Угарный газ: формула и свойства

Многие газообразные вещества, существующие в природе и получаемые при производствах, являются сильными отравляющими соединениями. Известно, что хлор использовался как биологическое оружие, пары брома обладают сильно разъедающим действием на кожу, сероводород вызывает отравление и так далее.

Одним из таких веществ является и монооксид углерода или угарный газ, формула которого имеет свои особенности в структуре. О нем и пойдет речь дальше.

Химическая формула угарного газа

Эмпирический вид формулы рассматриваемого соединения следующий: СО. Однако такая форма дает характеристику лишь о качественном и количественном составе, но не затрагивает особенности строения и порядок соединения атомов в молекуле. А он отличается от такового во всех прочих подобных газах.

Именно эта особенность влияет на проявляемые соединением физические и химические свойства. Какая же это структура?

Строение молекулы

Во-первых, по эмпирической формуле видно, что валентность углерода в соединении равна II. Так же, как и у кислорода. Следовательно, каждый из них может сформировать по две связи. Химическая формула угарного газа СО это наглядно подтверждает.

Так и происходит. Между атомом углерода и кислорода по механизму обобществления неспаренных электронов происходит образование двойной ковалентной полярной связи. Таким образом, структурная формула угарного газа принимает вид С=О.

Однако на этом особенности молекулы не заканчиваются. По донорно-акцепторному механизму в молекуле происходит формирование третьей, дативной или семиполярной связи. Чем это объясняется? Так как после образования ковалентных связей по обменному порядку у кислорода остается две пары электронов, а у атома углерода - пустая орбиталь, то последний выступает в роли акцептора одной из пар первого. Другими словами, пара электронов кислорода размещается на свободной орбитали углерода и происходит образование связи.

Так, углерод - акцептор, кислород - донор. Поэтому формула угарного газа в химии принимает следующий вид: С≡О. Такая структуризация сообщает молекуле дополнительную химическую стабильность и инертность в проявляемых свойствах при обычных условиях.

Итак, связи в молекуле монооксида углерода:

• две ковалентные полярные, образованные по обменному механизму за счет обобществления неспаренных электронов;
• одна дативная, сформированная по донорно-акцепторному взаимодействию между парой электронов и свободной орбиталью;
• всего связей в молекуле - три.

Физические свойства

Есть ряд характеристик, которыми, как и любое другое соединение, обладает угарный газ. Формула вещества четко дает понять, что кристаллическая решетка молекулярная, состояние при обычных условиях газообразное. Отсюда вытекают следующие физические параметры.

1. С≡О - угарный газ (формула), плотность - 1,164 кг/м³.
2. Температура кипения и плавления соответственно: 191/205 ⁰С.
3. Растворяется в: воде (незначительно), эфире, бензоле, спирте, хлороформе.
4. Не имеет вкуса и запаха.
5. Бесцветен.

С биологической точки зрения крайне опасен для всех живых существ, кроме определенных видов бактерий.

Химические свойства

С точки зрения химической активности, одно из самых инертных веществ при обычных условиях - это угарный газ. Формула, в которой отражены все связи в молекуле, подтверждает это. Именно из-за такой прочной структуры данное соединение при стандартных показателях окружающей среды практически не вступает ни в какие взаимодействия.

Однако следует хотя бы немного нагреть систему, как дативная связь в молекуле рушится, как и ковалентные. Тогда монооксид углерода начинает проявлять активные восстановительные свойства, причем достаточно сильные. Так, он способен взаимодействовать с:

• кислородом;
• хлором;
• щелочами (расплавы);
• с оксидами и солями металлов;
• с серой;
• незначительно с водой;
• с аммиаком;
• с водородом.

Поэтому, как уже оговаривалось выше, свойства, которые проявляет угарный газ, формула его во многом объясняет.

Нахождение в природе

Основной источник СО в атмосфере Земли - лесные пожары. Ведь главный способ образования данного газа естественным путем - это неполное сгорание различного вида топлива, в основном органической природы.

Антропогенные источники загрязнения воздуха монооксидом углерода так же немаловажны и дают по массовой доле такой же процент, как и природные. К ним относятся:

• дым от работы фабрик и заводов, металлургических комплексов и прочих промышленных предприятий;
• выхлопные газы из двигателей внутреннего сгорания.

В природных условиях угарный газ легко окисляется кислородом воздуха и парами воды до углекислого газа. На этом основана первая помощь при отравлении этим соединением.

Получение

Стоит указать одну особенность. Угарный газ (формула), углекислый газ (строение молекулы) соответственно выглядят так: С≡О и О=С=О. Разница на один атом кислорода. Поэтому промышленный способ получения монооксида основан на реакции между диоксидом и углем: СО₂ + С = 2СО. Это самый простой и распространенный способ синтеза данного соединения.

В лаборатории используют различные органические соединения, соли металлов и комплексные вещества, так как выход продукта не ожидают слишком большим.

Качественный реагент на наличие в воздухе или растворе угарного газа - хлорид палладия. При их взаимодействии формируется чистый металл, который вызывает потемнение раствора или поверхности бумаги.

Биологическое действие на организм

Как уже оговаривалось выше, угарный газ - это очень ядовитый бесцветный, опасный и смертоносный вредитель для человеческого организма. Да и не только именно человеческого, а вообще любого живого. Растения, которые находятся под воздействием выхлопных газов автомобилей, гибнут очень быстро.

В чем же именно заключается биологическое воздействие монооксида углерода на внутреннюю среду животных существ? Все дело в формировании прочных комплексных соединений белка крови гемоглобина и рассматриваемого газа. То есть вместо кислорода захватываются молекулы яда. Клеточное дыхание мгновенно блокируется, газообмен становится невозможным в нормальном его течении.

В результате происходит постепенная блокировка всех молекул гемоглобина и, как следствие, смерть. Достаточно поражения всего на 80%, чтобы исход отравления стал летальным. Для этого концентрация угарного газа в воздухе должна составлять 0,1 %.

Первыми признаками, по которым можно определить наступление отравления этим соединением, являются:

• головная боль;
• головокружение;
• потеря сознания.

Первая помощь - выйти на свежий воздух, где угарный газ под влиянием кислорода превратится в углекислый, то есть обезвредится. Случаи смертей от действия рассматриваемого вещества очень часты, особенно в домах с печным отоплением. Ведь при сгорании дров, угля и другого вида топлива в качестве побочного продукта обязательно образуется этот газ. Соблюдение правил техники безопасности крайне важно для сохранения жизни и здоровья человека.

Также много случаев отравления в гаражных помещениях, где собрано много работающих двигателей автомобилей, но недостаточно подведен приток свежего воздуха. Смерть при превышении допустимой концентрации наступает уже через час. Ощутить присутствие газа физически невозможно, ведь ни запаха, ни цвета у него нет.

Использование в промышленности

В металлургической промышленности для реакций восстановления металлов из их оксидов или солей используется часто именно угарный газ. Формула образующегося в результате соединения - СО₂. Также формируется чистое вещество - металл.

Кроме того, монооксид углерода применяют:

• для обработки мясных и рыбных продуктов, что позволяет придать им свежий вид;
• для синтезов некоторых органических соединений;
• как компонент генераторного газа.

Поэтому это вещество является не только вредоносным и опасным, но еще и весьма полезным для человека и его хозяйственной деятельности.