Monóxido de carbono
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| Monóxido de carbono | |
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Monóxido de carbono | |
Otros nombres Óxido carbónico, | |
| Identificadores | |
| CAS | 630-08-0 |
| Número RTECS | FG3500000 |
| Propiedades | |
| Fórmula molecular | Colorado |
| Masa molar | 28,0101 g / mol |
| Apariencia | Gas inodoro e incoloro |
| Densidad | 0,789 g / cm³, líquidos 1,250 g / L a 0 ° C, 1 atm. 1,145 g / L a 25 ° C, 1 atm. ( más ligero que el aire) |
| Punto de fusion | -205 ° C (68 K) |
| Punto de ebullicion | -192 ° C (81 K) |
| Solubilidad en agua | 0,0026 g / 100 ml (20 ° C) |
| Momento bipolar | 0,112 D (3,74 × 10 -31 C · m) |
| Peligros | |
| MSDS | MSDS externa |
| Clasificación de la UE | Fácilmente inflamable (F +) Repr. Gato. 1 Tóxico (T) |
| Frases R | R12, R23, R33, R48, R61 |
| Frases S | S9, S16, S33, S45, S53 |
| NFPA 704 |  2 3 2 |
| Punto de inflamabilidad | Gas inflamable |
| Compuestos relacionados | |
| Óxidos relacionados | dióxido de carbono ; subóxido de carbono; Monóxido de dicarbono; trióxido de carbono |
| Página de datos complementaria | |
| Estructura y propiedades | n, ε r, etc. |
| Termodinámica datos | Comportamiento de fase Sólido, líquido, gas |
| Los datos espectrales | UV, IR, RMN , MS |
| Excepto cuando se indique lo contrario, los datos se den materiales en su condiciones normales (25 ° C, 100 kPa) | |
| Exenciones y referencias | |
El monóxido de carbono, con la fórmula química CO, es un gas incoloro, inodoro e insípido de gas . Consta de un carbono átomo unido covalentemente a uno de oxígeno átomo. Hay 2 enlaces covalentes y un enlace covalente dativo entre el átomo de oxígeno y de carbono que proviene del oxígeno.
El monóxido de carbono se produce a partir de la parcial combustión de carbono -Con compuestos, en particular en motores de combustión interna. Formas de monóxido de carbono en preferencia al dióxido de carbono más habitual cuando hay una menor disponibilidad de oxígeno presente durante el proceso de combustión. El monóxido de carbono tiene un valor significativo de combustible, la quema en el aire con una llama azul característico, produciendo dióxido de carbono . A pesar de su grave toxicidad, CO juega un papel muy útil en la tecnología moderna, siendo un precursor de una gran variedad de productos.
Producción
El monóxido de carbono es tan fundamentalmente importante que muchos se han desarrollado métodos para su producción.
Productor de gas se forma por la combustión de carbono en oxígeno a altas temperaturas cuando hay un exceso de carbono. En un horno, el aire se pasa a través de un lecho de coque. El CO 2 producido inicialmente se equilibra con el carbono caliente restante para dar CO. La reacción de O 2 con el carbono para dar CO se describe como el equilibrio Boudouard. Por encima de 800 ° C, CO es el producto predominante:
- O 2 + 2 C → 2 CO
- ? H = -221 kJ / mol
La desventaja de este método es si se hace con el aire que sale de una mezcla que es en su mayoría de nitrógeno.
El gas de síntesis o Gas de agua se produce a través de la reacción endotérmica de de vapor y carbono:
- H 2 O + C → H2 + CO
- ? H = 131 kJ / mol
CO también es un subproducto de la reducción de minerales de óxidos metálicos con carbono, que se muestran en una forma simplificada como sigue:
- MO + C → M + CO
- ? H = 131 kJ / mol
Desde CO es un gas, el proceso de reducción puede ser accionado por calentamiento, explotando el positivo (favorable) la entropía de la reacción. La Diagrama de Ellingham muestra que la formación de CO se ve favorecida por CO 2 en altas temperaturas.
CO es el anhídrido de ácido fórmico . Como tal, está convenientemente producida por la deshidratación de ácido fórmico, por ejemplo, con ácido sulfúrico . Otra preparación de laboratorio de monóxido de carbono implica calentar una mezcla íntima de polvo de zinc metálico y carbonato de calcio .
- Zn + CaCO 3 → ZnO + CaO + CO
Otro estilo de laboratorio de generar CO está reaccionando sacarosa e hidróxido de sodio en un sistema cerrado.
Estructura
La molécula de CO se caracteriza por un enlace longitud de 0,1128 nm. Cargo formal y electronegatividad diferencia se anulan entre sí. El resultado es un pequeño momento dipolar con su extremo negativo en el átomo de carbono, aunque en realidad, los seis electrones compartidos son susceptibles de ser tirado más cerca de oxígeno que de carbono. Esta distancia es consistente con un triple enlace parcial. La molécula tiene una pequeña momento dipolar y puede ser representada por tres estructuras de resonancia:
La forma de resonancia más a la izquierda es la más importante.
Dinitrógeno es isoelectrónico al monóxido de carbono, lo que significa que estas moléculas tienen el mismo número de electrones y de unión similar. Las propiedades físicas de N 2 y CO son similares, aunque CO es más reactivo.
Reacciones químicas principales
Los usos industriales
El monóxido de carbono es un importante gas industrial que tiene muchas aplicaciones en la fabricación de productos químicos a granel.
Alto volumen aldehídos son producidos por la reacción de hidroformilación de alquenos , CO y H2. En una de las muchas aplicaciones de esta tecnología, hidroformilación se acopla a la Proceso de Shell olefina superior para dar precursores de detergentes.
El metanol es producido por la hidrogenación de CO. En una reacción relacionada, la hidrogenación de CO está acoplado a la formación de enlaces CC, como en el Proceso de Fischer-Tropsch donde CO se hidrogena a los combustibles de hidrocarburos líquidos. Esta tecnología permite que el carbón se convierte a la gasolina.
En el Proceso de Monsanto, monóxido de carbono y metanol reaccionan en presencia de un homogénea de rodio catalizador y HI para dar ácido acético . Este proceso es responsable de la mayor parte de la producción industrial de ácido acético .
El monóxido de carbono es un componente principio de gas de síntesis, que se utiliza a menudo para la potencia industrial. El monóxido de carbono (CO) es demasiado utilizado en operaciones a escala industrial para purificar níquel , que es un precursor para un proceso de corrosión llamada Proceso Mond.
Química de la coordinación
Formulario mayoría de los metales complejos de coordinación que contienen monóxido de carbono unido covalentemente. Sólo aquellos en estados de oxidación más bajos formará un complejo con monóxido de carbono ligandos. Esto es porque debe haber suficiente densidad de electrones para facilitar de nuevo la donación del metal d xz -orbital, a la π * orbital molecular de CO. El par solitario en el átomo de carbono en CO, también dona densidad de electrones a la x²-d $ ² $ en el metal para formar una enlace sigma. En carbonilo de níquel, Ni (CO) 4 se forma por la combinación directa de monóxido de carbono y níquel de metal a temperatura ambiente. Por esta razón, el níquel en cualquier tubo o pieza que no debe entrar en contacto prolongado con el monóxido de carbono (corrosión). El carbonilo de níquel se descompone fácilmente de nuevo a Ni y CO al entrar en contacto con superficies calientes, y este método una vez que se utilizó para la purificación industrial de níquel en el Proceso Mond.
En carbonilo de níquel y otros carbonilos, el par de electrones en el carbono interactúa con el metal; el monóxido de carbono dona el par de electrones al metal. En estas situaciones, el monóxido de carbono se llama el carbonilo ligando. Uno de los carbonilos metálicos más importantes es pentacarbonilo de hierro, Fe (CO) 5:
Muchos complejos de metal-CO se preparan por descarbonilación de disolventes orgánicos, no a partir de CO. Por ejemplo, tricloruro de iridio y trifenilfosfina reaccionan en ebullición metoxietanol o DMF) para dar IrCl (CO) (PPh3) 2.
Química Orgánica y grupo principal
En presencia de ácidos fuertes y agua, monóxido de carbono reacciona con olefinas para formar ácidos carboxílicos en un proceso conocido como la reacción de Koch-Haaf. En el Reacción Gattermann-Koch, arenos se convierten en derivados de benzaldehído en presencia de AlCl3 y HCl. Compuestos de organolitio, por ejemplo, butil litio reacciona con CO, pero esta reacción goza de poco uso.
Aunque CO reacciona con carbocationes y carbaniones, es relativamente no reactivo hacia compuestos orgánicos sin la intervención de catalizadores de metal.
Con reactivos del grupo principal, CO experimenta varias reacciones notables. La cloración de CO es la ruta industrial al compuesto importante fosgeno. Con CO borano forma un aducto, H 3 BCO, que es isoelectrónico con el cación acilio [H 3 CCO] +. CO reacciona con sodio para dar productos resultantes de acoplamiento CC tal como Na 2 C 2 O 2 (acetylenediolate de sodio), y de potasio para dar K 2 C 2 O 2 (acetylenediolate potasio) y K 2 C 6 O 6 (rodizonato de potasio).
El monóxido de carbono en la atmósfera
El monóxido de carbono, aunque el pensamiento de como un contaminante de hoy, siempre ha estado presente en la atmósfera, principalmente como producto de la actividad volcánica . Ocurre disolvió en roca volcánica fundida a alta presiones en la tierra de manto. Contenido de monóxido de carbono de los gases volcánicos varían desde menos de 0,01% a tanto como 2%, dependiendo del volcán. También se produce naturalmente en incendios forestales. Debido a que las fuentes naturales de monóxido de carbono son tan variables de un año a otro, es sumamente difícil medir con precisión las emisiones naturales de gas.
El monóxido de carbono tiene un forzamiento radiativo indirecto efecto mediante la elevación de las concentraciones de metano y troposférico ozono por medio de reacciones químicas con otros componentes de la atmósfera (por ejemplo, la hidroxilo radical, OH.) que de otra manera destruirlos. A través de procesos naturales en la atmósfera, que finalmente se oxida a dióxido de carbono . Las concentraciones de monóxido de carbono son tanto de corta duración en la atmósfera y espacialmente variable.
CO antropogénico de las emisiones de automóviles e industriales puede contribuir al efecto invernadero y el calentamiento global. En el monóxido de carbono zonas urbanas, junto con aldehídos, reacciona fotoquímicamente para producir radicales peroxi. Radicales peróxido reaccionan con óxido de nitrógeno para aumentar la proporción de NO a NO 2, lo que reduce la cantidad de NO que está disponible para reaccionar con el ozono . El monóxido de carbono es también un componente del humo del tabaco.
Papel en la fisiología y la comida
El monóxido de carbono se utiliza en atmósfera modificada sistemas de envasado en los EE.UU., principalmente con productos cárnicos frescos como carne de res y cerdo. El CO se combina con mioglobina para formar carboximioglobina, un pigmento rojo cereza brillante. Carboximioglobina es más estable que la forma oxigenada de la mioglobina, oximioglobina, que puede oxidarse al pigmento marrón, metmioglobina. Este color rojo estable puede persistir mucho más tiempo que en la carne normalmente envasados, dando la apariencia de frescura. Los niveles típicos de CO utilizados son 0,4% a 0,5%.
La tecnología fue dado por primera vez generalmente reconocida como segura por el estado de FDA en 2002 para su uso como un sistema de embalaje secundario. En 2004, la FDA aprobó el CO como método de embalaje primario, declarando que el CO no enmascara el olor deterioro. Pese a esta decisión, la tecnología sigue siendo controvertido en los EE.UU. por el temor de que el deterioro es engañosa y máscaras.
Una reacción en el cuerpo produce CO. El monóxido de carbono se produce naturalmente como un desglose de hemo (que es uno de restos de hemoglobina), un sustrato para la enzima hemooxigenasa. Los resultados de la reacción enzimática en descomposición de hemo a CO, biliverdina y Fe 3+ radical. El CO producido endógenamente puede tener importantes funciones fisiológicas en el cuerpo (por ejemplo, como una neurotransmisor o un relajante de los vasos de la sangre). Además CO regula las reacciones inflamatorias en una manera que impide el desarrollo de varias enfermedades como la aterosclerosis o la malaria grave.
CO es un nutriente para bacterias metanogénicas, un bloque de construcción para acetil coenzima A. Este tema es el tema para el campo emergente de química bioorganometallic. En las bacterias, CO se produce a través de la reducción de dióxido de carbono a través de la deshidrogenasa de monóxido de carbono de la enzima, una proteína de Fe-Ni-S-que contiene.
Una proteína CO-sensor basado en hemo, COOA, se conoce. El alcance de su papel biológico todavía no está claro, es aparentemente parte de una vía de señalización en bacterias y arqueas, pero su ocurrencia en los mamíferos no se ha establecido.
CO está también actualmente en estudio para varios laboratorios de investigación en todo el mundo por sus propiedades anti-inflamatorias y citoprotectores que se puede utilizar terapéuticamente para prevenir el desarrollo de una serie de condiciones patológicas tales como la lesión de reperfusión de isquemia, rechazo de trasplantes, aterosclerosis, sepsis, severa la malaria o la autoinmunidad. No hay aplicaciones clínicas de CO en los seres humanos.
Historia
El monóxido de carbono se preparó por primera vez por el francés químico de Lassone en 1776 por calentamiento óxido de zinc con coque. Él concluyó erróneamente que el producto gaseoso fue de hidrógeno , ya que ardía con una llama azul. El gas se identificó como un compuesto que contiene carbono y oxígeno por el químico Inglés William Cumberland Cruikshank en el año 1800.
Las propiedades tóxicas de CO fueron primero minuciosamente investigados por el fisiólogo francés Claude Bernard hacia 1846. Él envenenado perros con el gas, y se dio cuenta de que su sangre era más rutilante en todos los vasos. "Rutilante" es una palabra francesa, pero también tiene una entrada en los diccionarios ingleses, lo que significa rubio, brillante o dorado. Sin embargo, se tradujo en el momento como el carmesí, escarlata, y ahora se conoce famoso como "rosa de la cereza".
Durante la Segunda Guerra Mundial , el monóxido de carbono se utiliza para mantener vehículos de motor que se ejecutan en partes del mundo donde gasolina era escasa. Carbón externo o madera quemadores fueron equipados, y el monóxido de carbono producido por gasificación se canaliza al carburador. El CO en este caso se conoce como " gas de madera ". El monóxido de carbono también fue utilizado según se informa en una pequeña escala durante el Holocausto en algún Campos de exterminio nazis, y en el Acción T4 " programa de eutanasia ".
Toxicidad
El monóxido de carbono es un gas tóxico significativamente y no tiene olor o color. Es el tipo más común de intoxicación mortal en muchos países. Las exposiciones pueden llevar a la toxicidad significativa de la sistema nervioso central y corazón . A raíz de la intoxicación, a largo plazo secuelas a menudo se producen. El monóxido de carbono también puede tener efectos graves en el bebé de una mujer embarazada. Los síntomas de intoxicación leve incluyen dolores de cabeza y mareos a concentraciones inferiores a 100 ppm. Concentraciones tan bajas como 667 ppm pueden causar hasta el 50% de la hemoglobina del cuerpo para ser convertido a carboxi-hemoglobina (COHb). Carboxi-hemoglobina es bastante estable, pero este cambio es reversible. Carboxi-hemoglobina es ineficaz para la entrega de oxígeno, lo que resulta en algunas partes del cuerpo no reciben el oxígeno necesario. Como resultado, las exposiciones de este nivel pueden ser potencialmente mortales. En los Estados Unidos, OSHA limita los niveles de exposición del lugar de trabajo a largo plazo a 50 ppm.
Los mecanismos por los que el monóxido de carbono produce efectos tóxicos aún no se entienden completamente, pero hemoglobina, mioglobina y mitocondrial citocromo oxidasa se cree que están en peligro. El tratamiento consiste en gran parte de la administración de 100% de oxígeno o la terapia de oxígeno hiperbárico, aunque el tratamiento óptimo sigue siendo controvertido. Envenenamiento por monóxido de carbono doméstica puede ser impedida por el uso de hogar Detectores de monóxido de carbono.
