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.