Угарный газ, свойства, физиологическое действие на организм

Оксид углерода CO(II) — угарный газ

Оксид углерода CO(II) или монооксид углерода — бесцветный газ, не имеющий запаха, плохо растворимый в воде.

Оксид углерода CO(II) рядовому обывателю более известен, как угарный газ, который стал причиной трагических смертей десятков тысяч людей.

В молекуле оксида углерода (II) атомы кислорода и углерода соединены тройной связью.

  • кислорода — 1s 2 2s 2 2p 4
  • углерода — 1s 2 2s 2 2p 2

У обоих элементов имеется по два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне, которые и образуют две ковалентные связи (обозначены зеленым цветом). Третья связь образуется по донорно-акцепторному принципу — атом углерода (акцептор) предоставляет свою свободную орбиталь (желтая ячейка), на которой размещается электронная пара кислорода (донор) (красный цвет).

В молекуле угарного газа атом углерода принимает валентность 3, но степень окисления +2. По этой причине, для оксида углерода CO(II) характерны реакции присоединения, в которых он играет роль восстановителя:

  • на воздухе оксид углерода CO(II) горит, образуя углекислый газ:
    2C +2 O+O2 0 = 2C +4 O2↑+Q
  • восстановительные свойства угарного газа нашли широкое применение в металлургических процессах получения металлов из их оксидов (руд):
    CO+FeO = CO2↑+Fe
    CO+CuO = CO2↑+Cu
  • в присутствии угля, который выполняет роль катализатора, на свету угарный газ взаимодействует с хлором с образованием отравляющего вещества фосген:
    CO+Cl2 = COCl2

Поскольку монооксид углерода не образует солей, при н.у. угарный газ не взаимодействует с кислотами и щелочами.

В промышленных целях угарный газ получают взаимодействием углекислого газа с раскаленным углем:
CO2+C = 2CO

В лабораторных условиях CO получают действием концентрированной серной кислоты на муравьиную кислоту при высокой температуре:
HCOOH → CO↑ + H2O

Угарный газ также образуется в процессе неполного сгорания топлива:
CH4+1½O2 = CO+2H2O

Именно такие случаи приводят зачастую к непоправимым трагедиям, — люди «угорают», чаще всего в домах с печным отоплением, когда в целях сохранения тепла на ночь закрывается заслонка, препятствующая выходу продуктов горения в вытяжную трубу, но при этом дрова или уголь еще полностью не перегорели. В результате чего, образующийся угарный газ накапливается в помещении, и люди, вдыхая его во сне, умирают.

Второй, самый распространенный случай гибели людей от угарного газа — вдыхание выхлопных газов автомобиля с двигателем внутреннего сгорания в закрытом, плохо проветриваемом помещении. Сколько таких случаев было, когда водители грелись и погибали в закрытых гаражах.

Почему умирают от вдыхания угарного газа

Все дело в гемоглобине, который содержится в красных кровяных тельцах — эритроцитах. Гемоглобин — это белок, который транспортирует кислород от легких к тканям человека. Коварность угарного газа заключается в том, что CO легко преодолевает альвеолярно-капиллярную мембрану, после чего растворяется в плазме крови, и начинает «цепляться» к эритроцитам, вытесняя из гемоглобина кислород с образованием карбоксигемоглобина — в молекуле гемоглобина молекулы угарного газа соединяются с атомами железа, после чего кислород остается «не при делах». Данная реакция происходит по причине того, что монооксид углерода в 250(!) раз более активно вступает в реакцию с гемоглобином, нежели кислород. Таким образом, поступление кислорода к тканям организма нарушается, и в течение короткого времени наступает смерть человека, который задыхается «изнутри».

Концентрация угарного газа 1,2% в воздухе является смертельной — достаточно всего нескольких вдохов, чтобы человек потерял сознание, смерть наступает в течение 2-3 минут.

Оксид углерода CO2(IV) — углекислый газ

Молекула углекислого газа имеет линейное строение (углерод имеет валентность 4, и степень окисления +4):

Атомы углерода и кислорода связаны ковалентными полярными связями, но сама молекула неполярна.

Углекислый газ (диоксид углерода) также, как и угарный газ, не имеет цвета, запаха, плохо растворим в воде, но, растворяется лучше, чем CO. При низких температурах углекислота переходит в жидкое, а затем в твердое состояние (сухой лед).

Читайте также:  Удаление новообразований век (атеромы, папилломы, моллюски) в Красноярске по доступной цене

Углекислый газ реагирует со следующими веществами:

  • при растворении в воде образует угольную кислоту:
    CO2+H2O = H2CO3
  • с основными оксидами и основаниями CO2 взаимодействует, как кислотный оксид, образуя соли, которые называются карбонатами:
    Na2O+CO2 = Na2CO3
  • при высоких температурах углекислый газ проявляется свойства окислителя — активные металлы могут гореть в среде углекислого газа, отнимая у него кислород:
    CO2+C = 2CO
    CO2+2Mg = 2MgO+C

Получение и применение углекислого газа

  • в промышленности — обжигом известняка:
    CaCO3 = CaO+CO2
  • в лаборатории — действием кислоты на соли угольной кислоты:
    Na2CO3+2HCl = 2NaCl+H2O+CO2
  • в природе углекислый газ выделяется при гниении и горении органических веществ:
    C+O2 = CO2

Углекислый газ нашел широкое применение в пищевой промышленности, в качестве основного компонента газированных напитков. Сухой лед применяется в качестве охладителя. Углекислотные огнетушители применяются при тушении похара, если температура горения не превышает 1000°C.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Взаимодействие газовой атмосферы со сталью при нагреве

Диффузионный процесс взаимодействия между кислородом воздуха и содержащими кислород компонентами газовой атмо­сферы, с одной стороны, и железом, а также легирующими элементами, с другой стороны, называют окислением стали. Газами, которые не только окисляют, но и обезуглероживают поверхность стали, являются углекислый газ (СО2) и водяной пар (H2O).

Железо с кислородом образуют ряд химических соединений: FeO — закись железа, Fe3O4 — окись-закись железа, Fe2O3 — окись железа. При температурах ниже 570°C образование за­киси железа исключено. При окислении железа выше 570°C образуются окислы Fe2O3, Fe3O4, FeO. Слой окалины растет вследствие диффузии железа и легирующих элементов к по­верхности металла и встречной диффузии кислорода во вну­тренние слои металла.

Основными реакциями взаимодействия газов со сталью являются:

2Fe + О2 = 2FeO (1)
3Fe + 2О2 = Fe3O4 (2)
4Fe + ЗО2 = 2Fe2O3 (3)

возможны также реакции:

Взаимодействие водяного пара с железом при температурах ниже 570°С протекает по реакциям:

при температурах выше 570°С — по реакции (6) и дополнительно по реакциям:

Взаимодействие двуокиси углерода с железом при темпе­ратурах ниже 570°С протекает по реакциям:

при температурах выше 570°С — по реакции (10) и дополни­тельно по реакциям:

СО2 + 3FeO Fe3O4 + СО (12)
СО2 + Fe FeO + СО (13)

Реакция взаимодействия железа с водяным паром (H2О) сопровождается выделением тепла, т.е. является экзотермиче­ской. Реакция взаимодействия двуокиси углерода с железом сопровождается поглощением тепла, т.е. является эндотерми­ческой.

На рисунке 1 приведены теоретические кривые равновесия реак­ций окисления — восстановления железа с двуокисью и окисью углерода и водяным паром и водородом.

Кривые 1 и 2 (рисунок 1) представлены так, что в левой части от кривых расположены области восстановления железа, а в правой части — области окисления железа.

Окислительная способность двуокиси углерода с понижением температуры уменьшается, а с повышением температуры увеличивается (рисунок 1, кривая 1). При температуре ниже 500°C двуокись углерода не может окислять железо. Константа равновесия, представляющая отношение парциальных давлений двуокиси углерода к окиси углерода, изменяется от 0.27 до единицы при снижении температуры газовой атмосферы с 1300 до 500°С. Окислительная способность водяных паров с пони­жением температуры увеличивается, а с повышением темпера­туры уменьшается (рисунок 1, кривая 2). Константа равновесия, представляющая отношение парциальных давлений водяного пара к водороду, при снижении температуры с 1300 до 370°C изменяется от 0.85 до 0.07.

В сложной газовой атмосфере имеющей в своем составе окись углерода, двуокись углерода, водород и водяной пар, протекают реакции:

CO + Н2 C + Н2О (14)
СО + Н2О СО2 + Н2 (15)

Для безокислительного нагрева необходимо иметь отношение газов-окислителей в защитной атмосфере (в объемных процентах) во всём интервале рабочих температур в соответствии с кривыми равновесия, представлен­ными на рисунке 1.

Читайте также:  Всегда ли повышенный ХГЧ говорит о беременности Помощь маме!

Большое влияние на степень окисления железа оказывает присутствие в контролируемой атмосфере сернистых соединений SO2 и H2S. Если содержание SO2 в контролируемой атмосфере увеличивается от 0.1 до 0.5%, то окислительная способность этой атмосферы увеличивается примерно в 3 раза. SO2 и H2S понижают точку плавления окалины железа, вследствие чего оплавляющаяся окалина обнажает все новые слои металла, что сильно увеличивает потери металла. Необходимо тщательно очищать контролируемые атмосферы от SO2 и H2S и не допускать их остаточного содержания в газе свыше 0.005%.

Помимо окисления, стальные детали могут науглероживаться или обезуглероживаться. Обезуглероживание стали — это диф­фузионный процесс взаимодействия кислорода воздуха или кислородсодержащих компонентов газовой среды с углеродом стали, приводящий к частичному или полному удалению угле­рода из поверхностных слоев стали.

Диффузионный процесс, при котором поверхностные слои стали насыщаются углеродом, является науглероживанием или цементацией. Этот процесс протекает в три этапа:

При цементации имеют место следующие реакции:

При насыщении углеродом у-твердого раствора железа — аустенита сверх предела растворимости протекают реакции с образованием карбида железа — цементита:

3Fe + 2CO Fe3C + CO2 (18)
3Fe+ СН4 Fe3C + 2Н2 (19)
3Fe + СО + Н2 Fe3C + Н2О (20)

Одновременно в газовой атмосфере могут протекать реакции с образованием углерода (сажи).

На рисунке 2 показаны типичные теоретические равновесные кривые реакции (18) для углеродистых сталей с различным содержанием углерода.

Если известны температура нагрева стали и заданная концентрация углерода, то по кривым равновесия можно найти соответствующую точку на оси ординат, по которой определяется константа равновесия и вычислить процентное содержание окиси и двуокиси углерода в равновесной га­зовой атмосфере.

При анализе взаимодейст­вия по реакции (19) необходимо учитывать, что диффузия углерода в железо, при взаи­модействии метана с железом, протекает активнее, чем окиси углерода с железом по реакции (18). Активность метана по сравнению с активностью окиси углерода при взаимодействии их с железом в темпе­ратурном интервале от 800 до 1100°С возрастает в 8 — 400 раз (таблица 1).

Кроме этого, условия равновесия между газовой фазой и сталью сильно изменяются при различной степени насыщения углеродом аустенита стали. При постоянном значении констан­ты равновесия обезуглероживающая способность атмосферы СО — СО2 увеличивается с повышением температуры, науглероживание железа при этих условиях уменьшается (см. рисунок 2).

Сравнительная степень активности углерода, выделяющегося из окиси углерода и метана при диффузии в железо

Углерод

Углерод

Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

Общая характеристика элементов IVa группы

От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 2 :

  • C — 2s 2 2p 2
  • Si — 3s 2 3p 2
  • Ge — 4s 2 4p 2
  • Sn — 5s 2 5p 2
  • Pb — 6s 2 6p 2

Природные соединения

В природе углерод встречается в виде следующих соединений:

  • Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
  • MgCO3 — магнезит
  • CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
  • CaCO3*MgCO3 — доломит

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

Химические свойства
  • Реакции с неметаллами

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

Реакции с металлами

При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

Читайте также:  Индекс распределения эритроцитов RDW SD понижен у ребенка или повышен, норма в анализе крови

Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)

Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)

Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

SiO2 + C → (t) Si + CO

Может восстановить и собственный оксид:

Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

Реакции с кислотами

В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

Оксид углерода II — СO

Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

Химические свойства

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

FeO + CO → Fe + CO2

Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

Оксид углерода IV — CO2

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

Химические свойства

    Реакция с водой

В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

Реакции с основными оксидами и основаниями

В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)

KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)

При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

Zn + CO2 → (t) ZnO + CO

Угольная кислота

Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

Химические свойства

Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.

Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа — помутнение исчезало.

Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.

Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H2CO3 — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

Li2CO3 + CO2 + H2O → LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)

Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.

Нагревание солей угольной кислоты

При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Ссылка на основную публикацию
УВЧ 80 3 Ундатерм аппарат для физиотерапии с регистрационным удостоверением по цене производителя
Аппарат увч ундатерм ГАУЗ Азнакаевская ЦРБ Общая информация История Администрация Новости Фотогалерея Режим работы Диспансеризация Регламентирующие документы Бесплатная МП в...
У грудничка запор что делать, как помочь, если новорожденный на грудном вскармливании (свечи, слабит
Что делать, если у грудничка запор? Советы и рекомендации гастроэнтеролога Если вы являетесь родителем, то, вероятно, следите за каждым смехом...
У девочки чешется интимное место почему это происходит, в чем причина дискомфорта, как избавиться от
Воспалительные заболевания половых органов у девочек Виды воспалений гениталий у девочек Воспалительные болезни половых органов у девочек в подростковом и...
УВЧ-терапия – что это такое, расшифровка и применение в физиотерапии
УВЧ терапия - отзыв УВЧ терапия. Вред? Имеет ли смысл проходить УВЧ при пневмонии у ребенка? + опыт взрослого Наверное,...
Adblock detector