一酸化炭素
炭素や、それを含む有機物が燃焼すると二酸化炭素が発生するが、酸素の供給が不充分な環境で燃焼(不完全燃焼)が起こると一酸化炭素が発生する。さらに高温あるいは触媒存在下では C と CO2 とに分解(不均化)し、一酸化炭素自身も酸素の存在下で青い炎を上げて燃焼する。
2 CO ⟶ C + CO 2 {\displaystyle {\ce {2CO -> C + CO2}}}
高温では強い還元作用を示し、各種重金属酸化物を還元して単体金属を生成する。常温では遷移金属に配位して種々の金属カルボニルを形成する。その中のニッケルカルボニル (Ni(CO)4) は、かつてニッケル精製の中間体として用いられていた。
一酸化炭素は、二酸化炭素と異なり水にはほとんど溶けない。
この分子は様々な点で窒素分子(N2)に似ている。分子量28.0で窒素分子とほぼ同じ。結合長は112.8 pmに対して窒素は109.8 pm。三重結合性を帯びるところも同じである。結合解離エネルギーは1072 kJ/molで窒素の942 kJ/molに近いがそれより強く、知られている最強の化学結合の一つである。これらの理由から、融点 (68 K)・沸点 (81 K)も窒素の融点 (63 K)・沸点(77 K)と近くなっている。
上のような3つの共鳴構造を持つ。だが三重結合性が強いため、電気陰性度がC<Oであるにもかかわらず、炭素原子上に負電荷が乗った一番左の構造の寄与が大きい。全体として電子は炭素原子側に偏り、双極子モーメントは0.122 Dとなる。また、σ軌道は71%、π軌道は77%酸素原子側に分極している。
基底状態は一重項状態なので不対電子はない。
工業的には 800 °C 以上(普通は 1,000 °C 程度)に加熱したコークスと水(水蒸気)を反応させて作られる水性ガスから得られる。その反応は、
C + H 2 O ⟶ CO + H 2 {\displaystyle {\ce {C + H2O -> CO + H2}}}
である。上記反応で右方向( ⟶ {\displaystyle {\ce {->}}} )への反応は吸熱反応であり、反応進行とともに温度が下がる。ここで排気弁を閉じ、空気を注入するとコークスが燃焼して温度が上昇するので、再び水蒸気を注入して一酸化炭素と水素を生成させる。これを繰り返してコークスがなくなったら、次のバッチを充填して反応を開始する。
実験室で作る時は、ギ酸を濃硫酸で脱水するとできる。この時、
HCOOH ⟶ H 2 O + CO ↑ {\displaystyle {\ce {HCOOH -> H2O + CO (^)}}}
の反応が起こる。一酸化炭素は水に溶けにくいので、水上置換で集めることができる。
また、シュウ酸を濃硫酸で脱水し、熱することでもできる。この場合、同時に発生する二酸化炭素を強塩基の水溶液で除く必要がある。
( COOH ) 2 ⟶ CO + CO 2 + H 2 O {\displaystyle {\ce {(COOH)2 -> CO + CO2 + H2O}}}