Из чего состоит угарный газ

Дата публикации 28.01.2012 12:18

Угарный газ – оксид углерода, о котором слишком часто приходится слышать, если речь идет об отравлении продуктами горения, несчастных случаях в промышленности или даже в быту. В силу особых ядовитых свойств этого соединения обычная домашняя газовая колонка может стать причиной гибели целой семьи. Примеров тому – сотни. Но почему так происходит? Что такое угарный газ на самом деле? Чем он опасен для человека?

Что такое угарный газ, формула, основные свойства

Угарный газ, формула которого очень проста и обозначает союз атома кислорода и углерода – CO, – одно из наиболее ядовитых газообразных соединений. Но в отличие от многих других опасных веществ, которые используются только для решения узких промышленных задач, химическое загрязнение монооксидом углерода может возникнуть в ходе совершенно обычных химических процессов, возможных даже в быту.

Впрочем, прежде чем перейти к тому, как происходит синтез этого вещества, рассмотрим, что такое угарный газ в целом и каковы его основные физические свойства:

• бесцветный газ без вкуса и запаха;
• крайне низкие температуры плавления и кипения: -205 и -191,5 градусов по Цельсию соответственно;
• плотность 0,00125 г/куб.см.;
• весьма горюч с высокой температурой горения (до 2100 градусов по Цельсию).

Образование угарного газа

В быту или промышленности образование угарного газа обычно происходит одним из нескольких достаточно простых способов, что легко объясняет риск случайного синтеза этого вещества с риском для персонала предприятия или жителей дома, где возникла неисправность отопительного оборудования или нарушена техника безопасности. Рассмотрим основные пути образования монооксида углерода:

• горение углерода (угля, кокса) или его соединений (бензина и другого жидкого топлива) в условиях нехватки кислорода. Как нетрудно догадаться, дефицит свежего воздуха, опасный с точки зрения риска синтеза угарного газа, легко возникает в двигателях внутреннего сгорания, бытовых колонках с нарушенной вентиляцией, промышленных и обычных печах;
• взаимодействие обычного углекислого газа с раскаленным углем. Такие процессы происходят в печи постоянно и полностью обратимы, но, при условии уже упомянутой нехватки кислорода, при закрытой заслонке, угарный газ образуется в значительно больших количествах, что представляет смертельную опасность для людей.

Чем опасен угарный газ?

В достаточной концентрации угарный газ, свойства которого объясняют его высокую химическую активность, чрезвычайно опасен для человеческой жизни и здоровья. Суть такого отравления заключается, прежде всего, в том, что молекулы этого соединения моментально связывают гемоглобин крови и лишают его способности переносить кислород. Таким образом, монооксид углерода снижает уровень клеточного дыхания с самыми серьезными последствиями для организма.

Отвечая на вопрос "Чем опасен угарный газ?" стоит упомянуть и то, что, в отличие от многих других токсичных веществ, человек не чувствует никакого специфического запаха, не испытывает неприятных ощущений и не способен распознать его наличие в воздухе любыми другими способами, не имея специального оборудования. В результате пострадавший просто не принимает никаких мер для того, чтобы спастись, а когда действие угарного газа (сонливость и потеря сознания) становится очевидным, может быть уже слишком поздно.

Угарный газ приводит к смерти в течение часа при концентрации в воздухе свыше 0,1%. При этом в выхлопе совершенно обычного легкового автомобиля содержится от 1,5 до 3% этого вещества. И это еще при условии хорошего состояния мотора. Это легко объясняет тот факт, что отравление угарным газом часто возникает именно в гаражах или внутри машины, загерметизированной снегом.

Другие наиболее опасные случаи, в которых люди отравились угарным газом в быту или на работе – это.

• перекрытие или поломка вентиляции отопительной колонки;
• неграмотное использования дровяных или угольных печей;
• на пожарах в закрытых помещениях;
• вблизи оживленных автомобильных магистралей;
• на промышленных предприятиях, где активно используется монооксид углерода.

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.

Оксид углерода CO(II) или монооксид углерода – бесцветный газ, не имеющий запаха, плохо растворимый в воде.

Оксид углерода CO(II) рядовому обывателю более известен, как угарный газ, который стал причиной трагических смертей десятков тысяч людей.

В молекуле оксида углерода (II) атомы кислорода и углерода соединены тройной связью.

• кислорода – 1s 2 2s 2 2p 4
• углерода – 1s 2 2s 2 2p 2

У обоих элементов имеется по два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне, которые и образуют две ковалентные связи (обозначены зеленым цветом). Третья связь образуется по донорно-акцепторному принципу – атом углерода (акцептор) предоставляет свою свободную орбиталь (желтая ячейка), на которой размещается электронная пара кислорода (донор) (красный цвет).

В молекуле угарного газа атом углерода принимает валентность 3, но степень окисления +2. По этой причине, для оксида углерода CO(II) характерны реакции присоединения, в которых он играет роль восстановителя:

• на воздухе оксид углерода CO(II) горит, образуя углекислый газ:
  2C +2 O+O₂ 0 = 2C +4 O₂↑+Q
• восстановительные свойства угарного газа нашли широкое применение в металлургических процессах получения металлов из их оксидов (руд):
  CO+FeO = CO₂↑+Fe
  CO+CuO = CO₂↑+Cu
• в присутствии угля, который выполняет роль катализатора, на свету угарный газ взаимодействует с хлором с образованием отравляющего вещества фосген:
  CO+Cl₂ = COCl₂

Поскольку монооксид углерода не образует солей, при н.у. угарный газ не взаимодействует с кислотами и щелочами.

В промышленных целях угарный газ получают взаимодействием углекислого газа с раскаленным углем:
CO₂+C = 2CO

В лабораторных условиях CO получают действием концентрированной серной кислоты на муравьиную кислоту при высокой температуре:
HCOOH → CO↑ + H₂O

Угарный газ также образуется в процессе неполного сгорания топлива:
CH₄+1½O₂ = CO+2H₂O

Именно такие случаи приводят зачастую к непоправимым трагедиям, – люди "угорают", чаще всего в домах с печным отоплением, когда в целях сохранения тепла на ночь закрывается заслонка, препятствующая выходу продуктов горения в вытяжную трубу, но при этом дрова или уголь еще полностью не перегорели. В результате чего, образующийся угарный газ накапливается в помещении, и люди, вдыхая его во сне, умирают.

Второй, самый распространенный случай гибели людей от угарного газа – вдыхание выхлопных газов автомобиля с двигателем внутреннего сгорания в закрытом, плохо проветриваемом помещении. Сколько таких случаев было, когда водители грелись и погибали в закрытых гаражах.

Почему умирают от вдыхания угарного газа

Все дело в гемоглобине, который содержится в красных кровяных тельцах – эритроцитах. Гемоглобин – это белок, который транспортирует кислород от легких к тканям человека. Коварность угарного газа заключается в том, что CO легко преодолевает альвеолярно-капиллярную мембрану, после чего растворяется в плазме крови, и начинает "цепляться" к эритроцитам, вытесняя из гемоглобина кислород с образованием карбоксигемоглобина – в молекуле гемоглобина молекулы угарного газа соединяются с атомами железа, после чего кислород остается "не при делах". Данная реакция происходит по причине того, что монооксид углерода в 250(!) раз более активно вступает в реакцию с гемоглобином, нежели кислород. Таким образом, поступление кислорода к тканям организма нарушается, и в течение короткого времени наступает смерть человека, который задыхается "изнутри".

Концентрация угарного газа 1,2% в воздухе является смертельной – достаточно всего нескольких вдохов, чтобы человек потерял сознание, смерть наступает в течение 2-3 минут.

Оксид углерода CO₂(IV) – углекислый газ

Молекула углекислого газа имеет линейное строение (углерод имеет валентность 4, и степень окисления +4):

Атомы углерода и кислорода связаны ковалентными полярными связями, но сама молекула неполярна.

Углекислый газ (диоксид углерода) также, как и угарный газ, не имеет цвета, запаха, плохо растворим в воде, но, растворяется лучше, чем CO. При низких температурах углекислота переходит в жидкое, а затем в твердое состояние (сухой лед).

Углекислый газ реагирует со следующими веществами:

• при растворении в воде образует угольную кислоту:
  CO₂+H₂O = H₂CO₃
• с основными оксидами и основаниями CO₂ взаимодействует, как кислотный оксид, образуя соли, которые называются карбонатами:
  Na₂O+CO₂ = Na₂CO₃
• при высоких температурах углекислый газ проявляется свойства окислителя – активные металлы могут гореть в среде углекислого газа, отнимая у него кислород:
  CO₂+C = 2CO
  CO₂+2Mg = 2MgO+C

Получение и применение углекислого газа

• в промышленности – обжигом известняка:
  CaCO₃ = CaO+CO₂↑
• в лаборатории – действием кислоты на соли угольной кислоты:
  Na₂CO₃+2HCl = 2NaCl+H₂O+CO₂↑
• в природе углекислый газ выделяется при гниении и горении органических веществ:
  C+O₂ = CO₂↑

Углекислый газ нашел широкое применение в пищевой промышленности, в качестве основного компонента газированных напитков. Сухой лед применяется в качестве охладителя. Углекислотные огнетушители применяются при тушении похара, если температура горения не превышает 1000°C.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе