一氧化碳

一氧化碳（Carbon monoxide），分子式为碳氧，是无色、无臭、无味的无机化合物气体，比空气略轻。在水中的溶解度甚低，但易溶于氨水。空气混合爆炸极限为12.5%～74%。一氧化碳是含碳物质不完全燃烧的产物。也可以作为燃料使用，煤和水在高温下可以生成水煤气（一氧化碳与氢气的混合物）。有些现代技术，如炼铁，还是会产生副产品的一氧化碳。一氧化碳是可用作身体自然调节炎症反应的三种气体之一（其他两种是一氧化氮和硫化氢）。

由于一氧化碳与体内血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大200－300倍，而碳氧血红蛋白较氧合血红蛋白的解离速度慢3600倍，当一氧化碳浓度在空气中达到35ppm，就会对人体产生损害，会造成一氧化碳中毒（又称煤气中毒）。

虽然一氧化碳有毒，但动物代谢亦会产生少量一氧化碳，并认为有一些正常的生理功能。

## 历史

自从公元前80万年左右人类首次学会控制火势以来，人类与一氧化碳的关系就一直十分复杂。原始的穴居人很可能在将火引入住所时就发现了一氧化碳的毒性。从公元前6000年左右到青铜时代，冶金和冶炼技术的早期发展同样使人类饱受一氧化碳的困扰。除了一氧化碳的毒性之外，美洲原住民可能还透过萨满教的篝火仪式体验过一氧化碳的神经活性。

早期文明发展出神话故事来解释火的起源，例如希腊神话中的火神武尔坎努斯、帕尔玛特和普罗米修斯与人类分享火种的故事。亚里士多德（公元前384-322年）最早记录了燃烧的煤炭会产生有毒烟雾。古罗马的希腊裔医师盖伦（公元129-199年）推测，空气成分的变化会导致吸入有害物质，而一氧化碳中毒的症状出现在卡西乌斯·伊阿特罗索菲斯塔（Cassius Iatrosophista）约公元130年出版的《医学与自然问题》（Quaestiones Medicae et Problemata Naturalia）一书中。罗马帝国皇帝兼哲学家尤利安、医学作家塞利乌斯·奥雷利安努斯以及其他几位学者也记录了古代煤炭烟雾导致一氧化碳中毒的早期知识。

蒂托·李维和西塞罗的记载表明，一氧化碳在古罗马曾被用作自杀手段。皇帝卢基乌斯·维鲁斯曾用烟雾处决囚犯。许多死亡事件都与一氧化碳中毒有关，其中包括皇帝约维安、皇后法乌斯塔（君士坦丁大帝的第二任妻子）和塞内卡。因一氧化碳中毒而死亡的最引人注目的人物可能是克娄巴特拉七世或艾德加·爱伦·坡。

最早制备一氧化碳的是法国化学家约瑟夫-玛丽-弗朗索瓦·德·拉索内（1776年）。他通过加热氧化锌和碳制得了一氧化碳。但由于一氧化碳燃烧时产生了与氢气类似的蓝色火焰，de Lassone错误地认为他制得的是氢气。在1800年英国化学家William Cruikshank才证明一氧化碳是由碳元素和氧元素组成的化合物。

最早对一氧化碳的毒性进行彻底研究的是法国的生理学家克洛德·贝尔纳。在1846年，他让狗吸入这种气体，发现狗的血液“变得比任何动脉中的血都要鲜红”。现在我们知道血液变成“樱桃红色”是一氧化碳中毒的症状。

由于一氧化碳可以使血液变得非常鲜红的特点，一些肉品商人用一氧化碳处理鲜肉，可以使生肉不被氧化变色，甚至可以在10℃的温度下保存28天还如同新屠宰的肉，并因此引起非议。美国消费者协会认为即使这种处理没有害处，也会掩盖肉不新鲜的状态，即使肉品处于即将腐烂状态，消费者也不知情。

据报导，一氧化碳也用在纳粹大屠杀名为T4“安乐死”计划，纳粹德国由海乌姆诺透过货车运送气体。

## 性质

一氧化碳的摩尔质量是28.0，它比空气的摩尔质量28.8略轻。燃烧一氧化碳时会产生蓝色火焰。

## 制备

### 工业用制备

在工业上，通常采取二氧化碳在高温条件下与碳反应的原理制取：

$$\rm C + CO_2 \xrightarrow {\Delta} 2CO$$

### 实验室制备

在实验室中可将脱水剂（如浓硫酸）滴入甲酸裂解以制取一氧化碳

$$\rm HCOOH \xrightarrow {H_2SO_4}H_2O+CO$$

亦可用锌与碳酸钙加热，制得一氧化碳。

$$\rm Zn+CaCO_3 \xrightarrow{\Delta} ZnO+CaO+CO$$

### 其他

有机物在氧气不足够的环境下燃烧，会发生不完全燃烧，会生产一氧化碳。例如丙烷的不完全燃烧：

$$2C3H8 + 7O2->6CO + 8H2O$$

## 毒性

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一氧化碳是无色、无臭、无味气体，但吸入对人体有十分大的伤害。它会结合血红蛋白生成碳氧血红蛋白，碳氧血红蛋白不能提供氧气给身体组织。这种情况被称为血缺氧。浓度低至667ppm可能会导致高达50％人体的血红蛋白转换为碳合血红蛋白，可能会导致昏迷和死亡或变植物人。而香烟中亦含有一氧化碳。

最常见的一氧化碳中毒症状包括头痛、恶心、呕吐、头晕、疲劳和虚弱，另外还包括视网膜出血，以及异常樱桃红色的血。

暴露在一氧化碳中可能严重损害心脏和中枢神经系统，会有后遗症。一氧化碳可能令孕妇胎儿产生严重的不良影响。

在封闭的环境中，一氧化碳的浓度可以很容易达到造成致命的浓度。平均而言，每年在美国就有170人因一氧化碳而死。然而，根据佛罗里达州卫生署资料“每年有500多名美国人死于一氧化碳意外接触，美国各地的有数千人因一氧化碳中毒需要紧急医疗照顾” 这些可能产生一氧化碳的产品包括故障的燃料燃烧机器，如炉，炉灶，热水器和室内加热器。美国毒物控制中心协会（AAPCC）报告于2007年有39人死于一氧化碳中毒。2005年，美国消费品安全委员会报告有94宗因发电机而导致相关的一氧化碳中毒死亡。一氧化碳也是烟草燃烧产生烟雾的次要成分。

在台湾，根据内政部消防署的统计，2009-2013年间，居家一氧化碳中毒意外事件共计197件，造成 55 人死亡及 471 人受伤。多数原因皆为热水器安装不适当所致。

## 存在

一氧化碳存在于各种自然和人造环境中，以“PPM”来度量的典型浓度如下：

ppmv: 百万分率 by volume (note: 体积分数 is equal to 摩尔分数 for 理想气体 only, see 体积 (热力学))

浓度｜来源

0.1 ppmv｜大气中污染的水准（MOPITT）

0.5–5 ppmv｜居家中的平均水准

5–15 ppmv｜居家的火炉、加热器附近，现代汽车排放的废气

17 ppmv｜金星的大气

100–200 ppmv｜墨西哥市中心地区的汽车排放

700 ppmv｜火星大气层

5,000 ppmv｜家中木材燃烧的排放

7,000 ppmv｜没有触媒转化器的汽车，未经稀释的已发动汽车尾气排放

### 大气中的一氧化碳

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目前在大气中，一氧化碳是少量存在的气体，主要由火山活动产生，但也会因自然和人为的火灾（如森林大火，焚烧秸秆和甘蔗以驱赶甘蔗园里的蚊虫）所产生。燃烧化石燃料也会产生大量一氧化碳。

而一氧化碳最主要的天然来源是由对流层中的光化学反应而产生，每年产生约5 x 1012千克一氧化碳。

### 天文物理

在地外的星际介质中，一氧化碳十分常见，其分布之广，仅次于氢分子，排名第二。由于一氧化碳的分子不对称，其辐射出的谱线远比氢分子明亮，因而更容易侦测到。1970年，电波望远镜首次在星际空间中侦测到一氧化碳。由于氢分子只能用紫外线检测，过程中必须使用太空望远镜，时至今日，一氧化碳已成为在星系中检测分子时，最常用的示踪物。恒星形成过程大多发生于分子云内，科学家观测一氧化碳后，对分子云的认识大有增长。

## 基本资料

- ImageNameL1：一氧化碳分子结构
- ImageNameR1：一氧化碳空间填充结构
- 域：model of carbon monoxide
- IUPACName：carbon monoxide
- 其他名称：烟道气（flue gas）、carbonous oxide、carbon(II) oxide
- InChI：1/CO/c1-2
- InChIKey：UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYAT
- CASNo：630-08-0
- PubChem：281
- ChemSpiderID：275
- UNII：7U1EE4V452
- EINECS：211-128-3
- UNNumber：1016
- KEGG：D09706
- MeSHName：Carbon+monoxide
- ChEBI：17245
- RTECS：FG3500000
- 3D模型（JSmol）：C-#O+
- StdInChI：1S/CO/c1-2
- StdInChIKey：UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N
- Beilstein：3587264
- Gmelin：421
- 化学式：CO
- MolarMass：28.0101
- 外貌：无色无味气体
- 密度：（液）0.789 g/cm³、0 °C 1 atm, 1.250 g/L、25 °C 1 atm, 1.145 g/L
- 水溶性：0.0026 g/100 mL（20 °C）
- SolubleOther：易溶于氯仿，乙酸，乙酸乙酯，乙醇，氨水
- MeltingPt：-205 °C
- BoilingPt：-192.5 °C
- Dipole：0.112 D（3.74×10−31 C·m）
- NFPA-H：3
- NFPA-F：4
- NFPA-R：0
- RPhrases：极度易燃-吸入剧毒-有累积毒性的危险品-长期接触严重危害健康-可能对胎儿造成伤害
- SPhrases：容器必须储放于通风良好的地方-远离燃点 - 禁烟-预防静电-发生事故或感到不适时立即求医，可能的话出示标签-防止暴露：使用前需获特别指导-意外吸入时，移动伤者至通风空气清新处并保持休息
- FlashPt：−191 °C
- Autoignition：609 °C
- 类型：氧化物
- OtherFunctn：二氧化碳，二氧化三碳，一氧化二碳，三氧化碳
- OrbitalHybridisation：氧和碳各形成两个sp混层轨域