คาร์บอนมอนอกไซด์คืออะไร? โครงสร้างของโมเลกุล

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

คาร์บอนมอนอกไซด์หรือที่เรียกว่าคาร์บอนมอนอกไซด์มีองค์ประกอบโมเลกุลที่แข็งแรงมาก มีสมบัติทางเคมีเฉื่อยและไม่ละลายในน้ำได้ดี สารประกอบนี้ยังเป็นพิษอย่างเหลือเชื่ออีกด้วย เมื่อเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจ จะรวมกับฮีโมโกลบินในเลือด และจะหยุดส่งออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ

ชื่อและสูตรเคมี

คาร์บอนมอนอกไซด์ยังมีชื่อเรียกอื่นๆ อีกชื่อหนึ่ง เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ II ในชีวิตประจำวันมักเรียกกันว่าคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์นี้เป็นก๊าซพิษ ไม่มีสี ไม่มีรส และไม่มีกลิ่น สูตรทางเคมีของมันคือ CO และมวลของหนึ่งโมเลกุลเท่ากับ 28.01 ก./โมล

ผลกระทบต่อร่างกาย

คาร์บอนมอนอกไซด์รวมกับเฮโมโกลบินเพื่อสร้างคาร์บอกซีเฮโมโกลบินซึ่งไม่มีความสามารถในการรองรับออกซิเจน การสูดดมไอระเหยของมันทำให้เกิดความเสียหายต่อ CNS (ระบบประสาทส่วนกลาง) และหายใจไม่ออก การขาดออกซิเจนส่งผลให้ปวดศีรษะ เวียนศีรษะ ลดอัตราการเต้นของหัวใจและอัตราการหายใจ ทำให้เป็นลมและเสียชีวิตในภายหลัง

ก๊าซพิษ

คาร์บอนมอนอกไซด์ได้มาจากการเผาไหม้บางส่วนของสารที่มีคาร์บอน เช่น ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน สารประกอบนี้ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 1 อะตอม พันธะโควาเลนต์กับออกซิเจน 1 อะตอม คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นพิษสูงและเป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของพิษร้ายแรงทั่วโลก การเปิดรับแสงอาจทำให้หัวใจและอวัยวะอื่นเสียหาย

การใช้คาร์บอนมอนอกไซด์คืออะไร

ถึงแม้จะเป็นพิษร้ายแรง คาร์บอนมอนอกไซด์ก็มีประโยชน์อย่างยิ่ง - ด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญจำนวนมากถูกสร้างขึ้นจากมัน คาร์บอนมอนอกไซด์แม้ว่าจะถือว่าเป็นมลพิษในทุกวันนี้ แต่ก็มีอยู่ในธรรมชาติอยู่เสมอ แต่ไม่ใช่ในปริมาณอย่างเช่น คาร์บอนไดออกไซด์

ผู้ที่เชื่อว่าสารประกอบคาร์บอนมอนอกไซด์ไม่มีอยู่ในธรรมชาติถือว่าผิด CO ละลายในหินภูเขาไฟหลอมเหลวที่ความดันสูงในเสื้อคลุมของโลก ปริมาณคาร์บอนออกไซด์ในก๊าซภูเขาไฟแตกต่างกันไปตั้งแต่น้อยกว่า 0.01% ถึง 2% ขึ้นอยู่กับภูเขาไฟ เนื่องจากสารประกอบธรรมชาตินี้ไม่ใช่ค่าคงที่ จึงไม่สามารถวัดการปล่อยก๊าซธรรมชาติได้อย่างถูกต้อง

คุณสมบัติทางเคมี

คาร์บอนมอนอกไซด์ (สูตร CO) หมายถึงออกไซด์ที่ไม่เกิดเกลือหรือไม่ต่างกัน อย่างไรก็ตาม ที่ +200 oС ทำปฏิกิริยากับโซเดียมไฮดรอกไซด์ ในระหว่างกระบวนการทางเคมีนี้ จะเกิดรูปแบบโซเดียม:

NaOH + CO=HCONa (เกลือกรดฟอร์มิก).

คุณสมบัติของคาร์บอนมอนอกไซด์ขึ้นอยู่กับความสามารถในการรีดิวซ์ คาร์บอนมอนอกไซด์:

• สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้: 2CO + O₂ =2CO_2;
• สามารถโต้ตอบกับฮาโลเจนได้: CO + Cl₂ =COCl_{2 (ฟอสจีน);}
• มีคุณสมบัติพิเศษในการฟื้นฟูโลหะบริสุทธิ์จากออกไซด์ของพวกมัน: Fe₂O₃ + 3CO=2Fe + 3CO2;
• รูปแบบโลหะคาร์บอนิล: Fe + 5CO=Fe(CO)_5;
• ละลายได้ดีในคลอโรฟอร์ม กรดอะซิติก เอธานอล แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ และเบนซีน

โครงสร้างของโมเลกุล

สองอะตอม ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว โมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ประกอบด้วย เชื่อมต่อกันด้วยพันธะสามตัว สองในนั้นเกิดจากการหลอมรวมของ p-electron ของอะตอมของคาร์บอนกับออกซิเจน และตัวที่สามเกิดจากกลไกพิเศษเนื่องจากการโคจรของคาร์บอน 2p ฟรีและอิเล็กตรอนคู่ของออกซิเจน 2p โครงสร้างนี้ทำให้โมเลกุลมีความแข็งแรงสูง

ประวัติศาสตร์เล็กน้อย

แม้แต่อริสโตเติลจากกรีกโบราณยังบรรยายถึงควันพิษที่เกิดจากการเผาถ่าน กลไกการตายไม่เป็นที่รู้จักเคยเป็น. อย่างไรก็ตาม วิธีการประหารชีวิตแบบโบราณวิธีหนึ่งคือการขังผู้กระทำความผิดไว้ในห้องอบไอน้ำซึ่งมีถ่านที่คุกรุ่นอยู่ Galen แพทย์ชาวกรีกแนะนำว่าการเปลี่ยนแปลงบางอย่างเกิดขึ้นในองค์ประกอบของอากาศที่ก่อให้เกิดอันตรายเมื่อสูดดม

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ในส่วนต่างๆ ของโลกที่น้ำมันเบนซินและดีเซลขาดแคลน มีการติดตั้งเครื่องกำเนิดก๊าซจากถ่านหรือไม้ภายนอก (มีข้อยกเว้นบางประการ) และส่วนผสมของไนโตรเจนในบรรยากาศ คาร์บอนมอนอกไซด์ และก๊าซอื่นๆ จำนวนเล็กน้อยถูกป้อนเข้าไปในเครื่องผสมก๊าซ มันคือก๊าซไม้ที่เรียกว่า

ออกซิเดชันของคาร์บอนมอนอกไซด์

คาร์บอนมอนอกไซด์เกิดจากการออกซิเดชันบางส่วนของสารประกอบที่ประกอบด้วยคาร์บอน CO เกิดขึ้นเมื่อมีออกซิเจนไม่เพียงพอในการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ (CO_{2) เช่น เมื่อเตาเผาหรือเครื่องยนต์สันดาปภายในกำลังทำงานในพื้นที่ปิด หากมีออกซิเจน เช่นเดียวกับความเข้มข้นในบรรยากาศอื่นๆ คาร์บอนมอนอกไซด์จะเผาไหม้ ปล่อยแสงสีน้ำเงิน ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ หรือที่เรียกว่าคาร์บอนไดออกไซด์}

ก๊าซถ่านหินที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจนถึงปี 1960 สำหรับการให้แสงสว่างภายในอาคาร การปรุงอาหาร และการทำความร้อน มี CO เป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิงหลัก กระบวนการบางอย่างในเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น การถลุงเหล็ก ยังคงผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์ในเป็นผลพลอยได้ สารประกอบ CO จะถูกออกซิไดซ์เป็น CO_{2 ที่อุณหภูมิห้อง}

CO มีอยู่ในธรรมชาติหรือไม่

คาร์บอนมอนอกไซด์มีอยู่ในธรรมชาติหรือไม่? หนึ่งในแหล่งธรรมชาติของมันคือปฏิกิริยาโฟโตเคมีที่เกิดขึ้นในชั้นโทรโพสเฟียร์ กระบวนการเหล่านี้คาดว่าจะสามารถผลิตสารได้ประมาณ 5×1012 กิโลกรัมของสาร e ทุกปี แหล่งอื่นๆ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ได้แก่ ภูเขาไฟ ไฟป่า และการเผาไหม้รูปแบบอื่นๆ

คุณสมบัติโมเลกุล

คาร์บอนมอนอกไซด์มีมวลโมเลกุล 28.0 ทำให้มีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศเล็กน้อย ความยาวพันธะระหว่างสองอะตอมคือ 112.8 ไมโครเมตร ซึ่งใกล้พอที่จะทำให้เกิดพันธะเคมีที่แรงที่สุดตัวหนึ่ง ธาตุทั้งสองในสารประกอบ CO มีอิเล็กตรอนประมาณ 10 ตัวในเปลือกเวเลนซ์เดียว

ตามกฎแล้ว พันธะคู่เกิดขึ้นในสารประกอบอินทรีย์คาร์บอนิล ลักษณะเฉพาะของโมเลกุล CO คือพันธะสามที่แข็งแกร่งเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีอิเล็กตรอนทั่วไป 6 ตัวในออร์บิทัลโมเลกุล 3 พันธะ เนื่องจากอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 4 ตัวมาจากออกซิเจนและเพียง 2 ตัวมาจากคาร์บอน ออร์บิทัลที่ถูกผูกมัดหนึ่งออร์บิทัลจึงถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนสองตัวจาก O_{2 ก่อตัวเป็นพันธะไดโพลหรือไดโพล สิ่งนี้ทำให้เกิดโพลาไรซ์ C ← O ของโมเลกุลด้วยประจุ "-" เล็กน้อยบนคาร์บอนและประจุ "+" เล็กน้อยในออกซิเจน}

อีกสองออร์บิทัลที่ถูกผูกไว้ครอบครองอนุภาคที่มีประจุจากคาร์บอนหนึ่งก้อนและหนึ่งจากออกซิเจน โมเลกุลไม่สมมาตร: ออกซิเจนมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงกว่าคาร์บอนและมีประจุบวกเล็กน้อยเมื่อเทียบกับคาร์บอนเชิงลบ

รับ

ในอุตสาหกรรม การรับคาร์บอนมอนอกไซด์ CO ทำได้โดยการให้ความร้อนคาร์บอนไดออกไซด์หรือไอน้ำด้วยถ่านหินโดยไม่ต้องสัมผัสกับอากาศ:

CO_{2 + C=2CO;}

H₂O + C=CO + H_2.

ส่วนผสมสุดท้ายเรียกอีกอย่างว่าน้ำหรือก๊าซสังเคราะห์ ในห้องปฏิบัติการ คาร์บอนมอนอกไซด์ II โดยให้กรดอินทรีย์สัมผัสกับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารขจัดน้ำ:

HCOOH=CO + H_2O;

N₂C₂O₄=CO_{2 + H}2_O.

อาการหลักและความช่วยเหลือสำหรับพิษ CO

คาร์บอนมอนอกไซด์ทำให้เกิดพิษหรือไม่? ใช่และแข็งแกร่งมาก พิษคาร์บอนมอนอกไซด์เกิดขึ้นบ่อยที่สุดทั่วโลก อาการที่พบบ่อยที่สุด:

• รู้สึกอ่อนแอ;
• คลื่นไส้
• เวียนศีรษะ
• เมื่อย;
• หงุดหงิด;
• เบื่ออาหาร;
• ปวดหัว;
• มึนงง;
• ความบกพร่องทางสายตา;
• อาเจียน;
• เป็นลม;
• ชัก

การสัมผัสกับก๊าซพิษนี้อาจก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมาก ซึ่งมักจะนำไปสู่ภาวะเรื้อรังในระยะยาว คาร์บอนมอนอกไซด์มีความสามารถก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อทารกในครรภ์ของหญิงตั้งครรภ์ เหยื่อ เช่น หลังไฟไหม้ ควรได้รับความช่วยเหลือทันที เป็นการเร่งด่วนที่จะเรียกรถพยาบาล, ให้เข้าถึงอากาศบริสุทธิ์, ถอดเสื้อผ้าที่ จำกัด การหายใจ, สงบ, อบอุ่น ตามกฎแล้วพิษรุนแรงจะรักษาภายใต้การดูแลของแพทย์ในโรงพยาบาลเท่านั้น

แอปพลิเคชัน

คาร์บอนมอนอกไซด์ดังที่ได้กล่าวไปแล้วมีพิษและอันตราย แต่เป็นหนึ่งในสารประกอบพื้นฐานที่ใช้ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่สำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ CO ใช้ในการผลิตโลหะบริสุทธิ์ คาร์บอนิล ฟอสจีน คาร์บอนซัลไฟด์ เมทิลแอลกอฮอล์ ฟอร์มาไมด์ อะโรมาติกอัลดีไฮด์ และกรดฟอร์มิก สารนี้ยังใช้เป็นเชื้อเพลิง แม้จะมีความเป็นพิษและความเป็นพิษ แต่ก็มักถูกใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับสารต่างๆ ในอุตสาหกรรมเคมี

คาร์บอนมอนอกไซด์กับคาร์บอนไดออกไซด์: ต่างกันอย่างไร

คาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO และ CO₂) มักเข้าใจผิดกัน ก๊าซทั้งสองไม่มีกลิ่นและไม่มีสี และทั้งสองส่งผลเสียต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด ก๊าซทั้งสองสามารถเข้าสู่ร่างกายได้ทางการหายใจ ทางผิวหนัง และดวงตา สารประกอบเหล่านี้เมื่อสัมผัสกับสิ่งมีชีวิต จะมีอาการทั่วไปหลายอย่าง เช่น ปวดศีรษะ เวียนศีรษะ อาการชัก และภาพหลอน คนส่วนใหญ่มีปัญหาในการบอกความแตกต่างและไม่ทราบว่าไอเสียของรถยนต์ปล่อยทั้ง CO และ CO_{2 ในร่ม การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของก๊าซเหล่านี้อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพและความปลอดภัยของบุคคลที่สัมผัสกับพวกเขาผลกระทบ. ต่างกันอย่างไร}

ที่ความเข้มข้นสูงทั้งคู่อาจถึงแก่ชีวิตได้ ข้อแตกต่างคือ CO₂ เป็นก๊าซธรรมชาติที่จำเป็นสำหรับชีวิตพืชและสัตว์ทุกชนิด CO ไม่ใช่เรื่องธรรมดา เป็นผลพลอยได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ปราศจากออกซิเจน ความแตกต่างทางเคมีที่สำคัญคือ CO_{2 มีอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอมและออกซิเจนสองอะตอม ในขณะที่ CO มีเพียงหนึ่งอะตอมเท่านั้น คาร์บอนไดออกไซด์ไม่ติดไฟ ในขณะที่มอนนอกไซด์มีแนวโน้มที่จะติดไฟมากกว่า}

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นตามธรรมชาติในชั้นบรรยากาศ: มนุษย์และสัตว์หายใจเอาออกซิเจนเข้าไปและหายใจเอาคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา ซึ่งหมายความว่าสิ่งมีชีวิตสามารถทนต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณเล็กน้อยได้ ก๊าซนี้จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์แสงของพืชด้วย อย่างไรก็ตาม คาร์บอนมอนอกไซด์ไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในบรรยากาศ และอาจทำให้เกิดปัญหาสุขภาพได้แม้ในระดับความเข้มข้นต่ำ ความหนาแน่นของก๊าซทั้งสองก็ต่างกันเช่นกัน คาร์บอนไดออกไซด์มีน้ำหนักและหนาแน่นกว่าอากาศ ในขณะที่คาร์บอนมอนอกไซด์จะเบากว่าเล็กน้อย คุณลักษณะนี้ควรนำมาพิจารณาเมื่อติดตั้งเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมในบ้าน