Mônôxít cacbon

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Mônôxít cacbon
Cấu trúc phân tử của mônôxít cacbon
Tổng quan
Tên hệ thống	Cacbon mônôxít
Tên khác	cacbon ôxít ôxít cacbon khí than
Công thức phân tử	CO
Phân tử gam	28,01 g/mol
Biểu hiện	Chất khí không màu, không mùi
Số CAS	[630-08-0]
Thuộc tính
Tỷ trọng và pha	1,145 kg/m³ ở 298 K 1,25 kg/m³ ở 273 K 8 kg/cm ³ (rắn)
Độ hòa tan trong nước	26 g/m³ ở 273 K
Điểm nóng chảy	-205°C (68 K)
Điểm sôi	-192°C (81 K)
pK_a
pK_b
Độ nhớt	? cP
Nguy hiểm
MSDS	MSDS ngoài
Các nguy hiểm chính	Cực dễ cháy (F+) Độc (T) sinh sản: độc loại 1
NFPA 704
Điểm bắt lửa
Rủi ro/An toàn	R: 12, 23, 48/23, 61 S: 45, 53
Số RTECS	FG3500000
Trang dữ liệu bổ sung
Cấu trúc & thuộc tính	n ε_r, v.v.
Dữ liệu nhiệt động lực	Các trạng thái rắn, lỏng, khí
Dữ liệu quang phổ	UV, IR, NMR, MS
Các hợp chất liên quan
Các hợp chất tương tự
Các hợp chất liên quan	Cacbon Mêtan, Cacbon điôxít
Ngoại trừ có thông báo khác, các dữ liệu được lấy ở 25°C, 100 kPa Thông tin về sự phủ nhận và tham chiếu

Mônôxít cacbon, 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 cacbon và các hợp chất chứa cacbon.

Có nhiều nguồn sinh ra mônôxít cacbon. Khí thải của động cơ đốt trong tạo ra sau khi đốt các nhiên liệu gốc cacbon (gần như là bất kỳ nguồn nhiên liệu nào, ngoại trừ hiđrô nguyên chất) có chứa mônôxít cacbon, đặc biệt với nồng độ cao khi nhiệt độ quá thấp để có thể thực hiện việc ôxi hóa trọn vẹn các hyđrôcacbon trong nhiên liệu thành nước (dạng hơi) và điôxít cacbon, 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 hyđrôcacbon chưa cháy hết. Mônôxít cacbon 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 cacbon 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 cacbon là hỗn hợp của hiđrô và mônôxít cacbon. 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 cacbon như là một thành phần chính.

[sửa] Độc tính

Xem chi tiết tại bài: Ngộ độc mônôxít cacbon

Mônôxít cacbon 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 cacbon trong không khí cũng có thể là nguy hiểm đến tính mạng.

[sửa] Lịch sử

Mônôxít cacbon 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 cacbon. 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.

[sửa] Hóa học

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 cacbon, 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 cacbon 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 cacbon được nói đến như là nhóm cacbonyl.

Mônôxít cacbon 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.

[sửa] Mônôxít cacbon trong khí quyển

Mônôxít cacbon toàn cầu năm 2000 trong MOPITT.

Mônôxít cacbon 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 cacbon được tạo ra khi các nhiên liệu chứa cacbon 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 cacbon. Nồng độ mônôxít cacbon bị biến đổi trong không gian cũng như là tồn tại rất ngắn hạn trong khí quyển.