Karbon monoksida
Karbon monoksida, rumus kimia CO, adalah gas yang tak berwarna, tak berbau, dan tak berasa. Ia terdiri dari satu atom karbon yang secara kovalen berikatan dengan satu atom oksigen. Dalam ikatan ini, terdapat dua ikatan kovalen dan satu ikatan kovalen koordinasi antara atom karbon dan oksigen.
Karbon monoksida dihasilkan dari pembakaran tak sempurna dari senyawa karbon, sering terjadi pada mesin pembakaran dalam. Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran. Karbon monoksida mudah terbakar dan menghasilkan lidah api berwarna biru, menghasilkan karbon dioksida. Walaupun ia bersifat racun, CO memainkan peran yang penting dalam teknologi modern, yakni merupakan prekursor banyak senyawa karbon.
Karbon monoksida merupakan senyawa yang sangat penting, sehingga banyak metode yang telah dikembangkan untuk produksinya.
Gas produser dibentuk dari pembakaran karbon di oksigen pada temperatur tinggi ketika terdapat karbon yang berlebih. Dalam sebuah oven, udara dialirkan melalui kokas. CO yang pertama kali dihasilkan akan mengalami kesetimbangan dengan karbon panas, menghasilkan CO. Reaksi O dengan karbon membentuk CO disebut sebagai kesetimbangan Boudouard. Di atas 800 °C, CO adalah produk yang predominan: Kerugian
dari metode ini adalah apabila dilakukan dengan udara, ia akan menyisakan campuran yang terdiri dari nitrogen.
Oleh karena CO adalah gas, proses reduksi dapat dipercepat dengan memanaskannya. Diagram Ellingham menunjukkan bahwa pembentukan CO lebih difavoritkan daripada CO pada temperatur tinggi.
CO adalah anhidrida dari asam format. Oleh karena itu, adalah praktis untuk menghasilkan CO dari dehidrasi asam format. Produksi CO dalam skala laboratorium lainnya adalah dengan pemanasan campuran bubuk seng dan kalsium karbonat.
Metode laboratorium lainnya adalah dengan mereaksikan sukrosa dengan natrium hidroksida dalam sistem tertutup.
Molekul CO memiliki panjang ikat 0.1128 nm. Perbedaan muatan formal dan elektronegativitas saling meniadakan, sehingga terdapat momen dipol yang kecil dengan kutub negatif di atom karbon walaupun oksigen memiliki elektronegativitas yang lebih besar. Alasannya adalah orbital molekul yang terpenuhi paling tinggi memiliki energi yang lebih dekat dengan orbital p karbon, yang berarti
bahwa terdapat rapatan elektron yang lebih besar dekat karbon. Selain itu, elektronegativitas karbon yang lebih rendah menghasilkan awan elektron yang lebih baur, sehingga menambah momen dipol. Ini juga merupakan alasan mengapa kebanyakan reaksi kimia yang melibatkan karbon monoksida terjadi pada atom karbon, dan bukannya pada atom oksigen.
Panjang ikatan molekul karbon monoksida sesuai dengan ikatan rangkap tiga parsialnya. Molekul ini memiliki momen dipol ikatan yang kecil dan dapat diwakili dengan tiga struktur resonansi:
Resonans paling adalah bentuk yang paling penting. Hal ini diilustrasikan dengan reaktivitas karbon monoksida yang bereaksi dengan karbokation.
Dinitrogen bersifat isoelektronik terhadap karbon monoksida. Hal ini berarti bahwa molekul-molekul ini memiliki jumlah elektron dan ikatan yang mirip satu sama lainnya. Sifat-sifat fisika antara N dan CO sangat mirip, walaupun CO lebih reaktif.
Karbon monoksida adalah gas industri utama yang memiliki banyak kegunaan dalam produksi bahan kimia pukal ("bulk chemical").
Sejumlah aldehida dengan hasil volume yang tinggi dapat diproduksi dengan reaksi hidroformilasi dari alkena, CO, dan H.
Metanol diproduksi dari hidrogenasi CO. Pada reaksi yang berkaitan, hidrogenasi CO diikuti dengan pembentukan ikatan C-C, seperti yang terjadi pada proses Fischer-Tropsch, CO dihirogenasi menjadi bahan bakar hidrokarbon cair. Teknologi ini mengizinkan batu bara dikonversikan menjadi bensin.
Pada proses Monsanto, karbon monoksida bereaksi dengan metanol dengan keberadaan katalis rodium homogen dan HI, menghasilkan asam asetat. Proses ini digunakan secara meluas dalam produski asam asetat berskala industri.
Karbon monoksida merupakan komponen dasar dari syngas yang sering digunakan untuk tenaga industri. Karbon monoksida juga digunakan pada proses pemurnian nikel.
Kebanyakan logam akan membentuk kompleks koordinasi yang bersifat kovalen dengan karbon monoksida. Hanya logam yang mempunyai keadaan oksidasi yang lebih rendah yang membentuk kompleks dengan ligan karbon monoksida. Hal ini dikarenakan oleh perlunya rapatan elektron yang cukup untuk memfasilitasi donasi balik dari orbital d logam ke orbital molekul
* CO. Pasangan elektron menyendiri dari atom karbon CO juga menyumbangkan rapatan elektron ke d logam membentuk ikatan sigma. Pada nikel karbonil, Ni (CO) terbentuk dari kombinasi langsung karbon monoksida dan logam nikel pada temperatur ruangan. Nikel karbonil dapat mengurai kembali menjadi Ni dan CO seketika bersentuhan dengan permukaan yang panas. Proses ini juga pernah digunakan dalam proses pemurnian nikel pada proses Mond.
Pada nikel karbonil dan karbonil-karbonil lainnya, pasangan elektron pada karbon berinteraksi dengan logam; karbon monoksida menyumbangkan pasangan elektronnya kepada logam. Dalam situasi ini, karbon monoksida disebut sebagai ligan karbonil. Salah satu logam karbonil yang paling penting adalah besi pentakarbonil, Fe (CO):
Banyak kompleks logam-CO dihasilkan dari dekarbonilasi larutan organik dan bukannya dari CO. Sebagai contoh, iridium (III) klorida dan trifenilfosfina bereaksi di metoksietanol mendidih atau dimetilformamida untuk menghasilkan IrCl (CO)(PPh).
Dengan keberadaan asam kuat dan air, karbon monoksida bereaksi dengan olefin membentuk asam karboksilat, proses ini dikenal sebagai reaksi Koch-Haaf. Pada reaksi Gattermann-Koch, arena diubah menjadi turunan benzaldehida dengan keberadaan AlCl dan HCl. Senyawa organologam seperti butil litium dapat bereaksi dengan CO, namun reaksi ini jarang digunakan.
Walaupun CO bereaksi dengan karbokation dan karbanion, ia relatif tidak reaktif terhadap senyawa-senyawa organik tanpa intervensi katalis logam.
Dengan pereaksi golongan utama, CO mengalami beberapa reaksi yang penting. Klorinasi CO adalah salah satu lintasan industri yang penting untuk senyawa fosgena. Dengan borana, CO membentuk sebuah aduk ("adduct") HBCO yang bersifat isoelektrik dengan kation asilium, [HCCO]. CO bereaksi dengan natrium, menghasilkan NaCO (natrium asetilenadiolat) dari penggandengan (coupling) C-C, dan kalium, menghasilkan KCO (kalium asetilenadiolat) dan KCO (kalium rodizonat).
Karbon monoksida, walaupun dianggap sebagai polutan, telah lama ada di atmosfer sebagai hasil produk dari aktivitas gunung berapi. Ia larut dalam lahar gunung berapi pada tekanan yang tinggi di dalam mantel bumi. Kandungan karbon monoksida dalam gas gunung berapi bervariasi dari kurang dari 0.01% sampai sebanyak 2% bergantung pada gunung berapi tersebut. Oleh karena sumber alami karbon
monoksida bervariasi dari tahun ke tahun, sangatlah sulit untuk secara akurat menghitung emisi alami gas tersebut.
Karbon monoksida memiliki efek "radiative forcing" secara tidak langsung dengan menaikkan konsentrasi metana dan ozon troposfer melalui reaksi kimia dengan konstituen atmosfer lainnya (misalnya radikal hidroksil OH) yang sebenarnya akan melenyapkan metana dan ozon. Dengan proses alami di atmosfer, karbon monoksida pada akhirnya akan teroksidasi menjadi karbon dioksida. Konsentrasi karbon monoksida memiliki jangka waktu pendek di atmosfer.
CO antropogenik dari emisi automobil dan industri memberikan kontribusi pada efek rumah kaca dan pemanasan global. Di daerah perkotaan, karbon monoksida, bersama dengan aldehida, bereaksi secara fotokimia, meghasilkan radikal peroksi. Radikal peroksi bereaksi dengan nitrogen oksida dan meningkatkan rasio NO terhadap NO, sehingga mengurangi jumlah NO yang tersedia untuk bereaksi dengan ozon. Karbon monoksida juga merupakan konstituen dari asap rokok.