Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович
§ 52. Карбон(IІ) оксид
Фізичні властивості та будова молекули
Карбон(ІІ) оксид CO називають чадним газом за здатність спричиняти чад — тяжке отруєння людини. Це безбарвний газ, що не має запаху, погано розчинний у воді. Так званий «запах чадного газу» насправді є запахом органічних домішок. На відміну від вуглекислого газу за звичайних умов він не реагує ані з водою, ані з розчинами лугів, тому належить до несолетворних оксидів. За фізичними властивостями можна дійти висновку, що у твердому стані для карбон(II) оксиду характерні молекулярні кристалічні ґратки.
Чадний газ має низьку температуру кипіння (-192 °С), тому погано поглинається активованим вугіллям. Через це протигази, якими користуються пожежники, містять гопкаліт — каталізатор на основі оксидів перехідних металів, за наявності якого карбон(ІІ) оксид окиснюється до вуглекислого газу вже за кімнатної температури.
У молекулі карбон(ІІ) оксиду між атомами Карбону й Оксигену утворюється потрійний зв’язок, хоча ступінь окиснення Карбону дорівнює +2. Два зв’язки утворюються за обмінним механізмом за рахунок двох неспарених електронів Карбону і двох електронів Оксигену. Однак в атомі Карбону залишається вільна орбіталь, а в атома Оксигену є ще дві неподілені електронні пари. Завдяки цьому між атомами утворюється ще один зв’язок, але за донорно-акцепторним механізмом. На структурній формулі його позначають стрілкою:
Унаслідок утворення потрійного зв’язку молекула карбон(ІІ) оксиду дуже міцна, енергія зв’язку в ній порівнянна з енергією зв’язку в молекулі азоту.
Методи добування і хімічні властивості
• У промисловості карбон(ІІ) оксид добувають пропусканням вуглекислого газу крізь розпечене вугілля і збирають над розчином лугу:
СО2 + С = 2СО
• У лабораторії карбон(ІІ) оксид добувають розкладанням солей метанової кислоти:
Чадний газ горить яскравим синім полум’ям:
2СО + О2 = 2СО2
Горіння карбон(ІІ) оксиду можна спостерігати і в домашніх умовах, коли ми запалюємо сірник. Синя смуга в нижній частині полум’я — це зона горіння чадного газу, який утворюється під час неповного згоряння деревини. Якщо в добре розтопленій печі закрити дверцята, через які надходить повітря, і заслінку в трубі, то утворений вуглекислий газ буде відновлюватися вугіллям до чадного газу. Це може призвести до тяжкого отруєння.
Карбон(ІІ) оксид утворюється також під час роботи двигунів внутрішнього згоряння, його вміст у вихлопних газах може сягати 10 % (за об’ємом). Відомі випадки отруєння вихлопними газами в погано провітрюваних гаражах. Уміст CO у вихлопних газах необхідно жорстко контролювати.
Як і вуглець, чадний газ відновлює метали з оксидів, окиснюючись при цьому до вуглекислого газу:
СuО + СО = Сu + СО2
Цю властивість використовують для промислового добування металів з їхніх оксидів.
Фізіологічна дія на організм людини
Чадний газ дуже отруйний. У людини головний біль і запаморочення виникають уже за його концентрації в повітрі 0,09 % (за об’ємом). У разі отруєння чадним газом виникають шум у вухах, задишка, серцебиття, мерехтіння в очах, почервоніння обличчя, нудота й іноді блювота. Якщо в 1 л повітря міститься 10 мл чадного газу, смерть настає майже миттєво. У випадку отруєння чадним газом потерпілого слід якнайшвидше винести на свіже повітря, а за необхідності зробити штучне дихання.
Потрапляючи в організм людини, карбон(II) оксид реагує з гемоглобіном крові. Гемоглобін — складна органічна речовина, що містить Ферум. У легенях він утворює нестійку сполуку з киснем, яку кров розносить по всьому тілу. Поступово розкладаючись, вона забезпечує киснем усі тканини організму. Однак карбон(II) оксид поглинається кров’ю майже в 10 000 разів краще, ніж кисень, тому, з’єднавшись із чадним газом, гемоглобін втрачає здатність переносити кисень.
Застосування
• Переважну кількість чадного газу використовують для відновлення металів з оксидів. Причому чадний газ утворюється безпосередньо в доменній пічі, що дозволяє не добувати його в окремих пристроях.
• У промисловості чадний газ одержують під час газопарової конверсії вугілля (обробки вугілля перегрітою водяною парою) або в газогенераторах під час неповного згоряння коксу.
• Карбон(П) оксид є сировиною для добування метилового спирту та деяких інших органічних речовин.
Ключова ідея
Чадний газ — поширена, але дуже небезпечна речовина.
Запитання та завдання
313. Схарактеризуйте фізичні й хімічні властивості карбон(ІІ) оксиду, методи його добування та застосування.
314. Поясніть, чому хімічний зв'язок у молекулі карбон(ІІ) оксиду надзвичайно міцний.
315. Чому карбон(ІІ) оксид є токсичною речовиною? Назвіть перші ознаки отруєння чадним газом. Що потрібно робити в разі отруєння?
316. Обчисліть масу плюмбум(ІІ) оксиду, що можна відновити карбон(ІІ) оксидом об'ємом 56 л (н. у.).
317. Окисненням вугілля масою 1 кг одержали карбон(ІІ) оксид. Обчисліть масу заліза, що можна добути із залізної окалини Fe3O4, використовуючи цю кількість чадного газу. Припустіть, що все вугілля перетворилося на карбон(ІІ) оксид.
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України