Ядовитое вещество, известное как угарный газ, представляет серьезную угрозу для здоровья человека и считается одним из самых опасных существующих газов и паров. Его применение и токсикология вызывают озабоченность как у исследователей, так и у медицинских работников

Библиография: Авдеев М. И. Судебно-медицинская экспертиза трупа, с. 375, М., 1976; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева и И. Д. Га-даскиной, т. 3, с. 240, Л., 1976; Кустов В. В., Тиунов Л. А. и Васильев Г. А. Комбинированное действие промышленных ядов, М., 1975; Профессиональные болезни, под ред. А. А. Ле-тавета, с. 245, М., 1973; T и у н о в Л. А. и Кустов В. В. Токсикология окиси углерода, Л., 1969;М а уег — Gross W., Slater E. a. Roth M. Clinical psychiatry, p. 338, L., 1960.

А. В. Рощин; В. В. Томилин (суд.), Э. Я. Штернберг (псих.).

Дачники, владельцы загородных домов, те, кто при перепланировке жилья нарушает естественную тягу или готовит на всех конфорках сразу, а также любители курить в кровати либо обогревать городскую квартиру с помощью газовой плиты, — все они в группе риска. Их враг — угарный газ.

Заведую­щий кафедрой общей врачебной практики Медицинского института РУДН Николай Стуров:

— Одно из самых сильных заблуждений, которые могут стоить жизни, — это то, что угарный газ (монооксид углерода, или окись углерода) имеет столь знакомый всем неприятный запах, поэтому нужно полагаться на обоняние и всё будет хорошо. На самом деле к газу, с помощью которого работают плиты в домах, добавляют интенсивно пахнущие вещества — одоранты. Они нужны именно для того, чтобы была возможность уловить угарный газ даже при чрезвычайно малой, а значит, безвредной концентрации — около 1% от объёма помещения. А тот углекислый газ, который выделяют дачные печи, камины и прочие газовые приборы, не имеет ни запаха, ни вкуса, ни цвета.

Органическая химия и химия основных групп элементов

При отравлении О. у. следует вывести пострадавшего на свежий воздух и начать обильную ингаляцию кислорода. В тяжелых случаях проводят кровопускание с последующим внутривенным введением 20—30 мл 40% р-ра глюкозы. При нарушении дыхания вводят лобелин (1 мл 1% р-ра) или цититон (1 мл), сердечнососудистые средства. При коме — внутривенное введение метиленового синего (10 мл 1% р-ра), при остановке дыхания — искусственное дыхание, при судорогах — фенобарбитал (0,1 г), клизмы с 2% р-ром хлоралгидрата, бромиды. Рекомендуются препараты железа (ферковен).

Прогноз отравлений О. у. зависит от концентрации ее в воздухе и времени пребывания в зоне действия О. у. Прогноз острого отравления, протекающего с психическими расстройствами, серьезен. Выздоровление наступает только в половине случаев, часто разнообразные психотические картины стадии острого отравления переходят в затяжной амнестический синдром (см. Корсаковский синдром).

Степени отравления угарным газом

Лёгкая (III). Углекислого газа в крови не выше 0,07%, в организме уже присут­ствует карбоксигемоглобин, но не более 30%.

(!) Проявления: голов­ная боль, головокружение, тошнота, рвота.

(√) Что можно сделать? Открыть окна и двери, по возможности вынести пострадавшего на улицу. Если человек продолжает жаловаться на плохое самочувствие, вызвать врача, но госпитализация не нужна.

Средняя (II). Углекислого газа в крови не более 0,33%, содержание карбоксигемоглобина в крови не выше 40%.

(!) Проявления: не только потеря сознания, но и возможные галлюцинации, повышенное давление, учащённый пульс.

(√) Что можно сделать? Открыть окна и двери, вынести пострадавшего на улицу, вызвать спасателей и врачей, которые с помощью кислородной маски подключат человека к кислородному баллону на несколько часов. В этом случае госпитализация обязательна.

Тяжёлая (I). Углекислого газа в крови более 1,2%, содержание карбоксигемо­глобина — 50%, критический уровень.

(!) Проявления: прерывистое дыхание, резкое понижение артериального давления, вероятен коллапс; слизистые очень бледные, наблюдаются судороги, без оказания помощи могут случиться кома и даже смертельный исход.

(√) Что можно сделать? Открыть окна и двери, вынести пострадавшего на улицу, вызвать спасателей и врачей. Медики с помощью кислородной маски и кислородного баллона насытят лёгкие кислородом, но для этого понадобится несколько часов. Госпитализация обязательна: в реанимации больного подключают к аппарату ИВЛ (искусственная вентиляция лёгких). В арсенале врачей есть специальный антидот (противоядие) к угарному газу, с помощью которого ускоряется выведение угарного газа из организма, снижается интоксикация.

Распространенность

Окись углерода встречается в различных природных и искусственных средах.

Окись углерода присутствует в небольших количествах в атмосфере, главным образом, как продукт вулканической активности, но также является продуктом естественных и техногенных пожаров (например, лесные пожары, сжигание растительных остатков, а также сжигание сахарного тростника). Сжигание ископаемого топлива также способствует образованию окиси углерода. Окись углерода встречается в растворенном виде в расплавленных вулканических породах при высоких давлениях в мантии Земли. Поскольку природные источники окиси углерода переменны, чрезвычайно трудно точно измерить природные выбросы газа.
Окись углерода является быстрораспадающимся парниковым газом, а также проявляет косвенное радиационное воздействие путем повышения концентрации метана и тропосферного озона в результате химических реакций с другими компонентами атмосферы (например, гидроксильный радикал, ОН), что, в противном случае, разрушило бы их. В результате естественных процессов в атмосфере, он, в конечном счете, окисляется до двуокиси углерода. Окись углерода является одновременно недолговечной в атмосфере (сохраняется в среднем около двух месяцев) и имеет пространственно переменную концентрацию.
В атмосфере Венеры, окись углерода создается в результате фотодиссоциации двуокиси углерода электромагнитным излучением с длиной волны короче 169 нм.
Из-за своей длительной жизнеспособности в средней тропосфере, окись углерода также используется в качестве трассера транспорта для струй вредных веществ.

Загрязнение городов

Окись углерода является временным загрязняющим веществом в атмосфере в некоторых городских районах, главным образом, из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания (в том числе транспортных средств, портативных и резервных генераторов, газонокосилок, моечных машин и т.д.), а также от неполного сгорания различных других видов топлива (включая дрова, уголь, древесный уголь, нефть, парафин, пропан, природный газ и мусор).
Большие загрязнения CO могут наблюдаться из космоса над городами.

Роль в формировании приземного озона

В закрытых средах, концентрация окиси углерода может легко увеличиться до летального уровня. В среднем, в Соединенных Штатах ежегодно от неавтомобильных потребительских товаров, производящих окись углерода, умирает 170 человек. Тем не менее, в соответствии с данными Департамента здравоохранения Флориды, «ежегодно более 500 американцев умирают от случайного воздействия окиси углерода и еще тысячи человек в США требуют неотложной медицинской помощи при несмертельном отравлении угарным газом». Эти продукты включают в себя неисправные топливные приборы сжигания, такие как печи, кухонные плиты, водонагреватели и газовые и керосиновые комнатные обогреватели; оборудование с механическим приводом, такое как портативные генераторы; камины; и древесный уголь, который сжигается в домах и других закрытых помещениях. Американская ассоциация центров контроля отравлений (AAPCC) сообщила о 15769 случаях отравления угарным газом, которые привели к 39 смертям в 2007 году. В 2005 году, CPSC сообщила о 94 смертях, связанных с отравлением моноксидом углерода от генератора. Сорок семь из этих смертей имели место во время перебоев в подаче электроэнергии из-за суровых погодных условий, в том числе, из-за урагана Катрина. Тем не менее, люди умирают от отравления угарным газом, производимым непродовольственными товарами, такими как автомобили, оставленные работающими в гаражах, прилегающих к дому. Центры по контролю и профилактике заболеваний сообщают, что ежегодно несколько тысяч человек обращаются в больницу скорой помощи при отравлении угарным газом. 12)

Наличие в крови

Окись углерода поглощается через дыхание и попадает в кровоток через газообмен в легких. Она также производится в ходе метаболизма гемоглобина и поступает в кровь из тканей, и, таким образом, присутствует во всех нормальных тканях, даже если она не попадает в организм при дыхании.
Нормальные уровни окиси углерода, циркулирующие в крови, составляют от 0% до 3%, и выше у курильщиков. Уровни окиси углерода нельзя оценить с помощью физического осмотра. Лабораторные испытания требуют наличия образца крови (артериальной или венозной) и лабораторного анализа на СО-оксиметр. Кроме того, неинвазивный карбоксигемоглобин (SPCO) с импульсной СО-оксиметрией является более эффективным по сравнению с инвазивными методами.

Астрофизика

За пределами Земли, окись углерода является второй наиболее распространенной молекулой в межзвездной среде, после молекулярного водорода. Из-за своей асимметрии, молекула окиси углерода производит гораздо более яркие спектральные линии, чем молекула водорода, благодаря чему СО гораздо легче обнаружить. Межзвёздный CO был впервые обнаружен с помощью радиотелескопов в 1970 году. В настоящее время он является наиболее часто используемым индикатором молекулярного газа в межзвездной среде галактик, а молекулярный водород может быть обнаружен только с помощью ультрафиолетового света, что требует наличия космических телескопов. Наблюдения за окисью углерода обеспечивают большую часть информации о молекулярных облаках, в которых образуется большинство звезд.
Beta Pictoris, вторая по яркости звезда в созвездии Pictor, демонстрирует избыток инфракрасного излучения по сравнению с нормальными звездами ее типа, что обусловлено большим количеством пыли и газа (в том числе окиси углерода) 13) вблизи звезды.

Клиническая картина отравлений

Острое отравление О. у. развивается чаще всего при концентрациях ее в воздухе, превышающих 100—200 мг/м3, а отравление с коллапсом в зависимости от индивидуального состояния организма при концентрациях 400—600 мг/м3 через 2—5 час. При более высоких концентрациях острое отравление развивается через несколько минут. Оно характеризуется комплексом клин, симптомов со стороны ц. н. с., органов дыхания, сердечно-сосудистой системы и крови. Нарушения ц. н. с. сводятся к появлению головокружения, головной боли, возбуждению, спутанности сознания, в тяжелых случаях наступает потеря сознания и коллапс. Наиболее тяжелые отравления вызывают быстрое развитие комы, часто со смертельным исходом.

Коматозное состояние характеризуется ригидностью мышц конечностей, клоническими и тоническими судорогами, непроизвольным мочеиспусканием и дефекацией, лицо ярко-красного цвета, отмечается цианоз конечностей. При тяжелых отравлениях наблюдаются также кожно-трофические расстройства — эритема, отеки. В отдельных случаях наблюдаются расстройства зрения — нарушения светоощущения, изменение полей зрения, ксантопсия.

Расстройство дыхания выражается обычно одышкой, сменяющейся в дальнейшем урежением дыхания, обусловленным гипокапнией в результате гипервентиляции. Иногда наблюдаются случаи токсической пневмонии, возникающие на 2—3-й день после отравления в результате гипоксии легочной ткани, снижающей сопротивляемость к инфекции. Рентгенол, изменения легких: эмфизема, диффузные крупноочаговые затемнения и усиление легочного рисунка.

Характерны сердцебиение, учащение пульса, появление аритмии, расширение границ сердца, глухость тонов, явления стенокардии, в ряде случаев может развиться миокардит, инфаркт миокарда.

В крови наблюдается небольшое увеличение количества эритроцитов, замедление РОЭ, выраженный нейтрофильный лейкоцитоз с палочкоядерным сдвигом и лимфоэозинопе-нией.

Психические расстройства, наблюдаемые при отравлении О. у., зависят от ее концентрации. При легких отравлениях наблюдают обнубиляцию сознания (см. Оглушение) с жалобами на головные боли, головокружение, шум в ушах, тошноту и т. п. При острых отравлениях средней тяжести оглушенность постепенно нарастает до полной потери сознания, нередко возникают клонические судороги или эпилептические припадки. По выходе из бессознательного состояния преобладают то делириозные расстройства (нередко затяжные), то картины сумеречного состояния. Описаны также подострые бредовые психозы с несистематизированными идеями преследования и воздействия, кататонические картины с негативизмом и состояние хаотического возбуждения с импульсивными и агрессивными поступками (см. Кататонический синдром).

После свободного от психических нарушений «светлого» промежутка времени, продолжительностью от нескольких дней до нескольких недель может развиваться так наз. хрон, стадия психических изменений. Больные снова становятся возбужденными, затем присоединяются симптомы оглушения, а по их миновании нарастают амнестические расстройства и спутанность сознания. Иногда развиваются хрон, бредовые (шизоформные) психозы. Психические расстройства, возникающие на отдаленном этапе отравления, как бы в виде рецидива, обладают различной степенью обратимости. Развитие психической слабости (неглубокой деменции) амнестического типа наблюдается особенно в тех прогностически неблагоприятных случаях, когда психические нарушения сочетаются с развитием признаков органического поражения головного мозга (в виде паркинсонизма и ригидности , амиостатически-акинетического синдрома с амимией и хватательными автоматизмами, реже хореатических и атетозоподобных гиперкинезов, афатических, апрактических и агностических расстройств). Характерны для таких случаев и явления полиневрита (резкие боли в конечностях) с полной инверсией сна.

Возможность хрон, отравления О. у. одни исследователи оспаривают, другие считают его результатом многократных легких острых отравлений. Несомненным является развитие астенического синдрома с усилением сухожильных рефлексов, появлением тремора век, языка, пальцев рук, нарушениями функции щитовидной железы, повышением в крови количества эритроцитов и гемоглобина. Следствием хрон, интоксикации, по мнению ряда исследователей, могут быть и трофические расстройства кожи, аритмия и экстрасистолия, стенокардические явления.

Молекулярные свойства

Окись углерода имеет молекулярную массу 28,0, что делает его немного легче, чем воздух, чья средняя молекулярная масса составляет 28,8. Согласно закону идеального газа, СО, следовательно, имеет меньшую плотность, чем воздух.
Длина связи между атомом углерода и атомом кислорода составляет 112,8 пм. Эта длина связи согласуется с тройной связью, как в молекулярном азоте (N2), который имеет аналогичную длину связи и почти такую же молекулярную массу. Двойные связи углерод-кислород значительно длиннее, например, 120,8 м у формальдегида. Точка кипения (82 К) и температура плавления (68 K) очень похожи на N2 (77 К и 63 К, соответственно). Энергия диссоциации связи 1072 кДж / моль сильнее, чем у N2 (942 кДж / моль) и представляет собой наиболее сильную из известных химическую связь.
Основное состояние электрона окиси углерода является синглетным 4), так как здесь нет неспаренных электронов.

Связующий и дипольный момент

Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что, несмотря на большую электроотрицательность кислорода, дипольный момент исходит из более отрицательного конца углерода к более положительному концу кислорода. 6) Эти три связи представляют собой фактически полярные ковалентные связи, которые сильно поляризованы. Рассчитанная поляризация к атому кислорода составляет 71% для σ-связи и 77% для обоих π -связей.
Степень окисления углерода в окись углерода в каждой из этих структур составляет +2. Она рассчитывается так: все связующие электроны считаются принадлежащими к более электроотрицательным атомам кислорода. Только два несвязывающих электрона на углероде относятся к углероду. При таком подсчете, углерод имеет только два валентных электрона в молекуле по сравнению с четырьмя в свободном атоме.

Подготовка в лаборатории

Окись углерода удобно получать в лаборатории путем дегидратации муравьиной кислоты или щавелевой кислоты, например, с помощью концентрированной серной кислоты. Еще одним способом является нагревание однородной смеси порошкообразного металлического цинка и карбоната кальция, который высвобождает CO и оставляет оксид цинка и оксид кальция:

Нитрат серебра и иодоформ также дают окись углерода:

Монооксид углерода (угарный газ)

Способы получения угарного газа

В промышленности угарный газ получают:

В лаборатории угарный газ можно получить:

Химические свойства угарного газа

СО – несолеобразующий оксид

А также
образование формиата натрия в реакции с гидроксидом натрия при высоком
давлении:

Однако при обычных условиях он не вступает в реакции с
водой, кислотами и щелочами, поэтому относится к типу несолеобразующих оксидов.

Является сильным восстановителем, поэтому реагирует с окислителями:

СО + Н2О= CO2 + Н2

HbO2 + CO = HbCO + O2

Этим свойством СО и объясняется его
высокая токсичность для организма человека.

Угольная кислота и карбонаты

Химические свойства угольной кислоты и карбонатов

Угольная
кислота – слабая двухосновная
кислота

Угольная кислота существует только в водном растворе, где количество ее
молекул и анионов в сотни раз меньше, чем количество растворенных молекул
углекислого газа CO2

H2CO3 ↔ H+ + НCO3—

НCO3— ↔ H+ + CO32-

H2CO3 как индивидуальное соединение неустойчиво и не имеет практического значения, но ее соли устойчивы и нашли широкое применение.

Na2CO3 + H2O = NaOH + NaHCO3

CO32-+ H2O = OH— + HCO3—

Карбонат аммония при нагревании разлагается иначе:

CO2 + Сa(OH)2 = CaCO3↓ + H2O

При дальнейшем пропускании раствор вновь становится прозрачным,
помутнение исчезает:

CaCO3 + CO2 + H2O = Сa(НCO3)2

Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaНCO3

НCO3—+ H2O = OH— + H2CO3

Mg(HCO3)2 = Mg(OH)2↓ + 2CO2↑+ H2O

Как действует угарный газ?

Основная опасность угарного газа в том, что он легко и быстро всасывается через лёгкие в кровь и сразу вступает в связь с гемоглобином. Интересно, что последний имеет более высокое сходство именно с угарным газом, а не с кислородом. При вдыхании углекислого газа образуется очень токсичное вещество карбоксигемоглобин, купирующее поступление кислорода в кровь. В результате наступает гипоксия (кислородное голодание) — состояние, при котором страдают клетки головного мозга. У некоторых кружится голова и происходит потеря сознания. Если не оказать вовремя помощь, уровень гипоксии будет увеличиваться, что может привести к инсульту, инфаркту, сердечной недостаточности, а в тяжёлых случаях даже к коме и летальному исходу.

Люди, пережившие подобную ситуа­цию, часто вспоминают, что не могли сделать ни единого шага, хотя прекрасно понимали, что им надо выйти из закрытого помещения на свежий воздух. Это закономерно: расслабляется гладкая мускулатура, стенки сосудов теряют упругость. Если человек не смог устоять на ногах, то при падении пережимаются артерии — кровь перестаёт поступать к органам.

Производство

Было разработано множество методов для производства окиси углерода.

Промышленное производство

Другой источник «водяной газ», смесь водорода и монооксида углерода, полученного с помощью эндотермической реакции пара и углерода:

Другие подобные «синтетические газы» могут быть получены из природного газа и других видов топлива.
Оксид углерода также является побочным продуктом восстановления руд оксида металла с углеродом:

Окись углерода также получают путем прямого окисления углерода в ограниченном количестве кислорода или воздуха.

Поскольку СО представляет собой газ, восстановительный процесс может управляться путем нагревания, используя положительную (благоприятную) энтропию реакции. Диаграмма Эллингама показывает, что образованию СО отдается предпочтение по сравнению с СО2 при высоких температурах.

История

Аристотель (384-322 до н.э.) впервые описал процесс сжигания углей, который приводит к образованию токсичных паров. В древности существовал способ казни – закрывать преступника в ванной комнате с тлеющими углями. Однако, на тот момент механизм смерти был непонятен. Греческий врач Гален (129-199 гг. н.э.) предположил, что имело место изменение состава воздуха, который причинял человеку вред при вдыхании. В 1776 году французский химик де Лассон произвел СО путем нагревания оксида цинка с коксом, однако ученый пришел к ошибочному выводу, что газообразный продукт был водородом, поскольку он горел синим пламенем. Газ был идентифицирован как соединение, содержащее углерод и кислород, шотландским химиком Уильямом Камберлендом Круикшанком в 1800 году. Его токсичность на собаках была тщательно исследована Клодом Бернаром около 1846 года. 1)
Во время Второй мировой войны, газовая смесь, включающая окись углерода, использовалась для поддержания механических транспортных средств, работающих в некоторых частях мира, где было мало бензина и дизельного топлива. Внешний (с некоторыми исключениями) древесный уголь или газогенераторы газа, полученного из древесины, были установлены, и смесь атмосферного азота, окиси углерода и небольших количеств других газов, образующихся при газификации, поступала в газовый смеситель. Газовая смесь, полученная в результате этого процесса, известна как древесный газ. Окись углерода также использовалась в больших масштабах во время Холокоста в некоторых немецких нацистских лагерях смерти, наиболее явно – в газовых фургонах в Хелмно и в программе умерщвления Т4 «эвтаназия». 2)

Профилактика

Для снижения концентрации О. у. в воздухе рабочей зоны осуществляют герметизацию оборудования, трубопроводов, быстрое удаление выделяющейся О. у. с помощью вентиляции. Необходимы постоянный контроль за концентрацией О. у. в воздухе, особенно в газоопасных местах, контроль за герметичностью оборудования и борьба с утечкой газа, в т. ч. в бытовых условиях. Важное значение в предупреждении отравлений О. у. имеет правильная организация газоспасательной службы (см.).

Для индивидуальной защиты в производственных условиях рекомендуется фильтрующий противогаз марки СО; при совместном присутствии О. у., хлора, пыли — противогаз марки СОХ. Противогаз марки М пригоден при наличии в воздухе и других газов. Противогаз марки МПС-Ф защищает от совместного действия окиси углерода и сернистого газа. При очень высоких концентрациях О. у. в воздухе используют самоспасатели (СП-9, СП-55), а также кислородные изолирующие противогазы.

Как образуется угарный газ?

Любой вид топлива (газ, нефть, древесина, уголь), который не сгорает полностью, производит угарный газ. Иными словами, его источником могут быть и дым от сигарет, и печь, которую топят углём или древесиной, и работающий двигатель автомобиля.

Если развести костёр в лесу — угарный газ просто растворится в воздухе. А вот в закрытом помещении при нехватке кислорода, когда топливо не горит активно, а лишь тлеет, образуется смертельно опасный газ. Этот «молчаливый убийца» без цвета, вкуса и запаха легко просачивается сквозь любые барьеры, даже через специальные фильтры. Самые частые источники углекислого газа — дачные печи и камины, неисправные газовые плиты, водонагреватели, обогреватели, а также автомобильные двигатели.

Угарный газ, окись углерода (СО) представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса, который является немного менее плотным, чем воздух. Он токсичен для гемоглобинных животных (включая человека), если его концентрации выше примерно 35 частей на миллион, хотя он также производится в обычном метаболизме животных в небольших количествах, и, как полагают, имеет некоторые нормальные биологические функции. В атмосфере, он пространственно переменный и быстрораспадающийся, и имеет определенную роль в формировании озона на уровне земли.
Окись углерода состоит из одного атома углерода и одного атома кислорода, связанных тройной связью, которая состоит из двух ковалентных связей, а также одной дативной ковалентной связи. Это самый простой оксид углерода. Он является изоэлектроном с цианидом аниона, нитрозоний катионом и молекулярным азотом. В координационных комплексах, лиганд монооксида углерода называется карбонилом.

Неприятные перспективы

При серьёзном отравлении даже после грамотно оказанной помощи пострадавший не сможет полностью восстановиться и, к сожалению, навсегда останется в вегетативном состоянии.

Если поражение было менее обширным, восстановление будет сложным и долгим — месяцы, а то и годы. Как показали исследования, 30% пострадавших частично теряют память, мучаются частыми головными болями. Кроме того, как правило, нарушаются двигательные и когнитивные функции, снижается острота зрения и слуха.

Мало постоянно проветривать помещение, проверять исправность оборудования, менять в срок газовые плиты, следить, чтобы в русской печи не оставались на ночь тлеющие угли, не находиться в гараже при работающем двигателе автомобиля. Нужно ещё приобрести специальный датчик. При повышении аварийного порога концентрации угарного газа в закрытом помещении он подаст громкий сигнал. Прибор необходим и на даче, и в гараже, и в городской квартире.

Координационная химия

Большинство металлов образуют координационные комплексы, содержащие ковалентно присоединенную окись углерода. Только металлы в низших степенях окисления будут соединяться с лигандами окиси углерода. Это связано с тем, что необходима достаточная плотность электронов, чтобы облегчить обратное пожертвование от металлической DXZ-орбитали, к π * молекулярной орбитали из СО. Неподеленная пара на атоме углерода в СО также жертвует электронную плотность в dx²-y² на металле для формирования сигма-связи. Это пожертвование электрона также проявляется цис-эффектом, или лабилизацией СО лигандов в цис-положении. Карбонил никеля, например, образуется путем прямого сочетания окиси углерода и металлического никеля:

По этой причине, никель в трубке или ее части не должен вступать в длительный контакт с окисью углерода. Карбонил никеля легко разлагается обратно до Ni и СО при контакте с горячими поверхностями, и этот метод используется для промышленной очистки никеля в процессе Монда. 14)
В карбониле никеля и других карбонилах, электронная пара на углероде взаимодействует с металлом; окись углерода жертвует электронную пару металлу. В таких ситуациях, окись углерода называется карбонильным лигандом. Одним из наиболее важных карбонил металлов является пентакарбонил железа, Fe (CO) 5.
Многие комплексы металл-CO получают путем декарбонилирования органических растворителей, а не из СО. Например, трихлорид иридия и трифенилфосфин реагируют в кипящем 2-метоксиэтаноле или ДМФ, с получением IrCl (CO) (PPh3) 2.
Карбонилы металлов в координационной химии обычно изучаются с помощью инфракрасной спектроскопии.

Диоксид углерода (углекислый газ)

Способы получения углекислого газа

СxHy + O2 = H2O + CO2

Химические свойства углекислого газа

Углекислый
газ — типичный кислотный
оксид. Проявляет слабые окислительные
свойства

CO2 + H2O ↔ H2CO3

Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3 + Na2CO3

Внимание! Магний горит в атмосфере углекислого газа, поэтому горящий магний нельзя тушить углекислотными огнетушителями.

nCO2 + mH2O = Cn(H2O)m + nO2

CO2 + 2NH3 = CO(NH2)2 + H2O

NaCl + CO2 + NH3 + H2O= NaHCO3 + NH4Cl

Использование

Окись углерода представляет собой промышленный газ, который имеет множество применений в производстве сыпучих химических веществ. Большие количества альдегидов получают путем реакции гидроформилирования алкенов, окиси углерода и Н2. Гидроформилирование в процессе Шелла дает возможность создавать предшественники моющих средств.
Фосген, пригодный для получения изоцианатов, поликарбонатов и полиуретанов, производится путем пропускания очищенного монооксида углерода и газообразного хлора через слой пористого активированного угля, который служит в качестве катализатора. Мировое производство этого соединения в 1989 году оценивалось в 2,74 млн тонн. 16)

Метанол получают путем гидрогенизации окиси углерода. В родственной реакции, гидрирование окиси углерода связано с образованием связи С-С, как в процессе Фишера-Тропша, где окись углерода гидрогенизируется до жидких углеводородных топлив. Эта технология позволяет преобразовывать уголь или биомассы в дизельное топливо.
В процессе Монсанто, окись углерода и метанол реагируют в присутствии катализатора на основе родия и однородной иодистоводородной кислоты с образованием уксусной кислоты. Этот процесс отвечает за большую часть промышленного производства уксусной кислоты.
В промышленных масштабах, чистая окись углерода используется для очистки никеля в процессе Монда.

Окраска мяса

Окись углерода используется в модифицированных атмосферных системах упаковки в США, в основном, при упаковке свежих мясных продуктов, таких как говядина, свинина и рыба, чтобы сохранять их свежий внешний вид. Окись углерода соединяется с миоглобином с образованием карбоксимиоглобина, ярко-вишнево-красного пигмента. Карбоксимиоглобин является более стабильным, чем окисленная форма миоглобина, оксимиоглобин, который может окислиться до коричневого пигмента метмиоглобина. Этот стабильный красный цвет может сохраняться гораздо дольше, чем обычное упакованное мясо. Типичные уровни окиси углерода, используемые в установках, использующих этот процесс, составляют от 0,4% до 0,5%.
Эта технология впервые признана «в целом безопасной» (GRAS) Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в 2002 году для использования в качестве вторичной упаковочной системы, и не требует маркировки. В 2004 году FDA одобрило CO в качестве основного метода упаковки, заявив, что CO не скрывает запаха порчи. Несмотря на это постановление, остается спорным вопрос о том, маскирует ли этот метод порчу продуктов. В 2007 году, в Палате представителей США был предложен законопроект, предлагающий называть модифицированный процесс упаковки с использованием окиси углерода цветовой добавкой, но законопроект не был принят. Такой процесс упаковки запрещен во многих других странах, включая Японию, Сингапур и страны Европейского Союза. 17)

Медицина

В биологии, окись углерода естественным образом вырабатывается под действием гемоксигеназы 1 и 2 на гем от распада гемоглобина. Этот процесс производит определенное количество карбоксигемоглобина у нормальных людей, даже если они не вдыхают окись углерода.
После первого доклада о том, что окись углерода является нормальным нейромедиатором в 1993 году, а также одним из трех газов, которые естественным образом модулируют воспалительные реакции в организме (два других – оксид азота и сероводород), окись углерода получила большое клиническое внимание как биологический регулятор. Во многих тканях, все три газа, как известно, действуют как противовоспалительные средства, вазодилататоры и усилители неоваскулярного роста. Тем не менее, эти вопросы являются сложными, поскольку неоваскулярный рост не всегда полезен, так как он играет определенную роль в росте опухоли, а также в развитии влажной макулодистрофии, заболевания, риск которого увеличивается от 4 до 6 раз при курении (главный источник окиси углерода в крови, в несколько раз больше, чем естественное производство).
Существует теория, что в некоторых синапсах нервных клеток, когда откладываются долгосрочные воспоминания, принимающая клетка вырабатывает окись углерода, которая обратно передается к передающей камере, заставляющей её передаваться более легко в будущем. Некоторые такие нервные клетки, как было показано, содержат гуанилатциклазу, фермент, который активируется окисью углерода.
Во многих лабораториях по всему миру были проведены исследования с участием монооксида углерода относительно его противовоспалительных и цитопротекторных свойств. Эти свойства могут быть использованы для предотвращения развития ряда патологических состояний, в том числе, ишемического реперфузионного повреждения, отторжения трансплантата, атеросклероза, тяжелого сепсиса, тяжелой малярии или аутоиммунных заболеваний.
Были проведены клинические испытания с участием людей, однако их результаты еще не были выпущены.

Лазеры

Оксид углерода также используется в качестве активной среды в мощных инфракрасных лазерах. 18)

Узкоспециализированное использование

Окись углерода была предложена для использования в качестве топлива на Марсе. Углеродные двигатели на окиси / кислороде были предложены для ранней поверхностной транспортации, так как монооксид углерода и кислород могут напрямую производиться из атмосферы Марса в ходе электролиза циркония, без использования каких-либо марсианских водных ресурсов для получения водорода, которые будут необходимы, чтобы создать метан или любое водородное топливо.

Tags

1)

Waring, Rosemary H.; Steventon, Glyn B.; Mitchell, Steve C. (2007). Molecules of death. Imperial College Press. p. 38. ISBN 1-86094-814-6.

2)

Kitchen, Martin (2006). A history of modern Germany, 1800–2000. Wiley-Blackwell. p. 323. ISBN 1-4051-0041-9.

3)

Kolata, Gina (January 26, 1993). «Carbon Monoxide Gas Is Used by Brain Cells As a Neurotransmitter». The New York Times. Retrieved May 2, 2010.

4)

Vidal, C. R. (28 June 1997). «Highly Excited Triplet States of Carbon Monoxide». Archived from the original on 2006-08-28. Retrieved August 16, 2012.

7)

Omaye ST (2002). «Metabolic modulation of carbon monoxide toxicity». Toxicology. 180 (2): 139–150. doi:10.1016/S0300-483X(02)00387-6. PMID 12324190

8)

Tucker Blackburn, Susan (2007). Maternal, fetal, & neonatal physiology: a clinical perspective. Elsevier Health Sciences. p. 325. ISBN 1-4160-2944-3.

9)

Wu, L; Wang, R (December 2005). «Carbon Monoxide: Endogenous Production, Physiological Functions, and Pharmacological Applications». Pharmacol Rev. 57 (4): 585–630. doi:10.1124/pr.57.4.3. PMID 16382109

10)

Roberts, G. P.; Youn, H.; Kerby, R. L. (2004). «CO-Sensing Mechanisms». Microbiology and Molecular Biology Reviews. 68 (3): 453–473. doi:10.1128/MMBR.68.3.453-473.2004. PMC 515253free to read. PMID 15353565

11)

Ozone and other photochemical oxidants. National Academies. 1977. p. 23. ISBN 0-309-02531-1.

12)

Centers for Disease Control and Prevention, National Environmental Public Health Tracking Network, Carbon Monoxide Poisoning, accessed 2009-12-04

14)

Mond L, Langer K, Quincke F (1890). «Action of carbon monoxide on nickel». Journal of the Chemical Society. 57: 749–753. doi:10.1039/CT8905700749

15)

Evans, W. J.; Lipp, M. J.; Yoo, C.-S.; Cynn, H.; Herberg, J. L.; Maxwell, R. S.; Nicol, M. F. (2006). «Pressure-Induced Polymerization of Carbon Monoxide: Disproportionation and Synthesis of an Energetic Lactonic Polymer». Chemistry of Materials. 18 (10): 2520–2531. doi:10.1021/cm0524446

16)

Wolfgang Schneider; Werner Diller (2005), «Phosgene», Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a19_411

18)

Ionin, A.; Kinyaevskiy, I.; Klimachev, Y.; Kotkov, A.; Kozlov, A. (2012). «Novel mode-locked carbon monoxide laser system achieves high accuracy». SPIE Newsroom. doi:10.1117/2.1201112.004016

Окись углерода в судебно-медицинском отношении

В суд.-мед. практике приходится встречаться со случаями смертельного острого отравления О. у., в основном в результате несчастных случаев при пожаре, аварийной утечке бытового газа, нарушении правил топки печей, при работе двигателей внутреннего сгорания в гаражах. Проф. отравления и самоубийства О. у. встречаются редко.

При осмотре места происшествия особое внимание обращают на состояние газопроводки, горелок, заслонок печей, наличие тлеющих углей в топках печей, хлопьевидной копоти и посторонних запахов в помещении, где обнаружен пострадавший. При групповых отравлениях разной тяжести необходимо учитывать местонахождение каждого, т. к. люди, оказавшиеся на полу, могут в меньшей степени подвергаться токсическому действию О. у., вследствие того, что она легче воздуха. Перед началом осмотра места происшествия измеряют концентрацию О. у. в помещении, где произошло отравление. При расследовании отравлений, связанных с работой двигателей, отмечают расположение пострадавшего (кабина, кузов, гараж) и самого транспортного средства, состояние его двигателя (включен и работает; включен, но не работает из-за отсутствия горючего). При наружном осмотре трупа отмечают ярко-красные трупные пятна и хорошо выраженное трупное окоченение. Кровь жидкая, ярко-красного цвета; такого же цвета полнокровные внутренние органы и скелетные мышцы. Головной мозг и мягкая мозговая оболочка отечны. Под плеврой, брюшиной, эпикардом множественные кровоизлияния; такие же кровоизлияния обнаруживают во внутренних органах. В мозге, сердце, печени, почках — дистрофические и некротические изменения, характер и выраженность к-рых зависят от времени, прошедшего после смерти.

При подозрении на смерть от отравления О. у. проводятся предварительные пробы на HbCO. Пробы проводят на предметных стеклах или тарелках: наносят стеклянной палочкой по одной капле исследуемую и контрольную кровь; с помощью пипетки к ним добавляют по одной капле соответствующего реактива и перемешивают разными концами стеклянной палочки. Кровь, содержащая О. у., не меняет цвета; контрольная капля крови при пробе Гоппе-Зейлера (с 33% NaOH или КОН) меняет свой цвет на бурый за счет образования щелочного гематина; при пробе Либмана (с р-ром формальдегида) кровь приобретает коричнево-черную окраску за счет образования формалинового пигмента; при пробе Залесского (с конц. р-ром сернокислой меди) приобретает зеленый цвет. При пробе Сидорова к 2 мл 10% р-ра крови на дистилляте добавляют по 3—5 капель 20% р-ра желтой кровяной соли и 0,01 % р-ра бихромата калия, тщательно перемешивают. Раствор, содержащий HbCO, приобретает карминово-красную окраску, HbO2 — коричневато-зеленую. При пробе Кун-келя—Ветцеля в пробирку к нескольким миллилитрам исследуемой крови добавляют тройной объем воды и приблизительно 1/3 по объему 1—3% танина, смесь встряхивают и оставляют на нек-рое время; образовавшийся осадок имеет ярко-красный цвет (в контрольной крови осадок приобретает коричнево-красную окраску). При спектральном исследовании с помощью спектроскопов прямого видения в пробиркут вносят несколько капель крови, разводят ее водой до светло-розового цвета, наблюдают спектральную картину, затем добавляют гидросульфит натрия или другой восстановитель.

Спектр крови, содержащий HbCO, не изменится, в контроле же за счет образования восстановленной формы НЬ 2 полосы поглощения в желто-зеленой части спектра заменятся на одну широкую.

В диагностике отравления О. у. важны результаты суд.-хим. определения карбоксигемоглобина (HbCO) в крови и карбоксимиогло-бина в мышцах погибшего. Наличие О. у. в крови и мышцах устанавливается качественными реакциями, основанными на изменении физ.-хим. свойств крови под воздействием О. у., спектральным исследованием (по обнаружению спектров карбоксигемоглобина и карб-оксимиоглобина). Количественное содержание О. у. в крови и мышцах устанавливается фото- и спектрофотометрическими методами (см. Спектрофотометрия). Содержание О. у. в крови и ее количество устанавливают также газохроматографическим методом (см. Хроматография).

Во время вскрытия для суд.-хим. исследования берут 100 мл крови из полостей сердца или крупных сосудов и хранят ее до исследования под слоем вазелинового масла на холоде. При использовании современных газохроматографических методов исследования достаточно всего 1 —1,5 мл крови. Качественное установление HbCO возможно также при исследовании высушенной крови и кровяных пятен. Одновременно производится суд.-хим. исследование мышечной ткани на наличие и количественное содержание карбоксимиоглобина. Для определения карбоксимиоглобина необходимы 50—100 г скелетных мышц. Соединения О. у. с гемо- и миогло-бином стойки; их можно обнаружить в трупах через длительное время после смерти.

При острых отравлениях содержание HbCO в крови может доходить до 50—60 и даже до 100%. Смерть обычно наступает от паралича дыхания при замещении 70— 80% гемоглобина на карбоксигемоглобин. При очень высоких концентрациях О. у. в окружающей среде наблюдается «моментальная» форма отравления, заканчивающаяся быстрой смертью, иногда после нескольких вдохов. Значительное снижение количества HbCO в крови отмечается при ее нагревании, поэтому не исключено обнаружение небольших количеств HbCO в крови трупов, подвергшихся действию высокой температуры во время пожара. Иногда отрицательный результат хим. исследования при заведомом отравлении О. у. связан с быстрым наступлением смерти или же с быстрым удалением пострадавшего из атмосферы, содержащей повышенные концентрации О. у.

Биологические и физиологические свойства

Окись углерода вырабатывается естественным образом в организме человека в качестве сигнальной молекулы. Таким образом, окись углерода может иметь физиологическую роль в организме в качестве нейротрансмиттера или релаксанта кровеносных сосудов. Из-за роли окиси углерода в организме, нарушения в её метаболизме связаны с различными заболеваниями, в том числе нейродегенерацией, гипертонией, сердечной недостаточностью и воспалениями. 9)

• CO функционирует в качестве эндогенной сигнальной молекулы.
• СО модулирует функции сердечно-сосудистой системы
• CO ингибирует агрегацию и адгезию тромбоцитов
• CO может играть определенную роль в качестве потенциального терапевтического средства

Микробиология

Окись углерода является питательной средой для метаногенных архей, строительным блоком для ацетилкофермента А. Это тема для новой области биоорганометаллической химии. Экстремофильные микроорганизмы могут, таким образом, метаболизировать окись углерода в таких местах, как тепловые жерла вулканов.
У бактерий, окись углерода производится путем восстановления двуокиси углерода ферментом дегидрогеназы монооксида углерода, Fe-Ni-S-содержащего белка.
CooA представляет собой рецепторный белок окиси углерода. 10) Сфера его биологической активности до сих пор неизвестна. Он может быть частью сигнального пути у бактерий и архей. Его распространенность у млекопитающих не установлена.

Определение в воздухе

Качественное определение О. у. основано на реакции О. у. с хлоридом палладия. Для этого фильтровальные бумажки, пропитанные 1% р-ром хлорида палладия, высушиваются, затем они смачиваются 5% р-ром ацетата натрия — в присутствии О. у. в воздухе бумажки чернеют.