Оксид углерода - формулы, основные свойства и характеристика

Монооксид углерода

Угарным газом называют оксид углерода с формулой CO. Кроме того, это соединение называют монооксидом и окисью углерода. Он представляет собой бесцветный безвкусный горючий газ без запаха, который легче воздуха. Вещество образуется в случаях, когда топливо сгорает не до конца. Оно плохо растворяется в воде.

У молекулы этого оксида линейное строение. Между атомами его элементов образуется тройная связь. Два неспаренных электрона обоих элементов образуют пару ковалентных связей. Третья же связь возникает, когда электронная пара кислорода размещается на свободной орбитали атома углерода.

У молекулы слабая полярность. Наличие двух неспаренных электронов говорит о том, что в этом соединении углерод проявляет валентность II.

Химические свойства

Оксид углерода (II) не образует солей и является восстановителем. Кроме того, к химическим свойствам угарного газа относятся:

• Горение синим пламенем в кислородной атмосфере.
• Окисление хлором, если присутствует катализатор или на него воздействует свет. При этом образуется ядовитое газообразное вещество — фосген. Молекулярное уравнение реакции: CO + Cl2 → COCl2.
• При повышенном давлении вещество вступает во взаимодействие с водородом. Из этой смеси, называемой синтез-газом, при различных условиях получают углеводороды, например, метан.
• При наличии давления оксид углерода (II) вступает в реакцию с щелочами. В результате появляется соль муравьиной кислоты.
• Восстановление металлов из оксидов. К примеру, взаимодействие с оксидом железа (III) даёт железо и углекислый газ.
• Реакции с сильными окислителями приводят к образованию углекислого газа или карбонатов.

Способы изготовления

Получить монооксид можно как в лабораторных условиях, так и в производственных. В первом случае для образования необходимого вещества используют концентрированную серную и муравьиную или щавелевую кислоты.

В промышленности для получения угарного газа применяют специальные газогенераторы. В них соединение вырабатывается воздухом, проходящим через раскалённый уголь. Ещё одним промышленным методом изготовления газа является паровая конверсия метана или угля. Кроме того, на производстве используют процесс неполного окисления метана.

Угарный газ присутствует и в атмосфере планеты. Он туда поступает тремя способами:

• неполное разложение органических веществ без доступа воздуха;
• сгорание биологической массы, например, лесные и степные пожары;
• выхлопные газы, которые образуются в двигателях внутреннего сгорания.

Использование соединения

Основное применение горючего вещества — изготовление генераторного или воздушного газа, для чего монооксид смешивают с азотом. Кроме того, соединяя его с водородом, получают водяной газ.

В металлургической промышленности из-за химической характеристики угарный газ используется в качестве восстановителя металлов из их руд. Также окись применяют при разложении карбонилов, что позволяет получить высокочастотные металлы.

Влияние на живые организмы

Монооксид крайне токсичен, потому что связывается с находящимся в крови гемоглобином прочнее и во много раз быстрее кислорода. Он блокирует процессы доставки жизненно необходимого вещества.

Если концентрация вещества в атмосфере превышает 0,1%, то живые организмы погибают в течение одного часа. Если же уровень оксида этого типа поднимается до 0,3%, то смерть наступает в течение нескольких минут. По этим причинам угарный газ относится к быстродействующим отравляющим веществам.

Специалистами установлено, что чаще всего люди погибают при пожарах в результате отравления указанным углеродным соединением, поскольку он является неотъемлемым продуктом горения большинства материалов. Кроме того, оксид вырабатывается двигателями автомобилей, что также приводит к гибели неосторожных граждан, например, механиков, которые пренебрегают организацией должной вентиляции в гараже.

Если отравление лёгкой степени, то пострадавшему для восстановления здоровья будет достаточно гипервентиляции лёгких кислородом. Если же отравление тяжёлое, то человеку потребуется серьёзная медицинская помощь.

Углекислый газ

Углекислый газ, двуокись или оксид углерода (IV) представляет собой газообразное бесцветное вещество, не имеющее запаха. Его химическая формула — CO2. Двуокись не горит и в минимальных концентрациях не представляет опасности для организма. Также она является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности растений.

Это соединение кислорода и углерода примерно в полтора раза тяжелее воздуха. Оно плохо растворяется в воде, а при повышении давления или охлаждении оксид становится твёрдым. Твёрдая углекислота известна под названием «сухой лёд». Она отличается способностью переходить из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое.

У вещества линейная молекула. Из-за четырёх неспаренных электронов в своих соединениях углерод проявляет валентность, равную IV.

Атом углерода в этом соединении имеет пару двойных связей с кислородными атомами. Полярность четырёх связей делает молекулу двуокиси неполярной. Это хорошо видно в структурной формуле оксида, которая наглядно демонстрирует связь атомов внутри молекулы:

О=С=О.

Взаимодействие с другими веществами

В химии углекислота считается солеобразующим оксидом, проявляющим слабые свойства окислителя. Она прекрасно взаимодействует с водой, причём эта реакция является практически полностью обратимой.

Вещество имеет следующие химические свойства:

• Вступление в реакцию с основными оксидами и основаниями. Соединение взаимодействует лишь с щелочами и их оксидами. При этом могут образовываться кислые и средние соли. К примеру, гидроксид калия в таком случае образует гидрокарбонат калия, который является кислой солью. Если же щелочи много, то получится карбонат калия — средняя соль.
• Взаимодействие с карбонатами с последующим образованием гидрокарбонатов.
• Реакции с некоторыми восстановителями, например, с углеродом, магнием и пероксидом натрия.

Методы получения

Углекислый газ получают и в лабораториях, и в промышленности. В лабораторных условиях для его производства применяются следующие методы:

• Воздействие сильными кислотными веществами на карбонаты и гидрокарбонаты различных металлов.
• Углекислое соединение образуется, когда растворимые карбонаты реагируют с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III).
• Разложение растворимых гидрокарбонатов и нерастворимых карбонатов при высоких температурах.

На производстве двуокись получают из печных газов, а также из продуктов разложения известняка и доломита. Для этого смесь веществ промывают раствором карбоната калия. Реагент поглощает углекислоту и становится гидрокарбонатом. Получившееся вещество нагревают, что приводит к его разложению и высвобождению оксида углерода. Затем газ закачивают в баллоны.

Применение углекислоты

Химические и физические характеристики соединения позволяют использовать его в самых разных областях. Так, вещество активно применяется в химической промышленности, металлургии и при производстве бумаги.

А также углекислота применяется в следующих сферах деятельности:

• сварка;
• сельское хозяйство;
• медицина;
• фармацевтика;
• приборы и оборудование;
• защита окружающей среды;
• пищевая промышленность;
• пневматическое оружие.

Очень востребован этот вид оксида углерода в системах пожаротушения. Им наполняют специальные огнетушители. Их принцип действия основан на том, что углекислота не горит и весит больше воздуха. За счёт этого вещество окутывает очаг возгорания и перекрывает для огня источник кислорода, которые необходим для поддержания процесса горения. В таких условия пламя довольно быстро гаснет.

Физиологическое действие

Углекислота — нетоксичное вещество. Но если в воздухе её становится слишком много, то все живые организмы, дышащие кислородом, могут испытывать приступы удушья, способные привести к смерти. По этой причине углекислому газу присвоен четвёртый класс опасности.

Если уровень находящегося в воздухе углеродного соединения составляет от 2 до 4%, то человек чувствует сонливость и слабость. Когда концентрация двуокиси достигает 7—10%, начинают появляться симптомы удушья, похожи на признаки высотной болезни:

• головная боль;
• головокружение;
• слуховые расстройства;
• потеря сознания.

Чем выше концентрация газа в атмосфере, тем длительнее проявляются симптомы. При очень высокой концентрации оксида человек или животное быстро погибает от удушья, которое вызывается гипоксией.

Само по себе вдыхание воздуха с высоким содержанием двуокиси неопасно, а потому не влечёт за собой длительных проблем со здоровьем. После того как пострадавший переносится в атмосферу с обычным уровнем углекислоты, его самочувствие приходит в норму.