Hiilimonoksidi
Wikipedia
Hiilimonoksidi | |
---|---|
Muita nimiä | Häkä |
CAS-numero | 630-08-0 |
![]() |
|
Molekyylikaava | CO |
Moolimassa | 28,0 g/mol |
Ulkomuoto | Väritön, hajuton kaasu |
Sulamispiste | -205 °C (68 K) |
Kiehumispiste | -192 °C (81 K) |
Tiheys | 0,789 g/cm3 (neste) 1,250 g/l (0 °C) 1,145 g/l (25 °C) |
Liukoisuus veteen | 0,0026 g / 100 ml (20 °C) |
Hiilimonoksidi (CO) on hajuton, väritön, myrkyllinen, reaktioherkkä ja erittäin helposti syttyvä kaasu. Hiilimonoksidin moolimassa on 28,0 g/mol, sulamispiste −205 °C, kiehumispiste −191 °C, itsesyttymislämpötila 605 °C ja CAS-numero 630-08-0. Sitä syntyy, kun hiili tai hiiltä sisältävät aineet palavat epätäydellisesti eli liian vähässä happimäärässä tai kun palaminen tapahtuu hyvin korkeissa lämpötiloissa, jolloin hiilimonoksidi on Ellinghamin diagrammin sekä Le Chatelierin periaatteen mukaisesti hallitseva oksidi. Pääasiassa hiilimonoksidia sisältävistä kaasuseoksista käytetään usein nimeä häkä.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Hiilimonoksidin lähteet
Hiilimonoksidi voi syntyä yleisesti monella eri tavalla. Polttomoottoreissa syntyy hiilimonoksidia eli häkää, kun poltetaan hiilipohjaisia polttoaineita varsinkin, jos lämpötila on liian alhainen täydelliselle hapettumiselle, tai käytettävissä oleva aika polttokammiossa on liian pieni tai koska riittävästi happea ei ole läsnä. Tavallisesti on vaikeampi optimoida polttolaitetta alhaiselle hiilimonoksidimäärälle kuin alhaiselle palamattomille polttoainemäärille. Hiilimonoksidia syntyy myös pieniä määriä tupakanpoltossa.
Hiilimonoksidia käytetään masuunissa raudan pelkistämiseen oksideistaan. Hiilimonoksidi syntyy Boudouardin tasapainoreaktion mukaisesti hiilestä ja hiilidioksidista korkeassa lämpötilassa
- C + O2 → CO2
- CO2 + C → 2 CO
Yli 600 °C lämpötiloissa hiilimonoksidin muodostumisentalpia on Ellinghamin diagrammin mukaisesti pienempi kuin hiilidioksidin, ja yli 1000 °C lämpötilassa hiilimonoksidi on Le Chatelierin periaatteen mukaisesti lähes yksinomainen reaktiotuote, vaikka reaktioentalpia onkin epäedullinen hiilidioksidiin verrattuna.
Hiilimonoksidia voidaan valmistaa myös puhaltamalla vesihöyryä hehkuvan hiilikerroksen läpi:
- H2O + C → CO + H2
Aikoinaan merkittävä hiilimonoksidin lähde oli kaupunkikaasu, jota käytettiin valaisuun ja lämmittämiseen 1800-luvulla. Kaupunkikaasu valmistettiin antamalla vesihöyryn vaikuttaa punahehkuiseen hiileen. Nykyään kaupunkikaasun on korvannut luonnonkaasu (metaani). Ns. puukaasu, jota sota-aikaan käytettiin autojenkin polttoaineena, sisältää myös pääosin hiilimonoksidia.
Laboratoriossa voidaan hiilimonoksidia valmistaa stoikiometrisesti suurta varovaisuutta noudattaen antamalla rikkihapon vaikuttaa muurahaishappoon.
[muokkaa] Myrkyllisyys
Hiilimonoksidi sitoutuu hemoglobiinin rautaioneihin 250 kertaa tiukemmin kuin happikaasu. Vereen päästyään se siis heikentää elimistön kykyä kuljettaa happea. Tarpeeksi suuri määrä hiilimonoksidia veressä saa ihmisen menettämään tajuntansa. Hiilimonoksidia eli häkää hengittänyt vaikuttaa ulkopuolisen silmin terveen punakalta ihonväriltään, vaikka henkilö olisikin jo voimakkaassa hapenpuutteessa, koska hiilimonoksidin sitoma hemoglobiinimolekyyli on kirkkaanpunainen. Usein pulssi on myös tällöin epätavallisen hidas, kun yleensä normaalisti hapenpuutteessa olevan pulssi on pikemminkin nopea. Häkämyrkytystä hoidetaan karbogeenin avulla, joka sisältää noin 95% happea ja noin. 5 % hiilidioksidia. Hapen suuren määrän tarkoituksena on syrjäyttää hiilimonoksidi hemoglobiinista ja hiilidioksidi puolestaan stimuloi hengitystä.
Hiilimonoksidia voi syntyä sisätiloissa, jos esimerkiksi tulisija ei saa riittävästi happea tai pystylämmitin on kaatunut puulattiaa vasten. Joskus löytyy kokonaisia perhekuntia häkään menehtyneinä. Kuitenkin tällöin lattialle ja varsinkin lattiaraon ja ulko-oven ääreen pyörtyneet saattavat jäädä henkiin, kun samaan aikaan sängyssä ja yläkerrassa nukkuneet ovat menehtyneet häkään. Henkiin jääneet saattavat potea hyvinkin pitkään voimattomuutta ja muistihäiriöitä.
Aivan uusimman englantilaisen tutkimuksen mukaan liikenteen häkä ja hiilivedyt aiheuttaisivat lapsille leukemiaa.
[muokkaa] Ominaisuudet
Hiilimonoksidi liukenee veteen huonosti. Se on hieman ilmaa kevyempi kaasu.
Hiilimonoksidin rakennetta voidaan kuvata seuraavilla Lewisin kaavojen resonanssimuodoilla, joista nähdään, että sidoksessa on kolmoissidoksen luonnetta (vain yhteiset elektronit piirretty näkyviin):
Hiilimonoksidi on heikko Lewisin emäs, ja se sitoutuu komplekseiksi joidenkin metallien kanssa.
[muokkaa] Reaktioita
Hiilimonoksidi hapettuu hiilidioksidiksi, mitä käytetään teollisuudessa metallien ja epämetallien pelkistämiseen. Esimerkiksi rautamalmia voidaan pelkistää seuraavasti:
- Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2.
Antamalla hiilimonoksidin reagoida vesihöyryn kanssa saadaan vetyä ja hiilidioksidia:
- CO(g) + H2O(g) → H2(g) + CO2(g).
Vedyn avulla hiilimonoksidista voidaan valmistaa metanolia:
- CO(g) + 2 H2(g) → CH3OH(l).
Taistelukaasu fosgeenia valmistetaan kloorista ja hiilimonoksidista:
- CO + Cl2 → COCl2.