Cacbon mônôxít
, công thức hóa học là CO, là một chất khí không màu, không mùi, bắt cháy và có độc tính cao. Nó là sản phẩm chính trong sự cháy không hoàn toàn của cácbon và các hợp chất chứa cácbon. Có nhiều nguồn ...
, công thức hóa học là CO, là một chất khí không màu, không mùi, bắt cháy và có độc tính cao. Nó là sản phẩm chính trong sự cháy không hoàn toàn của cácbon và các hợp chất chứa cácbon.
Có nhiều nguồn sinh ra mônôxít cácbon. Khí thải của động cơ đốt trong tạo ra sau khi đốt các nhiên liệu gốc cácbon (gần như là bất kỳ nguồn nhiên liệu nào, ngoại trừ hiđrô nguyên chất) có chứa mônôxít cácbon, đặc biệt với nồng độ cao khi nhiệt độ quá thấp để có thể thực hiện việc ôxi hóa trọn vẹn các hyđrô cácbon trong nhiên liệu thành nước (dạng hơi) và điôxít cácbon, do thời gian có thể tồn tại trong buồng đốt là quá ngắn và cũng có thể là do không đủ lượng ôxy cần thiết. Thông thường, việc thiết kế và vận hành buồng đốt sao cho có thể giảm lượng CO là khó khăn hơn rất nhiều so với việc thiết kế để làm giảm lượng hyđrô cácbon chưa cháy hết. Mônôxít cácbon cũng tồn tại với một lượng nhỏ nhưng tính về nồng độ là đáng kể trong khói thuốc lá. Trong gia đình, khí CO được tạo ra khi các nguồn nhiên liệu như xăng, hơi đốt, dầu hay gỗ không cháy hết trong các thiết bị dùng chúng làm nhiên liệu như xe máy, ô tô, lò sưởi và bếp lò v.v. Khí mônôxít cácbon có thể thấm qua bê tông hàng giờ sau khi xe cộ đã rời khỏi ga ra.
Trong quá khứ, ở một số quốc gia người ta sử dụng cái gọi là town gas để thắp sáng và cung cấp nhiệt vào thế kỷ 19. Town gas được tạo ra bằng cách cho một luồng hơi nước đi ngang qua than cốc nóng đỏ; chất tạo thành sau phản ứng của nước và cácbon là hỗn hợp của hiđrô và mônôxít cácbon. Phản ứng như sau:
H2O + C = CO + H2
Khí này ngày nay đã được thay thế bằng hơi đốt tự nhiên (mêtan) nhằm tránh các tác động độc hại tiềm ẩn của nó. Khí gỗ, sản phẩm của sự cháy không hoàn toàn của gỗ cũng chứa mônôxít cácbon như là một thành phần chính.
Mônôxít cácbon là cực kỳ nguy hiểm, do việc hít thở phải một lượng quá lớn CO sẽ dẫn tới thương tổn do giảm ôxy trong máu hay tổn thương hệ thần kinh cũng như có thể gây tử vong. Nồng độ chỉ khoảng 0,1% mônôxít cácbon trong không khí cũng có thể là nguy hiểm đến tính mạng.
CO là chất khí không màu, không mùi và không gây kích ứng nên rất nguy hiểm vì người ta không cảm nhận được sự hiện diện của CO trong không khí. CO có ái lực với hemoglobin (Hb) trong hồng cầu mạnh gấp 230-270 lần so với ôxy nên khi được hít vào phổi CO sẽ gắn chặt với Hb thành HbCO do đó máu không thể chuyên chở ôxy đến tế bào. CO còn gây tổn thương tim do gắn kết với myoglobin của cơ tim.
Triệu chứng ngộ độc CO thường bắt đầu bằng cảm giác bần thần, nhức đầu, buồn nôn, khó thở rồi từ từ đi vào hôn mê. Nếu ngộ độc CO xảy ra khi đang ngủ say hoặc uống rượu say thì người bị ngộ độc sẽ hôn mê từ từ, ngưng thở và tử vong.
Ngộ độc CO có thể xảy ra ở những trường hợp chạy máy nổ phát điện trong nhà kín, sản phụ nằm lò than trong phòng kín, ngủ trong xe hơi đang nổ máy trong nhà hoặc gara...
Mônôxít cácbon đã được nhà hóa học người Pháp là de Lassone điều chế lần đầu tiên năm 1776 bằng cách đốt nóng ôxít kẽm (ZnO) với than cốc, nhưng ông đã sai lầm khi cho khí thu được là hiđrô do nó cũng cháy với ngọn lửa màu xanh lam. Sau này, nó được nhà hóa học người Anh là William Cruikshank xác định là một hợp chất chứa cacbon và ôxy năm 1800.
Nhà sinh lý học người Pháp là Claude Bernard vào khoảng năm 1846 đã lần đầu tiên nghiên cứu kỹ lưỡng các thuộc tính độc hại của mônôxít cácbon. Ông cho các con chó hít thở khí này và nhận ra rằng máu của chúng tại tất cả các mạch máu là đỏ hơn.
Cấu trúc của phân tử CO được mô tả tốt nhất dựa theo thuyết quỹ đạo phân tử. Độ dài của liên kết hóa học (0,111 nm) chỉ ra rằng nó có đặc trưng liên kết ba một phần. Phân tử có mômen lưỡng cực nhỏ (0,112 Debye hay 3,74x10-31 C.m) và thông thường được biểu diễn bằng 3 cấu trúc cộng hưởng:
Lưu ý rằng quy tắc octet (quy tắc bộ tám) bị vi phạm đối với nguyên tử cacbon trong hai cấu trúc thể hiện bên phải.
Nó thể hiện tính khử trong một số phản ứng với các ôxít kim loại có độ hoạt động hóa học yếu ở nhiệt độ cao, chẳng hạn ôxít đồng (II), theo phản ứng sau:
CO + CuO = CO2 + Cu
Kim loại niken tạo ra hợp chất dễ bay hơi với CO, được biết đến với tên gọi niken cacbonyl. Cacbonyl bị phân hủy rất nhanh ngược trở lại thành kim loại và khí CO, và nó được sử dụng làm nền tảng cho việc làm tinh khiết niken.
Nhiều kim loại khác cũng có thể tạo ra các phức chất cacbonyl chứa các liên kết cộng hóa trị với mônôxít cácbon, các chất này có thể tạo ra bằng một loạt các phương pháp khác nhau, ví dụ đun sôi rutheni triclorua với triphênyl phốtphin trong mêthôxyêtanol (hay DMF) thì có thể thu được phức chất [RuHCl(CO)(PPh3)3]. Niken cacbonyl là đặc biệt do nó có thể được tạo ra bằng tổ hợp trực tiếp mônôxít cácbon và niken kim loại ở nhiệt độ phòng.
Trong niken cacbonyl và các cacbonyl khác, cặp điện tử trên nguyên tử cacbon được liên kết với kim loại. Trong trường hợp này mônôxít cácbon được nói đến như là nhóm cacbonyl.
Mônôxít cácbon và mêtanol có phản ứng với nhau có chất xúc tác gốc rôđi để tạo ra axít axêtic trong quy trình Monsanto, nó là phương pháp được sử dụng nhiều nhất để sản xuất axít axêtic công nghiệp.
Mônôxít cácbon toàn cầu năm 2000 trong MOPITT.
Mônôxít cácbon có hiệu ứng bức xạ cưỡng bức gián tiếp bằng sự nâng cao nồng độ của mêtan và ôzôn tầng đối lưu thông qua các phản ứng hóa học với các thành phần khác của khí quyển (ví dụ gốc hyđrôxyl, OH) mà nếu không có thể tiêu diệt chúng. Mônôxít cácbon được tạo ra khi các nhiên liệu chứa cácbon bị đốt cháy không hoàn toàn, thông qua các quá trình tự nhiên trong khí quyển thì cuối cùng nó sẽ bị ôxi hóa thành điôxít cácbon. Nồng độ mônôxít cácbon bị biến đổi trong không gian cũng như là tồn tại rất ngắn hạn trong khí quyển.
CO + O3 -> CO2 + O
