В каком количестве вещества угарного газа содержится

Чтобы ваш летний отдых не получился угарным. В прямом смысле.

Летом многие стараются почаще и подольше бывать в краях непуганых коз и коров — в деревне или хотя бы просто на даче. Идеально, если там есть баня и какое-никакое отопление (мало ли какие заморозки ударят). Но уже при подготовке к дороге — в гараже, а потом на автостраде, в бане, в доме с печкой, даже в кальяне — нас подстерегает коварный и незаметный враг. Угарный газ.

Печальная статистика

Угарный газ, или моноксид углерода (его формула — СО) образуется при горении любых веществ и материалов, содержащих углерод. Это уголь, нефть, дрова, природный газ — всё, что сжигают для получения энергии. СО обильно выделяется при пожарах — многие жертвы погибают от него, а вовсе не от огня. Отравление угарным газом очень опасно для жизни и здоровья, оно легко приводит к летальному исходу.

Статистика говорит, что в России за последние 12 лет только из-за нарушений правил безопасности при обращении с отопительным оборудованием и газовыми плитами погибли 3364 человека. Половина из них умерли, отравившись угарным газом.

В других странах, особенно если там не слишком тёплый климат, а центрального отопления нет, ситуация не лучше. Например, в Великобритании ежегодно регистрируется в среднем 50 смертельных случаев бытовых отравлений СО — из-за неправильного использования каминов и других обогревательных систем.

Кроме бытовых, есть еще и производственные случаи отравления угарным газом: он используется в качестве сырья во многих химических производствах. Он — промежуточный реагент при реакциях с водородом, в которых получают органические спирты и неразветвленные углеводороды. А еще моноксидом углерода обрабатывают мясо и рыбу: это придает волокнам ярко-красный цвет и свежий вид, не изменяя вкуса.

Как работает «молчаливый убийца»

У СО нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, он не раздражает дыхательные пути и кожу, легко смешивается с воздухом. За это его и назвали «молчаливым убийцей».

Фатальное действие угарного газа основано на том, что он «сотрудничает» с гемоглобином. Этот белок находится в эритроцитах (красных кровяных тельцах). Именно благодаря ему мы дышим: гемоглобин подхватывает в легких кислород (и превращается в оксигемоглобин) и переносит его с током крови к органам и тканям человека.

СО связывается с гемоглобином прочнее и легче, чем кислород. Он образует карбоксигемоглобин, который ничем не может помочь организму, желающему дышать. Коварное вещество не отдает кислород, «запирает» в крови: ведет себя как собака на сене.

Кровь насыщается кислородом, становясь все краснее и краснее, а органы задыхаются. Смерть наступает от удушья, причем человек это замечает очень не сразу — можно дотянуть до того момента, когда помочь уже ничем нельзя.

Моя бабушка, которая больше половины своей жизни прожила в домах без центрального отопления, всегда предостерегала меня перед поездкой в деревню: «Смотри не угори». Сейчас печек стало меньше, глаголом «угорать» уже перестали пугать детей (по крайней мере, городских). Из-за этого многие (и не только дети) почему-то подумали, что угорать — это просто дезориентироваться в пространстве и времени без последствий. Сегодня это слово используют в контексте «смеяться, веселиться». Некоторые даже путают угарный газ с веселящим (хотя это совсем другое вещество, закись азота, N2O).

Мало кто задумывается о том, что даже «немножко угорев», надышавшись СО, можно получить необратимые повреждения мозга, и остаться на всю жизнь «угорелым». Практически как в анекдоте: «она теперь до сих пор в каске ходит и улыбается».

Коты, румянец и Чейн-Стокс: симптомы отравления

Начавшееся отравление диагностируется только по симптомам. Например, из-за кислородного голодания мозга развивается дезориентированность движений.

Помните народную метафору «метаться как угорелый»? Изначально в нее добавлялось слово «кот». Гоголь в «Ревизоре» об этом нам напоминает: «Что за ветреность такая! Вдруг вбежала как угорелая кошка». И действительно, кошки действительно начинают чувствовать симптомы отравления угарным газом раньше — просто они весят намного меньше нас. Аномальное поведение угорелых котов в свое время спасло немало семей.

У «молчаливого» убийцы жестокое чувство юмора — благодаря тому, что кровь прололжает насыщаться гемоглобином, у жертв сохраняется здоровый румянец. Поэтому и сложно со стороны диагностировать отравление и удушье, ведь в большинстве случаев при нехватке кислорода человек бледнеет или даже синеет.

Несмертельные отравления угарным газом могут вызывать тошноту, головокружение и нарушения работы мозга. Если человек получил большую дозу (например, долго находился в бане с горящими дровами и закрытой заслонкой печи), у него могут появиться галлюцинации, он теряет сознание, начинаются конвульсии и развивается дыхание Чейна-Стокса.

Раздеть, накрыть, угостить чашечкой кофе: как помочь угоревшему

При первом же подозрении на отравление угарным газом надо вызывать скорую помощь. Антидота, нейтрализующего действие СО, не существует: вся медицинская помощь будет сводиться к тому, чтобы максимально насытить кислородом оставшийся в рабочем состоянии гемоглобин.

До приезда скорой надо обеспечить пострадавшему возможность дышать полной грудью: снять тесную одежду, обязательно вынести на свежий воздух. Если он в сознании и способен глотать — напоите его кофе или крепким чаем: кофеин стимулирует дыхательный центр в мозге.

Обязательно накройте человека одеялом или теплой одеждой: при отравлении моноксидом углерода нарушается терморегуляция, и можно переохладиться, даже если температура комфортна для здоровых людей.

Внимание: все эти меры помогут лишь при легкой степени воздействия СО. Угарный газ — очень сильный яд, и при тяжелом отравлении медицина, увы, бессильна.

Как правильно предохраняться

Надеюсь, что достаточно вас напугал, и теперь вы понимаете, почему надо внимательно относиться к профилактике отравления угарным газом.

Во-первых, нужно регулярно проверять отопительную технику, если вы обогреваетесь не стандартными городскими батареями, а, например, газовым котлом или русской печью. Вызывайте специалистов примерно раз в год, пусть проводят полную инспекцию.

Во-вторых, если вы топите баню, ни в коем случае не находитесь в ней, когда заслонка печи закрыта, а угли еще красные: это значит, что процесс горения еще не кончился, СО еще выделяется, но в трубу не уходит, а остается внутри помещения.

В-третьих, нельзя перекрывать всю вентиляцию в помещении. Даже ради экономии тепла.

В-четвертых, если у вас коттедж или дачный дом с собственной системой отопления — вы автоматически в группе риска. Установите в доме датчики угарного газа.

Если зафиксирована утечка, срочно покидайте помещение. Вас не защитят респиратор или даже противогаз с угольным фильтром — молекула угарного газа очень маленькая, она легко пройдет через фильтры.

Если дома с печкой у вас нет, не торопитесь расслабляться. Особенно если любите кальян. В процессе курения можно запросто получить легкое отравление угарным газом. Головные боли, головокружение, тошнота, сонливость после кальяна — его яркие симптомы. Угарный газ в этом случае накапливается, если в кальян поступает недостаточно кислорода.

Когда угарный газ — друг

Моноксид углерода — не абсолютный враг, все дело опять в дозировке. Он вырабатывается и организмом человека. Скорее всего, этот атавизм остался нам от далеких-далеких предков, которые еще только вышли из воды на сушу. В те времена в атмосфере было очень много СО, и некоторые базовые биологические механизмы зародились именно тогда, с использованием этой молекулы.

Мы вырабатываем 3–6 мл угарного газа в день (такой СО называется эндогенным), а если в организме есть воспаления — то и больше. Эндогенный угарный газ служит человеку: он регулирует кровяное давление при стрессах. Есть данные о том, что он участвует в защите нервных клеток при апоплексии и болезни Альцгеймера.

Источник

Физические
свойства.

Монооксид углерода представляет
собой бесцветный и не имеющий
запаха газ, малорастворимый в
воде.

t пл. 205 °С,
t кип. 191 °С
критическая
температура =140°С
критическое
давление = 35 атм.
растворимость
СО в воде около 1:40 по объёму.

Химические
свойства.

При
обычных условиях CO инертен; при
нагревании – восстановитель;
несолеобразующий оксид.

1) с кислородом

2C+2O
+ O2 = 2C+4O2

2) с оксидами
металлов

C+2O
+ CuO = Сu + C+4O2

3) с хлором (на
свету)

CO + Cl2
–hn-> COCl2(фосген)

4) реагирует с
расплавами щелочей (под давлением)

CO + NaOH =
HCOONa (муравьинокислый натрий (формиат
натрия))

5) с переходными
металлами образует карбонилы

Ni + 4CO =t°=
Ni(CO)4

Fe + 5CO =t°=
Fe(CO)5

Монооксид углерода химически не
взаимодействует с водой. Не
реагирует СО также со щелочами и
кислотами. Он чрезвычайно ядовит.

С
химической стороны монооксид
углерода характеризуется главным
образом склонностью к реакциям
присоединения и своими
восстановительными свойствами.
Однако обе эти тенденции обычно
проявляются лишь при повышенных
температурах. В этих условиях СО
соединяется с кислородом, хлором,
серой, некоторыми металлами и т. д.
Вместе с тем оксид углерода при
нагревании восстанавливает до
металлов многие оксиды, что
весьма важно для металлургии.

Наряду с нагреванием повышение
химической активности СО часто
вызывается его растворением. Так,
в растворе он способен
восстанавливать соли Au, Pt и
некоторых других элементов до
свободных металлов уже при
обычных температурах.

При
повышенных температурах и
высоких давлениях имеет место
взаимодействие СО с водой и
едкими щелочами: в первом случае
образуется НСООН, а во втором –
муравьинокислый натрий.
Последняя реакция протекает при
120 °С, давлении 5 атм и находит
техническое использование.

Легко
идущее в растворе восстановление
хлористого палладия по суммарной
схеме:

PdCl2
+ H2O + CO = CO2 + 2 HCl + Pd

служит наиболее
часто применяемой реакцией
открытия монооксида углерода в
смеси газов. Уже очень небольшие
количества СО легко
обнаруживаются по лёгкому
окрашиванию раствора вследствие
выделения мелко раздробленного
металлического палладия.
Количественное определение СО
основывается на реакции:

5 СО + I2O5
= 5 CO2 + I2.

Окисление СО в растворе часто
идёт с заметной скоростью лишь в
присутствии катализатора. При
подборе последнего основную роль
играет природа окислителя. Так, KMnO4
быстрее всего окисляет СО в
присутствии мелкораздробленного
серебра, K2Cr2O7 – в
присутствии солей ртути, КСlO3
– в присутствии OsO4. В общем,
по своим восстановительным
свойствам СО похож на
молекулярный водород, причём
активность его при обычных
условиях выше, чем у последнего.
Интересно, что существуют
бактерии, способные за счёт
окисления СО получать
необходимую им для жизни энергию.

Сравнительную активность СО и Н2
как восстановителей можно
оценить путём изучения обратимой
реакции:

Н2О
+ СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,

равновесное
состояние которой при высоких
температурах устанавливается
довольно быстро (особенно в
присутствии Fe2O3). При
830 °С в равновесной смеси
находятся равные количества СО и
Н2, т. е. сродство обоих газов
к кислороду одинаково. Ниже 830 °С
более сильным восстановителем
является СО, выше – Н2.

Связывание одного из продуктов
рассмотренной выше реакции в
соответствии с законом действия
масс смещает её равновесие.
Поэтому, пропуская смесь
монооксида углерода и водяного
пара над оксидом кальция, можно
получить водород по схеме:

Н2О
+ СО + СаО = СаСО3 + Н2 + 217
кДж.

Реакция эта идёт уже при 500 °С.

На
воздухе СО загорается около 700 °С
и сгорает синим пламенем до СО2:

2 СО + О2
= 2 СО2 + 564 кДж.

Сопровождающее эту реакцию
значительное выделение тепла
делает монооксид углерода ценным
газообразным топливом. Однако
наиболее широкое применение он
находит как исходный продукт для
синтеза различных органических
веществ.

Сгорание толстых слоёв угля в
печах идёт в три стадии:

1) С + О2
= СО2 ;

2) СО2
+ С = 2 СО;

3) 2 СО
+ О2 = 2 СО2.

При
преждевременном закрытии трубы в
печи создаётся недостаток
кислорода, что может вызвать
распространение СО по
отапливаемому помещению и
привести к отравлениям (угар).
Следует отметить, что запах “угарного
газа” обусловлен не СО, а
примесями некоторых органических
веществ.

Пламя
СО может иметь температуру до 2100 °С.
Реакция горения СО интересна тем,
что при нагревании до 700-1000 °С она
идёт с заметной скоростью только
в присутствии следов водяного
пара или других содержащих
водород газов (NH3, H2S и
т. п.). Обусловлено это цепным
характером рассматриваемой
реакции, протекающей при
посредстве промежуточного
образования радикалов ОН по
схемам:

Н + О2
= НО + О, затем О + СО = СО2, НО +
СО = СО2 + Н и т. д.

При
очень высоких температурах
реакция горения СО становится
заметно обратимой. Содержание СО2
в равновесной смеси (под
давлением 1 атм) выше 4000 °С может
быть лишь ничтожно малым. Сама
молекула СО настолько термически
устойчива, что не разлагается
даже при 6000 °С. Молекулы СО были
обнаружены в межзвёздной среде.

При
действии СО на металлический К
при 80 °С образуется бесцветное
кристаллическое очень взрывчатое
соединение состава К6С6О6.
Вещество это с отщеплением калия
легко переходит в оксид углерода
С6О6 (“трихинон”),
который можно рассматривать как
продукт полимеризации СО.
Строение его отвечает
шестичленному циклу,
образованному атомами углерода,
каждый из которых соединён
двойной связью с атомами
кислорода.

Взаимодействие СО с серой по
реакции:

СО + S = COS
+ 29 кДж

быстро идёт
лишь при высоких температурах.

Образующийся тиооксид углерода (О=С=S)
представляет собой бесцветный и
не имеющий запаха газ (т. пл. -139, т.
кип. -50 °С).

Монооксид углерода (II) способен
непосредственно соединяться с
некоторыми металлами. В
результате образуются карбонилы
металлов [Fe(CO)5, Ni(CO)4, Mo(CO)6
и др.], которые следует
рассматривать как комплексные
соединения.

Оксид
углерода(II) образует комплексные
соединения также с некоторыми
солями. Одни из них (OsCl2·3CO,
PtCl2

·CO и т. д.) устойчивы
только в растворе. С образованием
последнего вещества связано
поглощение оксида углерода(II)
раствором СuСl в крепкой НСl.
Подобные же соединения
образуются, по-видимому, и в
аммиачном растворе CuCl, часто
применяемом для поглощения СО при
анализе газов.

Получение.

Монооксид углерода образуется
при сгорании углерода в
недостатке кислорода. Чаще всего
он получается в результате
взаимодействия углекислого газа
с раскалённым углём:

СО2
+ С + 171 кДж = 2 СО.

Реакция эта обратима, причём
равновесие её ниже 400 °С
практически нацело смещено влево,
а выше 1000 °С – вправо (рис. 7). Однако
с заметной скоростью оно
устанавливается лишь при высоких
температурах. Поэтому в обычных
условиях СО вполне устойчив.

Рис. 7.
Равновесие СО2 + С = 2 СО.

Образование
СО из элементов идёт по уравнению:

2 С + О2
= 2 СО + 222 кДж.

Небольшие количества СО удобно
получать разложением муравьиной
кислоты:

НСООН =
Н2О + СО

Реакция эта легко протекает при
взаимодействии НСООН с горячей
крепкой серной кислотой.
Практически это получение
осуществляют либо действием конц.
серной кислоты на жидкую НСООН (при
нагревании), либо пропусканием
паров последней над
гемипентаоксидом фосфора.
Взаимодействие НСООН с
хлорсульфоновой кислотой по
схеме:

НСООН +
СISO3H = H2SO4 + HCI + CO

идёт уже при
обычных температурах.

Удобным методом лабораторного
получения СО могут служить
нагревание с конц. серной
кислотой щавелевой кислоты или
железосинеродистого калия. В
первом случае реакция протекает
по схеме:

Н2С2О4
= СО + СО2 + Н2О.

Наряду с СО выделяется и
углекислый газ, который может
быть задержан пропусканием
газовой смеси сквозь раствор
гидроксида бария. Во втором
случае единственным газообразным
продуктом является оксид
углерода:

К4[Fe(CN)6]
+ 6 H2SO4 + 6 H2O = 2 K2SO4
+ FeSO4 + 3 (NH4)2SO4
+ 6 CO.

Большие количества СО могут быть
получены путём неполного
сжигания каменного угля в
специальных печах –
газогенераторах. Обычный (“воздушный”)
генераторный газ содержит в
среднем (объёмн. %): СО-25, N2-70, СО2-4
и небольшие примеси других газов.
При сжигании он даёт 3300-4200 кДж на м3.
Замена обычного воздуха на
кислород ведёт к значительному
повышению содержания СО (и
увеличению теплотворной
способности газа).

Ещё
больше СО содержит водяной газ,
состоящий (в идеальной случае) из
смеси равных объёмов СО и Н2
и дающий при сгорании 11700 кДж/м3.
Газ этот получают продувкой
водяного пара сквозь слой
раскалённого угля, причём около
1000 °С имеет место взаимодействие
по уравнению:

Н2О
+ С + 130 кДж = СО + Н2.

Реакция образования водяного
газа идёт с поглощением тепла,
уголь постепенно охлаждается и
для поддержания его в раскалённом
состоянии приходится пропускание
водяного пара чередовать с
пропусканием в газогенератор
воздуха (или кислорода). В связи с
этим водяной газ содержит
приблизительно СО-44, Н2-45, СО2-5
и N2-6%. Он широко
используется для синтезов
различных органических
соединений.

Часто
получают смешанный газ. Процесс
его получения сводится к
одновременному продуванию сквозь
слой раскалённого угля воздуха и
паров воды, т.е. комбинированию
обоих описанных выше методов-
Поэтому состав смешанного газа
является промежуточным между
генераторным и водяным. В среднем
он содержит: СО-30, Н2-15, СО2-5
и N2-50%. Кубический метр его
даёт при сжигании около 5400 кДж.

Применение.

Водяной и смешанный газы (в них
содержится CO) используются в
качестве топлива и исходного
сырья химической промышленности.
Они важны, например, как один из
источников получения азотно-водородной
смеси для синтеза аммиака. При
пропускании их совместно с
водяным паром над нагретым до 500 °С
катализатором (главным образом Fe2O3)
происходит взаимодействие по
обратимой реакции:

Н2О
+ СО = СО2 + Н2 + 42 кДж,

равновесие
которой сильно смещено вправо.

Образовавшийся углекислый газ
удаляют затем промыванием водой (под
давлением), а остаток СО –
аммиачным раствором солей меди. В
результате остаются почти чистый
азот и водород.
Соответственно регулируя
относительные количества
генераторного и водяного газов,
можно получать N2 и Н2 в
требуемом объёмном соотношении.
Перед подачей в колонну синтеза
газовую смесь подвергают сушке и
очистке от отравляющих
катализатор примесей.

Молекула
CO2

Молекула СО характеризуется d(СО) =
113 пм, энергия его диссоциации 1070
кДж/моль, что больше, чем у других
двухатомных молекул. Рассмотрим
электронное строение СО, где
атомы связаны между собой двойной
ковалентной связью и одной
донорно-акцепторной, причём
кислород является донором, а
углерод акцептором.

Влияние
на организм.

Угарный газ очень ядовит. Первыми
признаками острого отравления СО
являются головная боль и
головокружение, в дальнейшем
наступает потеря сознания.
Предельно допустимая
концентрация СО в воздухе
промышленных предприятий
считается 0,02 мг/л. Основным
противоядием при отравлении СО
служит свежий воздух. Полезно
также кратковременное вдыхание
паров нашатырного спирта.

Чрезвычайная ядовитость СО,
отсутствие у него цвета и запаха,
а также очень слабое поглощение
его активированным углём
обычного противогаза делают этот
газ особенно опасным. Вопрос
защиты от него был разрешён
изготовлением специальных
противогазов, коробка которых
заполнялась смесью различных
оксидов (в основном MnO2 и CuO).
Действие этой смеси (“гопкалита”)
сводится к каталитическому
ускорению реакции окисления СО до
СО2 кислородом воздуха. На
практике гопкалитовые
противогазы очень неудобны, так
как заставляют дышать нагретым (в
результате реакции окисления)
воздухом.

Нахождение
в природе.

Монооксид углерода входит в
состав атмосферы (10-5 объёмн. %). В
среднем 0,5% СО содержит табачный
дым и 3% – выхлопные газы
двигателей внутреннего сгорания.