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Monóxido de carbono

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Monóxido de carbono
Identificadores
Número CAS 630-08-0
Número RTECS FG3500000
Propriedades
Fórmula molecular CO
Massa molar 28,0101 g / mol
Aparência Gás incolor, inodoro
Densidade 0,789 g / cm³, líquido
1,250 g / L, a 0 ° C, 1 atm.
1,145 g / L a 25 ° C, 1 atm.
( mais leve que o ar)
Ponto de fusão

-205 ° C (68 K)

Ponto de ebulição

-192 ° C (81 K)

Solubilidade em água 0,0026 g / 100 ml (20 ° C)
Momento de dipolo 0,112 D (3,74 × 10 -31 C · m)
Perigos
MSDS MSDS External
Classificação da UE Altamente inflamável (F +)
Repr. Gato. 1
Tóxico (T)
Frases R R12, R23, R33, R48, R61
Frases-S S9, S16, S33, S45, S53
NFPA 704
NFPA 704.svg
2
3
2
Ponto de centelha Gás inflamável
Os compostos relacionados
Óxidos relacionadas dióxido de carbono ; sub�ido de carbono; monóxido de dicarbon; trióxido de carbono
Página Suplementar dados
Estrutura e
Propriedades
N, ε r, etc.
Termodinâmica
dados
Comportamento de fase
Sólido, líquido, gasoso
Os dados espectrais UV, IV, RMN , MS
Excepto quando indicado, os dados são dados para materiais no seu estado normal (a 25 ° C, 100 kPa)
Referências de Infobox

O monóxido de carbono, com a fórmula química de CO, é um líquido incolor, inodoro, insípido e gás . É constituída por um carbono átomo covalentemente ligados a um oxigénio átomo. Existem duas ligações covalentes e uma ligação covalente dativa entre o átomo de oxigénio e de carbono, que vem a partir do oxigénio.

O monóxido de carbono é produzido a partir do parcial a combustão de carbono molecular contendo compostos, nomeadamente motores de combustão interna. Formas de monóxido de carbono em preferência para o dióxido de carbono mais usual quando há a menor disponibilidade de oxigênio presente durante o processo de combustão. O monóxido de carbono tem um valor significativo de combustível, queima no ar com uma chama azul característica, produzindo dióxido de carbono . Apesar de sua grave toxicidade, CO desempenha um papel muito útil na tecnologia moderna, sendo um precursor para uma infinidade de produtos.

Produção

O monóxido de carbono é por isso de importância fundamental que muitos têm sido desenvolvidos métodos para a sua produção.

Produtor de gás é formado por combustão de carbono em oxigénio a altas temperaturas, quando há um excesso de carbono. No forno, o ar é passado através de um leito de coque. O CO 2 produzido inicialmente equilibra com o carbono quente restante para dar CO. A reacção de O 2 com o carbono para dar CO é descrito como o equilíbrio de Boudouard. Acima de 800 ° C, o CO é o produto predominante:

O 2 + 2 C → 2 CO
AH = -221 kJ / mol

A desvantagem deste método é se feito com ar deixa uma mistura que é principalmente nitrogênio.

Gás de síntese ou ?gua a gás é produzido através da reacção endotérmica de vapor e de carbono:

H2O + C → H2 + CO
AH = 131 kJ / mol

CO também é um produto secundário da redução de minérios de óxido de metal com carbono, mostrado de uma forma simplificada, como se segue:

MO + C → M + CO
AH = 131 kJ / mol

Uma vez que o CO é um gás, o processo de redução pode ser conduzida por aquecimento, explorando o positivo (favorável) entropia de reacção. O Ellingham diagrama mostra que a formação de CO é favorecida em detrimento de CO 2 em altas temperaturas.

CO é a anidrido do ácido fórmico . Como tal, ele é convenientemente produzido por desidratação do ácido fórmico, por exemplo com ácido sulfúrico . Outra preparação laboratorial para o monóxido de carbono envolve o aquecimento de uma mistura íntima de pó de zinco metálico e carbonato de cálcio .

Zn + CaCO3 ZnO + CaO + CO

Outro estilo de laboratório gerar CO é a reacção de sacarose e hidróxido de sódio em um sistema fechado.

Estrutura

A molécula de CO é caracterizado por uma ligação de comprimento de 0,1128 nm. A carga formal e eletronegatividade diferença se anulam mutuamente. O resultado é um pequeno momento de dipolo com a sua extremidade negativa no átomo de carbono, embora, na realidade, as seis electrões partilhados são susceptíveis de ser puxado para mais perto de oxigénio do que o carbono. Esta distância é consistente com uma ligação tripla parcial. A molécula tem um pequeno momento de dipolo e pode ser representada por três estruturas de ressonância:

Carbono Monoxide.png

A forma de ressonância mais à esquerda é a mais importante.

Diazoto é isoeletrônica ao monóxido de carbono, o que significa que estas moléculas têm o mesmo número de electrões e de ligação semelhante. As propriedades físicas de N 2 e CO são semelhantes, embora CO é a mais reactiva.

Reacções químicas principais

Utilizações industriais

O monóxido de carbono é um dos principais gás industrial que tem muitas aplicações na fabricação de produtos químicos a granel.

Volume alto aldeídos são produzidos pela reacção de hidroformilação de alcenos , CO e H2. Em uma das muitas aplicações desta tecnologia, de hidroformilação é acoplado ao Processo Shell Olefin Superior para dar precursores de detergentes.

O metanol é produzido pela hidrogenação de CO. Numa reacção relacionada, a hidrogenação de CO é acoplado a formação de ligações CC, como no Processo de Fischer-Tropsch, onde CO é hidrogenado para combustíveis de hidrocarbonetos líquidos. Esta tecnologia permite carvão a ser convertido em gasolina.

No Processo Monsanto, monóxido de carbono e metanol reagem na presença de um homogénea ródio catalisador e HI para dar ácido acético . Este processo é responsável pela maior parte da produção industrial de ácido acético .

O monóxido de carbono é um componente de princípio syngas, que é frequentemente utilizado para o poder industrial. O monóxido de carbono (CO) é também usado em operações à escala industrial para purificar níquel , que é um precursor para um processo de corrosão chamada Processo Mond.

Química de coordenação

O HOMO de CO é uma σ MO
O LUMO de CO é um π * antibonding MO

Formulário A maioria dos metais complexos de coordenação contendo monóxido de carbono ligados de forma covalente. Apenas aqueles em estados de oxidação mais baixos complexa com monóxido de carbono ligandos. Isto é porque deve haver densidade eletrônica suficiente para facilitar a doação de volta a partir do metal d xz -orbital, ao π * molecular orbital de CO. A par solitário no átomo de carbono em CO, também doa densidade de elétrons para o d x²-y² no metal para formar um ligação sigma. Em carbonilo de níquel, Ni (CO) 4 formas por a combinação directa de monóxido de carbono e níquel de metal à temperatura ambiente. Por esta razão, o níquel em qualquer tubo ou peça não deve entrar em contacto prolongado com o monóxido de carbono (corrosão). Níquel carbonil decompõe facilmente de volta para Ni e Co ao entrar em contacto com superfícies quentes, e uma vez que este método foi utilizado para a purificação industrial de níquel na Processo Mond.

Em carbonilo de níquel e outros carbonilos, o par de electrões no átomo de carbono interage com o metal; o monóxido de carbono doa o par de electrões para o metal. Nestas situações, o monóxido de carbono é denominado carbonil ligando. Um dos carbonilos metálicas mais importantes é pentacarbonil ferro, Fe (CO) 5:

Estrutura de ferro pentacarbonil Pentacarbonil Ferro

Muitos complexos de metal-CO são preparados pela descarbonilação de solventes orgânicos, e não a partir de CO. Por exemplo, tricloreto de irídio e trifenilfosfina reagir em ebulição metoxietanol ou DMF) para se obter IrCl (CO) (PPh3) 2.

Orgânica e química principal grupo

Na presença de ácidos fortes e água, monóxido de carbono reage com olefinas para formar ácidos carboxílicos em um processo conhecido como a reacção de Koch-Haaf. No Reacção de Gattermann-Koch, arenos são convertidos em derivados de benzaldeído, na presença de AICI3 e HCl. Compostos de organolítio, por exemplo, butil-lítio reagir com CO, mas esta reacção goza de pouca utilidade.

Embora CO reage com carbocátions e carbaniões, é relativamente não reactivo em relação compostos orgânicos sem a intervenção de catalisadores de metal.

Com principais reagentes grupo, CO sofre várias reações notáveis. Cloração de CO é a via para o composto industrial importante fosgénio. Com borano CO forma um aducto, H 3 BCO, que é com a isoeletrônica acílio cação [H 3 CCO] +. CO reage com sódio para dar os produtos resultantes de CC de acoplamento, tal como Na 2 C 2 O 2 (acetylenediolate de sódio), e de potássio para dar K 2 C 2 O 2 (acetylenediolate de potássio) e K 2 C 6 O 6 (rodizonato de potássio).

O monóxido de carbono na atmosfera

MOPITT 2000 monóxido de carbono global

O monóxido de carbono, que considerado como um poluente hoje, tem sido sempre presente na atmosfera, principalmente como um produto de actividade vulcânica . Ocorre dissolvido em fundido rocha vulcânica em alta pressões na terra de manto. Conteúdo de monóxido de carbono dos gases vulcânicas variar de menos do que 0,01% para tanto como 2%, dependendo do vulcão. Também ocorre naturalmente nas incêndios florestais. Porque fontes naturais de monóxido de carbono são tão variáveis de ano para ano, é extremamente difícil medir com precisão as emissões naturais do gás.

O monóxido de carbono tem uma radiativo indireto forçando efeito, elevando as concentrações de metano e troposférica de ozônio por meio de reações químicas com outros constituintes atmosféricos (por exemplo, o hidroxilo radical, OH.) que, de outro modo destrua. Por meio de processos naturais do ambiente, que é eventualmente oxidado a dióxido de carbono . As concentrações de monóxido de carbono são ambos curta duração na atmosfera e espacialmente variável.

CO antropogênica de emissões de automóveis e industriais pode contribuir para o efeito estufa eo aquecimento global. Em urbana monóxido de carbono áreas, juntamente com aldeídos, reage para produzir fotoquimicamente radicais peroxi. Radicais peróxidos reagem com óxido de azoto para aumentar a proporção de NO em NO 2, o que reduz a quantidade de NO que está disponível para reagir com o ozono . O monóxido de carbono também é um constituinte da fumaça do tabaco.

Papel na fisiologia e comida

O monóxido de carbono é utilizado em atmosfera modificada sistemas de embalagem em os EUA, principalmente com produtos à base de carne frescos, como carne bovina e suína. O CO combina com mioglobina para formar carboximioglobina, um brilhante cereja pigmento vermelho. Carboximioglobina é mais estável do que a forma oxigenada da mioglobina, oximioglobina, que pode tornar-se oxidado para o pigmento castanho, metamioglobina. Esta cor vermelha estável pode persistir por muito mais tempo do que normalmente embalados em carne, dando a aparência de frescura. Os níveis típicos de CO utilizados são 0,4% a 0,5%.

A tecnologia foi dada em primeiro lugar geralmente reconhecida como estado seguro pela Em 2002 pela FDA para utilização como um sistema de embalagem secundária. Em 2004, o FDA aprovou o CO como método de embalagem primária, declarando que o CO não mascarar o odor deterioração. Apesar desta decisão, a tecnologia ainda é controversa em os EUA por temores de que é a deterioração enganosa e máscaras.

Uma reação no corpo produz CO. O monóxido de carbono é produzido naturalmente como uma quebra de heme (que é um dos porções de hemoglobina), um substrato para a enzima heme oxigenase. Os resultados da reacção enzimática na degradação do heme para CO, biliverdina e Fe 3+ radical. O CO produzido endogenamente pode ter funções fisiológicas importantes no organismo (por exemplo, como um neurotransmissor ou um vasos sanguíneos relaxante). Além disso CO regula reacções inflamatórias de uma maneira que impede o desenvolvimento de várias doenças como aterosclerose ou paludismo grave.

CO é um nutriente para bactérias metanogênicas, um bloco de construção para acetil coenzima A. Este tema é assunto para o campo emergente da química bioorganometallic. Em bactérias, CO é produzido através da redução de dióxido de carbono através da enzima desidrogenase de monóxido de carbono, uma proteína de Fe-Ni-S contendo.

Uma proteína CO-sensor baseado em heme, COOA, é conhecida. O escopo de seu papel biológico é ainda incerto, parece que é parte de uma via de sinalização em bactérias e archaea, mas a sua ocorrência nos mamíferos não está estabelecida.

CO está também actualmente a ser estudados em vários laboratórios de investigação por todo o mundo pelas suas propriedades anti-inflamatórias e citoprotectores que podem ser utilizados terapeuticamente para prevenir o desenvolvimento de uma série de condições patológicas tais como lesão por isquemia-reperfusão, rejeição de transplante, aterosclerose, sepsis, grave a malária ou a auto-imunidade. Ainda não há aplicações clínicas de CO em humanos.

História

O monóxido de carbono foi preparado primeiro pela francesa químico de Lassone em 1776 por aquecimento óxido de zinco com coque. Ele concluiu erroneamente que o produto gasoso foi hidrogénio enquanto queimava com uma chama azul. O gás foi identificado como um composto que contém carbono e oxigénio pelo químico Inglês William Cruikshank Cumberland no ano de 1800.

As propriedades tóxicas de CO foram primeiro exaustivamente investigado pelo fisiologista francês Claude Bernard em torno de 1846. Ele envenenado cães com o gás, e notou que seu sangue era mais rutilant em todos os vasos. 'Rutilant' é uma palavra francesa, mas também tem uma entrada no dicionários de inglês, significando corado, cintilante, ou dourada. No entanto, ela foi traduzida na época como o carmesim, escarlate, e agora é notoriamente conhecido como "cereja rosa '.

Durante a Segunda Guerra Mundial , o monóxido de carbono foi usado para manter veículos automóveis que funcionam em partes do mundo onde gasolina era escassa. Carvão vegetal de madeira ou externo queimadores foram montados, e o monóxido de carbono produzido pela gaseificação foi canalizada para o carburador. O CO, neste caso, é conhecido como " gás de madeira ". O monóxido de carbono também foi usado reportedly em pequena escala durante o Holocausto , em algum Campos de extermínio nazistas, e no Aktion T4 " programa de eutanásia ".

Toxicidade

O monóxido de carbono é um gás tóxico de forma significativa e não tem odor ou cor. É o tipo mais comum de intoxicação fatal em muitos países. As exposições podem levar a uma toxicidade significativa do sistema nervoso central e do coração . Na sequência de envenenamento, a longo prazo sequelas ocorrem frequentemente. O monóxido de carbono também pode ter efeitos graves sobre a bebê de uma mulher grávida. Os sintomas de intoxicação leve incluem dores de cabeça e tonturas em concentrações inferiores a 100 ppm. Concentrações tão baixas como 667 ppm pode causar-se a 50% de hemoglobina do corpo a ser convertida em carboxi-hemoglobina (HbCO). Carboxi-hemoglobina é bastante estável, mas esta mudança é reversível. Carboxi-hemoglobina é ineficaz para a entrega de oxigênio, resultando em algumas partes do corpo que não recebem oxigênio necessário. Como resultado, as exposições deste nível pode ser fatal. Nos Estados Unidos, OSHA limita os níveis de exposição no local a longo prazo a 50 ppm.

Os mecanismos pelos quais o monóxido de carbono produz efeitos tóxicos ainda não são completamente compreendidos, mas hemoglobina, mioglobina, e mitocondrial citocromo-oxidase são pensados para ser comprometida. O tratamento consiste em grande parte de administração de 100% de oxigénio ou oxigenoterapia hiperbárica, apesar do ótimo tratamento permanece controverso. Intoxicação por monóxido de carbono doméstica pode ser prevenida pelo uso do agregado detectores de monóxido de carbono.

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