תגובת פחמן חד חמצני וכלור. תכונות פיזיקליות של פחמן חד חמצני: צפיפות, קיבולת חום, מוליכות תרמית CO
פחמן חד חמצני (פחמן חד חמצני, פחמן חד חמצני, פחמן(II) חד חמצני) הוא גז חסר צבע, רעיל במיוחד, חסר טעם וריח, קל יותר מאוויר (בתנאים רגילים). נוסחה כימית - CO.
מבנה מולקולה
בשל נוכחות של קשר משולש, מולקולת CO חזקה מאוד (אנרגיית דיסוציאציה 1069 קילו-ג'ל/מול, או 256 קק"ל/מול, שהיא גדולה מזו של כל מולקולה דו-אטומית אחרת) ובעלת מרחק בין-גרעיני קטן ( ד C≡O =0.1128 ננומטר או 1.13 Å).
המולקולה מקוטבת חלשה, מומנט הדיפול החשמלי שלה μ = 0.04⋅10 −29 Cm. מחקרים רבים הראו שהמטען השלילי במולקולת ה-CO מרוכז באטום הפחמן C − ←O + (כיוון מומנט הדיפול במולקולה הפוך לזה שהונח בעבר). אנרגיית יינון 14.0 eV, כוח צימוד קבוע ק = 18,6 .
נכסים
פחמן(II) חד חמצני הוא גז חסר צבע, חסר טעם וריח. דָלִיק מה שנקרא "ריח" פחמן חד חמצני"הוא למעשה ריח של זיהומים אורגניים.
| אנרגיית גיבס סטנדרטית להיווצרות Δ G | −137.14 קילו ג'ל/מול (ג) (ב-298 K) |
| אנטרופיה של חינוך סטנדרטי ס | 197.54 J/mol K (g) (ב-298 K) |
| קיבולת חום טוחנת סטנדרטית ג עמ' | 29.11 J/mol K (g) (ב-298 K) |
| אנטלפיה התכה Δ ח pl | 0.838 קילו-ג'יי/מול |
| אנתלפיה של רתיחה Δ חחֲבִילָה | 6.04 קילו-ג'יי/מול |
| טמפרטורה קריטית טכרתים | −140.23 מעלות צלזיוס |
| לחץ קריטי פכרתים | 3.499 MPa |
| צפיפות קריטית ρ קריט | 0.301 גרם/ס"מ³ |
סוגים עיקריים תגובה כימיתשבהן מעורב פחמן(II) חד חמצני הן תגובות הוספה ותגובות חיזור, שבהן הוא מפגין תכונות מפחיתות.
בטמפרטורת החדר, CO אינו פעיל; הפעילות הכימית שלו גדלה באופן משמעותי בחימום ובתמיסות. לפיכך, בתמיסות הוא מפחית מלחים, , ואחרים למתכות כבר בטמפרטורת החדר. כאשר הוא מחומם, הוא גם מפחית מתכות אחרות, למשל CO + CuO → Cu + CO 2. הוא נמצא בשימוש נרחב בפירומטלורגיה. השיטה לזיהוי איכותי של CO מבוססת על התגובה של CO בתמיסה עם פלדיום כלוריד, ראה להלן.
החמצון של CO בתמיסה מתרחש לעתים קרובות בקצב ניכר רק בנוכחות זרז. בעת בחירת האחרון, התפקיד העיקרי הוא שיחק על ידי אופי חומר החמצון. לפיכך, KMnO 4 מחמצן את CO במהירות הגבוהה ביותר בנוכחות כסף מרוסק דק, K 2 Cr 2 O 7 - בנוכחות מלחים, KClO 3 - בנוכחות OsO 4. באופן כללי, CO דומה בתכונותיו המפחיתות למימן מולקולרי.
מתחת ל-830 מעלות צלזיוס הגורם המפחית החזק יותר הוא CO, ומעליו מימן. לכן, שיווי משקל התגובה
H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O+CO\rightleftarrows CO_(2)+H_(2))))עד 830 מעלות צלזיוס מוזז ימינה, מעל 830 מעלות צלזיוס שמאלה.
מעניין לציין שיש חיידקים שבאמצעות חמצון של CO משיגים את האנרגיה הדרושה להם לחיים.
חד תחמוצת הפחמן (II) בוער בלהבה של צבע כחול(טמפרטורת תחילת תגובה 700 מעלות צלזיוס) באוויר:
2 C O + O 2 → 2 C O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CO+O_(2)\rightarrow 2CO_(2)))) (Δ G° 298 = −257 קילו-ג'יי, Δ ס° 298 = −86 J/K).טמפרטורת הבעירה של CO יכולה להגיע ל-2100 מעלות צלזיוס. תגובת הבעירה היא תגובת שרשרת, והיזמים הם כמויות קטנות של תרכובות המכילות מימן (מים, אמוניה, מימן גופרתי וכו')
בזכות כזה טוב ערך קלורי, CO הוא מרכיב של תערובות גז טכניות שונות (ראה, למשל, גז מחולל), המשמש, בין היתר, לחימום. חומר נפץ כאשר הוא מעורבב עם אוויר; גבולות ריכוז תחתונים ועליונים של התפשטות הלהבה: מ-12.5 עד 74% (בנפח).
הלוגנים. הגדול ביותר שימוש מעשיקיבל תגובה עם כלור:
C O + C l 2 → C O C l 2. (\displaystyle (\mathsf (CO+Cl_(2)\rightarrow COCl_(2))).)על ידי תגובה של CO עם F 2, בנוסף לקרבוניל פלואוריד COF 2, ניתן להשיג את תרכובת החמצן (FCO) 2 O 2. מאפייניו: נקודת התכה -42 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה +16 מעלות צלזיוס, בעלת ריח אופייני (בדומה לריח האוזון), בחימום מעל 200 מעלות צלזיוס, מתפרקת בצורה נפיצה (תוצרי תגובה CO 2, O 2 ו-COF 2 ), במדיום חומצי מגיב עם אשלגן יודיד לפי המשוואה:
(F C O) 2 O 2 + 2 K I → 2 K F + I 2 + 2 C O 2. (\displaystyle (\mathsf ((FCO)_(2)O_(2)+2KI\rightarrow 2KF+I_(2)+2CO_(2).))))פחמן(II) חד חמצני מגיב עם כולקוגנים. עם גופרית הוא יוצר פחמן גופרתי COS, התגובה מתרחשת בחימום, לפי המשוואה:
C O + S → C O S (\displaystyle (\mathsf (CO+S\rightarrow COS)))) (Δ G° 298 = −229 קילו-ג'יי, Δ ס° 298 = −134 J/K).כמו כן התקבלו פחמן סלנוקסיד COSe ופחמן טלורוקסיד COTe.
משחזר SO 2:
2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S. (\displaystyle (\mathsf (2CO+SO_(2)\rightarrow 2CO_(2)+S.))))עם מתכות מעבר הוא יוצר תרכובות דליקות ורעילות - קרבונילים, כגון , , , וכו'. חלקם נדיפים.
n C O + M e → [ M e (C O) n ] (\displaystyle (\mathsf (nCO+Me\rightarrow )))פחמן(II) חד חמצני מסיס מעט במים, אך אינו מגיב איתו. זה גם לא מגיב עם תמיסות של אלקליות וחומצות. עם זאת, הוא מגיב עם נמס אלקלי כדי ליצור את הפורמטים המתאימים:
C O + K O H → H C O O K . (\displaystyle (\mathsf (CO+KOH\rightarrow HCOOK.)))התגובה של חד תחמוצת הפחמן (II) עם מתכת אשלגן בתמיסת אמוניה היא מעניינת. זה מייצר את תרכובת הנפץ אשלגן דיוקסודיקרבונט:
2 K + 2 C O → K 2 C 2 O 2. (\displaystyle (\mathsf (2K+2CO\rightarrow K_(2)C_(2)O_(2.))) x C O + y H 2 → (\displaystyle (\mathsf (xCO+yH_(2)\rightarrow )))אלכוהולים + אלקנים ליניאריים.תהליך זה הוא מקור הייצור של מוצרים תעשייתיים חשובים כמו מתנול, סולר סינטטי, אלכוהול רב-הידרי, שמנים וחומרי סיכה.
פעולה פיזיולוגית
רַעֲלָנוּת
פחמן חד חמצני הוא רעיל מאוד.
ההשפעה הרעילה של פחמן חד חמצני (II) נובעת מהיווצרות קרבוקסיהמוגלובין - קומפלקס קרבונילי חזק בהרבה עם המוגלובין, בהשוואה לקומפלקס של המוגלובין עם חמצן (אוקסיהמוגלובין). כך נחסמים תהליכי הובלת החמצן והנשימה התאית. ריכוזים באוויר של יותר מ-0.1% מובילים למוות תוך שעה.
- יש לשאת את הקורבן אליו אוויר צח. עבור הרעלה קלה, היפרונטילציה של הריאות עם חמצן מספיקה.
- אוורור מלאכותי.
- לובלין או קפאין מתחת לעור.
- קרבוקסילאז לווריד.
הרפואה העולמית אינה מכירה תרופות נגד אמינות לשימוש במקרים של הרעלת פחמן חד חמצני.
הגנת פחמן(II).
פחמן חד חמצני אנדוגני
פחמן חד חמצני אנדוגני מיוצר בדרך כלל על ידי תאים בבני אדם ובעלי חיים ומשמש כמולקולת איתות. הוא משחק את המפורסם תפקיד פיזיולוגיבגוף, במיוחד, הוא נוירוטרנסמיטר וגורם להרחבת כלי דם. בשל תפקידו של פחמן חד חמצני אנדוגני בגוף, הפרעות בחילוף החומרים שלו קשורות מחלות שונות, כגון מחלות ניווניות עצביות, טרשת עורקים של כלי דם, יתר לחץ דם, אי ספיקת לב, תהליכים דלקתיים שונים.
פחמן חד חמצני אנדוגני נוצר בגוף עקב ההשפעה המחמצנת של האנזים heme oxygenase על heme, שהוא תוצר של הרס של המוגלובין ומיוגלובין, כמו גם חלבונים אחרים המכילים heme. תהליך זה גורם להיווצרות כמות קטנה של קרבוקסיהמוגלובין בדמו של אדם, גם אם האדם אינו מעשן ואינו נושם אוויר אטמוספרי (המכיל תמיד כמויות קטנות של פחמן חד חמצני אקסוגני), אלא חמצן טהור או תערובת של חנקן וחמצן.
בעקבות העדויות הראשונות ב-1993 שפחמן חד חמצני אנדוגני הוא נוירוטרנסמיטר נורמלי בגוף האדם, כמו גם אחד משלושה גזים אנדוגניים המווסתים בדרך כלל תגובות דלקתיותבגוף (השניים האחרים הם תחמוצת החנקן (II) ומימן גופרתי), פחמן חד חמצני אנדוגני משך תשומת לב רבה מצד רופאים וחוקרים כמווסת ביולוגי חשוב. ברקמות רבות, כל שלושת הגזים לעיל הוכחו כנוגדי דלקת, מרחיבי כלי דם, וגם מעוררים אנגיוגנזה. עם זאת, לא הכל כל כך פשוט וחד משמעי. אנגיוגנזה - לא תמיד השפעה מועילה, שכן הוא, במיוחד, ממלא תפקיד בצמיחת גידולים ממאירים, והוא גם אחד הגורמים לנזק ברשתית במהלך ניוון מקולרי. במיוחד חשוב לציין כי עישון (המקור העיקרי לפחמן חד חמצני בדם, המייצר ריכוזים גבוהים פי כמה מהייצור הטבעי) מעלה פי 4-6 את הסיכון לניוון מקולרי של הרשתית.
יש תיאוריה שבסינפסות מסוימות תאי עצבים, במקום שבו מתרחשת אחסון מידע ארוך טווח, התא הקולט, בתגובה לאות המתקבל, מייצר פחמן חד חמצני אנדוגני, המעביר את האות בחזרה לתא המשדר, ובכך מודיע לו על נכונותו להמשיך לקבל ממנו אותות. הגברת הפעילות של תא משדר האותות. חלק מתאי העצב הללו מכילים גואנילט ציקלאז, אנזים המופעל על ידי חשיפה לפחמן חד חמצני אנדוגני.
מחקר על תפקידו של פחמן חד חמצני אנדוגני כחומר אנטי דלקתי וציטופרוקטור בוצע במעבדות רבות ברחבי העולם. תכונות אלו של פחמן חד חמצני אנדוגני הופכות את הפרעה לחילוף החומרים שלו ליעד טיפולי מעניין לטיפול במחלות שונות כל כך. מצבים פתולוגיים, כגון נזק לרקמות שנגרם על ידי איסכמיה ו-reperfusion שלאחר מכן (וזה, למשל, אוטם שריר הלב, שבץ איסכמי), דחיית השתלה, טרשת עורקים של כלי הדם, אלח דם חמור, מלריה חמורה, מחלות אוטואימוניות. נערך כולל ניסויים קלינייםעל בני אדם, אך תוצאותיהם טרם פורסמו.
לסיכום, ניתן לסכם את מה שידוע בשנת 2015 על תפקידו של פחמן חד חמצני אנדוגני בגוף באופן הבא:
- פחמן חד חמצני אנדוגני הוא אחת ממולקולות האיתות האנדוגניות החשובות;
- פחמן חד חמצני אנדוגני מווסת את הפונקציות של מערכת העצבים המרכזית ומערכת הלב וכלי הדם;
- פחמן חד חמצני אנדוגני מעכב את הצטברות הטסיות ואת היצמדותן לדפנות כלי הדם;
- השפעה על חילוף החומרים של פחמן חד חמצני אנדוגני בעתיד עשויה להיות אחת מהאסטרטגיות הטיפוליות החשובות למספר מחלות.
היסטוריה של גילוי
הרעילות של עשן המשתחרר בעת שריפת פחם תוארה על ידי אריסטו וגאלן.
חד תחמוצת הפחמן (II) הופק לראשונה על ידי הכימאי הצרפתי ז'אק דה לאסון על ידי חימום תחמוצת אבץ עם פחם, אך בתחילה טעה כי הוא מימן מכיוון שהוא נשרף בלהבה כחולה.
העובדה שגז זה מכיל פחמן וחמצן התגלתה על ידי הכימאי האנגלי וויליאם קרויקשנק. הרעילות של הגז נחקרה בשנת 1846 על ידי הרופא הצרפתי קלוד ברנרד בניסויים על כלבים.
חד תחמוצת הפחמן(II) מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ התגלה לראשונה על ידי המדען הבלגי M. Migeotte בשנת 1949 על ידי נוכחות של פס סיבובי-רטט ראשי בספקטרום ה-IR של השמש. פחמן(II) חד-חמצני התגלה במדיום הבין-כוכבי בשנת 1970.
קַבָּלָה
שיטה תעשייתית
- נוצר במהלך בעירה של פחמן או תרכובות מבוססות פחמן (לדוגמה, בנזין) בתנאים של חוסר חמצן:
- או בעת הפחתת פחמן דו חמצני עם פחם חם:
תגובה זו מתרחשת בזמן שריפה בכיריים כאשר מנחת התנור נסגר מוקדם מדי (לפני שהפחמים נשרפו לחלוטין). הפחמן חד חמצני (II) הנוצר במקרה זה, בשל רעילותו, גורם להפרעות פיזיולוגיות ("אדים") ואף למוות (ראה להלן), ומכאן אחד משמות הטריוויאליים - "חד חמצני פחמן".
תגובת ההפחתה של פחמן דו חמצני היא הפיכה; השפעת הטמפרטורה על מצב שיווי המשקל של תגובה זו מוצגת בגרף. זרימת תגובה ימינה מובטחת על ידי גורם האנטרופיה, ולשמאל על ידי גורם האנטלפיה. בטמפרטורות מתחת ל-400 מעלות צלזיוס שיווי המשקל מוסט כמעט לחלוטין שמאלה, ובטמפרטורות מעל 1000 מעלות צלזיוס ימינה (לקראת היווצרות CO). בטמפרטורות נמוכות, קצב התגובה הזה נמוך מאוד, כך שפחמן(II) חד חמצני יציב למדי בתנאים רגילים. לשיווי המשקל הזה יש שם מיוחד איזון בודואר.
- תערובות של פחמן חד חמצני (II) עם חומרים אחרים מתקבלות על ידי העברת אוויר, אדי מים וכו' דרך שכבת קוק חם, פחם או פחם חום וכו' (ראה גז מחולל, גז מים, גז מעורב, גז סינתזה).
שיטת מעבדה
- פירוק של חומצה פורמית נוזלית בפעולה של חומצה גופרתית מרוכזת חמה או העברת חומצה גזית על פני תחמוצת זרחן P 2 O 5. סכימת תגובה:
- חימום תערובת של חומצות אוקסלית וחומצות גופריתיות מרוכזות. התגובה ממשיכה לפי המשוואה:
- חימום תערובת של אשלגן hexacyanoferrate(II) עם חומצה גופרתית מרוכזת. התגובה ממשיכה לפי המשוואה:
- הפחתת אבץ פחמתי על ידי מגנזיום בחימום:
קביעת פחמן חד חמצני (II)
הנוכחות של CO ניתנת לקביעה איכותית על ידי הכהה של תמיסות של פלדיום כלוריד (או נייר ספוג בתמיסה זו). הכהה קשורה לשחרור פלדיום מתכת עדינה על פי התוכנית הבאה:
P d C l 2 + C O + H 2 O → P d ↓ + C O 2 + 2 H C l. (\displaystyle (\mathsf (PdCl_(2)+CO+H_(2)O\rightarrow Pd\downarrow +CO_(2)+2HCl.))))תגובה זו רגישה מאוד. תמיסה סטנדרטית: 1 גרם פלדיום כלוריד לליטר מים.
כימותחד תחמוצת הפחמן (II) מבוסס על התגובה היודומטרית:
5 C O + I 2 O 5 → 5 C O 2 + I 2. (\displaystyle (\mathsf (5CO+I_(2)O_(5)\rightarrow 5CO_(2)+I_(2).)))יישום
- פחמן(II) חד חמצני הוא מגיב ביניים המשמש בתגובות עם מימן בתהליכים תעשייתיים קריטיים לייצור אלכוהולים אורגניים ופחמימנים ישרים.
- פחמן חד חמצני (II) משמש לעיבוד בשר ודגים מהחי, נותן להם צבע אדום בוהק ומראה של טריות מבלי לשנות את הטעם (טכנולוגיה עשן צלולו עשן חסר טעם). ריכוז CO המותר הוא 200 מ"ג/ק"ג בשר.
- חד תחמוצת הפחמן (II) הוא המרכיב העיקרי של גז מחולל, המשמש כדלק בכלי רכב המונעים בגז.
- פחמן חד חמצני מפליטת המנוע שימש את הנאצים במהלך מלחמת העולם השנייה להרג המוני של אנשים באמצעות הרעלה.
חד תחמוצת הפחמן (II) באטמוספרה של כדור הארץ
ישנם מקורות טבעיים ואנתרופוגניים לכניסה לאטמוספירה של כדור הארץ. IN תנאים טבעיים, על פני כדור הארץ, CO נוצר במהלך פירוק אנאירובי לא שלם של תרכובות אורגניות ובזמן שריפה של ביומסה, בעיקר בזמן שריפות יער וערבות. פחמן חד חמצני (II) נוצר באדמה הן ביולוגית (משוחררת על ידי אורגניזמים חיים) והן באופן לא ביולוגי. שחרור של פחמן חד חמצני (II) עקב תרכובות פנוליות הנפוצות בקרקעות, המכילות קבוצות OCH 3 או OH בעמדות אורתו או פארא ביחס לקבוצת ההידרוקסיל הראשונה, הוכח בניסוי.
האיזון הכולל של ייצור CO לא ביולוגי וחמצונו על ידי מיקרואורגניזמים תלוי בתנאים סביבתיים ספציפיים, בעיקר לחות ו. לדוגמה, חד תחמוצת הפחמן (II) משתחרר ישירות לאטמוספירה מקרקעות צחיחות, וכך נוצר מקסימום מקומי בריכוז הגז הזה.
באטמוספירה, CO הוא תוצר של שרשראות תגובות הכוללות מתאן ופחמימנים אחרים (בעיקר איזופרן).
המקור האנתרופוגני העיקרי של CO הוא כיום גזי פליטה ממנועי בעירה פנימית. פחמן חד חמצני נוצר כאשר דלקים פחמימניים נשרף במנועי בעירה פנימית בטמפרטורות לא מספיקות או שמערכת אספקת האוויר מכווננת בצורה גרועה (מספיק חמצן מסופק כדי לחמצן CO לCO 2). בעבר, חלק ניכר מהקלט האנתרופוגני של CO לאטמוספירה סופק על ידי גז מאיר, ששימש לתאורה פנימית במאה ה-19. הרכבו היה זהה לגז מים, כלומר הכיל עד 45% פחמן חד חמצני (II). הוא אינו בשימוש במגזר השירותים הציבוריים בגלל נוכחותו של אנלוגי הרבה יותר זול וחסכוני באנרגיה -
- מחלקת מסוכנות של האו"ם 2.3
- סכנה משנית לפי סיווג האו"ם 2.1
מבנה מולקולה
למולקולת CO, כמו למולקולת החנקן האיזואלקטרונית, יש קשר משולש. מכיוון שהמולקולות הללו דומות במבנה, גם תכונותיהן דומות - נקודות התכה ורתיחה נמוכות מאוד, ערכים קרובים של אנטרופיות סטנדרטיות וכו'.
במסגרת שיטת קשר הערכיות ניתן לתאר את מבנה מולקולת CO בנוסחה: C≡O:, והקשר השלישי נוצר לפי מנגנון התורם-המקבל, כאשר הפחמן הוא המקבל של זוג האלקטרונים , והחמצן הוא התורם.
בשל נוכחות של קשר משולש, מולקולת CO חזקה מאוד (אנרגיית דיסוציאציה 1069 קילו-ג'ל/מול, או 256 קק"ל/מול, שהיא גדולה מזו של כל מולקולה דו-אטומית אחרת) ובעלת מרחק פנימי-גרעיני קטן (d C≡ O = 0.1128 ננומטר או 1. 13Å).
המולקולה מקוטבת חלשה, המומנט החשמלי של הדיפול שלה μ = 0.04·10 -29 C m (כיוון מומנט הדיפול O - →C +). פוטנציאל יינון 14.0 V, קבוע צימוד כוח k = 18.6.
היסטוריה של גילוי
פחמן חד חמצני הופק לראשונה על ידי הכימאי הצרפתי ז'אק דה לאסון על ידי חימום תחמוצת אבץ עם פחם, אך בתחילה טעה במימן מכיוון שהוא נשרף בלהבה כחולה. העובדה שגז זה מכיל פחמן וחמצן התגלתה על ידי הכימאי האנגלי וויליאם קרויקשאנק. פחמן חד חמצני מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ התגלה לראשונה על ידי המדען הבלגי M. Migeotte בשנת 1949 על ידי נוכחות של פס רטט סיבובי ראשי בספקטרום ה-IR של השמש.
פחמן חד חמצני באטמוספרה של כדור הארץ
ישנם מקורות טבעיים ואנתרופוגניים לכניסה לאטמוספירה של כדור הארץ. בתנאים טבעיים, על פני כדור הארץ, נוצר CO במהלך פירוק אנאירובי לא שלם של תרכובות אורגניות ובזמן שריפה של ביומסה, בעיקר בזמן שריפות יער וערבות. פחמן חד חמצני נוצר באדמה הן ביולוגית (משוחררת על ידי אורגניזמים חיים) והן באופן לא ביולוגי. שחרור של פחמן חד חמצני עקב תרכובות פנוליות הנפוצות בקרקעות, המכילות קבוצות OCH 3 או OH בעמדות אורתו או פארא ביחס לקבוצת ההידרוקסיל הראשונה, הוכח בניסוי.
האיזון הכולל של ייצור CO לא ביולוגי וחמצונו על ידי מיקרואורגניזמים תלוי בתנאים סביבתיים ספציפיים, בעיקר לחות ו. לדוגמה, חד תחמוצת הפחמן משתחרר ישירות לאטמוספירה מקרקעות צחיחות, וכך נוצר מקסימום מקומי בריכוז הגז הזה.
באטמוספירה, CO הוא תוצר של שרשראות תגובות הכוללות מתאן ופחמימנים אחרים (בעיקר איזופרן).
המקור האנתרופוגני העיקרי של CO הוא כיום גזי פליטה ממנועי בעירה פנימית. פחמן חד חמצני נוצר כאשר דלקים פחמימניים נשרף במנועי בעירה פנימית בטמפרטורות לא מספיקות או שמערכת אספקת האוויר מכווננת בצורה גרועה (מספיק חמצן מסופק כדי לחמצן CO לCO 2). בעבר, חלק ניכר מהקלט האנתרופוגני של CO לאטמוספירה סופק על ידי גז מאיר, ששימש לתאורה פנימית במאה ה-19. הרכבו היה בערך זהה לזה של גז מים, כלומר, הוא הכיל עד 45% פחמן חד חמצני. נכון לעכשיו, במגזר הציבורי, הגז הזה מוחלף בגז טבעי הרבה פחות רעיל (נציגים נמוכים יותר של הסדרה ההומולוגית של אלקנים - פרופאן וכו').
הזרמת CO ממקורות טבעיים ואנתרופוגניים היא בערך זהה.
הפחמן החד חמצני באטמוספירה נמצא במחזור מהיר: זמן השהייה הממוצע שלו הוא כ-0.1 שנה, כשהוא מחומצן על ידי הידרוקסיל לפחמן דו חמצני.
קַבָּלָה
שיטה תעשייתית
2C + O 2 → 2CO (ההשפעה התרמית של תגובה זו היא 22 קילו ג'ל),
2. או בעת הפחתת פחמן דו חמצני עם פחם חם:
CO 2 + C ↔ 2CO (ΔH=172 kJ, ΔS=176 J/K).
תגובה זו מתרחשת לרוב בשריפה של כיריים כאשר מנחת הכיריים נסגרת מוקדם מדי (לפני שהפחמים נשרפו לחלוטין). הפחמן החד חמצני הנוצר במקרה זה, בשל רעילותו, גורם להפרעות פיזיולוגיות ("אדים") ואף למוות (ראה להלן), ומכאן אחד השמות הטריוויאליים - "חד חמצני פחמן". תמונה של התגובות המתרחשות בכבשן מוצגת בתרשים.
תגובת ההפחתה של פחמן דו חמצני היא הפיכה; השפעת הטמפרטורה על מצב שיווי המשקל של תגובה זו מוצגת בגרף. זרימת תגובה ימינה מובטחת על ידי גורם האנטרופיה, ולשמאל על ידי גורם האנטלפיה. בטמפרטורות מתחת ל-400°C שיווי המשקל מוסט כמעט לחלוטין שמאלה, ובטמפרטורות מעל 1000°C ימינה (לקראת היווצרות CO). בטמפרטורות נמוכות, קצב התגובה הזה נמוך מאוד, ולכן פחמן חד חמצני די יציב בתנאים רגילים. לשיווי המשקל הזה יש שם מיוחד איזון בודואר.
3. תערובות של פחמן חד חמצני עם חומרים אחרים מתקבלות על ידי העברת אוויר, אדי מים וכו' דרך שכבת קוק חם, פחם או פחם חום וכו' (ראה גז מחולל, גז מים, גז מעורב, גז סינתזה).
שיטת מעבדה
TLV (ריכוז סף מרבי, ארה"ב): 25 MAC r.z. על פי תקני היגיינה GN 2.2.5.1313-03 הוא 20 מ"ג/מ"ר
הגנה על פחמן חד חמצני
בשל ערך קלורי כל כך טוב, CO הוא מרכיב של תערובות גזים טכניות שונות (ראו למשל גז מחולל), המשמש בין היתר לחימום.
הלוגנים. התגובה עם כלור קיבלה את היישום המעשי הגדול ביותר:
CO + Cl 2 → COCl 2
התגובה היא אקסותרמית, ההשפעה התרמית שלה היא 113 קילו-ג'יי, ובנוכחות זרז (פחם פעיל) היא מתרחשת בטמפרטורת החדר. כתוצאה מהתגובה נוצר פוסגן, חומר שנמצא בשימוש נרחב בענפי הכימיה השונים (וגם כחומר לוחמה כימי). על ידי תגובות דומות, ניתן להשיג COF 2 (קרבוניל פלואוריד) ו-COBr 2 (קרבוניל ברומיד). קרבוניל יודיד לא הושג. האקסותרמיות של תגובות יורדת במהירות מ-F ל-I (עבור תגובות עם F 2 ההשפעה התרמית היא 481 קילו-ג'יי, עם Br 2 - 4 קילו-ג'יי). אפשר גם להשיג נגזרות מעורבות, למשל COFCl (לפרטים נוספים ראה נגזרות הלוגן של חומצה פחמנית).
על ידי תגובה של CO עם F 2, בנוסף לקרבוניל פלואוריד, ניתן להשיג תרכובת פרוקסיד (FCO) 2 O 2. מאפייניו: נקודת התכה 42 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה +16 מעלות צלזיוס, בעלת ריח אופייני (בדומה לריח האוזון), בחימום מעל 200 מעלות צלזיוס הוא מתפרק בצורה נפיצה (תוצרי תגובה CO 2, O 2 ו-COF 2 ), במדיום חומצי מגיב עם אשלגן יודיד לפי המשוואה:
(FCO) 2 O 2 + 2KI → 2KF + I 2 + 2CO 2
פחמן חד חמצני מגיב עם כולקוגנים. עם גופרית הוא יוצר פחמן גופרתי COS, התגובה מתרחשת בחימום, לפי המשוואה:
CO + S → COS ΔG° 298 = −229 kJ, ΔS° 298 = −134 J/K
התקבלו גם סלנוקסיד COSe ו-teluroxide COTE דומים.
משחזר SO 2:
SO 2 + 2CO → 2CO 2 + S
עם מתכות מעבר הוא יוצר תרכובות נדיפות מאוד, דליקות ורעילות - קרבונילים, כגון Cr(CO) 6, Ni(CO) 4, Mn 2 CO 10, Co 2 (CO) 9 וכו'.
כאמור לעיל, פחמן חד חמצני מסיס מעט במים, אך אינו מגיב איתו. זה גם לא מגיב עם תמיסות של אלקליות וחומצות. עם זאת, הוא מגיב עם נמס אלקלי:
CO + KOH → HCOOK
התגובה של פחמן חד חמצני עם מתכת אשלגן בתמיסת אמוניה היא מעניינת. זה מייצר את תרכובת הנפץ אשלגן דיוקסודיקרבונט:
2K + 2CO → K + O - -C 2 -O - K +
תגובה עם אמוניה בשעה טמפרטורה גבוההניתן להשיג תרכובת חשובה לתעשייה - מימן ציאניד HCN. התגובה מתרחשת בנוכחות זרז (תחמוצת
תחמוצות פחמן
בשנים האחרונות ניתנת עדיפות ללמידה מוכוונת אישיות במדע הפדגוגי. היווצרות תכונות אישיות אינדיבידואליות מתרחשת בתהליך הפעילות: לימוד, משחק, עבודה. לכן, גורם חשוב בלמידה הוא ארגון תהליך הלמידה, אופי הקשר בין המורה לתלמידים ותלמידים בינם לבין עצמם. על סמך הרעיונות האלה, אני מנסה בדרך מיוחדתלבנות תהליך חינוכי. יחד עם זאת, כל תלמיד בוחר את קצב לימוד החומר שלו, יש לו אפשרות לעבוד ברמה נגישה לו, במצב של הצלחה. בשיעור ניתן לשלוט ולשפר לא רק מיומנויות חינוכיות ספציפיות אלא גם מיומנויות חינוכיות כלליות כמו הצבת יעד חינוכי, בחירת אמצעים ודרכים להשגתה, מעקב אחר הישגיו ותיקון טעויות. התלמידים לומדים לעבוד עם ספרות, לרשום הערות, דיאגרמות, שרטוטים, לעבוד בקבוצה, בזוגות, בנפרד, לנהל חילופי דעות בונים, לנמק בהיגיון ולהסיק מסקנות.
לערוך שיעורים כאלה זה לא קל, אבל אם אתה מצליח, אתה מרגיש סיפוק. אני מציע תסריט לאחד השיעורים שלי. השתתפו בו עמיתים, הנהלה ופסיכולוג.
סוג שיעור.לימוד חומר חדש.
מטרות.בהתבסס על מוטיבציה ועדכון הידע והמיומנויות הבסיסיות של התלמידים, שקול את המבנה, התכונות הפיזיקליות והכימיות, ייצור ושימוש בפחמן דו חמצני ופחמן דו חמצני.
המאמר הוכן בתמיכת האתר www.Artifex.Ru. אם תחליט להרחיב את הידע שלך בתחום אומנות מודרנית, זה פתרון אופטימלייבקר באתר www.Artifex.Ru. האלמנך היצירתי של ARTIFEX יאפשר לכם להכיר יצירות אמנות עכשוויות מבלי לצאת מהבית. יותר מידע מפורטאתה יכול למצוא אותו באתר www.Artifex.Ru. אף פעם לא מאוחר מדי להתחיל להרחיב את האופקים ואת תחושת היופי שלך.
ציוד וריאגנטים.כרטיסי "סקר מתוכנת", דיאגרמת כרזה, מכשירים לייצור גזים, כוסות, מבחנות, מטף כיבוי אש, גפרורים; מי סיד, תחמוצת נתרן, גיר, חומצה הידרוכלורית, תמיסות אינדיקטור, H 2 SO 4 (ריכוז), HCOOH, Fe 2 O 3.
דיאגרמת פוסטר
"מבנה המולקולה של פחמן חד חמצני (פחמן חד חמצני (II)) CO"
במהלך השיעורים
השולחנות לסטודנטים במשרד מסודרים במעגל. למורה ולתלמידים יש הזדמנות לעבור בחופשיות לשולחנות מעבדה (1, 2, 3). במהלך השיעור הילדים יושבים ליד שולחנות לימוד (4, 5, 6, 7,...) זה עם זה לפי הרצון (קבוצות חינם של 4 אנשים).
מוֹרֶה. פתגם סיני חכם(כתוב יפה על הלוח) קורא:
"אני שומע - אני שוכח,
אני רואה - אני זוכר
אני כן - אני מבין."
האם אתה מסכים עם המסקנות של חכמי סין?
אילו פתגמים רוסיים משקפים את החוכמה הסינית?
ילדים נותנים דוגמאות.
מוֹרֶה. אכן, רק ביצירה, ביצירה אפשר לקבל מוצר בעל ערך: חומרים חדשים, מכשירים, מכונות, כמו גם ערכים בלתי מוחשיים - מסקנות, הכללות, מסקנות. אני מזמין אתכם היום לקחת חלק במחקר על תכונותיהם של שני חומרים. ידוע כי כאשר עוברים בדיקה טכנית של רכב, הנהג מספק אישור על מצב גזי הפליטה של המכונית. איזה ריכוז גז מצוין בתעודה?
(O t v e t. SO.)
סטוּדֶנט. הגז הזה רעיל. ברגע שהוא נכנס לדם, הוא גורם להרעלת הגוף ("שריפה", ומכאן שמו של התחמוצת - חד תחמוצת הפחמן). הוא נמצא בכמויות מסכנות חיים ב גזי פליטהאוטו(נכתב בדיווח מעיתון על נהג שנרדם במוסך בזמן שהמנוע פועל ומת ממוות). התרופה להרעלת פחמן חד חמצני היא נשימה של אוויר צח וחמצן טהור. פחמן חד חמצני נוסף הוא פחמן דו חמצני.
מוֹרֶה. יש כרטיס "סקר מתוכנת" על השולחנות שלך. הכירו את תוכנו וסמנו על פיסת נייר ריקה את המספרים של אותן משימות שלגביהן אתם יודעים את התשובות על סמך ניסיון חייכם. מול המספר של משפט המשימה, כתוב את הנוסחה של פחמן חד חמצני שאליה מתייחס ההצהרה הזו.
יועצי סטודנטים (2 אנשים) אוספים דפי תשובות ועל סמך תוצאות התשובות יוצרים קבוצות חדשות לעבודה הבאה.
סקר מתוכנת "תחמוצות פחמן"
1. המולקולה של תחמוצת זו מורכבת מאטום פחמן אחד ואטום חמצן אחד.
2. הקשר בין אטומים במולקולה הוא קוולנטי קוטבי.
3. גז שהוא כמעט בלתי מסיס במים.
4. המולקולה של תחמוצת זו מכילה אטום פחמן אחד ושני אטומי חמצן.
5. אין לו ריח או צבע.
6. גז מסיס במים.
7. אינו מתנזל אפילו ב-190 מעלות צלזיוס ( טקיפ = -191.5 מעלות צלזיוס).
8. תחמוצת חומצית.
9. הוא נדחס בקלות, ב-20 מעלות צלזיוס בלחץ של 58.5 אטמוספיר הוא הופך לנוזל ומתקשה ל"קרח יבש".
10. לא רעיל.
11. לא יוצר מלח.
12. דָלִיק
13. אינטראקציה עם מים.
14. אינטראקציה עם תחמוצות בסיסיות.
15. מגיב עם תחמוצות מתכות, מפחית מתכות חופשיות מהן.
16. מתקבל על ידי תגובה של חומצות עם מלחי חומצה פחמנית.
17. אני.
18. אינטראקציה עם אלקליות.
19. מקור הפחמן הנספג בצמחים בחממות ובחממות מוביל ליבול מוגבר.
20. משמש להגזת מים ומשקאות.
מוֹרֶה. עיין שוב בתוכן הכרטיס. קבץ את המידע ל-4 בלוקים:
מִבְנֶה,
תכונות גשמיות,
תכונות כימיות,
קבלה.
המורה נותן לכל קבוצת תלמידים את האפשרות לדבר ומסכם את המצגות. אחר כך תלמידים קבוצות שונותבחר את תוכנית העבודה שלך - סדר לימוד תחמוצות. לצורך כך הם ממספרים את גושי המידע ומצדיקים את בחירתם. סדר הלמידה יכול להיות כפי שכתוב למעלה, או עם כל שילוב אחר של ארבעת הבלוקים המסומנים.
המורה מפנה את תשומת לב התלמידים לנקודות המפתח של הנושא. מאחר ותחמוצות פחמן הן חומרים גזים, יש לטפל בהן בזהירות (הוראות בטיחות). המורה מאשר את התוכנית לכל קבוצה ומקצה יועצים (תלמידים מוכנים מראש).
ניסויי הדגמה
1. מזיגת פחמן דו חמצני מזכוכית לזכוכית.
2. כיבוי נרות בכוס כאשר CO 2 מצטבר.
3. מניחים כמה חתיכות קטנות של קרח יבש לתוך כוס מים. המים ירתחו ועשן לבן סמיך ייצא מהם.
גז CO 2 מנוזל כבר בטמפרטורת החדר בלחץ של 6 MPa. במצב נוזלי הוא מאוחסן ומועבר בגלילי פלדה. אם תפתחו את השסתום של גליל כזה, ה-CO 2 הנוזלי יתחיל להתאדות, שבגללו מתרחש קירור חזק וחלק מהגז הופך למסה דמוית שלג - "קרח יבש", שנלחץ ומשמש לאחסון גלידה.
4. הדגמת מטף קצף כימי (CFO) והסבר על עקרון פעולתו באמצעות דגם - מבחנה עם פקק וצינור יציאת גז.
מידע על מִבְנֶהבשולחן מס' 1 (כרטיסי הוראות 1 ו-2, מבנה מולקולות CO ו-CO 2).
מידע על תכונות גשמיות– בשולחן מס' 2 (עבודה עם ספר הלימוד – Gabrielyan O.S.כימיה-9. M.: Bustard, 2002, p. 134–135).
נתונים על הכנה ותכונות כימיות– על טבלאות מס' 3 ו-4 (כרטיסי הדרכה 3 ו-4, הנחיות לעבודה מעשית, עמ' 149–150 לספר הלימוד).
עבודה מעשית מניחים כמה חתיכות של גיר או שיש לתוך מבחנה ומוסיפים מעט חומצה הידרוכלורית מדוללת. סגור במהירות את הצינור עם פקק וצינור יציאת גז. הנח את קצה המבחנה לתוך מבחנה אחרת המכילה 2-3 מ"ל מי סיד. צפו במשך כמה דקות איך בועות גז עוברות דרך מי הסיד. לאחר מכן הסר את קצה צינור יציאת הגז מהתמיסה ושטוף אותו במים מזוקקים. מניחים את המבחנה במבחנה נוספת עם 2-3 מ"ל מים מזוקקים ומעבירים דרכה גז. לאחר מספר דקות, הסר את השפופרת מהתמיסה והוסף כמה טיפות של לקמוס כחול לתמיסה שהתקבלה. יוצקים 2-3 מ"ל תמיסת נתרן הידרוקסיד מדוללת לתוך מבחנה ומוסיפים לה כמה טיפות של פנולפטלין. לאחר מכן העבירו גז דרך התמיסה. ענה על השאלות. שאלות 1. מה קורה כאשר מפעילים גיר או שיש חומצה הידרוכלורית? 2. מדוע, כאשר פחמן דו חמצני מועבר במי סיד, התמיסה הופכת תחילה עכורה, ולאחר מכן הסיד מתמוסס? 3. מה קורה כאשר פחמן(IV) חד חמצני מועבר במים מזוקקים? כתוב את המשוואות לתגובות המתאימות בצורות יונים מולקולריות, יוניות ומקוצרות. זיהוי קרבונט ארבע המבחנות שניתנו לך מכילות חומרים גבישיים: נתרן סולפט, אבץ כלורי, אשלגן קרבונט, נתרן סיליקט. קבע איזה חומר יש בכל מבחנה. כתוב משוואות תגובה בצורה מולקולרית, יונית ומקוצרת. |
שיעורי בית
המורה מציעה לקחת את כרטיס "סקר מתוכנת" הביתה, ובהכנה לשיעור הבא, לחשוב על דרכים להשיג מידע. (איך ידעת שהגז שאתה לומד נוזל, מגיב עם חומצה, רעיל וכו'?)
עבודה עצמאיתתלמידים
עבודה מעשיתקבוצות ילדים מופיעות עם במהירויות שונות. לכן, משחקים מוצעים למי שמסיים את העבודה מהר יותר.
גלגל חמישי
לארבעה חומרים יכול להיות משהו משותף, אבל החומר החמישי בולט מהסדרה, מיותר.
1. פחמן, יהלום, גרפיט, קרביד, קרבין. (קרביד.)
2. אנתרציט, כבול, קולה, שמן, זכוכית. (זכוכית.)
3. אבן גיר, גיר, שיש, מלכיט, קלציט. (מָלָכִיט.)
4. סודה גבישית, שיש, אשלג, קאוסטיקה, מלכיט. (מְאַכֵּל.)
5. פוסגן, פוספין, חומצה הידרוציאנית, אשלגן ציאניד, פחמן דיסולפיד. (פוספין.)
6. מי ים, מים מינרלים, מים מזוקקים, מי תהום, מים קשים. (מים מזוקקים.)
7. חלב ליים, פלאף, ליים צלוי, אבן גיר, מי ליים. (אֶבֶן גִיר.)
8. Li 2 CO 3; (NH 4) 2 CO 3; CaCO 3; K 2 CO 3, Na 2 CO 3. (CaCO3.)
מילים נרדפות
כתבו את הנוסחאות הכימיות של החומרים או את שמותיהם.
1. הלוגן -... (כלור או ברום.)
2. מגנזיט - ... (MgCO 3.)
3. אוריאה –... ( אוריאה H 2 NC(O)NH 2 .)
4. אשלג - ... (K 2 CO 3.)
5. קרח יבש - ... (CO 2.)
6. תחמוצת מימן –... ( מים.)
7. אַמוֹנִיָה – … (10% פתרון מיםאַמוֹנִיָה.)
8. מלחים חומצה חנקתית – … (חנקות– KNO 3, Ca(NO 3) 2, NaNO 3.)
9. גז טבעי – … (מתאן CH 4.)
אנטונימים
כתוב מונחים כימיים הפוכים במשמעותם לאלו המוצעים.
1. חומר מחמצן –... ( חומר מצמצם.)
2. תורם אלקטרונים –... ( מקבל אלקטרונים.)
3. תכונות חומצה – … (מאפיינים בסיסיים.)
4. דיסוציאציה –... ( אִרגוּן.)
5. ספיחה – ... ( ספיגה.)
6. אנודה –... ( קָטוֹדָה.)
7. אניון –... ( קטיון.)
8. מתכת -... ( אַל מַתֶכֶת.)
9. חומרי מוצא –... ( מוצרי תגובה.)
חפש דפוסים
קבע שלט המשלב את החומרים והתופעות שצוינו.
1. יהלום, קרבין, גרפיט - ... ( שינויים אלוטרופיים של פחמן.)
2. זכוכית, מלט, לבנים - ... ( חומרי בנייה.)
3. נשימה, נרקב, התפרצות געשית - ... ( תהליכים המלווים בשחרור פחמן דו חמצני.)
4. CO, CO 2, CH 4, SiH 4 – ... ( תרכובות של יסודות מקבוצה IV.)
5. NaHCO 3, CaCO 3, CO 2, H 2 CO 3 – ... ( תרכובות חמצן של פחמן.)
פחמן חד חמצני הוא גז חסר צבע וריח שמסיס מעט במים.
t pl. 205 מעלות צלזיוס,
לא קיפ. 191 מעלות צלזיוס
טמפרטורה קריטית = 140 מעלות צלזיוס
לחץ קריטי = 35 atm.
המסיסות של CO במים היא בערך 1:40 בנפח.
תכונות כימיות.
בְּ תנאים רגילים CO הוא אינרטי; כאשר מחומם - חומר מפחית; תחמוצת שאינה יוצרת מלח.
1) עם חמצן
2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2
2) עם תחמוצות מתכת
C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2
3) עם כלור (באור)
CO + Cl 2 --hn-> COCl 2 (פוסגן)
4) מגיב עם נמס אלקלי (תחת לחץ)
CO + NaOH = HCOONa (חומצה פורמית נתרן (נתרן פורמט))
5) יוצר קרבונילים עם מתכות מעבר
Ni + 4CO =t°= Ni(CO) 4
Fe + 5CO =t°= Fe(CO) 5
פחמן חד חמצני אינו מגיב כימית עם מים. CO גם אינו מגיב עם אלקליות וחומצות. זה רעיל ביותר.
מהצד הכימי, פחמן חד חמצני מתאפיין בעיקר בנטייתו לעבור תגובות הוספה ובתכונות ההפחתה שלו. עם זאת, שתי הנטיות הללו מופיעות בדרך כלל רק כאשר טמפרטורות גבוהות. בתנאים אלו, CO מתחבר עם חמצן, כלור, גופרית, מתכות מסוימות וכו'. במקביל, פחמן חד חמצני, בחימום, מפחית תחמוצות רבות למתכות, דבר שחשוב מאוד למתכות. יחד עם החימום, עלייה בפעילות הכימית של CO נגרמת לרוב מהמסתו. לפיכך, בתמיסה היא מסוגלת להפחית מלחים של Au, Pt וכמה יסודות אחרים למתכות חופשיות כבר בטמפרטורות רגילות.
בטמפרטורות גבוהות ו לחצים גבוהיםיש אינטראקציה של CO עם מים ואלקליות קאוסטיות: במקרה הראשון נוצר HCOOH, ובשני חומצה פורמית נתרן. התגובה האחרונה מתרחשת ב-120 מעלות צלזיוס, לחץ של 5 אטמוספירות ומשמשת מבחינה טכנית.
הפחתת פלדיום כלוריד בתמיסה קלה לפי התוכנית הכללית:
PdCl 2 + H 2 O + CO = CO 2 + 2 HCl + Pd
משמש כתגובה הנפוצה ביותר לגילוי פחמן חד חמצני בתערובת גזים. אפילו כמויות קטנות מאוד של CO מתגלות בקלות על ידי צביעה קלה של התמיסה עקב שחרור מתכת פלדיום מרוסקת דק. קביעה כמותית של CO מבוססת על התגובה:
5 CO + I 2 O 5 = 5 CO 2 + I 2.
החמצון של CO בתמיסה מתרחש לעתים קרובות בקצב ניכר רק בנוכחות זרז. בעת בחירת האחרון, התפקיד העיקרי הוא שיחק על ידי אופי חומר החמצון. לפיכך, KMnO 4 מחמצן את CO במהירות הגבוהה ביותר בנוכחות כסף מרוסק דק, K 2 Cr 2 O 7 - בנוכחות מלחי כספית, KClO 3 - בנוכחות OsO 4. באופן כללי, בתכונותיו המפחיתות, CO דומה למימן מולקולרי, ופעילותו בתנאים רגילים גבוהה מזו של האחרון. מעניין לציין שיש חיידקים שבאמצעות חמצון של CO משיגים את האנרגיה הדרושה להם לחיים.
ניתן להעריך את הפעילות ההשוואתית של CO ו-H2 כחומרים מפחיתים על ידי לימוד התגובה ההפיכה:
H 2 O + CO = CO 2 + H 2 + 42 קילו-ג'יי,
מצב שיווי המשקל שבו בטמפרטורות גבוהות נוצר די מהר (במיוחד בנוכחות Fe 2 O 3). ב-830 מעלות צלזיוס, תערובת שיווי המשקל מכילה כמויות שוות של CO ו-H 2, כלומר, הזיקה של שני הגזים לחמצן זהה. מתחת ל-830 מעלות צלזיוס, הגורם המפחית החזק יותר הוא CO, מעל - H2.
הכריכה של אחד מתוצרי התגובה שנדונו לעיל, בהתאם לחוק הפעולה ההמונית, מסיטה את שיווי המשקל שלה. לכן, על ידי העברת תערובת של פחמן חד חמצני ואדי מים על תחמוצת סידן, ניתן להשיג מימן על פי הסכימה:
H 2 O + CO + CaO = CaCO 3 + H 2 + 217 קילו-ג'יי.
תגובה זו מתרחשת כבר ב-500 מעלות צלזיוס.
באוויר, CO מתלקח בכ-700 מעלות צלזיוס ונשרף בלהבה כחולה ל-CO 2:
2 CO + O 2 = 2 CO 2 + 564 קילו-ג'יי.
השחרור המשמעותי של החום המלווה בתגובה זו הופך את הפחמן החד חמצני לבעל ערך דלק גזי. עם זאת, רוב יישום רחבהוא נמצא כמוצר התחלתי לסינתזה של חומרים אורגניים שונים.
הבעירה של שכבות עבות של פחם בתנורים מתרחשת בשלושה שלבים:
1) C + O 2 = CO 2; 2) CO 2 + C = 2 CO; 3) 2 CO + O 2 = 2 CO 2.
אם הצינור נסגר בטרם עת, נוצר חוסר חמצן בכבשן, מה שעלול לגרום להתפשטות CO בכל החדר המחומם ולהוביל להרעלה (אדים). יש לציין כי הריח של "חד חמצני הפחמן" אינו נגרם על ידי CO, אלא על ידי זיהומים של כמה חומרים אורגניים.
ללהבת CO יכולה להיות טמפרטורה של עד 2100 מעלות צלזיוס. תגובת הבעירה CO מעניינת בכך שכאשר מחומם ל-700-1000 מעלות צלזיוס, היא ממשיכה במהירות ניכרת רק בנוכחות עקבות של אדי מים או גזים אחרים המכילים מימן (NH 3, H 2 S וכו'). זה נובע מאופי השרשרת של התגובה הנבדקת, המתרחשת באמצעות היווצרות ביניים של רדיקלי OH לפי הסכמות הבאות:
H + O 2 = HO + O, ואז O + CO = CO 2, HO + CO = CO 2 + H וכו'.
בטמפרטורות גבוהות מאוד, תגובת הבעירה CO הופכת הפיכה באופן ניכר. תכולת CO 2 בתערובת שיווי משקל (תחת לחץ של 1 atm) מעל 4000 מעלות צלזיוס יכולה להיות קטנה באופן זניח בלבד. מולקולת ה-CO עצמה כל כך יציבה תרמית שהיא לא מתפרקת אפילו ב-6000 מעלות צלזיוס. מולקולות CO התגלו בתווך הבין-כוכבי. כאשר CO פועל על מתכת K ב-80 מעלות צלזיוס, נוצרת תרכובת גבישית חסרת צבע ונפיצה מאוד בהרכב K 6 C 6 O 6. עם סילוק האשלגן, חומר זה הופך בקלות לפחמן חד חמצני C 6 O 6 ("טריקווינון"), אשר יכול להיחשב כתוצר של פילמור CO. המבנה שלו מתאים לטבעת בעלת שישה איברים שנוצרת על ידי אטומי פחמן, שכל אחד מהם מחובר בקשר כפול לאטומי חמצן.
אינטראקציה של CO עם גופרית לפי התגובה:
CO + S = COS + 29 קילו-ג'יי
זה הולך מהר רק בטמפרטורות גבוהות. הפחמן תיאוקסיד המתקבל (O=C=S) הוא גז חסר צבע וריח (mp -139, bp -50 °C). חד תחמוצת הפחמן (II) מסוגל לשלב ישירות עם מתכות מסוימות. כתוצאה מכך, נוצרים קרבונילים מתכתיים, אשר יש להתייחס אליהם כתרכובות מורכבות.
פחמן (II) חד חמצני יוצר גם תרכובות מורכבות עם כמה מלחים. חלקם (OsCl 2 ·3CO, PtCl 2 ·CO וכו') יציבים רק בתמיסה. היווצרות החומר האחרון קשורה לספיגה של פחמן חד חמצני (II) על ידי תמיסה של CuCl בHCl חזק. תרכובות דומות נוצרות ככל הנראה בתמיסת אמוניה של CuCl, המשמשת לעתים קרובות לספיגת CO בניתוח גזים.
קַבָּלָה.
פחמן חד חמצני נוצר כאשר פחמן נשרף בהיעדר חמצן. לרוב זה מתקבל כתוצאה מאינטראקציה של פחמן דו חמצני עם פחם חם:
CO 2 + C + 171 קילו-ג'יי = 2 CO.
תגובה זו היא הפיכה, ושיווי המשקל שלה מתחת ל-400 מעלות צלזיוס מוסט כמעט לחלוטין שמאלה, ומעל 1000 מעלות צלזיוס - ימינה (איור 7). עם זאת, הוא מבוסס במהירות ניכרת רק בטמפרטורות גבוהות. לכן, בתנאים רגילים, CO יציב למדי.
אורז. 7. שיווי משקל CO 2 + C = 2 CO.
היווצרות CO מיסודות פועלת לפי המשוואה:
2 C + O 2 = 2 CO + 222 קילו-ג'יי.
נוח להשיג כמויות קטנות של CO על ידי פירוק חומצה פורמית: HCOOH = H 2 O + CO
תגובה זו מתרחשת בקלות כאשר HCOOH מגיב עם חומצה גופרתית חמה וחזקה. בפועל, הכנה זו מתבצעת או על ידי פעולת קונצרן. חומצה גופרתית ל-HCOOH נוזלי (כאשר מחומם), או על ידי העברת האדים של האחרון על פני זרחן המיפנטאוקסיד. האינטראקציה של HCOOH עם חומצה כלורוסולפונית על פי הסכימה:
HCOOH + CISO 3 H = H 2 SO 4 + HCI + CO
זה כבר עובד בטמפרטורות רגילות.
שיטה נוחה לייצור מעבדתי של CO יכולה להיות חימום עם conc. חומצה גופרתית, חומצה אוקסלית או אשלגן ברזל גופרתי. במקרה הראשון, התגובה ממשיכה לפי הסכמה הבאה: H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O.
יחד עם CO, משתחרר גם פחמן דו חמצני, אותו ניתן לשמור על ידי העברת תערובת הגז דרך תמיסה של בריום הידרוקסיד. במקרה השני, המוצר הגזי היחיד הוא פחמן חד חמצני:
K 4 + 6 H 2 SO 4 + 6 H 2 O = 2 K 2 SO 4 + FeSO 4 + 3 (NH 4) 2 SO 4 + 6 CO.
ניתן להשיג כמויות גדולות של CO על ידי שריפה לא מלאה של פחם בתנורים מיוחדים - מחוללי גז. גז מחולל רגיל ("אוויר") מכיל בממוצע (נפח%): CO-25, N2-70, CO 2 -4 וזיהומים קטנים של גזים אחרים. כשהוא נשרף, הוא מייצר 3300-4200 קילו ג'יי למ"ק. החלפת אוויר רגיל בחמצן מביאה לעלייה משמעותית בתכולת ה-CO (ולעלייה בערך הקלורי של הגז).
אפילו יותר CO כלול בגז מים, המורכב (במקרה אידיאלי) מתערובת של נפחים שווים של CO ו-H 2 ומייצר 11,700 קילו ג'ל/מ"ק בעת בעירה. גז זה מתקבל על ידי ניפוח אדי מים דרך שכבת פחם לוהט, ובערך 1000 מעלות צלזיוס מתרחשת האינטראקציה על פי המשוואה:
H 2 O + C + 130 קילו-ג'יי = CO + H 2.
התגובה של היווצרות גז מים מתרחשת עם ספיגת החום, הפחם מתקרר בהדרגה וכדי לשמור אותו במצב חם, יש צורך להחליף את מעבר אדי המים עם מעבר אוויר (או חמצן) לגז. גֵנֵרָטוֹר. בהקשר זה, גז מים מכיל כ-CO-44, H 2 -45, CO 2 -5 ו-N 2 -6%. הוא נמצא בשימוש נרחב לסינתזה של תרכובות אורגניות שונות.
לעתים קרובות מתקבל גז מעורב. תהליך קבלתו מסתכם בהפרחת אוויר ואדי מים בו זמנית דרך שכבת פחם לוהט, כלומר. שילוב של שתי השיטות שתוארו לעיל - לכן, הרכב הגז המעורב הוא ביניים בין גנרטור למים. בממוצע הוא מכיל: CO-30, H 2 -15, CO 2 -5 ו-N 2 -50%. מטר מרובעכשהוא נשרף, הוא מייצר כ-5400 קילו-ג'יי.
פחמן חד חמצני (II) ), או פחמן חד חמצני, CO התגלה על ידי הכימאי האנגלי ג'וזף פריסטלי בשנת 1799. זהו גז חסר צבע, חסר טעם וריח, הוא מסיס מעט במים (3.5 מ"ל ב-100 מ"ל מים בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס), יש לו נמוך טמפרטורת התכה (-205 מעלות צלזיוס) ונקודת רתיחה (-192 מעלות צלזיוס).
פחמן חד חמצני חודר לאטמוספירה של כדור הארץ בזמן בעירה לא מלאה של חומרים אורגניים, במהלך התפרצויות געשיות, וגם כתוצאה מפעילות חיונית של כמה צמחים נמוכים יותר (אצות). הרמה הטבעית של CO באוויר היא 0.01-0.9 מ"ג/מ"ק. פחמן חד חמצני הוא רעיל מאוד. בגוף האדם ובבעלי חיים גבוהים יותר, הוא מגיב באופן פעיל עם
הלהבה של פחמן חד חמצני בוער היא צבע כחול-סגול יפהפה. קל להתבונן בעצמך. לשם כך צריך להדליק גפרור. חלק תחתוןהלהבה זוהרת - צבע זה ניתן לה על ידי חלקיקי פחמן לוהטים (תוצר של בעירה לא מלאה של עץ). הלהבה מוקפת בגבול כחול-סגול למעלה. זה שורף פחמן חד חמצני שנוצר במהלך חמצון העץ.
תרכובת ברזל מורכבת - heme דם (קשור לחלבון גלובין), משבשת את הפונקציות של העברת חמצן וצריכה על ידי רקמות. בנוסף, הוא נכנס לאינטראקציה בלתי הפיכה עם כמה אנזימים המעורבים במטבוליזם האנרגיה של התא. בריכוז פחמן חד חמצני בחדר של 880 מ"ג/מ"ק, מוות מתרחש תוך מספר שעות, וב-10 גרם/מ"ק - כמעט באופן מיידי. התכולה המקסימלית המותרת של פחמן חד חמצני באוויר היא 20 מ"ג/מ"ק. הסימנים הראשונים להרעלת CO (בריכוז של 6-30 מ"ג/מ"ק) הם ירידה ברגישות הראייה והשמיעה, כאבי ראש ושינוי בקצב הלב. אם אדם הורעל מפחמן חד חמצני, יש להוציאו לאוויר צח ולתת אותו נשימה מלאכותית, במקרים קלים של הרעלה - לתת תה חזקאו קפה.
כמויות גדולות של פחמן חד חמצני ( II ) להיכנס לאטמוספירה כתוצאה מפעילות אנושית. כך, בממוצע, מכונית פולטת לאוויר כ-530 ק"ג של CO בשנה. כאשר 1 ליטר בנזין נשרף במנוע בעירה פנימית, פליטת חד תחמוצת הפחמן נעה בין 150 ל- 800 גרם. בכבישים המהירים של רוסיה, הריכוז הממוצע של CO הוא 6-57 מ"ג/מ"ק, כלומר עולה על סף ההרעלה. פחמן חד חמצני מצטבר בחצרות לא מאווררות מול בתים הממוקמים ליד כבישים מהירים, במרתפים ובמוסכים. IN השנים האחרונותנקודות מיוחדות אורגנו בכבישים כדי לנטר את תכולת הפחמן החד חמצני ומוצרים אחרים של בעירה לא מלאה של דלק (בקרת CO-CH).
בטמפרטורת החדר, פחמן חד חמצני אינרטי למדי. הוא אינו יוצר אינטראקציה עם מים ותמיסות אלקליות, כלומר הוא תחמוצת שאינה יוצרת מלח, אך כאשר הוא מחומם הוא מגיב עם אלקליות מוצקות: CO + KOH = HCOOC (אשלגן פורמט, מלח חומצה פורמית); CO + Ca (OH) 2 = CaCO 3 + H 2. תגובות אלו משמשות להפרדת מימן מגז סינתזה (CO + 3H 2), שנוצר על ידי האינטראקציה של מתאן עם אדי מים מחוממים.
תכונה מעניינת של פחמן חד חמצני היא יכולתו ליצור תרכובות עם מתכות מעבר - קרבונילים, למשל: Ni +4СО ® 70°C Ni (CO ) 4 .
פחמן חד חמצני (II) ) הוא חומר מצמצם מצוין. כאשר הוא מחומם, הוא מתחמצן על ידי חמצן אוויר: 2CO + O 2 = 2CO 2. תגובה זו יכולה להתבצע גם בטמפרטורת החדר באמצעות זרז - פלטינה או פלדיום. זרזים כאלה מותקנים על מכוניות כדי להפחית את פליטת CO לאטמוספירה.
כאשר CO מגיב עם כלור, נוצר גז רעיל מאוד, פוסגן (טקיפ =7.6 מעלות צלזיוס): CO+ Cl 2 = COCl 2 . בעבר, הוא שימש כחומר לוחמה כימי, אך כיום הוא משמש בייצור פולימרי פוליאוריטן סינתטיים.
פחמן חד חמצני משמש בהתכה של ברזל ופלדה כדי להפחית ברזל מתחמוצות; הוא נמצא בשימוש נרחב גם בסינתזה אורגנית. כאשר תערובת של תחמוצת פחמן ( II ) עם מימן, בהתאם לתנאים (טמפרטורה, לחץ), נוצרים מוצרים שונים - אלכוהול, תרכובות קרבוניל, חומצות קרבוקסיליות. במיוחד חשיבות רבהיש תגובת סינתזה של מתנול: CO + 2H 2 = CH3OH , שהוא אחד התוצרים העיקריים של סינתזה אורגנית. פחמן חד חמצני משמש לסינתזה של גן פוס, חומצה פורמית, כדלק עתיר קלוריות.
