Јаглерод моноксид

Јаглерод моноксид (хемиска формула CO) — безбоен, отровен, без мирис, без вкус, запалив гас кој е малку помалку густ од воздухот. Јаглерод моноксидот се состои од еден јаглероден атом и еден атом на кислород поврзани со тројна врска. Тоа е наједноставниот јаглерод оксид. Во координативните комплекси, лигандот на јаглерод моноксид се нарекува карбонил. Тоа е клучна состојка во многу процеси во индустриската хемија.
Најчестиот извор на јаглерод моноксид е делумното согорување на соединенија што содржат јаглерод, кога нема доволно кислород или топлина за да се произведе јаглерод диоксид. Исто така, постојат бројни еколошки и биолошки извори кои генерираат и испуштаат значителна количина на јаглерод моноксид. Тоа е важно во производството на многу соединенија, вклучувајќи лекови, мириси и горива. По емисијата во атмосферата, јаглерод моноксидот влијае на неколку процеси кои придонесуваат за климатските промени.
Јаглерод моноксид има важна биолошка улога во филогенетските кралства. Го произведуваат многу организми, вклучително и луѓето. Во физиологијата на цицачите, јаглерод моноксидот е класичен пример за хормеза каде ниските концентрации служат како ендоген невротрансмитер (гасотрансмитер), а високите концентрации се токсични што резултира со труење со јаглерод моноксид. Тој е изоелектронски со цијанид анјон CN <sup>−</sup>.
1 Историја
1.1 Праисторија
Луѓето одржуваат сложена врска со јаглерод моноксид уште од првото учење за контрола на пожарот околу 800.000 п.н.е. Раните луѓе веројатно ја откриле токсичноста на труењето со јаглерод моноксид откако внеле оган во нивните живеалишта. Раниот развој на металургијата и технологиите за топење кои се појавиле околу 6.000 п.н.е. до бронзеното доба, исто така, го измачувале на човештвото од изложеност на јаглерод моноксид. Освен токсичноста на јаглерод моноксидот, домородните Индијанци можеби ги доживеале невроактивните својства на јаглерод моноксидот преку шаманистички ритуали покрај оган.
1.2 Античка историја
Раните цивилизации развиле митолошки приказни за да го објаснат потеклото на огнот, како што е Прометеј од грчката митологија кој го делел огнот со луѓето. Аристотел (384–322 п.н.е.) прв забележал дека согорувањето на јаглен произведува отровни испарувања. Грчкиот лекар Гален (129–199 н.е.) шпекулирал дека има промена во составот на воздухот што предизвикува штета при вдишување, а многу други од ерата развија основа за знаење за јаглерод моноксид во контекст на токсичноста на чадот од јаглен. Клеопатра можеби умрела од труење со јаглерод моноксид.
1.3 Прединдустриска револуција
Георг Ернст Стал ги спомнал ''carbonarii halitus'' во 1697 година во врска со токсичните испарувања за кои се смета дека е јаглерод моноксид. Фридрих Хофман го спровел првото современо научно истражување за труење со јаглерод моноксид од јаглен во 1716 година. Херман Боерхаве ги спровел првите научни експерименти за ефектот на јаглерод моноксид (пареа од јаглен) врз животните во 1730-тите.
Се смета дека Џозеф Пристли првпат синтетизирал јаглерод моноксид во 1772 година. Карл Вилхелм Шеле на сличен начин го изолирал јаглерод моноксидот од јагленот во 1773 година и мислел дека тоа би можело да биде јаглеродниот ентитет што ги прави испарувањата токсични. Торберн Бергман изолирал јаглерод моноксид од оксална киселина во 1775 година. Подоцна во 1776 година, францускиот хемичар де Ласон произведувал CO со загревање на цинк оксид со кокс, но погрешно заклучил дека гасовитиот производ е водород, бидејќи горел со син пламен. Во присуство на кислород, вклучувајќи ги и атмосферските концентрации, јаглерод моноксид гори со син пламен, произведувајќи јаглерод диоксид. Антоан Лавоазје спровел слични неубедливи експерименти како Ласон во 1777 година. Гасот бил идентификуван како соединение што содржи јаглерод и кислород од Вилијам Круикшанк во 1800 година.
Томас Беддос и Џејмс Ват го препознал јаглерод моноксидот (како хидрокарбонат) за да ја осветли венската крв во 1793 година. Ват сугерирал дека испарувањата од јаглен може да дејствуваат како противотров за кислородот во крвта, а Бедос и Ват исто така сугерирал дека хидрокарбонатот има поголем афинитет за животински влакна отколку кислородот во 1796 година. Во 1854 година, Адриен Шенот на сличен начин предложил јаглерод моноксид да го отстрани кислородот од крвта, а потоа телото да го оксидира до јаглерод диоксид. Механизмот за труење со јаглерод моноксид нашироко му се припишува на Клод Бернард чии мемоари започнале во 1846 година и објавени во 1857 година, со фразата „''спречува артериската крв да стане венска''“. Феликс Хопе-Сејлер самостојно објавил слични заклучоци во следната година.
1.4 Доаѓање на индустриската хемија
Јаглерод моноксидот се здобил со признание како непроценлив реагенс во 1900-тите. Три индустриски процеси ја илустрираат нејзината еволуција во индустријата. Во процесот Фишер-Тропш, јагленот и поврзаните суровини богати со јаглерод се претвораат во течни горива преку посредство на CO. Првично развиена како дел од германските воени напори за да се компензира нивниот недостаток на домашна нафта, оваа технологија продолжува и денес. Исто така, во Германија, било откриено дека мешавина од CO и водород се комбинира со олефини за да се добијат алдехиди. Овој процес, наречен хидроформилација, се користи за производство на многу хемикалии од големи размери, како што се сурфактанти, како и специјални соединенија кои се популарни мириси и лекови. На пример, CO се користи во производството на витамин А. Во третиот главен процес, припишан на истражувачите во Монсанто, CO се комбинира со метанол и дава оцетна киселина. Повеќето оцетна киселина се произведува со Катива-процесот. Хидроформилацијата и синтезата на оцетна киселина се два од безброј процеси на карбонилација.
2 Физички и хемиски својства
Јаглерод моноксидот е наједноставниот оксојаглерод и е изоелектронски со други тројно поврзани двоатомски видови кои поседуваат 10 валентни електрони, вклучувајќи го цијанидниот анјон, нитросониумскиот катјон, борниот монофлуорид и молекуларниот азот. Има моларна маса од 28,0, што, според законот за идеален гас, го прави малку помалку густ од воздухот, чија просечна моларна маса е 28,8.
Јаглеродот и кислородот се поврзани со тројна врска која се состои од нето две пи-врски и една сигма-врска. Должината на врската помеѓу јаглеродниот атом и атомот на кислород е 112,8 попладне. Оваа должина на врската е конзистентна со тројна врска, како кај молекуларниот азот (N<sub>2</sub>), кој има слична должина на врската (109,76 pm) и речиси иста молекуларна маса. Јаглерод-кислород двојните врски се значително подолги, 120,8 pm во формалдехид, на пример. Точката на вриење (82 К) и точка на топење (68 К) се многу слични на оние од N sub>2</sub> (77 К и 63 К, соодветно). Енергијата на дисоцијација на врската од 1072 година kJ/mol е посилен од оној на N<sub>2</sub> (942 kJ/mol) и ја претставува најсилната позната хемиска врска.
Основната електронска состојба на јаглерод моноксид е единечна состојба бидејќи нема неспарени електрони.
Табела на топлински и физички својства на јаглерод моноксид (CO) при атмосферски притисок:
Температура (K), Густина (kg/m^3), Специфична топлина (kJ/kg °C), Динамички вискозитет (kg/m s), Кинематска вискозност (m^2/s), Топлинска спроводливост (W/m °C), Топлинска дифузија (m^2/s), Прантлов број
200, 1.6888, 1.045, 0.0000127, 0.00000752, 0.017, 0.00000963, 0.781
220, 1.5341, 1.044, 0.0000137, 0.00000893, 0.019, 0.0000119, 0.753
240, 1.4055, 1.043, 0.0000147, 0.0000105, 0.0206, 0.0000141, 0.744
260, 1.2967, 1.043, 0.0000157, 0.0000121, 0.0221, 0.0000163, 0.741
280, 1.2038, 1.042, 0.0000166, 0.0000138, 0.0236, 0.0000188, 0.733
300, 1.1233, 1.043, 0.0000175, 0.0000156, 0.025, 0.0000213, 0.73
320, 1.0529, 1.043, 0.0000184, 0.0000175, 0.0263, 0.0000239, 0.73
340, 0.9909, 1.044, 0.0000193, 0.0000195, 0.0278, 0.0000269, 0.725
360, 0.9357, 1.045, 0.0000202, 0.0000216, 0.0291, 0.0000298, 0.725
380, 0.8864, 1.047, 0.000021, 0.0000237, 0.0305, 0.0000329, 0.729
400, 0.8421, 1.049, 0.0000218, 0.0000259, 0.0318, 0.000036, 0.719
450, 0.7483, 1.055, 0.0000237, 0.0000317, 0.035, 0.0000443, 0.714
500, 0.67352, 1.065, 0.0000254, 0.0000377, 0.0381, 0.0000531, 0.71
550, 0.61226, 1.076, 0.0000271, 0.0000443, 0.0411, 0.0000624, 0.71
600, 0.56126, 1.088, 0.0000286, 0.000051, 0.044, 0.0000721, 0.707
650, 0.51806, 1.101, 0.0000301, 0.0000581, 0.047, 0.0000824, 0.705
700, 0.48102, 1.114, 0.0000315, 0.0000655, 0.05, 0.0000933, 0.702
750, 0.44899, 1.127, 0.0000329, 0.0000733, 0.0528, 0.000104, 0.702
800, 0.42095, 1.14, 0.0000343, 0.0000815, 0.0555, 0.000116, 0.705
2.1 Сврзување и диполен момент
Јаглеродот и кислородот заедно имаат вкупно 10 електрони во валентната обвивка. Следејќи го октетното правило и за јаглеродот и за кислородот, двата атома формираат тројна врска, со шест заеднички електрони во три сврзувачки молекуларни орбитали, наместо вообичаената двојна врска што се наоѓа во органските карбонилни соединенија. Бидејќи четири од заедничките електрони доаѓаат од атом на кислород и само два од јаглерод, една орбитала за поврзување е окупирана од два електрони од кислород, формирајќи дативна или диполарна врска. Ова предизвикува C←O поларизација на молекулата, со мал негативен полнеж на јаглеродот и мал позитивен полнеж на кислородот. Останатите две сврзувачки орбитали се окупирани од еден електрон од јаглерод и еден од кислород, формирајќи (поларни) ковалентни врски со обратна поларизација C→O бидејќи кислородот е електронегативен од јаглеродот. Во молекулата на слободниот јаглерод моноксид, нето негативен полнеж δ <sup>–</sup> останува на јаглеродниот крај и молекулата има мал диполен момент од 0,122 Д.
Затоа, молекулата е асиметрична: кислородот има поголема густина на електрони од јаглеродот и исто така е малку позитивно наелектризиран во споредба со јаглеродот кој е негативен. Спротивно на тоа, изоелектронската молекула на динитроген нема диполен момент.
Јаглеродниот моноксид има пресметан редослед на фракционата врска од 2,6, што покажува дека „''третата''“ врска е важна, но сочинува нешто помалку од целосна врска. Така, во однос на валентната врска, <sup>–</sup> C≡O<sup>+</sup> е најважната структура, додека: C=O е неоктет, но има неутрален формален полнеж на секој атом и го претставува вториот најважен придонесувач на резонанца. Поради осамениот пар и двовалентноста на јаглеродот во оваа резонантна структура, јаглерод моноксидот често се смета за извонредно стабилизиран карбен. Изоцијанидите се соединенија во кои O е заменет со NR (R = алкил или арил) група и имаат слична шема на поврзување.
Ако јаглерод моноксид делува како лиганд, поларитетот на диполот може да се промени со нето негативен полнеж на кислородниот крај, во зависност од структурата на координативниот комплекс. Видете го и делот ''„Координативна хемија“'' подолу.
2.2 Поларитет на врската и состојба на оксидација
Теоретските и експерименталните студии покажуваат дека, и покрај поголемата електронегативност на кислородот, диполниот момент покажува од понегативниот јаглероден крај кон попозитивниот кислороден крај. Трите врски се всушност поларни ковалентни врски кои се силно поларизирани. Пресметаната поларизација кон кислородниот атом е 71% за σ-врската и 77% за двете π-врски.
Состојбата на оксидација на јаглеродот во јаглерод моноксид е +2 во секоја од овие структури. Се пресметува со броење на сите сврзувачки електрони како што припаѓаат на поелектронегативниот кислород. Само двата неврзувачки електрони на јаглеродот се доделуваат на јаглеродот. Во оваа бројка, јаглеродот тогаш има само два валентни електрони во молекулата во споредба со четири во слободниот атом.
3 Појава
Јаглерод моноксид се јавува во различни природни и вештачки средини. На пример, фотохемиската деградација на растителна материја генерира околу 60 милијарди килограми годишно. Типичните концентрации во делови на милион се како што следува:
+Состав на сува атмосфера, по волумен , Концентрација (ppmv ), Извор
0.1, Ниво на природна атмосфера ( MOPITT )
0,5-5, Просечно ниво во домовите
5–15, Во близина на правилно прилагодени шпорети на гас во домовите, модерни емисии на издувни гасови од возилата
17, Атмосфера на Венера
100–200, Издувни гасови од автомобили во централното подрачје на градот Мексико во 1975 година
700, Атмосфера на Марс
<1000, Издувните гасови од автомобилот се пуштаат по минување низ катализаторот
5.000, Издувни гасови од домашен пожар на дрва
30.000–100.000, Неразреден топол издув од автомобилот без катализатор
3.1 Атмосферско присуство
Јаглерод моноксид (CO) е присутен во мали количини (околу 80 ppb) во атмосферата на Земјата. Поголемиот дел од остатокот доаѓа од хемиски реакции со органски соединенија емитирани од човечки активности и природно потекло поради фотохемиските реакции во тропосферата кои генерираат околу 5 × 10 <sup>12</sup> килограми годишно. Други природни извори на CO вклучуваат вулкани, шуми и пожари, и други различни форми на согорување, како што се фосилните горива. Мали количества се испуштаат и од океанот и од геолошката активност бидејќи јаглерод моноксид се јавува растворен во стопена вулканска карпа при високи притисоци во обвивката на Земјата. Бидејќи природните извори на јаглерод моноксид варираат од година на година, тешко е точно да се измерат природните емисии на гасот.
Јаглерод моноксидот има индиректен ефект врз зрачењето преку зголемување на концентрациите на директни стакленички гасови, вклучувајќи метан и тропосферски озон. CO може да реагира хемиски со други атмосферски состојки (првенствено радикалот хидроксил, <sup>•</sup> OH) кои инаку би го уништиле метанот. Преку природни процеси во атмосферата се оксидира до јаглерод диоксид и озон. Јаглерод моноксидот е краткотраен во атмосферата (со просечен животен век од околу еден до два месеци) и просторно променлив во концентрација.
Поради долгиот животен век во средината на тропосферата, јаглерод моноксидот се користи и како трагач за загадувачи.
3.1.1 Загадување
3.1.1.1 Урбано загадување
Јаглерод моноксидот е привремен атмосферски загадувач во некои урбани средини, главно од издувните гасови на моторите со внатрешно согорување (вклучувајќи возила, преносни и резервни генератори, косилки, електрични мијалници итн.), но исто така и од нецелосно согорување на разни други горива (вклучувајќи дрво, јаглен, нафта, парафин, пропан, природен гас и ѓубре).
Големи настани со загадување со CO може да се забележат од вселената над градовите.
3.1.1.1.1 Улога во формирањето на озон на ниво на земјата
Јаглерод моноксидот е, заедно со алдехидите, дел од серијата циклуси на хемиски реакции кои формираат фотохемиски смог. Тој реагира со хидроксилниот радикал (<sup>•</sup>OH) за да произведе радикален посредник <sup>•</sup> HOCO, кој брзо го пренесува својот радикален водород во O<sub>2</sub> за да формира перокси радикал (HO<sub>2</sub><sup>•</sup>) и јаглерод диоксид (CO). Перокси радикалот последователно реагира со азотен оксид (NO) за да формира азот диоксид (NO<sub>2</sub>) и хидроксилен радикал. NO<sub>2</sub> дава O(<sup>3</sup>P) преку фотолиза, со што се формира O<sub>3</sub> по реакцијата со O<sub>2</sub>. Бидејќи радикалот хидроксил се формира за време на формирањето на NO<sub>2</sub>, рамнотежата на низата хемиски реакции почнувајќи со јаглерод моноксид и доведува до формирање на озон е:
: CO + 2O<sub>2</sub> + hν → CO + O<sub>3</sub>
(каде hν се однесува на фотонот на светлината апсорбиран од молекулата NO<sub>2</sub> во низата)
Иако создавањето на NO<sub>2</sub> е критичниот чекор што води до формирање на озон на ниско ниво, тој исто така го зголемува овој озон на друг, донекаде меѓусебно исклучувачки начин, со намалување на количината на NO што е достапно да реагира со озон.
3.1.1.2 Загадување во затворен простор
Во затворени средини, концентрацијата на јаглерод моноксид може да се зголеми до смртоносни нивоа. Во просек, 170 луѓе во Соединетите Американски Држави годишно умираат од јаглерод моноксид произведен од неавтомобилски производи за широка потрошувачка. Овие производи вклучуваат неисправни уреди за согорување на гориво, како што се печки, опсези, бојлери и грејачи на простории со гас и керозин; опрема со погон на мотор, како што се преносливи генератори (и автомобили оставени да работат во приложените гаражи); камини; и јаглен што се гори во домовите и другите затворени места. Многу смртни случаи се случиле за време на прекини на струја поради тешки временски услови, како што е ураганот Катрина и кризата со струја во Тексас во 2021 година.
3.2 Рударство
Рударите го нарекуваат јаглерод моноксид како „ бел влажен “ или „тивок убиец“. Може да се најде во затворени области со слаба вентилација и во површинските и во подземните рудници. Најчести извори на јаглерод моноксид во рударските операции се моторот со внатрешно согорување и експлозиви; сепак, во рудниците за јаглен, јаглерод моноксид може да се најде и поради нискотемпературната оксидација на јагленот. Идиомот „ Канари во рудникот за јаглен“ се однесува на рано предупредување за присуство на јаглерод моноксид.
3.3 Астрономија
Надвор од Земјата, јаглерод моноксидот е втората најчеста двоатомска молекула во меѓуѕвездената средина, по молекуларниот водород. Поради својата асиметрија, оваа поларна молекула произведува далеку посветли спектрални линии од молекулата на водородот, што го прави CO многу полесен за откривање. Меѓуѕвездениот CO за прв пат бил откриен со радио телескопи во 1970 година. Сега е најчесто користениот трагач на молекуларниот гас воопшто во меѓуѕвездениот медиум на галаксиите, бидејќи молекуларниот водород може да се открие само со помош на ултравиолетова светлина, за што се потребни вселенски телескопи. Набљудувањата на јаглерод моноксид обезбедуваат голем дел од информациите за молекуларните облаци во кои се формираат повеќето ѕвезди.
Бета Пикторис, втората најсветла ѕвезда во соѕвездието Пиктор, покажува вишок на инфрацрвена емисија во споредба со нормалните ѕвезди од неговиот тип, што е предизвикано од големи количини прашина и гас (вклучувајќи јаглерод моноксид) во близина на ѕвездата.
Во атмосферата на Венера јаглерод моноксид се јавува како резултат на фотодисоцијација на јаглерод диоксид со електромагнетно зрачење со бранови должини пократки од 169 nm. Исто така, спектроскопски е идентификуван на површината на нептуновата месечина Тритон.
Цврстиот јаглерод моноксид е составен дел на кометите. Испарливата или „ледената“ компонента на Халеевата Комета е околу 15% CO. На собна температура и при атмосферски притисок, јаглерод моноксидот е всушност само метастабилен (види реакција на Будуард) и истото важи и при ниски температури каде CO и се цврсти, но сепак може да постои милијарди години во комети. Има многу малку CO во атмосферата на Плутон, кој се чини дека е формиран од комети. Ова може да биде затоа што има (или постоела) течна вода во Плутон.
Јаглерод моноксид може да реагира со вода за да формира јаглерод диоксид и водород:
: CO + H<sub>2</sub>O → +
Ова се нарекува реакција на поместување вода-гас кога се случува во гасната фаза, но може да се одвива (многу бавно) во воден раствор. Ако парцијалниот притисок на водородот е доволно висок (на пример во подземно море), ќе се формира мравја киселина:
: CO + H<sub>2</sub>O → HCOOH
Овие реакции може да се случат за неколку милиони години дури и на температури како што се наоѓаат на Плутон.
4 Хемија
Јаглерод моноксид има широк спектар на функции во сите дисциплини на хемијата. Четирите главни категории на реактивност вклучуваат катализа на метал-карбонил, радикална хемија, катјонска и анјонска хемија.
4.1 Координативна хемија
Повеќето метали формираат координативни комплекси кои содржат ковалентно прикачен јаглерод моноксид. Само металите во пониски состојби на оксидација ќе се комплицираат со лигандите на јаглерод моноксид. Ова е затоа што мора да има доволна густина на електрони за да се олесни донирањето назад од металната d<sub>xz</sub> -орбитала, до молекуларната орбитала π* од CO. Осамениот пар на јаглеродниот атом во CO донира и густина на електрони на d<sub>x²−y²</sub> на металот за да формира сигма врска. Оваа донација на електрони е исто така изложена со цис ефект, или лабилизација на CO лиганди во цис позиција. Никел карбонил, на пример, се формира со директна комбинација на јаглерод моноксид и никел метал:
: Ni + 4 CO → Ni(CO)<sub>4</sub> (1 бари, 55 °C)
Поради оваа причина, никелот во која било цевка или дел не смее да дојде во подолг контакт со јаглерод моноксид. Никел карбонил лесно се разложува назад до Ni и CO при контакт со топли површини, и овој метод се користи за индустриско прочистување на никелот во процесот Монд.
Во никел карбонил и други карбонили, електронскиот пар на јаглеродот комуницира со металот; јаглерод моноксидот го донира електронскиот пар на металот. Во овие ситуации, јаглерод моноксидот се нарекува карбонилен лиганд. Еден од најважните метални карбонили е железо пентакарбонил, Fe(CO)<sub>5</sub>:
Многу комплекси метал-CO се подготвуваат со декарбонилација на органски растворувачи, а не од CO. На пример, иридиум трихлорид и трифенилфосфин реагираат во вриење на 2-метоксиетанол или DMF за да добијат IrCl(CO) (PPh <sub>3</sub>)<sub>2</sub>.
Металните карбонили во хемијата на координацијата обично се проучуваат со помош на инфрацрвена спектроскопија.
4.3 Органска и главна група хемија
Во присуство на силни киселини и вода, јаглерод моноксид реагира со алкени за да формира карбоксилни киселини во процес познат како реакција Кох-Хаф. Во реакцијата Гатерман-Кох, арените се претвораат во деривати на бензалдехид во присуство на <sub>AlCl3</sub> и HCl. Соединенијата на органолитиум (на пр. бутил литиум ) реагираат со јаглерод моноксид, но овие реакции имаат мала научна употреба.
4.3 Органска и главна група хемија
Иако CO реагира со карбокации и карбанјони, тој е релативно нереактивен кон органски соединенија без интервенција на метални катализатори.
Со реагенсите од главната група, CO претрпува неколку значајни реакции. Хлорирањето на CO е индустриски пат до важното соединение фозген. Со боранот CO формира адукт H<sub>3</sub>BCO, кој е изоелектронски со катјонот на ацетил [H<sub>3</sub>CCO] <sup>+</sup>. CO реагира со натриум и дава производи кои произлегуваат од спојувањето на C-C како што е натриум ацетилендиолат 2 · Тој реагира со стопениот калиум за да добие мешавина од органометално соединение, калиум ацетилендиолат 2 · , калиум бензенхексолат 6 </br> и калиум родизонат 2К·.
Соединенијата циклохексанхексон или трикиноил (C<sub>6</sub>O<sub>6</sub>) и циклопентапентон или леуконска киселина (C<sub>5</sub>O<sub>5</sub>), кои дотогаш биле добиени само во трагови, може да се сметаат за полимери на јаглерод моноксид. При притисок над 5 GPa, јаглерод моноксидот се претвора во поликарбонил, цврст полимер кој е метастабилен при атмосферски притисок, но е експлозивен.
4.3.1 Лабораториска подготовка
Јаглерод моноксид погодно се произведува во лабораторија со дехидрација на мравја киселина или оксална киселина, на пример со концентрирана сулфурна киселина. Друг метод е загревање на интимна мешавина од прашкаст цинк метал и калциум карбонат, кој ослободува CO и остава зад себе цинк оксид и калциум оксид:
: Zn + CaCO<sub>3</sub> → ZnO + CaO + CO
Сребро нитрат и јодоформ исто така даваат јаглерод моноксид:
: CHI<sub>3</sub> + 3AgNO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O → 3HNO<sub>3</sub> + CO + 3AgI
Металните оксалатни соли ослободуваат CO при загревањето, оставајќи карбонат како нуспроизвод:
: → +
5 Производство
Топлинското согорување е најчест извор на јаглерод моноксид. Јаглерод моноксид се добива од делумна оксидација на соединенијата што содржат јаглерод; се формира кога нема доволно кислород за производство на јаглерод диоксид (CO), како на пример кога работи шпорет или мотор со внатрешно согорување во затворен простор. На пример, за време на Втората светска војна, мешавина на гас, вклучувајќи јаглерод моноксид, се користела за одржување на моторните возила во делови од светот каде што бензинот и дизел-горивото биле дефицитарни. Биле вградени надворешни (со неколку исклучоци) јаглен или генератори на дрвен гас, а мешавината од атмосферски азот, водород, јаглерод моноксид и мали количества други гасови произведени од гасификацијата се доведувале до миксер за гас. Гасната мешавина произведена со овој процес е позната како дрвен гас.
Големо количество нуспроизвод на CO се формира при оксидативните процеси за производство на хемикалии. Поради оваа причина, гасовите од процесот треба да се прочистат.
Развиени се многу методи за производство на јаглерод моноксид.
5.1 Индустриско производство
Главен индустриски извор на CO е производителот на гас, мешавина која содржи претежно јаглерод моноксид и азот, формирана со согорување на јаглерод во воздухот на висока температура кога има вишок на јаглерод. Во рерната, воздухот се пренесува низ корито од кокс. Првично произведениот CO се рамнотежи со преостанатиот врел јаглерод за да даде CO. Реакцијата на CO со јаглерод за да се добие CO е опишана како реакција на Будуард. Над 800 °C, CO е доминантен производ:
: CO2 (g) + C (s) → 2 CO (g) (Δ''H''<sub>r</sub> = 170 kJ/mol)
Друг извор е „воден гас“, мешавина од водород и јаглерод моноксид произведени преку еднотоплинска реакција на пареа и јаглерод:
: H<sub>2</sub>O (g) + C (s) → H<sub>2</sub> (g) + CO (g) (Δ ''H''<sub>r</sub> = 131 kJ/mol)
Други слични „синтезни гасови“ може да се добијат од природен гас и други горива.
Јаглерод моноксид може да се произведе и со високотемпературна електролиза на јаглерод диоксид со ќелии за електролизатор на цврст оксид. Еден метод развиен во DTU Energy користи катализатор со цериум оксид и нема никакви проблеми со валкање на катализаторот.: 2 CO → 2 CO + O<sub>2</sub>
Јаглерод моноксидот е исто така нуспроизвод од редукцијата на металните оксидни руди со јаглерод, прикажан во поедноставена форма како што следува:
: MO + C → M + CO
Јаглерод моноксид се произведува и со директна оксидација на јаглерод во ограничено снабдување со кислород или воздух.
: 2 C + O<sub>2</sub> → 2 CO
Бидејќи CO е гас, процесот на редукција може да се води со загревање, искористувајќи ја позитивната (поволна) ентропија на реакцијата. Елингемскиот дијаграм покажува дека формирањето на CO е фаворизирано пред CO на високи температури.
6 Употреба
6.1 Хемиска индустрија
Јаглерод моноксид е индустриски гас кој има многу примени во производството на хемикалии. Големи количини алдехиди се произведуваат со реакција на хидроформилација на алкени, јаглерод моноксид и H<sub>2</sub>. Хидроформилацијата е поврзана со процесот на повисок олефин на Shell за да се добијат прекурсори на детергентите.
Фозгенот, корисен за подготовка на изоцијанати, поликарбонати и полиуретани, се произведува со поминување на прочистен јаглерод моноксид и гас хлор низ корито од порозен активен јаглен, кој служи како катализатор. Светското производство на ова соединение било проценето на 2,74 милиони тони во 1989 година : CO + Cl<sub>2</sub> → COCl<sub>2</sub>
Метанолот се произведува со хидрогенизација на јаглерод моноксид. Во поврзаната реакција, хидрогенизацијата на јаглерод моноксид е поврзана со формирање на C-C врска, како во процесот Фишер-Тропш каде јаглерод моноксид се хидрогенизира во течни јаглеводородни горива. Оваа технологија овозможува јаглен или биомаса да се претворат во дизел.
Во Катива-процесот, јаглерод моноксидот и метанолот реагираат во присуство на хомоген иридиумски катализатор и јодоводородна киселина и даваат оцетна киселина. Овој процес е одговорен за најголемиот дел од индустриското производство на оцетна киселина.
6.2 Металургија
Јаглерод моноксидот е силен редуктивен агенс и се користи во пирометалургијата за намалување на металите од рудите уште од античко време. Јаглерод моноксидот го отстранува кислородот од металните оксиди, намалувајќи ги на чист метал на високи температури, формирајќи јаглерод диоксид во процесот. Јаглерод моноксид обично не се снабдува како што е, во гасовита фаза, во реакторот, туку тој се формира на висока температура во присуство на руда што носи кислород или јаглеродно средство како кокс и висока температура. Процесот на високи печки е типичен пример за процес на редукција на метал од руда со јаглерод моноксид.
Слично на тоа, гасот од високите печки собран на врвот на високата печка, сè уште содржи околу 10% до 30% јаглерод моноксид и се користи како гориво на печките Каупер и на печките Сименс-Мартин за производство на челик со отворено огниште.
6.3 Ласери
Јаглерод моноксид исто така се користел како ласерски медиум кај инфрацрвените ласери со висока моќност.
6.4 Предложена употреба како гориво на Марс
Јаглерод моноксидот е предложен за употреба како гориво на Марс. Моторите со јаглерод моноксид/кислород се предложени за употреба во раниот површински транспорт бидејќи и јаглерод моноксидот и кислородот може директно да се произведат од атмосферата на јаглерод диоксид на Марс со електролиза на цирконија, без да се користат какви било водни ресурси на Марс за да се добие водород, кој би бил потребен за да се направи метан или кое било гориво базирано на водород.
7 Биолошки и физиолошки својства
7.1 Физиологија
Јаглерод моноксид е биоактивна молекула која делува како гасна сигнална молекула. Природно се произведува преку многу ензимски и неензимски патишта, од кои најдобро се разбира е катаболичкото дејство на хем оксигеназата врз хемот добиен од хемобелковините како што е хемоглобинот. По првиот извештај дека јаглерод моноксидот е нормален невротрансмитер во 1993 година, јаглерод моноксидот добил значително клиничко внимание како биолошки регулатор.
Поради улогата на јаглерод моноксид во телото, абнормалностите во неговиот метаболизам се поврзани со различни болести, вклучувајќи невродегенерации, хипертензија, срцева слабост и патолошки воспаленија. Во многу ткива, јаглерод моноксид делува како антиинфламаторно, вазодилататорски и поттикнувач на неоваскуларниот раст. Во студиите на животински модели, јаглерод моноксидот ја намалува сериозноста на експериментално индуцираната бактериска сепса, панкреатитис, хепатална исхемија/повреда на реперфузија, колитис, остеоартритис, повреда на белите дробови, отфрлање на трансплантација на белите дробови и невропатска болка, истовремено промовирајќи заздравување на раните на кожата. Затоа, постои значителен интерес за терапевтскиот потенцијал на јаглерод моноксидот да стане фармацевтски агенс и клинички стандард на нега.
7.1.1 Медицина
Студиите кои вклучуваат јаглерод моноксид се спроведени во многу лаборатории низ светот поради неговите антиинфламаторни и цитопротективни својства. Овие својства имаат потенцијал да се користат за да се спречи развојот на низа патолошки состојби, вклучувајќи повреда на реперфузија на исхемија, отфрлање на трансплантацијата, атеросклероза, тешка сепса, тешка маларија или автоимунитет. Многу фармацевтски иницијативи за испорака на лекови развиле методи за безбедно администрирање на јаглерод моноксид, а последователните контролирани клинички испитувања го оцениле терапевтскиот ефект на јаглерод моноксид.
7.2 Микробиологија
Микробиотата исто така може да користи јаглерод моноксид како гасотрансмитер. Чувството на јаглерод моноксид е сигнална патека олеснета од белковини како што е CooA. Обемот на биолошките улоги за чувствителноста на јаглерод моноксид сè уште е непознат.
Човечкиот микробиом произведува, троши и реагира на јаглерод моноксид. На пример, кај одредени бактерии, јаглерод моноксидот се произведува преку редукција на јаглерод диоксид со ензимот јаглерод моноксид дехидрогеназа со поволни биоенергетици за напојување низводно клеточни операции. Во друг пример, јаглерод моноксидот е хранлива материја за метаногени археи кои го намалуваат до метан користејќи водород.
Јаглерод моноксидот има одредени антимикробни својства кои се проучувани за лекување против заразни болести.
7.2.1 Наука за храна
Јаглерод моноксид се користи во системите за пакување во модифицирана атмосфера во САД, главно со свежи месни производи како говедско месо, свинско месо и риба за да изгледаат свежи. Придобивката е двојна, јаглерод моноксидот штити од микробно расипување и ја подобрува бојата на месото за привлечност на потрошувачите. Јаглерод моноксидот се комбинира со миоглобинот за да формира карбоксимиоглобин, светло-црвен пигмент. Карбоксимиоглобинот е постабилен од оксигенираната форма на миоглобин, оксимиоглобинот, кој може да се оксидира до кафеавиот пигмент метмиоглобин. Оваа стабилна црвена боја може да опстојува многу подолго отколку во нормално пакуваното месо. Типичните нивоа на јаглерод моноксид што се користат во објектите што го користат овој процес се помеѓу 0,4% и 0,5%.
Технологијата првпат добила статус „општо признаен како безбеден“ (GRAS) од страна на американската Администрација за храна и лекови (FDA) во 2002 година за употреба како секундарен систем за пакување и не бара етикетирање. Во 2004 година, FDA го одобрила CO како примарен метод на пакување, изјавувајќи дека CO не го маскира мирисот на расипување. Процесот во моментов е неовластен во многу други земји, вклучувајќи ги Јапонија, Сингапур и Европската Унија.
7.3 Токсичност
Труењето со јаглерод моноксид е најчестиот вид на фатално труење со воздух во многу земји. Центрите за контрола и превенција на болести проценуваат дека неколку илјади луѓе секоја година одат во болнички соби за да се лекуваат од труење со јаглерод моноксид. Според Министерството за здравство на Флорида, „''повеќе од 500 Американци годишно умираат од случајна изложеност на јаглерод моноксид и уште илјадници ширум САД бараат итна медицинска помош за нефатално труење со јаглерод моноксид''“. Американската асоцијација на центри за контрола на отрови (AAPCC) пријавила 15.769 случаи на труење со јаглерод моноксид што резултирало со 39 смртни случаи во 2007 година Во 2005 година, CPSC објавил 94 смртни случаи од труење со јаглерод моноксид поврзани со генератори.
Јаглерод моноксидот е безбоен, без мирис и без вкус. Како таков, тој е релативно незабележлив. Лесно се комбинира со хемоглобинот за да произведе карбоксихемоглобин кој потенцијално влијае на размената на гасови; затоа изложеноста може да биде многу токсична. Концентрации дури 667 ppm може да предизвика до 50% од телесниот хемоглобин да се претвори во карбоксихемоглобин. Нивото од 50% карбоксихемоглобин може да резултира со напади, кома и фаталност. Во Соединетите Американски Држави, Управата за безбедност и здравје при работа ги ограничува долгорочните нивоа на изложеност на работното место над 50 ppm.
Покрај тоа што влијае на испораката на кислород, јаглеродниот моноксид се врзува и за други хемобелковини како што се миоглобинот и митохондријалната цитохром оксидаза, металните и неметалните клеточни цели за да влијае на многу клеточни операции.
7.3.1 Оружување
Во античката историја, Ханибал егзекутирал римски затвореници со гасови од јаглен за време на Втората пунска војна.
Јаглерод моноксид бил користен за геноцид за време на холокаустот во некои логори за истребување, најзабележителни со гасни комбиња во Челмно и во програмата Акција Т4 „евтаназија“.