kovalentna veza donor-akceptor.

Postoji razne načine dobijanje CO Jedan od najjednostavnijih je propuštanje ugljičnog dioksida preko vrućeg uglja. U laboratoriju se ugljični monoksid proizvodi sljedećom reakcijom: mravlja kiselina se zagrijava sa sumpornom kiselinom, čime se mravlja kiselina odvaja na vodu i ugljični monoksid.

CO se također oslobađa kada se zagriju oksalna i sumporna kiselina.

Fizička svojstva CO

Ugljenmonoksid (2) ima sljedeća fizička svojstva - bezbojan je plin bez izraženog mirisa. Svi strani mirisi koji se pojavljuju tokom curenja ugljičnog monoksida produkti su razgradnje organskih nečistoća. Mnogo je lakši od vazduha, izuzetno toksičan, veoma slabo rastvorljiv u vodi i različit visok stepen zapaljivost.

Najvažnije svojstvo CO je njegov negativan učinak na ljudski organizam. Trovanje ugljen-monoksidom može biti fatalno. Učinci ugljičnog monoksida na ljudsko tijelo bit će detaljnije razmotreni u nastavku.

Hemijska svojstva CO

Glavne kemijske reakcije u kojima se mogu koristiti ugljični oksidi (2) su redoks reakcije i reakcije adicije. Redoks reakcija se izražava u sposobnosti CO da reducira metal iz oksida miješajući ih uz daljnje zagrijavanje.

U interakciji s kisikom nastaje ugljični dioksid i oslobađa se značajna količina topline. Ugljen monoksid gori plavičastim plamenom. Veoma važna funkcija ugljični monoksid - njegova interakcija s metalima. Kao rezultat takvih reakcija nastaju metalni karbonili, od kojih je velika većina kristalnih tvari. Koriste se za proizvodnju ultra čistih metala, kao i za nanošenje metalnih premaza. Inače, karbonili su se dobro pokazali kao katalizatori hemijskih reakcija.

Hemijska formula i način proizvodnje ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid, ili ugljični dioksid, ima hemijsku formulu CO 2 . Struktura molekula je malo drugačija od strukture CO. U ovoj formaciji, ugljenik ima oksidaciono stanje od +4. Struktura molekula je linearna, što znači da je nepolarna. Molekul CO 2 nije tako jak kao CO. IN zemljina atmosfera sadrži oko 0,03% ugljičnog dioksida ukupne zapremine. Povećanje ovog indikatora uništava ozonski omotač Zemlje. U nauci se ovaj fenomen naziva efekat staklene bašte.

Možete dobiti ugljični dioksid na razne načine. U industriji nastaje kao rezultat sagorijevanja dimnih plinova. Može biti nusproizvod procesa proizvodnje alkohola. Može se dobiti procesom razlaganja zraka na njegove glavne komponente, kao što su dušik, kisik, argon i druge. U laboratorijskim uslovima ugljični monoksid (4) se može dobiti spaljivanjem krečnjaka, a kod kuće se ugljični dioksid može dobiti reakcijom limunske kiseline i soda bikarbona. Inače, upravo su se tako proizvodila gazirana pića na samom početku proizvodnje.

Fizička svojstva CO 2

Ugljični dioksid je bezbojna plinovita tvar bez karakterističnog oštrog mirisa. Zbog visokog oksidacionog broja ovaj plin ima blago kiselkast okus. Ovaj proizvod ne podržava proces sagorevanja, jer je i sam rezultat sagorevanja. Sa povećanom koncentracijom ugljičnog dioksida, osoba gubi sposobnost disanja, što dovodi do smrti. Utjecaj ugljičnog dioksida na ljudsko tijelo bit će detaljnije razmotren u nastavku. CO 2 je mnogo teži od zraka i vrlo je rastvorljiv u vodi čak i na sobnoj temperaturi.

Jedan od mnogih zanimljiva svojstva ugljični dioksid je to što nema tekućine stanje agregacije pri normalnom atmosferskom pritisku. Međutim, ako se struktura ugljičnog dioksida izloži temperaturi od -56,6 °C i pritisku od oko 519 kPa, on se pretvara u bezbojnu tekućinu.

Kada temperatura značajno padne, gas je u stanju takozvanog „suvog leda“ i isparava na temperaturi višoj od -78 o C.

Hemijska svojstva CO 2

Po svojim hemijskim svojstvima, ugljen monoksid (4), čija je formula CO 2, tipičan je kiseli oksid i ima sva svoja svojstva.

1. Prilikom interakcije s vodom nastaje ugljična kiselina koja ima slabu kiselost i nisku stabilnost u otopinama.

2. Kada je u interakciji sa alkalijama, ugljen dioksid stvara odgovarajuću so i vodu.

3. Tokom interakcije sa aktivnim metalnim oksidima, podstiče stvaranje soli.

4. Ne podržava proces sagorevanja. Samo određeni aktivni metali, kao što su litijum, kalij i natrij, mogu aktivirati ovaj proces.

Utjecaj ugljičnog monoksida na ljudski organizam

Vratimo se glavnom problemu svih gasova - uticaju na ljudski organizam. Ugljenmonoksid spada u grupu gasova koji su izuzetno opasni po život. Za ljude i životinje izuzetno je jaka toksična supstanca, koja, kada se proguta, ozbiljno utiče na krv, nervni sistem tela i mišiće (uključujući i srce).

Ugljen monoksid u vazduhu se ne može prepoznati, jer ovaj gas nema nikakav izrazit miris. Upravo zbog toga je opasan. Ulazeći u ljudsko tijelo kroz pluća, ugljični monoksid aktivira svoju destruktivnu aktivnost u krvi i počinje interakciju s hemoglobinom stotine puta brže od kisika. Kao rezultat, pojavljuje se vrlo stabilno jedinjenje koje se zove karboksihemoglobin. Ometa isporuku kiseonika iz pluća do mišića, što dovodi do gladovanja mišićnog tkiva. Mozak je zbog toga posebno ozbiljno pogođen.

Zbog nemogućnosti prepoznavanja trovanja ugljičnim monoksidom kroz čulo mirisa, trebali biste biti svjesni nekih osnovnih znakova koji se pojavljuju u ranim fazama:

• vrtoglavica praćena glavoboljom;
• zujanje u ušima i treperenje pred očima;
• palpitacije i kratak dah;
• crvenilo lica.

Nakon toga, žrtva trovanja razvija tešku slabost, ponekad povraća. U teškim slučajevima trovanja mogući su nevoljni konvulzije, praćeni daljnjim gubitkom svijesti i komom. Ukoliko se pacijentu na vrijeme ne pruži odgovarajuća medicinska njega, moguća je smrt.

Utjecaj ugljičnog dioksida na ljudski organizam

Ugljenični oksidi kiselosti +4 spadaju u kategoriju gasova koji guše. Drugim riječima, ugljični dioksid nije toksična supstanca, međutim, može značajno utjecati na protok kisika u tijelu. Kada se nivo ugljičnog dioksida poveća na 3-4%, osoba postaje ozbiljno slaba i počinje se osjećati pospano. Kada se nivo poveća na 10%, počinju da se razvijaju jake glavobolje, vrtoglavica, gubitak sluha, a ponekad i gubitak svijesti. Ako koncentracija ugljičnog dioksida poraste na razinu od 20%, tada dolazi do smrti od gladovanja kisikom.

Liječenje trovanja ugljičnim dioksidom je vrlo jednostavno - žrtvi dajte pristup čistom zraku i, ako je potrebno, obavite umjetno disanje. U krajnjem slučaju, morate povezati žrtvu s uređajem umjetna ventilacija pluća.

Iz opisa djelovanja ova dva ugljična oksida na organizam možemo zaključiti da velika opasnost Za ljude je to još uvijek ugljični monoksid sa svojom visokom toksičnošću i ciljanim djelovanjem na tijelo iznutra.

Ugljični dioksid nije toliko podmukao i manje je štetan za ljude, zbog čega ljudi aktivno koriste ovu tvar čak iu prehrambenoj industriji.

Upotreba ugljičnih oksida u industriji i njihov utjecaj na različite aspekte života

Ugljični oksidi imaju vrlo široku primjenu u različitim poljima ljudske djelatnosti, a njihov spektar je izuzetno bogat. Dakle, ugljen monoksid se široko koristi u metalurgiji u procesu topljenja livenog gvožđa. CO je stekao široku popularnost kao materijal za skladištenje hrane u hladnjaku. Ovaj oksid se koristi za preradu mesa i ribe kako bi im dao svjež izgled, a ne promijenio okus. Važno je ne zaboraviti na toksičnost ovog plina i zapamtiti da dopuštena doza ne smije prelaziti 200 mg po 1 kg proizvoda. CO in U poslednje vreme Sve se više koristi u automobilskoj industriji kao gorivo za vozila na plin.

Ugljični dioksid nije toksičan, pa je njegova primjena široko rasprostranjena u prehrambenoj industriji, gdje se koristi kao konzervans ili sredstvo za dizanje. CO 2 se također koristi u proizvodnji mineralnih i gaziranih voda. U svom čvrstom obliku („suhi led“), često se koristi u zamrzivačima za održavanje konstantno niske temperature u prostoriji ili uređaju.

Vrlo su popularni aparati za gašenje požara ugljičnim dioksidom, čija pjena u potpunosti izoluje vatru od kiseonika i sprečava razbuktavanje požara. Shodno tome, još jedno područje primjene je sigurnost od požara. Cilindri u zračnim pištoljima također su napunjeni ugljičnim dioksidom. I naravno, skoro svako od nas je pročitao od čega se sastoji osvježivač zraka. Da, jedna od komponenti je ugljični dioksid.

Kao što vidimo, zbog svoje minimalne toksičnosti, ugljični dioksid je sve češći Svakodnevni život ljudi, dok je ugljični monoksid našao primjenu u teškoj industriji.

Postoje i druga jedinjenja ugljika s kisikom; na sreću, formula ugljika i kisika omogućava korištenje različitih varijanti spojeva s različitim brojem atoma ugljika i kisika. Brojni oksidi mogu varirati od C 2 O 2 do C 32 O 8. A da bismo opisali svaku od njih, trebat će više od jedne stranice.

Ugljični oksidi u prirodi

Obje vrste ugljičnih oksida o kojima se ovdje govori su prisutne u svijetu prirode na ovaj ili onaj način. Dakle, ugljen monoksid može biti proizvod sagorevanja šuma ili rezultat ljudske aktivnosti (izduvni gasovi i opasni otpad iz industrijskih preduzeća).

Ugljični dioksid, koji već znamo, također je dio složenog sastava zraka. Njegov sadržaj u njemu je oko 0,03% ukupne zapremine. Kada se ovaj pokazatelj poveća, javlja se takozvani „efekat staklene bašte“, kojeg se savremeni naučnici toliko plaše.

Životinje i ljudi oslobađaju ugljični dioksid izdisajem. To je glavni izvor takvog elementa kao što je ugljik, koji je koristan za biljke, zbog čega mnogi znanstvenici pucaju na sve cilindre, ukazujući na neprihvatljivost krčenja šuma velikih razmjera. Ako biljke prestanu da apsorbiraju ugljični dioksid, tada se postotak njegovog sadržaja u zraku može povećati do kritičnih razina za ljudski život.

Očigledno su mnogi ljudi na vlasti zaboravili materijal koji su obradili u udžbeniku „Opšta hemija. 8. razred”, inače bi se problemu krčenja šuma u mnogim dijelovima svijeta posvetila ozbiljnija pažnja. To se, inače, odnosi i na problem ugljen monoksida u životnoj sredini. Količina ljudskog otpada i postotak emisije ovog neobično toksičnog materijala u okruženje raste iz dana u dan. I nije činjenica da se sudbina svijeta opisana u divnom crtiću “Wally” neće ponoviti, kada je čovječanstvo moralo napustiti Zemlju, koja je bila zagađena do temelja, i otići u druge svjetove u potrazi za boljim život.

Ugljični oksidi

Posljednjih godina u pedagoškoj nauci prednost se daje učenju usmjerenom na ličnost. Formiranje individualnih osobina ličnosti događa se u procesu aktivnosti: učenja, igre, rada. Zbog toga važan faktor nastava je organizacija procesa učenja, priroda odnosa između nastavnika i učenika i učenika među sobom. Na osnovu ovih ideja pokušavam na poseban način izgraditi obrazovni proces. Istovremeno, svaki učenik bira svoj tempo izučavanja gradiva, ima priliku da radi na njemu dostupnom nivou, u situaciji uspjeha. Na lekciji je moguće savladati i poboljšati ne samo specifične predmete, već i takve opšte obrazovne vještine kao što je inscenacija obrazovni cilj, biranje sredstava i načina da se to postigne, praćenje vaših postignuća, ispravljanje grešaka. Učenici uče da rade sa literaturom, prave bilješke, dijagrame, crteže, rade u grupi, u paru, individualno, konstruktivno razmjenjuju mišljenja, logički rasuđuju i donose zaključke.

Provođenje ovakvih lekcija nije lako, ali ako uspijete osjećate zadovoljstvo. Nudim skriptu za jednu od mojih lekcija. Prisustvovale su mu kolege, uprava i psiholog.

Vrsta lekcije. Učenje novog gradiva.

Ciljevi. Na osnovu motivacije i ažuriranja osnovnih znanja i vještina učenika, razmotriti strukturu, fizička i hemijska svojstva, proizvodnju i upotrebu ugljičnog dioksida i ugljičnog dioksida.

Članak je pripremljen uz podršku web stranice www.Artifex.Ru. Ako odlučite da proširite svoje znanje u oblasti savremene umetnosti, onda bi najbolje rešenje bilo da posetite sajt www.Artifex.Ru. Kreativni almanah ARTIFEX omogućiće vam da se upoznate sa delima savremene umetnosti bez napuštanja kuće. Detaljnije informacije možete pronaći na web stranici www.Artifex.Ru. Nikad nije kasno da počnete da širite svoje vidike i osećaj za lepo.

Oprema i reagensi. Karte „Programirana anketa“, dijagram plakata, uređaji za proizvodnju plinova, čaše, epruvete, aparat za gašenje požara, šibice; krečna voda, natrijum oksid, kreda, hlorovodonična kiselina, indikatorski rastvori, H 2 SO 4 (konc.), HCOOH, Fe 2 O 3.

Dijagram postera
“Struktura molekule ugljičnog monoksida (ugljični monoksid (II)) CO”

TOKOM NASTAVE

Stolovi za studente u kabinetu su raspoređeni u krug. Nastavnik i učenici imaju mogućnost slobodnog kretanja do laboratorijskih stolova (1, 2, 3). Tokom časa djeca sjede za stolovima za učenje (4, 5, 6, 7, ...) jedni s drugima po želji (slobodne grupe od 4 osobe).

Učitelju. Mudra kineska poslovica(prelijepo napisano na tabli) čita:

„Čujem - zaboravim,
Vidim - sećam se
Da - razumem.”

Slažete li se sa zaključcima kineskih mudraca?

Koje ruske poslovice odražavaju kinesku mudrost?

Djeca daju primjere.

Učitelju. Zaista, samo stvaranjem možete dobiti vrijedan proizvod: nove supstance, instrumenti, mašine, kao i nematerijalne vrednosti - zaključci, generalizacije, zaključci. Pozivam vas danas da učestvujete u istraživanju svojstava dvije supstance. Poznato je da prilikom tehničkog pregleda automobila vozač daje potvrdu o stanju izduvnih gasova automobila. Koja je koncentracija plina navedena u certifikatu?

(O t v e t. SO.)

Student. Ovaj gas je otrovan. Kada uđe u krv, izaziva trovanje organizma („pečenje“, otuda i naziv oksida – ugljični monoksid). Nalazi se u izduvnim gasovima automobila u količinama opasnim po život.(čita se izvještaj iz novina o vozaču koji je zaspao u garaži dok je motor radio i umro). Protuotrov za trovanje ugljičnim monoksidom je udisanje. svježi zrak i čisti kiseonik. Drugi ugljični monoksid je ugljični dioksid.

Učitelju. Na vašim stolovima je kartica „Programirana anketa“. Upoznajte se sa njegovim sadržajem i na praznom papiru označite brojeve onih zadataka za koje na osnovu svog životnog iskustva znate odgovore. Nasuprot broju iskaza zadatka napišite formulu ugljičnog monoksida na koju se ova izjava odnosi.

Student konsultanti (2 osobe) prikupljaju listove odgovora i na osnovu rezultata odgovora formiraju nove grupe za naredni rad.

Programirano istraživanje “Ugljični oksidi”

1. Molekul ovog oksida sastoji se od jednog atoma ugljika i jednog atoma kisika.

2. Veza između atoma u molekulu je polarna kovalentna.

3. Gas koji je praktično nerastvorljiv u vodi.

4. Molekul ovog oksida sadrži jedan atom ugljika i dva atoma kisika.

5. Nema miris ni boju.

6. Gas rastvorljiv u vodi.

7. Ne pretvara se u tečnost čak ni na –190 °C ( t kip = –191,5 °C).

8. Kiseli oksid.

9. Lako se kompresuje, na 20 °C pod pritiskom od 58,5 atm postaje tečan i stvrdne u „suvi led“.

10. Nije otrovno.

11. Ne stvara soli.

12. Zapaljivo

13. Interagira sa vodom.

14. Interagira sa bazičnim oksidima.

15. Reaguje sa oksidima metala, redukujući slobodne metale iz njih.

16. Dobiva se reakcijom kiselina sa solima ugljične kiseline.

17. I.

18. Interagira sa alkalijama.

19. Izvor ugljika koji biljke apsorbiraju u staklenicima i plastenicima dovodi do povećanja prinosa.

20. Koristi se za gaziranje vode i pića.

Učitelju. Ponovo pregledajte sadržaj kartice. Grupirajte informacije u 4 bloka:

struktura,

fizička svojstva,

hemijska svojstva,

primanje.

Nastavnik svakoj grupi učenika daje priliku da govori i sumira prezentacije. Zatim studenti različite grupe odaberite svoj plan rada - redoslijed proučavanja oksida. U tu svrhu oni numeriraju blokove informacija i opravdavaju svoj izbor. Redosled učenja može biti kao što je gore napisano, ili sa bilo kojom drugom kombinacijom od četiri označena bloka.

Nastavnik skreće pažnju učenika na ključne tačke teme. Budući da su ugljični oksidi plinovite tvari, s njima se mora pažljivo rukovati (sigurnosne upute). Nastavnik odobrava plan za svaku grupu i dodjeljuje konsultante (unaprijed pripremljene učenike).

Demonstracioni eksperimenti

1. Sipanje ugljičnog dioksida iz stakla u staklo.

2. Gašenje svijeća u čaši kako se CO 2 akumulira.

3. Stavite nekoliko malih komada suhog leda u čašu vode. Voda će proključati i iz nje će se izliti gusti bijeli dim.

CO 2 gas se ukapljuje već na sobnoj temperaturi pod pritiskom od 6 MPa. U tečnom stanju se skladišti i transportuje u čeličnim cilindrima. Ako otvorite ventil takvog cilindra, tekući CO 2 će početi da isparava, zbog čega dolazi do snažnog hlađenja i dio plina se pretvara u snijeg nalik masu - "suhi led", koji se pritiska i koristi za skladištenje sladoled.

4. Demonstracija aparata za gašenje požara hemijskom pjenom (CFO) i objašnjenje principa njegovog rada pomoću modela - epruvete sa čepom i cijevi za odvod plina.

Informacije o struktura u tabeli br. 1 (instrukcijske kartice 1 i 2, struktura molekula CO i CO 2).

Informacije o fizička svojstva – za stolom br. 2 (rad sa udžbenikom – Gabrielyan O.S. Hemija-9. M.: Drfa, 2002, str. 134–135).

Podaci o pripremi i hemijskim svojstvima– na tabelama br. 3 i 4 (nastavne kartice 3 i 4, uputstvo za praktičan rad, str. 149–150 udžbenika).

Praktičan rad Priprema ugljičnog monoksida (IV) i proučavanje njegovih svojstava Stavite nekoliko komada krede ili mramora u epruvetu i dodajte malo razrijeđene klorovodične kiseline. Brzo zatvorite cijev čepom i cijevi za izlaz plina. Stavite kraj epruvete u drugu epruvetu koja sadrži 2–3 ml krečne vode. Gledajte nekoliko minuta kako mjehurići plina prolaze kroz krečnu vodu. Zatim uklonite kraj cijevi za izlaz plina iz otopine i isperite ga u destilovanoj vodi. Stavite epruvetu u drugu epruvetu sa 2-3 ml destilovane vode i propuštajte gas kroz nju. Nakon nekoliko minuta izvadite epruvetu iz otopine i dodajte nekoliko kapi plavog lakmusa u dobivenu otopinu. U epruvetu sipajte 2-3 ml razblaženog rastvora natrijum hidroksida i dodajte nekoliko kapi fenolftaleina. Zatim propustite gas kroz rastvor. Odgovori na pitanja. Pitanja 1. Šta se dešava kada se kreda ili mermer tretiraju hlorovodoničnom kiselinom? 2. Zašto, kada se ugljični dioksid propušta kroz krečnu vodu, otopina prvo postaje zamućena, a zatim se vapno rastvara? 3. Šta se dešava kada se ugljen(IV) monoksid propušta kroz destilovanu vodu? Napišite jednadžbe za odgovarajuće reakcije u molekularnom, ionskom i skraćenom ionskom obliku. Prepoznavanje karbonata Četiri epruvete koje su vam date sadrže kristalne supstance: natrijum sulfat, cink hlorid, kalijum karbonat, natrijum silikat. Odredite koja se supstanca nalazi u svakoj epruveti. Napišite jednadžbe reakcije u molekularnom, ionskom i skraćenom ionskom obliku.

Zadaća

Nastavnik predlaže kući karticu “Programirano istraživanje” i, pripremajući se za sljedeću lekciju, razmišljati o načinima za dobijanje informacija. (Kako ste znali da se gas koji proučavate ukapljuje, reaguje sa kiselinom, da je otrovan, itd.?)

Samostalan rad studenti

Praktičan rad grupe djece nastupaju različitim brzinama. Stoga se igre nude onima koji brže završe posao.

Peti točak

Četiri supstance mogu imati nešto zajedničko, ali peta supstanca se izdvaja iz serije, suvišna je.

1. Karbon, dijamant, grafit, karbid, karabin. (Karbid.)

2. Antracit, treset, koks, ulje, staklo. (Čaša.)

3. Krečnjak, kreda, mermer, malahit, kalcit. (Malahit.)

4. Kristalna soda, mermer, potaša, kaustik, malahit. (Zajedljivo.)

5. Fozgen, fosfin, cijanovodonična kiselina, kalijum cijanid, ugljični disulfid. (Fosfin.)

6. Morska voda, mineralna voda, destilovana voda, podzemna voda, tvrda voda. (Destilovana voda.)

7. Krečno mlijeko, puh, gašeni kreč, krečnjak, krečna voda. (krečnjak.)

8. Li 2 CO 3; (NH 4) 2 CO 3; CaCO 3; K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 . (CaCO3.)

Sinonimi

Pisati hemijske formule supstance ili njihova imena.

1. Halogeni -... (hlor ili brom.)

2. Magnezit – ... (MgCO 3.)

3. Urea –... ( Urea H 2 NC(O)NH 2 .)

4. Potaš - ... (K 2 CO 3.)

5. Suhi led - ... (CO 2.)

6. Vodikov oksid –... ( Voda.)

7. Amonijak -... ( 10% vodeni rastvor amonijaka.)

8. Soli azotne kiseline – … (Nitrati– KNO 3, Ca(NO 3) 2, NaNO 3.)

9. Prirodni plin – ... ( Metan CH 4.)

Antonimi

Napišite hemijske termine koji su po značenju suprotni od predloženih.

1. Oksidant –... ( Redukciono sredstvo.)

2. Donator elektrona –… ( Akceptor elektrona.)

3. Svojstva kiselina – ... ( Osnovna svojstva.)

4. Disocijacija –… ( Udruženje.)

5. Adsorpcija – ... ( Desorpcija.)

6. Anoda –... ( Katoda.)

7. Anion –… ( Kation.)

8. Metal –... ( Nemetalni.)

9. Početne supstance –... ( Proizvodi reakcije.)

Potražite uzorke

Uspostaviti znak koji kombinuje navedene supstance i pojave.

1. Dijamant, karabin, grafit – ... ( Alotropske modifikacije ugljika.)

2. Staklo, cement, cigla - ... ( Građevinski materijali.)

3. Disanje, truljenje, vulkanska erupcija - ... ( Procesi praćeni oslobađanjem ugljičnog dioksida.)

4. CO, CO 2, CH 4, SiH 4 – ... ( Jedinjenja elemenata IV grupe.)

5. NaHCO 3, CaCO 3, CO 2, H 2 CO 3 – ... ( Kiseonička jedinjenja ugljenika.)

Ugljen monoksid, ugljen monoksid (CO), je gas bez boje, mirisa i ukusa koji je nešto manje gust od vazduha. Toksičan je za životinje koje proizvode hemoglobin (uključujući ljude) u koncentracijama iznad oko 35 ppm, iako se također proizvodi u malim količinama normalnim životinjskim metabolizmom i vjeruje se da ima neke normalne biološke funkcije. U atmosferi je prostorno promjenjiv i brzo se raspada te ima ulogu u formiranju ozona na nivou tla. Ugljični monoksid se sastoji od jednog atoma ugljika i jednog atoma kisika povezanih trostrukom vezom, koja se sastoji od dvije kovalentne veze kao i jedne dativne kovalentne veze. Ovo je najjednostavniji ugljični monoksid. Izoelektronski je sa cijanidnim anjonom, nitrozonijum kationom i molekularnim azotom. U koordinacijskim kompleksima, ligand ugljičnog monoksida naziva se karbonil.

Priča

Aristotel (384-322 pne) prvi je opisao proces sagorevanja uglja, koji dovodi do stvaranja otrovnih para. U davna vremena postojala je metoda pogubljenja - zaključavanje kriminalca u kupaonicu s tinjajućim ugljem. Međutim, u to vrijeme mehanizam smrti je bio nejasan. Grčki ljekar Galen (129-199. n.e.) sugerirao je da je došlo do promjene u sastavu zraka, što je nanosilo štetu ljudima ako se udahne. Godine 1776. francuski hemičar de Lassonne proizveo je CO zagrijavanjem cink oksida sa koksom, ali je naučnik pogrešno zaključio da je plinoviti proizvod vodonik jer je gorio plavim plamenom. Gas je identifikovan kao jedinjenje koje sadrži ugljenik i kiseonik od strane škotskog hemičara Williama Cumberlanda Cruikshanka 1800. godine. Njegovu toksičnost kod pasa temeljito je proučavao Claude Bernard oko 1846. Tokom Drugog svetskog rata, mešavina gasa uključujući ugljen monoksid korišćena je za održavanje mehanizma Vozilo, koji rade u nekim dijelovima svijeta gdje su benzin i dizel bili oskudni. Eksterni (s nekim izuzecima) ugalj ili su instalirani plinifikatori od drveta i mješavina atmosferskog dušika, ugljičnog monoksida i malih količina drugih gasifikacijskih plinova je uvedena u plinsku miješalicu. Smjesa plina koja nastaje ovim procesom poznata je kao drveni plin. Ugljični monoksid je također korišten u velikim razmjerima tokom Holokausta u nekim od njemačkih nacističkih logora smrti, najočiglednije u kombijima s plinom u Chelmnu i u programu ubijanja T4 "eutanazija".

Izvori

Ugljični monoksid nastaje tokom djelomične oksidacije spojeva koji sadrže ugljik; nastaje kada nema dovoljno kisika za formiranje ugljičnog dioksida (CO2), kao što je pri radu peći ili motora s unutrašnjim sagorijevanjem, u skučenom prostoru. U prisustvu kisika, uključujući atmosferske koncentracije, ugljični monoksid gori plavim plamenom, stvarajući ugljični dioksid. Ugljeni gas, koji je bio naširoko korišćen do 1960-ih za unutrašnje osvetljenje, kuvanje i grejanje, sadržao je ugljen monoksid kao značajan sastojak goriva. Neki procesi u modernoj tehnologiji, poput topljenja željeza, još uvijek proizvode ugljični monoksid kao nusproizvod. U svijetu, najveći izvori ugljičnog monoksida su prirodni izvori, zbog fotokemijskih reakcija u troposferi, koje proizvode oko 5 × 1012 kg ugljičnog monoksida godišnje. Ostali prirodni izvori CO uključuju vulkane, šumske požare i druge oblike sagorijevanja. U biologiji, ugljični monoksid se prirodno proizvodi djelovanjem hem oksigenaze 1 i hema 2 razgradnjom hemoglobina. Ovaj proces proizvodi određenu količinu karboksihemoglobina kod normalnih ljudi, čak i ako ne udišu ugljični monoksid. Od prvog izvještaja da je ugljični monoksid normalan neurotransmiter iz 1993. godine, on je također jedan od tri plina koji prirodno moduliraju upalne reakcije u tijelu (druga dva su dušikov oksid i vodonik sulfid), ugljični monoksid je dobio veliku naučnu pažnju kao biološki regulator. U mnogim tkivima, sva tri plina djeluju kao protuupalni agensi, vazodilatatori i promotori neovaskularnog rasta. U toku kliničkim ispitivanjima male količine ugljičnog monoksida kao lijeka. Međutim, prevelike količine ugljičnog monoksida uzrokuju trovanje ugljičnim monoksidom.

Molekularna svojstva

Ugljenmonoksid ima molekulsku težinu od 28,0, što ga čini nešto lakšim od vazduha, čija je prosečna molekulska težina 28,8. Prema zakonu idealnog gasa, CO ima manju gustinu od vazduha. Dužina veze između atoma ugljika i atoma kisika je 112,8 pm. Ova dužina veze je u skladu sa trostrukom vezom kao u molekularnom azotu (N2), koji ima sličnu dužinu veze i skoro istu molekulsku težinu. Dvostruke veze ugljenik-kiseonik su mnogo duže, na primer 120,8 m za formaldehid. Tačka ključanja (82 K) i tačka topljenja (68 K) su vrlo slične N2 (77 K i 63 K, respektivno). Energija disocijacije veze od 1072 kJ/mol jača je od one kod N2 (942 kJ/mol) i predstavlja najjaču poznatu hemijsku vezu. Osnovno elektronsko stanje ugljičnog monoksida je singletno, jer nema nesparenih elektrona.

Vezivanje i dipolni moment

Ugljik i kisik zajedno imaju ukupno 10 elektrona u svojoj valentnoj ljusci. Slijedeći pravilo okteta za ugljik i kisik, dva atoma formiraju trostruku vezu, sa šest zajedničkih elektrona u tri vezne molekularne orbitale, umjesto uobičajene dvostruke veze koja se nalazi u organskim karbonilnim jedinjenjima. Budući da četiri zajednička elektrona dolaze od atoma kisika, a samo dva od ugljika, jednu orbitalu veze zauzimaju dva elektrona iz atoma kisika, formirajući dativnu ili dipolnu vezu. Ovo dovodi do C←O polarizacije molekula, sa malo negativni naboj na ugljiku i mali pozitivni naboj na kisik. Druge dvije vezne orbitale zauzimaju po jedan elektron iz ugljika i jedan od kisika, formirajući (polarne) kovalentne veze s obrnutom C→O polarizacijom, budući da je kisik elektronegativniji od ugljika. U slobodnom ugljičnom monoksidu neto negativni naboj δ- ostaje na kraju ugljika, a molekula ima mali dipolni moment od 0,122 D. Dakle, molekula je asimetrična: kisik ima veću elektronsku gustinu od ugljika, kao i mali pozitivan naboj u odnosu na ugljik, koji je negativan. Nasuprot tome, izoelektronska molekula dušika nema dipolni moment. Ako ugljični monoksid djeluje kao ligand, polaritet dipola može se promijeniti s neto negativnim nabojem na kraju kisika, ovisno o strukturi koordinacionog kompleksa.

Polaritet veze i oksidaciono stanje

Teorijske i eksperimentalne studije pokazuju da, uprkos većoj elektronegativnosti kiseonika, dipolni moment dolazi od većeg negativan kraj ugljika do pozitivnijeg kraja kisika. Ove tri veze su zapravo polarne kovalentne veze koje su visoko polarizirane. Izračunata polarizacija na atom kiseonika je 71% za σ vezu i 77% za obe π veze. Oksidacijsko stanje ugljika u ugljični monoksid u svakoj od ovih struktura je +2. Izračunava se na sljedeći način: smatra se da svi vezani elektroni pripadaju više elektronegativnim atomima kisika. Samo dva nevezujuća elektrona na ugljeniku su pripisana ugljeniku. Prema ovom proračunu, ugljenik ima samo dva valentna elektrona u molekulu u poređenju sa četiri u slobodnom atomu.

Biološka i fiziološka svojstva

Toksičnost

Trovanje ugljičnim monoksidom je najčešći tip smrtonosnog trovanja zraka u mnogim zemljama. Ugljen monoksid je supstanca bez boje, mirisa i ukusa, ali je veoma otrovna. Kombinira se s hemoglobinom kako bi proizveo karboksihemoglobin, koji "uzurpira" mjesto u hemoglobinu koje normalno prenosi kisik, ali je neučinkovito u isporuci kisika u tjelesna tkiva. Koncentracije od čak 667 ppm mogu uzrokovati da se do 50% tjelesnog hemoglobina pretvori u karboksihemoglobin. Nivo karboksihemoglobina od 50% može dovesti do napadaja, kome i smrti. U Sjedinjenim Državama, Ministarstvo rada ograničava dugoročnu izloženost na radnom mjestu ugljen monoksidu na 50 dijelova na milion. U kratkom vremenskom periodu apsorpcija ugljičnog monoksida je kumulativna, jer mu je poluživot na svježem zraku oko 5 sati. Najčešći simptomi trovanja ugljičnim monoksidom mogu biti slični drugim vrstama trovanja i infekcija, a uključuju simptome kao što su glavobolja, mučnina, povraćanje, vrtoglavica, umor i osjećaj slabosti. Pogođene porodice često vjeruju da su žrtve trovanja hranom. Bebe mogu biti razdražljive i loše jedu. Neurološki simptomi uključuju konfuziju, dezorijentaciju, zamagljen vid, sinkopu (gubitak svijesti) i napade. Neki opisi trovanja ugljičnim monoksidom uključuju krvarenje u retinu, kao i abnormalnu trešnja-crvenu boju krvi. U većini kliničke dijagnoze ovi znakovi se rijetko primjećuju. Jedna od poteškoća s korisnošću ovog efekta "trešnje" je to što se njime ispravlja ili maskira inače nezdrav izgled, budući da je glavni efekat uklanjanja venskog hemoglobina to što zadavljena osoba izgleda normalnije, ili mrtva osoba izgleda živa, slično efektu crvenih boja u sastavu za balzamiranje. Ovaj efekat bojenja u tkivu otrovanom CO bez kisika povezan je s komercijalnom upotrebom ugljičnog monoksida u bojenju mesa. Ugljični monoksid se također vezuje za druge molekule kao što su mioglobin i mitohondrijalna citokrom oksidaza. Izloženost ugljičnom monoksidu može uzrokovati značajna oštećenja srca i centralnog nervnog sistema, posebno u globus pallidusu, često povezana s dugotrajnim hroničnim stanjima. Ugljen monoksid može imati ozbiljne štetne efekte na plod trudnice.

Normalna ljudska fiziologija

Ugljični monoksid se prirodno proizvodi u ljudskom tijelu kao signalni molekul. Dakle, ugljični monoksid može imati fiziološku ulogu u tijelu kao neurotransmiter ili relaksant krvnih žila. Zbog uloge ugljičnog monoksida u tijelu, poremećaji u njegovom metabolizmu su povezani s raznim bolestima, uključujući neurodegeneraciju, hipertenziju, zatajenje srca i upale.

CO funkcionira kao endogeni signalni molekul.

CO modulira kardiovaskularne funkcije

CO inhibira agregaciju i adheziju trombocita

CO može imati ulogu potencijalnog terapeutskog sredstva

Mikrobiologija

Ugljenmonoksid je plodno tlo za metanogene arheje, građevni blok za acetil koenzim A. Ovo je tema za novo područje bioorganometalna hemija. Ekstremofilni mikroorganizmi tako mogu metabolizirati ugljični monoksid na mjestima kao što su termalni otvori vulkana. U bakterijama se ugljični monoksid proizvodi redukcijom ugljičnog dioksida enzimom ugljični monoksid dehidrogenaza, proteinom koji sadrži Fe-Ni-S. CooA je protein receptora za ugljični monoksid. Još uvijek je nepoznat opseg njegove biološke aktivnosti. Može biti dio signalnog puta kod bakterija i arheja. Njegova prevalencija kod sisara nije utvrđena.

Prevalencija

Ugljični monoksid se javlja u raznim prirodnim i umjetnim okruženjima.

Ugljični monoksid je prisutan u malim količinama u atmosferi, uglavnom kao proizvod vulkanske aktivnosti, ali je i proizvod prirodnih i izazvanih požarima (npr. šumski požari, spaljivanje žetvenih ostataka i paljenje šećerne trske). Spaljivanje fosilnih goriva također doprinosi stvaranju ugljičnog monoksida. Ugljični monoksid se javlja otopljen u rastopljenim vulkanskim stijenama na visoki pritisci u Zemljinom omotaču. Budući da su prirodni izvori ugljičnog monoksida promjenjivi, izuzetno je teško precizno izmjeriti prirodne emisije plina. Ugljenmonoksid je gas staklene bašte koji se brzo raspada i takođe ima indirektni efekat zračenja povećavajući koncentracije metana i troposferskog ozona kroz hemijske reakcije sa drugim atmosferskim komponentama (npr. hidroksilni radikal, OH) koje bi ih inače uništile. Kao rezultat prirodni procesi u atmosferi se na kraju oksidira u ugljični dioksid. Ugljenmonoksid je kratkotrajan u atmosferi (u prosjeku traje oko dva mjeseca) i ima prostorno promjenjivu koncentraciju. U atmosferi Venere ugljični monoksid nastaje fotodisocijacijom ugljičnog dioksida elektromagnetnim zračenjem s valnim dužinama kraćim od 169 nm. Zbog svoje dugotrajne održivosti u srednjoj troposferi, ugljični monoksid se također koristi kao transportni trag za oblake štetnih tvari.

Urbano zagađenje

Ugljenmonoksid je privremeni zagađivač vazduha u nekim urbanim sredinama, prvenstveno iz izduvnih cevi motora sa unutrašnjim sagorevanjem (uključujući vozila, prenosne i rezervne generatore, kosilice, mašine za pranje itd.) i od nepotpunog sagorevanja raznih drugih goriva (uključujući drvo, ugalj, drveni ugalj, nafta, parafin, propan, prirodni gas i smeće). Veliko zagađenje CO može se posmatrati iz svemira iznad gradova.

Uloga u formiranju prizemnog ozona

Ugljen monoksid, zajedno sa aldehidima, deo je niza hemijskih reakcionih ciklusa koji formiraju fotohemijski smog. Reaguje s hidroksilnim radikalom (OH) kako bi proizveo radikalni intermedijer HOCO, koji brzo prenosi radikalni vodik na O2 da bi nastao peroksidni radikal (HO2) i ugljični dioksid (CO2). Peroksidni radikal zatim reaguje sa dušičnim oksidom (NO) i formira dušikov dioksid (NO2) i hidroksilni radikal. NO 2 proizvodi O(3P) fotolizom, formirajući tako O3 nakon reakcije sa O2. Pošto hidroksilni radikal nastaje tokom formiranja NO2, ravnoteža redosleda hemijskih reakcija počevši od ugljičnog monoksida rezultira stvaranjem ozona: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (gdje se hν odnosi na foton apsorbirane svjetlosti molekulom NO2 u nizu) Iako je stvaranje NO2 važan korak koji vodi do stvaranja niskog nivoa ozona, ono također povećava količinu ozona na drugi, donekle međusobno isključivi način, smanjujući količinu NO koja je dostupna za reakciju sa ozonom.

Zagađenje vazduha u zatvorenom prostoru

U zatvorenim sredinama, koncentracije ugljičnog monoksida mogu lako porasti do smrtonosnih nivoa. U prosjeku, 170 ljudi umre svake godine u Sjedinjenim Državama od neautomobilskih potrošačkih proizvoda koji proizvode ugljični monoksid. Međutim, prema Ministarstvu zdravlja Floride, “više od 500 Amerikanaca umre svake godine od slučajnog izlaganja ugljičnom monoksidu, a hiljade drugih u Sjedinjenim Državama zahtijeva hitno liječenje.” medicinsku njegu za nesmrtonosno trovanje ugljičnim monoksidom." Ovi proizvodi uključuju neispravne uređaje za sagorevanje goriva kao što su peći, peći, bojleri i grejači na gas i kerozin; oprema na mehanički pogon kao što su prijenosni generatori; kamini; i drveni ugalj koji se spaljuje u kućama i drugim zatvorenim prostorima. Američko udruženje centara za kontrolu trovanja (AAPCC) prijavilo je 15.769 slučajeva trovanja ugljičnim monoksidom što je rezultiralo 39 smrtnih slučajeva u 2007. U 2005. godini, CPSC je prijavio 94 smrtna slučaja povezanih s trovanjem ugljičnim monoksidom iz generatora. Četrdeset sedam od ovih smrtnih slučajeva dogodilo se tokom nestanka struje zbog lošeg vremena, uključujući uragan Katrina. Međutim, ljudi umiru od trovanja ugljičnim monoksidom proizvedenim neprehrambenim proizvodima kao što su automobili ostavljeni u garažama povezanim s njihovim domovima. Centri za kontrolu i prevenciju bolesti izvještavaju da nekoliko hiljada ljudi svake godine ode u hitnu pomoć zbog trovanja ugljičnim monoksidom.

Prisustvo u krvi

Ugljični monoksid se apsorbira disanjem i ulazi u krvotok putem izmjene plinova u plućima. Takođe se proizvodi tokom metabolizma hemoglobina i ulazi u krv iz tkiva, te je stoga prisutan u svim normalnim tkivima, čak i ako se u organizam ne unosi disanjem. Normalni nivoi ugljičnog monoksida koji cirkuliraju u krvi kreću se od 0% do 3%, a veći su kod pušača. Nivoi ugljen monoksida ne mogu se proceniti fizičkim pregledom. Laboratorijski testovi zahtijevaju uzorak krvi (arterijske ili venske) i laboratorijske analize na CO-oksimetru. Osim toga, neinvazivni karboksihemoglobin (SPCO) s pulsnom CO oksimetrijom je efikasniji od invazivnih metoda.

Astrofizika

Izvan Zemlje, ugljen monoksid je drugi najzastupljeniji molekul u međuzvjezdanom mediju, nakon molekularnog vodonika. Zbog svoje asimetrije, molekul ugljičnog monoksida proizvodi mnogo svjetlije spektralne linije od molekule vodika, što CO mnogo lakše detektuje. Međuzvjezdani CO je prvi put otkriven uz pomoć radio teleskopa 1970. godine. To je trenutno najčešće korišteni indikator molekularnog plina u međuzvjezdanom mediju galaksija, a molekularni vodonik se može otkriti samo pomoću ultraljubičastog svjetla, što zahtijeva svemirske teleskope. Zapažanja ugljičnog monoksida pružaju većina informacije o molekularnim oblacima u kojima se formira većina zvijezda. Beta Pictoris, druga najsjajnija zvezda u sazvežđu Piktor, pokazuje višak infracrvene emisije u poređenju sa normalnim zvezdama tog tipa, zbog velike količine prašine i gasa (uključujući ugljen monoksid) u blizini zvezde.

Proizvodnja

Razvijene su mnoge metode za proizvodnju ugljičnog monoksida.

Industrijska proizvodnja

Glavni industrijski izvor CO je generatorski plin, mješavina koja sadrži uglavnom ugljični monoksid i dušik koji nastaje kada se ugljik sagorijeva u zraku na visokim temperaturama kada postoji višak ugljika. U pećnici zrak prolazi kroz sloj koksa. Prvotno proizvedeni CO2 se balansira sa preostalim toplim ugljem kako bi se proizveo CO2. Reakcija CO2 sa ugljikom za proizvodnju CO opisuje se kao Boudoir reakcija. Na temperaturama iznad 800°C, CO je dominantan proizvod:

CO2 + C → 2 CO (ΔH = 170 kJ/mol)

Drugi izvor je "vodeni plin", mješavina vodika i ugljičnog monoksida proizvedenog endotermnom reakcijom pare i ugljika:

H2O + C → H2 + CO (ΔH = +131 kJ/mol)

Drugi slični "singasovi" mogu se proizvesti iz prirodnog gasa i drugih goriva. Ugljični monoksid je također nusprodukt redukcije ruda metalnih oksida ugljikom:

MO + C → M + CO

Ugljični monoksid se također proizvodi direktnom oksidacijom ugljika u ograničenoj količini kisika ili zraka.

2C (s) + O 2 → 2SO (g)

Pošto je CO gas, proces oporavka može se kontrolisati zagrijavanjem, korištenjem pozitivne (povoljnije) entropije reakcije. Ellinghamov dijagram pokazuje da je stvaranje CO pogodnije u odnosu na CO2 na visokim temperaturama.

Priprema u laboratoriji

Ugljični monoksid se prikladno dobiva u laboratoriju dehidratacijom mravlje ili oksalne kiseline, na primjer, upotrebom koncentrirane sumporne kiseline. Druga metoda je zagrijavanje homogene mješavine metala cinka u prahu i kalcijum karbonata, koja oslobađa CO i ostavlja iza sebe cink oksid i kalcijev oksid:

Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO

Srebrni nitrat i jodoform takođe proizvode ugljen monoksid:

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

Koordinirajuća hemija

Većina metala formira koordinacijske komplekse koji sadrže kovalentno vezan ugljični monoksid. Samo metali u nižim oksidacionim stanjima kombinuju se sa ligandima ugljen monoksida. To je zato što je potrebna dovoljna gustoća elektrona da bi se olakšala reverzna donacija sa metalne DXZ orbitale na π* molekularnu orbitu iz CO. Usamljeni par na atomu ugljenika u CO takođe daje elektronsku gustinu u dx²-y² na metalu da formira sigma vezu. Ova donacija elektrona se takođe manifestuje cis efektom, odnosno labilizacijom CO liganada u cis poziciji. Karbonil nikla, na primjer, nastaje direktnom kombinacijom ugljičnog monoksida i metala nikla:

Ni + 4 CO → Ni (CO) 4 (1 bar, 55 °C)

Iz tog razloga, nikl u cijevi ili njenom dijelu ne bi trebao doći u duži kontakt sa ugljičnim monoksidom. Karbonil nikla se lako razgrađuje do Ni i CO kada je u kontaktu sa vrućim površinama, a ova metoda se koristi za industrijsko prečišćavanje nikla u Mond procesu. Kod karbonila nikla i drugih karbonila, elektronski par na ugljiku je u interakciji sa metalom; ugljen monoksid daje metalu par elektrona. U takvim situacijama, ugljen monoksid se naziva karbonil ligand. Jedan od najvažnijih metalnih karbonila je pentakarbonil željeza, Fe(CO)5. Mnogi metal-CO kompleksi se pripremaju dekarbonilacijom organskih rastvarača, a ne iz CO. Na primjer, iridijum trihlorid i trifenilfosfin reaguju u kipućem 2-metoksietanolu ili DMF-u da bi proizveli IrCl(CO)(PPh3)2. Metalni karbonili u koordinacionoj hemiji obično se proučavaju pomoću infracrvene spektroskopije.

Organska hemija i hemija glavnih grupa elemenata

U prisustvu jakih kiselina i vode, ugljen monoksid reaguje sa alkenima i formira karboksilne kiseline u procesu poznatom kao Koch-Haaf reakcije. U Guttermann-Koch reakciji, areni se pretvaraju u derivate benzaldehida u prisustvu AlCl3 i HCl. Organolitijumska jedinjenja (kao što je butillitijum) reaguju sa ugljen monoksidom, ali ove reakcije imaju malo naučne primene. Iako CO reagira s karbokationima i karbanionima, relativno je nereaktivan prema organska jedinjenja bez intervencije metalnih katalizatora. Sa reaktantima iz glavne grupe, CO prolazi kroz nekoliko značajnih reakcija. Kloriranje CO je industrijski proces koji rezultira stvaranjem važnog spoja fosgena. Sa boranom, CO formira adukt, H3BCO, koji je izoelektronski sa acilijum + katjonom. CO reaguje sa natrijumom da bi stvorio proizvode izvedene iz C-C veze. Jedinjenja cikloheksahegekson ili trihinoil (C6O6) i ciklopentanpenton ili leukonska kiselina (C5O5), koja su se do sada dobijala samo u tragovima, mogu se smatrati polimerima ugljen monoksida. Pri pritiscima većim od 5 GPa, ugljični monoksid se pretvara u čvrsti polimer ugljika i kisika. Metastabilan je na atmosferskom pritisku, ali je snažan eksploziv.

Upotreba

Hemijska industrija

Ugljični monoksid je industrijski plin koji ima mnoge primjene u industriji rasutih tvari. hemijske supstance. Velike količine aldehidi nastaju reakcijom hidroformilacije alkena, ugljičnog monoksida i H2. Hidroformilacija u Shell procesu omogućava stvaranje prekursora deterdženta. Fozgen, koristan za proizvodnju izocijanata, polikarbonata i poliuretana, proizvodi se propuštanjem pročišćenog ugljičnog monoksida i plina klora kroz sloj poroznog aktivnog ugljena, koji služi kao katalizator. Svjetska proizvodnja ovog jedinjenja 1989. godine procijenjena je na 2,74 miliona tona.

CO + Cl2 → COCl2

Metanol se proizvodi hidrogenacijom ugljičnog monoksida. U srodnoj reakciji, hidrogenacija ugljičnog monoksida uključuje formiranje C-C veze, kao u Fischer-Tropsch procesu, gdje se ugljični monoksid hidrogenira u tečna ugljikovodična goriva. Ova tehnologija omogućava pretvaranje uglja ili biomase u dizel gorivo. U Monsanto procesu, ugljen monoksid i metanol reaguju u prisustvu rodijum katalizatora i homogene jodovodonične kiseline da bi se formirala sirćetna kiselina. Ovaj proces je odgovoran za većinu industrijske proizvodnje octene kiseline. U industrijskim razmjerima, čisti ugljični monoksid se koristi za pročišćavanje nikla u Mond procesu.

Boja za meso

Ugljenmonoksid se koristi u sistemima pakovanja u modifikovanoj atmosferi u SAD, prvenstveno u pakovanju proizvoda od svežeg mesa kao što su govedina, svinjetina i riba kako bi se održao njihov svež izgled. Ugljen monoksid se kombinuje sa mioglobinom i formira karboksimioglobin, svetlo crveni pigment. Karboksimioglobin je stabilniji od oksidiranog oblika mioglobina, oksimioglobina, koji može oksidirati u smeđi pigment metmioglobin. Ova stabilna crvena boja može trajati mnogo duže od običnog pakiranog mesa. Uobičajeni nivoi ugljen monoksida koji se koriste u biljkama koje koriste ovaj proces su između 0,4% i 0,5%. Ovu tehnologiju je 2002. godine prvi put prepoznala kao "generalno sigurna" (GRAS) od strane američke Uprave za hranu i lijekove (FDA) za korištenje kao sekundarni sistem pakiranja i ne zahtijeva označavanje. Godine 2004. FDA je odobrila CO kao primarnu metodu pakovanja, navodeći da CO ne maskira mirise kvarenja. Uprkos ovoj odluci, ona ostaje kontroverzno pitanje o tome da li ova metoda maskira kvarenje hrane. Godine 2007. u Predstavničkom domu SAD-a predložen je nacrt zakona da se modificirani proces pakovanja ugljičnog monoksida nazove dodatkom u boji, ali zakon nije prošao. Ovaj proces pakovanja je zabranjen u mnogim drugim zemljama, uključujući Japan, Singapur i Evropsku uniju.

Lijek

U biologiji, ugljični monoksid se prirodno proizvodi djelovanjem hem oksigenaze 1 i hema 2 razgradnjom hemoglobina. Ovaj proces proizvodi određenu količinu karboksihemoglobina kod normalnih ljudi, čak i ako ne udišu ugljični monoksid. Otkako je prvi put objavljeno da je ugljični monoksid normalan neurotransmiter 1993. godine, kao i jedan od tri plina koji prirodno moduliraju upalne reakcije u tijelu (druga dva su dušikov oksid i sumporovodik), ugljični monoksid je dobio veliku kliničku pažnju kao biološki regulator.. Poznato je da u mnogim tkivima sva tri plina djeluju kao protuupalni agensi, vazodilatatori i promotori neovaskularnog rasta. Međutim, ova pitanja su složena jer neovaskularni rast nije uvijek koristan, jer igra ulogu u rastu tumora kao i u razvoju vlažne makularne degeneracije, bolesti za koju se rizik povećava 4 do 6 puta s pušenjem (glavni izvor ugljičnog monoksida) u krvi, nekoliko puta više od prirodne proizvodnje). Postoji teorija da u sinapsama nekih nervnih ćelija, kada se pohranjuju dugoročne memorije, primajuća ćelija proizvodi ugljični monoksid, koji se vraća nazad u komoru koja šalje, uzrokujući da se lakše prenosi u budućnosti. Pokazalo se da neke takve nervne ćelije sadrže gvanilat ciklazu, enzim koji se aktivira ugljen monoksidom. Mnoge laboratorije širom svijeta provele su istraživanja koja uključuju ugljični monoksid u pogledu njegovih protuupalnih i citoprotektivnih svojstava. Ova svojstva se mogu koristiti za sprječavanje razvoja brojnih patoloških stanja, uključujući ishemijsku reperfuzijsku ozljedu, odbacivanje transplantata, aterosklerozu, tešku sepsu, tešku malariju ili autoimune bolesti. Klinička ispitivanja su provedena na ljudima, ali rezultati još nisu objavljeni.

Ugljen(II) monoksid – CO

(ugljen monoksid, ugljen monoksid, ugljen monoksid)

Fizička svojstva: bezbojni, otrovni gas, bez ukusa i mirisa, gori plavkastim plamenom, lakši od vazduha, slabo rastvorljiv u vodi. Koncentracija ugljen monoksida u vazduhu je 12,5-74% eksplozivna.

Struktura molekula:

Formalno oksidaciono stanje ugljika +2 ne odražava strukturu molekule CO, u kojoj, pored dvostruke veze formirane deljenjem elektrona C i O, postoji još jedna vezana mehanizmom donor-akceptor zbog na usamljeni par elektrona kiseonika (prikazano strelicom):

U tom smislu, molekula CO je vrlo jaka i sposobna je ući u oksidaciono-redukcione reakcije samo na visokim temperaturama. U normalnim uslovima, CO ne reaguje sa vodom, alkalijama ili kiselinama.

Potvrda:

Glavni antropogeni izvor ugljen monoksida CO trenutno su izduvni gasovi motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ugljen monoksid nastaje kada se gorivo sagoreva u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem na nedovoljnim temperaturama ili je sistem za dovod vazduha loše podešen (isporučuje se nedovoljno kiseonika da oksidiše ugljen monoksid CO u ugljen dioksid CO2). U prirodnim uslovima, na površini Zemlje, ugljen monoksid CO nastaje prilikom nepotpune anaerobne razgradnje organskih jedinjenja i tokom sagorevanja biomase, uglavnom tokom šumskih i stepskih požara.

1) U industriji (u plinskim generatorima):

Video - eksperiment "Stvaranje ugljičnog monoksida"

C + O 2 = CO 2 + 402 kJ

CO 2 + C = 2CO – 175 kJ

U plinskim generatorima, vodena para se ponekad izduvava kroz vrući ugalj:

C + H 2 O = CO + H 2 – Q,

mješavina CO + H 2 naziva se sintezni plin .

2) U laboratoriji - termička razgradnja mravlja ili oksalna kiselina u prisustvu H 2 SO 4 (konc.):

HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O+CO

H2C2O4 t˚C,H2SO4 → CO + CO 2 + H 2 O

Hemijska svojstva:

U normalnim uslovima, CO je inertan; kada se zagreje - redukciono sredstvo;

CO - oksid koji ne stvara soli .

1) sa kiseonikom

2 C +2 O + O 2 t ˚ C →2 C +4 O 2

2) sa metalnim oksidima CO + Me x O y = CO 2 + Ja

C +2 O + CuO t ˚ C →Su + C +4 O 2

3) sa hlorom (na svjetlu)

CO + Cl 2 svjetlo → COCl 2 (fosgen - otrovni plin)

4)* reaguje sa alkalnim topljenjem (pod pritiskom)

CO+NaOHP → HCOONa (natrijum format)

Utjecaj ugljičnog monoksida na žive organizme:

Ugljični monoksid je opasan jer sprječava krv da prenosi kisik do vitalnih organa kao što su srce i mozak. Ugljenmonoksid se kombinuje sa hemoglobinom, koji prenosi kiseonik do ćelija tela, čineći telo nepodesnim za transport kiseonika. Ovisno o udahnutoj količini, ugljični monoksid narušava koordinaciju, pogoršava kardiovaskularne bolesti i uzrokuje umor. glavobolja, slabost, Učinak ugljičnog monoksida na zdravlje ljudi ovisi o njegovoj koncentraciji i vremenu izlaganja tijelu. Koncentracija ugljen monoksida u vazduhu veća od 0,1% dovodi do smrti u roku od jednog sata, a koncentracija veća od 1,2% u roku od tri minuta.

Primjena ugljičnog monoksida :

Ugljen monoksid se uglavnom koristi kao zapaljivi gas pomešan sa azotom, takozvani generator ili vazdušni gas, ili vodeni gas pomešan sa vodonikom. U metalurgiji za dobijanje metala iz njihovih ruda. Za dobivanje metala visoke čistoće razgradnjom karbonila.

POPRAVLJATI

br. 1. Popunite jednadžbe reakcije, napravite elektronsku ravnotežu za svaku reakciju, navedite procese oksidacije i redukcije; oksidant i redukcioni agens:

CO2+C=

C+H2O=

C O + O 2 =

CO + Al 2 O 3 =

br. 2. Izračunajte količinu energije potrebnu za proizvodnju 448 litara ugljičnog monoksida prema termohemijska jednačina

CO 2 + C = 2CO – 175 kJ