一氧化碳 (英語:Carbon monoxide ),分子式為C O ,是無色、無臭、無味的无机化合物 氣體 ,比空氣 略輕。在水 中的溶解度 甚低,但易溶于氨水 。空气混合爆炸极限 为12.5%~74%。 一氧化碳是含碳 物质不完全燃烧的产物。也可以作为燃料使用,煤 和水在高温下可以生成水煤气 (一氧化碳与氢气 的混合物)。有些現代技術,如煉鐵 ,還是會產生副產品的一氧化碳。一氧化碳是可用作身體自然調節炎症反應的三種氣體之一(其他兩種是一氧化氮 和硫化氫 )。
由于一氧化碳与体内血红蛋白 的亲和力比氧 与血红蛋白的亲和力大200-300倍,而碳氧血红蛋白 较氧合血红蛋白的解离速度慢3600倍,当一氧化碳浓度在空气中达到35ppm ,就会对人体产生损害,會造成一氧化碳中毒 (又称煤气中毒)。
雖然一氧化碳有毒 ,但動物 代謝 亦會產生少量一氧化碳,並認為有一些正常的生理功能。
自從公元前80萬年左右人類 首次學會控制火勢以來,人類與一氧化碳的關係就一直十分複雜。原始的穴居人 很可能在將火引入住所時就發現了一氧化碳的毒性。從西元前6000年左右到青銅時代 ,冶金 和冶煉技術的早期發展同樣使人類飽受一氧化碳的困擾。除了一氧化碳的毒性之外,美洲原住民 可能還透過薩滿教 的篝火儀式體驗過一氧化碳的神經活性。[ 1]
早期文明發展出神話 故事來解釋火 的起源,例如希臘神話 中的火神 武尔坎努斯 、帕爾瑪特 ( 英语 : Pkharmat ) 和普羅米修斯 與人類分享火種的故事。亞里斯多德 (公元前384-322年)最早記錄了燃燒的煤炭 會產生有毒煙霧。古羅馬 的希臘裔醫師蓋倫 (公元129-199年)推測,空氣成分的變化會導致吸入有害物質,而一氧化碳中毒的症狀出現在卡西烏斯·伊阿特羅索菲斯塔(Cassius Iatrosophista)約公元130年出版的《醫學與自然問題》(Quaestiones Medicae et Problemata Naturalia)一書中。[ 1] 羅馬帝國 皇帝 兼哲學家 尤利安 、醫學作家塞利乌斯·奥雷利安努斯 以及其他幾位學者也記錄了古代煤炭煙霧導致一氧化碳中毒的早期知識。[ 1]
蒂托·李维 和西塞羅 的記載表明,一氧化碳在古羅馬曾被用作自殺 手段。[ 1] [ 2] 皇帝盧基烏斯·維魯斯 曾用煙霧處決囚犯。[ 1] 許多死亡事件都與一氧化碳中毒有關,其中包括皇帝約維安 、皇后 法烏斯塔 (君士坦丁大帝 的第二任妻子)和塞內卡 。[ 1] 因一氧化碳中毒而死亡的最引人注目的人物可能是克娄巴特拉七世 [ 1] 或艾德加·愛倫·坡 。[ 3]
最早制备一氧化碳的是法国 化学家 德·拉索內 ( 法语 : Joseph-Marie-François de Lassone ) (1776年)。他通过加热氧化锌 和碳 製得了一氧化碳。但由于一氧化碳燃烧时产生了与氢气类似的蓝色火焰,de Lassone错误地认为他制得的是氢气。在1800年英国 化学家 William Cruikshank才证明一氧化碳是由碳 元素和氧 元素组成的化合物 。
最早对一氧化碳的毒性进行彻底研究的是法国 的生理学家 克洛德·贝尔纳 。在1846年,他让狗 吸入这种气体,发现狗的血液 “变得比任何动脉 中的血 都要鲜红”。现在我们知道血液 变成“樱桃红色 ”是一氧化碳中毒的症状。
由于一氧化碳可以使血液变得非常鲜红的特点,一些肉品商人用一氧化碳处理鲜肉,可以使生肉不被氧化 变色,甚至可以在10℃的温度下保存28天还如同新屠宰的肉,并因此引起非议。美国 消费者协会认为即使这种处理没有害处,也会掩盖肉不新鲜的状态,即使肉品处于即将腐烂状态,消费者也不知情。
據報導,一氧化碳也用在納粹大屠殺 名為T4“安樂死”計劃 ,納粹德國 由海烏姆諾 透過貨車運送氣體。
一氧化碳的摩尔質量 是28.0,它比空氣 的摩尔質量28.8略輕。燃燒一氧化碳時會產生藍色火焰。
在工业上,通常采取二氧化碳在高温条件下与碳反应的原理制取:
C + C O 2 → Δ 2 C O {\displaystyle {\rm {C+CO_{2}\xrightarrow {\Delta } 2CO}}} 在實驗室中可將脫水劑(如濃硫酸 )滴入甲酸 裂解 以製取一氧化碳
H C O O H → H 2 S O 4 H 2 O + C O {\displaystyle {\rm {HCOOH{\xrightarrow {H_{2}SO_{4}}}H_{2}O+CO}}} 亦可用鋅 與碳酸鈣 加熱,製得一氧化碳。
Z n + C a C O 3 → Δ Z n O + C a O + C O {\displaystyle {\rm {Zn+CaCO_{3}{\xrightarrow {\Delta }}ZnO+CaO+CO}}} 有機物 在氧氣 不足夠的環境下燃燒 ,會發生不完全燃燒 ,會生產一氧化碳。例如丙烷 的不完全燃燒:
2 C 3 H 8 + 7 O 2 ⟶ 6 CO + 8 H 2 O {\displaystyle {\ce {2C3H8 + 7O2->6CO + 8H2O}}} 一氧化碳毒性示意图 一氧化碳是無色、無臭、無味氣體,但吸入對人體有十分大的傷害。它會結合血紅蛋白 生成碳氧血紅蛋白 ,碳氧血紅蛋白不能提供氧氣給身體組織。這種情況被稱為血缺氧。濃度低至667ppm 可能會導致高達50%人體的血紅蛋白 轉換為碳合血紅蛋白,可能會導致昏迷和死亡或變植物人。而香煙 中亦含有一氧化碳。最常見的一氧化碳中毒 症狀包括頭痛、噁心、嘔吐、頭暈、疲勞和虛弱,另外还包括視網膜 出血,以及異常櫻桃紅色的血。暴露在一氧化碳中可能嚴重損害心臟 和中樞神經系統 ,會有後遺症。一氧化碳可能令孕婦胎兒產生嚴重的不良影響。
在封閉的環境中,一氧化碳的濃度可以很容易達到造成致命的濃度。平均而言,每年在美國就有170人因一氧化碳而死。然而,根據佛羅里達州 衛生署資料「每年有500多名美國人死於一氧化碳意外接觸,美國各地的有數千人因一氧化碳中毒 需要緊急醫療照顧」 這些可能產生一氧化碳的產品包括故障的燃料燃燒機器,如爐 ,爐灶,熱水器 和室內加熱器。美國毒物控制中心協會 (AAPCC)報告於2007年有39人死於一氧化碳中毒。2005年,美國消費品安全委員會 報告有94宗因發電機 而導致相關的一氧化碳中毒死亡。一氧化碳也是煙草 燃燒產生煙霧 的次要成分。在台灣,根據內政部 消防署 的統計,2009-2013年間,居家一氧化碳中毒意外事件共計197件,造成 55 人死亡及 471 人受傷。多數原因皆為熱水器安裝不適當所致。[ 4]
一氧化碳存在於各種自然和人造環境中,以「PPM 」來度量的典型濃度如下:
MOPITT(对流层污染测量仪)在2000年檢測全球一氧化碳的含量 目前在大氣 中,一氧化碳是少量存在的氣體,主要由火山 活動產生,但也會因自然和人為的火災(如森林大火 ,焚燒秸稈 和甘蔗 以驅趕甘蔗園裏的蚊蟲)所產生。燃燒化石燃料 也會產生大量一氧化碳。
而一氧化碳最主要的天然來源是由對流層 中的光化學反應而產生,每年產生約5 x 1012 千克一氧化碳。
在地外的星際介質 中,一氧化碳十分常見,其分佈之廣,僅次於氫分子 ,排名第二。由於一氧化碳的分子不對稱,其輻射出的譜線 遠比氫分子明亮,因而更容易偵測到。1970年,電波望遠鏡 首次在星際空間中偵測到一氧化碳。由於氫分子只能用紫外線檢測,過程中必須使用太空望遠鏡 ,時至今日,一氧化碳已成為在星系中檢測分子時,最常用的示蹤物。恆星形成 過程大多發生於分子雲 內,科學家觀測一氧化碳後,對分子雲 的認識大有增長[ 11] 。
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直线型碳氧化物
多氧化碳 酯类 碳氧化物酸酐类 碳氧化物环状聚羰基 碳氧化物 其他碳氧化物