פחמן חד-חמצני

פחמן חד-חמצני (CO בכתיב כימי) הוא תרכובת של פחמן וחמצן, שהיא גז בטמפרטורת החדר. זהו גז רעיל המסוכן לבריאות, חסר צבע וריח, והוא תוצר לוואי של שרפה (חימצון) בלתי מושלמת של תרכובות אורגניות. בעירה חלקית של דלק היא שרפה ללא נוכחות מספקת של חמצן, הגורמת לפליטת מולקולות מים ופחמן חד-חמצני, זאת לעומת בעירה מלאה של דלק בה יש נוכחות מספקת של חמצן, ושכתוצאה ממנה מתפרקות התרכובות למולקולות מים ופחמן דו-חמצני. פחמן חד-חמצני הוא גז דליק, ויכול בבערה להשלים את תהליך הבערה המלא ולהפוך לפחמן דו-חמצני. מולקולה של CO מורכבת מאטום פחמן (C) אחד ואטום חמצן (O) אחד, הקשורים זה לזה בקשר משולש: 2 קשרים קוולנטים וקשר קואורדינטיבי בו משתתפים 2 אלקטרונים מאטום החמצן. לפחמן וחמצן יחד יש 10 אלקטרוני ערכיות. הקשר המשולש מביא לקיום כלל האוקטט עבור אטום הפחמן - שישה אלקטרונים בשלושה קשרים ועוד 2 אלקטרונים לא קושרים. זוג האלקטרונים הקושרים של הפחמן נקשרים לאלקטרונים הקושרים של החמצן, והאלקטרונים הבלתי קושרים של החמצן נקשרים גם הם לשני האלקטרונים הקושרים שנותרו. מצב היסוד של המולקולה הוא סינגלט מגנטי - אין אלקטרונים לא מזווגים. כיוון שארבעה מששת אלקטרוני הקשר באים מהחמצן ורק שניים מהפחמן, נוצר דיפול - מטען שלילי קטן על אטום הפחמן ומטען חיובי קטן על אטום החמצן (בניגוד להפרשי האלקטרושליליות שבין האטומים). כאשר המולקולה קשורה כליגנד כיוון הקיטוב עשוי להשתנות בהתאם למבנה הקומפלקס הקואורדינטיבי. המולקולה איזו-אלקטרונית למולקולת החנקן N2 כי בשתי המולקולות 10 אלקטרוני ערכיות ו6 אלקטרוני קשר. ואורך הקשר פחמן-חמצן 112.8 פיקומטר בדומה לאורך הקשר בחנקן (קשר משולש ומסה מולקולרית זהה). להשוואה אורך קשר כפול פחמן-חמצן (בקרבוניל) הוא כ 120 פיקומטר. גם טמפרטורות ההיתוך - 68K והרתיחה - 82K קרובות לאלו של חנקן (63K ו77K). אנרגיית הקשר בפחמן חד-חמצני 1072KJ/mol היא הגבוהה ביותר הידועה וגבוהה מאנרגיית הקשר המשולש בחנקן (942KJ/mol). CO נוצר כאשר שורפים פחמימנים ללא אספקה שוטפת של חמצן. המקור העיקרי לפחמן חד-חמצני מחוץ לבית הוא שרפה לא מושלמת שנוצרת כחלק מפעילותם של מנועי כלי רכב. בשנים האחרונות הופחת ריכוז הפחמן החד-חמצני באוויר, כתוצאה משיפור הדלקים, משיפור מערכת השרפה במנועי כלי הרכב ומכניסתם לשימוש של ממירים קטליטיים. למרות כל זאת, עיקר החשיפה לריכוזים גבוהים של פחמן חד-חמצני מתרחשת באזורים בהם יש ריכוז צפוף של כלי רכב הנעים באיטיות, בעיקר במרכזי ערים סואנות ולאורך צירי הגישה לתוכן. ערך מורחב – הרעלת פחמן חד-חמצני CO הוא גז רעיל. שאיפת פחמן חד-חמצני אינה גורמת נזק משמעותי לריאות עצמן, אך מקטינה בצורה משמעותית, ולעיתים קטלנית, את יכולת נשיאת החמצן על ידי תאי הדם האדומים בדם. הפחמן החד-חמצני נקשר, דרך אטום הפחמן הנושא מטען שלילי חלקי ליון הברזל בקבוצת ההם, אותו חלק במולקולת ההמוגלובין שנושא את החמצן. זיקתו של הCO לקבוצת ההם גדולה פי 240 ממולקולת החמצן, וכך הוא מתחרה בצורה ניכרת על המקום של החמצן ומונע את העברתו. חשיפה לריכוזים נמוכים של פחמן חד-חמצני גורמת לסחרחורות, בחילות וכאבי ראש. בחשיפה לריכוזים קצת גבוהים יותר, חלה ירידה ביכולת הריכוז, פגיעה בערנות וביכולות הפיזיות, כלומר הקטנת היכולת לתפקד ולמלא משימות יומיומיות. ההשפעות נגרמות מכך שרקמות ואיברים שונים בגוף אינם מקבלים אספקת חמצן מלאה. פחמן חד-חמצני מסולק מהגוף רק דרך הריאות ועל ידי מולקולות החמצן המתחרות איתו על הקשירה להמוגלובין. כלומר, כאשר יהיה יותר חמצן הוא ייקשר יותר להמוגלובין וכמות הפחמן החד-חמצני שתוכל להיקשר להמוגלובין תפחת והוא יסולק מהר יותר בזמן נשיפת האוויר החוצה. זמן מחצית החיים של הקרבוקסיהמוגלובין באוויר חדר הוא כ-300 דקות ויורד עד 90 דקות כאשר מספקים חמצן בקצב מהיר ובריכוז גבוה דרך מסכה המושמת על פיו ועל אפו של הנפגע. חשיפה לריכוזים גבוהים, העשויה להתרחש באזורים סגורים, עלולה לגרום להרעלה חריפה שתוצאותיה הן אובדן הכרה ואף מוות כתוצאה מחנק. פחמן חד-חמצני הנפלט ממכשירים ביתיים כגון תנורים לחימום או בישול, עלול לגרום להרעלה, כיוון שהגז חסר צבע, חסר ריח וחסר טעם. מחוץ לבית קטן הסיכוי לחשיפה קטלנית לפחמן חד-חמצני למעט במקרים נדירים, כגון כבאים הנחשפים לרמות גבוהות של ריכוזי פחמן חד-חמצני בעת כיבוי שרפה. אוכלוסיות הרגישות במיוחד לחשיפה לפחמן חד-חמצני: לנשים בהריון עלולה חשיפה לריכוזי פחמן חד-חמצני לגרום נזק לעובר המתפתח. קשישים נוטים לסבול ממחלות לב כרוניות, אשר עלולות להחמיר עקב חשיפה למזהם זה. חשיפה לפחמן חד-חמצני בקרב חולים הסובלים ממחלות כרוניות אשר מעכבות אספקת חמצן סדירה בגוף, כגון ברונכיט כרונית או אנמיה על סוגיה, עלולה להגביר את התופעות של מחלות אלו. התקן האמריקאי לפחמן חד-חמצני הוא 10 מיליגרם למטר מעוקב לפרק זמן של 8 שעות ו-40 מיליגרם למטר מעוקב לפרק זמן של שעה אחת. אלו הם ערכים מרביים של ממוצעים לפרקי הזמן הללו ואסור לחרוג מהם יותר מפעם אחת בשנה. התקן הישראלי לפחמן חד-חמצני הוא 11 מיקרוגרם למטר מעוקב לפרק זמן של 8 שעות ו-60 מיקרוגרם למטר מעוקב לפרק זמן של חצי שעה. פחמן חד-חמצני באתר המוסד לבטיחות ולגיהות פחמן חד-חמצני, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)