פחמן חד חמצני, הידוע גם כפחמן חד חמצני, בעל הרכב מולקולרי חזק מאוד, אינרטי בתכונותיו הכימיות ואינו מתמוסס היטב במים. התרכובת הזו גם רעילה להפליא, כשהיא חודרת למערכת הנשימה, היא מתחברת עם המוגלובין בדם, והיא מפסיקה לשאת חמצן לרקמות ולאיברים.
שמות כימיים ונוסחה
פחמן חד חמצני ידוע גם בשמות אחרים, כולל פחמן חד חמצני II. בחיי היומיום, זה מכונה בדרך כלל פחמן חד חמצני. פחמן חד חמצני זה הוא גז רעיל, חסר צבע, חסר טעם וריח. הנוסחה הכימית שלו היא CO והמסה של מולקולה אחת היא 28.01 גרם/מול.
השפעה על הגוף
פחמן חד-חמצני מתחבר עם המוגלובין ויוצר קרבוקסי-המוגלובין, שאין לו יכולת נשיאת חמצן. שאיפת האדים שלו גורמת נזק למערכת העצבים המרכזית (מערכת העצבים המרכזית) וחֶנֶק. המחסור בחמצן כתוצאה מכך גורם לכאבי ראש, סחרחורת, ירידה בקצב הלב ובקצב הנשימה, מה שמוביל להתעלפות ולמוות שלאחר מכן.
גז רעיל
פחמן חד חמצני מתקבל על ידי בעירה חלקית של חומרים המכילים פחמן, למשל, במנועי בעירה פנימית. התרכובת מכילה אטום פחמן אחד הקשור בקוולנטיות לאטום חמצן אחד. פחמן חד חמצני הוא רעיל ביותר והוא אחד הגורמים הנפוצים ביותר להרעלה קטלנית ברחבי העולם. חשיפה עלולה לגרום נזק ללב ולאיברים אחרים.
מה השימוש בפחמן חד חמצני?
למרות הרעילות הרצינית שלו, פחמן חד חמצני שימושי ביותר - הודות לטכנולוגיות חדישות, נוצרים ממנו מספר מוצרים חיוניים. פחמן חד חמצני, למרות שנחשב כיום מזהם, תמיד היה קיים בטבע, אך לא בכמויות כמו, למשל, פחמן דו חמצני.
מי שמאמין שתרכובות פחמן חד חמצני אינן קיימות בטבע טועים. CO מתמוסס בסלע וולקני מותך בלחצים גבוהים במעטפת כדור הארץ. תכולת תחמוצות הפחמן בגזים געשיים נעה בין פחות מ-0.01% ל-2%, בהתאם להר הגעש. מכיוון שהתרכובת הטבעית הזו אינה ערך קבוע, לא ניתן למדוד במדויק את פליטת הגז הטבעי.
מאפיינים כימיים
פחמן חד חמצני (נוסחה CO) מתייחס לתחמוצות שאינן יוצרות מלח או אדישות. עם זאת, ב-+200 oС הוא מגיב עם נתרן הידרוקסיד. במהלך תהליך כימי זה, נוצר נתרן פורמט:
NaOH + CO=HCOONa (מלח חומצת פורמית).
התכונות של פחמן חד חמצני מבוססות על יכולת ההפחתה שלו. פחמן חד חמצני:
- יכול להגיב עם חמצן: 2CO + O2 =2CO2;
- מסוגל לקיים אינטראקציה עם הלוגנים: CO + Cl2 =COCl2 (פוסגן); ל-
- יש מאפיין ייחודי לשחזר מתכות טהורות מהתחמוצות שלהן: Fe2O3 + 3CO=2Fe + 3CO2;
- יוצר קרבונילי מתכת: Fe + 5CO=Fe(CO)5;
- מסיס מושלם בכלורופורם, חומצה אצטית, אתנול, אמוניום הידרוקסיד ובנזן.
מבנה של מולקולה
שני אטומים, שלמעשה מורכבת מהם מולקולת הפחמן החד חמצני (CO), מחוברים ביניהם בקשר משולש. שניים מהם נוצרים על ידי היתוך של אלקטרוני p של אטומי פחמן עם חמצן, והשלישי נובע ממנגנון מיוחד הנובע מהמסלול החופשי 2p של פחמן וזוג האלקטרונים 2p של חמצן. מבנה זה מספק למולקולה חוזק גבוה.
קצת היסטוריה
אפילו אריסטו מיוון העתיקה תיאר את האדים הרעילים שנוצרו משריפת גחלים. מנגנון המוות עצמו אינו ידוע.היה. עם זאת, אחת משיטות ההוצאה להורג העתיקות הייתה נעילת העבריין בחדר אדים, שם היו גחלים בוערות. הרופא היווני גאלן הציע ששינויים מסוימים מתרחשים בהרכב האוויר שגורמים נזק בשאיפה.
במהלך מלחמת העולם השנייה, גז פחמן חד חמצני שימש כדלק לרכבים מנועיים בחלקים בעולם שבהם בנזין ודיזל היו נדירים. הותקנו מחוללי פחם או גז עץ חיצוניים (למעט חריגים בודדים), ותערובת של חנקן אטמוספרי, פחמן חד חמצני וכמות קטנה של גזים אחרים הוכנסה למערבל גז. זה היה מה שנקרא גז עץ.
חמצון חד-חמצני פחמן
פחמן חד-חמצני נוצר על ידי חמצון חלקי של תרכובות המכילות פחמן. CO נוצר כאשר אין מספיק חמצן להפקת פחמן דו חמצני (CO2), כמו למשל כאשר תנור או מנוע בעירה פנימית פועלים בחלל סגור. אם קיים חמצן, כמו גם ריכוזים אטמוספריים מסוימים אחרים, פחמן חד חמצני נשרף, פולט אור כחול, מייצר פחמן דו חמצני, המכונה פחמן דו חמצני.
גז פחם, בשימוש נרחב עד שנות ה-60 לתאורה פנימית, בישול וחימום, היה מרכיב הדלק העיקרי שלו. כמה תהליכים בטכנולוגיה מודרנית, כמו התכת ברזל, עדיין מייצרים פחמן חד חמצניכמוצר לוואי. תרכובת ה-CO עצמה מתחמצנת ל-CO2 בטמפרטורת החדר.
האם CO קיים בטבע?
האם פחמן חד חמצני קיים בטבע? אחד המקורות הטבעיים שלו הוא תגובות פוטוכימיות המתרחשות בטרופוספירה. תהליכים אלו צפויים להיות מסוגלים לייצר כ-5×1012 ק ג של חומר e; מדי שנה. מקורות אחרים, כאמור לעיל, כוללים הרי געש, שריפות יער וצורות בעירה אחרות.
מאפיינים מולקולריים
לפחמן חד חמצני יש מסה מולרית של 28.0, מה שהופך אותו לדחוס מעט מהאוויר. אורך הקשר בין שני אטומים הוא 112.8 מיקרומטר. זה קרוב מספיק כדי לספק את אחד הקשרים הכימיים החזקים ביותר. לשני היסודות בתרכובת CO יחד יש כ-10 אלקטרונים במעטפת ערכיות אחת.
ככלל, קשר כפול מתרחש בתרכובות קרבוניל אורגניות. מאפיין אופייני של מולקולת CO הוא שקשר משולש חזק נוצר בין אטומים עם 6 אלקטרונים משותפים ב-3 אורביטלים מולקולריים קשורים. מכיוון ש-4 מהאלקטרונים המשותפים מגיעים מחמצן ורק 2 מפחמן, אורביטל מקושר אחד תפוס על ידי שני אלקטרונים מ-O2, ויוצרים קשר מתאר או דיפול. זה גורם לקיטוב C ← O של המולקולה עם מטען "-" קטן על פחמן ומטען "+" קטן על חמצן.
שני האורביטלים הקשורים האחרים תופסים חלקיק מטען אחד מפחמן ואחד מחמצן. המולקולה א-סימטרית: לחמצן יש צפיפות אלקטרונים גבוהה יותר מפחמן והוא גם טעון מעט חיובי בהשוואה לפחמן שלילי.
קבל
בתעשייה, השגת פחמן חד חמצני CO מתבצעת על ידי חימום פחמן דו חמצני או אדי מים עם פחם ללא גישה לאוויר:
CO2 + C=2CO;
H2O + C=CO + H2.
התערובת האחרונה שהתקבלה נקראת גם מים או גז סינתזה. במעבדה, פחמן חד חמצני II על ידי חשיפת חומצות אורגניות לחומצה גופרתית מרוכזת, הפועלת כחומר מייבש:
HCOOH=CO + H2O;
N2C2O4=CO2 + H2O.
תסמינים עיקריים ועזרה להרעלת CO
האם פחמן חד חמצני גורם להרעלה? כן, ומאוד חזק. הרעלת פחמן חד חמצני היא התופעה השכיחה ביותר בעולם. התסמינים הנפוצים ביותר:
- מרגיש חלש;
- בחילה;
- סחרחורת;
- fatigue;
- עצבנות;
- תיאבון גרוע;
- כאב ראש;
- disorientation;
- ליקוי ראייה;
- קיאה;
- עילפון;
- convulsions.
חשיפה לגז רעיל זה עלולה לגרום לנזק משמעותי, שלעיתים קרובות יכול להוביל למצבים כרוניים ארוכי טווח. פחמן חד חמצני מסוגללגרום נזק חמור לעובר של אישה בהריון. יש להעניק סיוע מיידי לנפגעים, למשל, לאחר שריפה. דחוף להזעיק אמבולנס, לתת גישה לאוויר צח, להסיר בגדים שמגבילים את הנשימה, רגועים, חמים. הרעלה חמורה, ככלל, מטופלת רק בפיקוח רופאים, בבית חולים.
Application
פחמן חד-חמצני, כפי שכבר הוזכר, הוא רעיל ומסוכן, אבל הוא אחת התרכובות הבסיסיות המשמשות בתעשייה המודרנית לסינתזה אורגנית. CO משמש לייצור מתכות טהורות, קרבונילים, פוסגן, פחמן גופרתי, מתיל אלכוהול, פורמאמיד, אלדהידים ארומטיים וחומצה פורמית. חומר זה משמש גם כדלק. למרות הרעילות והרעילות שלו, הוא משמש לעתים קרובות כחומר גלם לחומרים שונים בתעשייה הכימית.
פחמן חד חמצני ופחמן דו חמצני: מה ההבדל?
פחמן חד חמצני ופחמן דו חמצני (CO ו-CO2) טועים לעתים קרובות זה בזה. שני הגזים חסרי ריח וצבע, ושניהם משפיעים לרעה על מערכת הלב וכלי הדם. שני הגזים יכולים להיכנס לגוף דרך שאיפה, עור ועיניים. לתרכובות אלו, כאשר נחשפות לאורגניזם חי, יש מספר תסמינים שכיחים - כאבי ראש, סחרחורת, עוויתות והזיות. רוב האנשים מתקשים להבחין בהבדל ואינם מבינים שאגזוז מכוניות פולט גם CO וגם CO2. בתוך הבית, עלייה בריכוז הגזים הללו עלולה להיות מסוכנת לבריאותו ולבטיחותו של האדם שנחשף אליהם.פְּגִיעָה. מה ההבדל?
בריכוזים גבוהים, שניהם עלולים להיות קטלניים. ההבדל הוא ש-CO2 הוא הגז הטבעי הנפוץ הנדרש לכל חיי הצומח והחי. CO אינו נפוץ. זהו תוצר לוואי של שריפת דלק ללא חמצן. ההבדל הכימי הקריטי הוא ש-CO2 מכיל אטום פחמן אחד ושני אטומי חמצן, בעוד ל-CO יש רק אחד כל אחד. פחמן דו חמצני אינו דליק, בעוד חד חמצני נוטה להתלקח.
פחמן דו חמצני מתרחש באופן טבעי באטמוספירה: בני אדם ובעלי חיים נושמים חמצן ומוציאים פחמן דו חמצני, מה שאומר שיצורים חיים יכולים לעמוד בכמויות קטנות שלו. גז זה נחוץ גם ליישום פוטוסינתזה על ידי צמחים. עם זאת, פחמן חד חמצני אינו מופיע באופן טבעי באטמוספרה ועלול לגרום לבעיות בריאותיות גם בריכוזים נמוכים. גם הצפיפות של שני הגזים שונה. פחמן דו חמצני כבד וצפוף יותר מאוויר, בעוד שפחמן חד חמצני קל מעט יותר. יש לקחת את התכונה הזו בחשבון בעת התקנת חיישנים מתאימים בבתים.
