Senyawa karbon. Karbon monoksida (II)- karbon monoksida adalah senyawa yang tidak berbau dan tidak berwarna, terbakar dengan nyala api kebiruan, lebih ringan dari udara dan sulit larut dalam air.
BERSAMA- oksida yang tidak membentuk garam, tetapi ketika alkali dilewatkan ke dalam lelehan pada tekanan tinggi, ia membentuk garam asam format:
BERSAMA +KOH = HCOOK
Itu sebabnya BERSAMA sering dianggap asam format anhidrida:
HCOOH = BERSAMA + H 2 HAI,
Reaksi terjadi di bawah pengaruh asam sulfat pekat.
Struktur karbon monoksida (II).
Keadaan oksidasi +2. Koneksinya terlihat seperti ini:
Panah menunjukkan ikatan tambahan, yang dibentuk oleh mekanisme donor-akseptor karena pasangan elektron bebas atom oksigen. Oleh karena itu, ikatan pada oksida sangat kuat, sehingga oksida hanya dapat masuk ke dalam reaksi oksidasi-reduksi pada suhu tinggi.
Pembuatan karbon monoksida (II).
1. Diperoleh melalui reaksi oksidasi zat sederhana:
2 C + HAI 2 = 2 BERSAMA,
C + BERSAMA 2 = 2 BERSAMA,
2. Setelah sembuh BERSAMA karbon itu sendiri atau logam. Reaksi yang terjadi ketika dipanaskan:
Sifat kimia karbon monoksida (II).
1. Dalam kondisi normal, karbon monoksida tidak berinteraksi dengan asam atau basa.
2. Dalam oksigen atmosfer, karbon monoksida terbakar dengan nyala kebiruan:
2CO + O 2 = 2CO 2,
3. Pada suhu, karbon monoksida mereduksi logam dari oksida:
FeO + CO = Fe + CO 2,
4. Ketika karbon monoksida bereaksi dengan klorin, gas beracun terbentuk - fosgen. Reaksi yang terjadi pada iradiasi:
BERSAMA + Kl 2 = COCl 2,
5. Karbon monoksida bereaksi dengan air:
CHAI+H 2 HAI = BERSAMA 2 + H 2,
Reaksinya bersifat reversibel.
6. Ketika dipanaskan, karbon monoksida membentuk metil alkohol:
CO + 2H 2 = CH 3 OH,
7. Karbon monoksida terbentuk dengan logam karbonil(senyawa yang mudah menguap).
KARBON OKSIDA (KARBON MONOKSIDA). Karbon(II) oksida (karbon monoksida) CO, karbon monoksida yang tidak membentuk garam. Ini berarti tidak ada asam yang bersesuaian dengan oksida ini. Karbon monoksida (II) adalah gas tidak berwarna dan tidak berbau yang mencair pada tekanan atmosfer pada suhu –191,5°C dan membeku pada –205°C. Struktur molekul CO mirip dengan molekul N2: keduanya mengandung jumlah yang sama elektron (molekul seperti itu disebut isoelektronik) , atom-atom di dalamnya dihubungkan oleh ikatan rangkap tiga (dua ikatan dalam molekul CO terbentuk karena elektron 2p atom karbon dan oksigen, dan ikatan ketiga dibentuk oleh mekanisme donor-akseptor dengan partisipasi pasangan elektron bebas oksigen dan orbital karbon 2p bebas). Akibatnya, sifat fisik CO dan N2 (titik leleh dan titik didih, kelarutan dalam air, dll) sangat mirip.
Karbon monoksida (II) terbentuk selama pembakaran senyawa yang mengandung karbon dengan akses oksigen yang tidak mencukupi, serta ketika batubara panas bersentuhan dengan produk pembakaran sempurna - karbon dioksida: C + CO2 → 2CO. Di laboratorium, CO diperoleh dengan dehidrasi asam format melalui aksi asam sulfat pekat pada asam format cair ketika dipanaskan, atau dengan melewatkan uap asam format melalui P2O5: HCOOH → CO + H2O. CO diperoleh dengan penguraian asam oksalat: H2C2O4 → CO + CO2 + H2O. CO dapat dengan mudah dipisahkan dari gas lain dengan melewatkannya melalui larutan alkali.
Dalam kondisi normal, CO, seperti nitrogen, secara kimiawi bersifat inert. Hanya pada suhu tinggi barulah muncul kecenderungan CO untuk mengalami reaksi oksidasi, adisi, dan reduksi. Jadi, pada suhu tinggi ia bereaksi dengan basa: CO + NaOH → HCOONa, CO + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2. Reaksi ini digunakan untuk menghilangkan CO dari gas industri.
Karbon monoksida (II) adalah bahan bakar berkalori tinggi: pembakaran disertai dengan pelepasan sejumlah besar panas (283 kJ per 1 mol CO). Campuran CO dengan udara meledak bila kandungannya berkisar antara 12 hingga 74%; Untungnya, dalam praktiknya campuran seperti itu sangat jarang ditemukan. Dalam industri, untuk memperoleh CO dilakukan gasifikasi bahan bakar padat. Misalnya, meniupkan uap air melalui lapisan batubara yang dipanaskan hingga 1000oC menyebabkan terbentuknya gas air: C + H2O → CO + H2, yang memiliki nilai kalor sangat tinggi. Namun, pembakaran bukanlah penggunaan gas air yang paling menguntungkan. Dari situ, misalnya, dimungkinkan untuk memperoleh (dengan adanya berbagai katalis di bawah tekanan) campuran hidrokarbon padat, cair dan gas - bahan mentah yang berharga untuk industri kimia (reaksi Fischer-Tropsch). Dari campuran yang sama, memperkayanya dengan hidrogen dan menggunakan katalis yang diperlukan, alkohol, aldehida, dan asam dapat diperoleh. Yang paling penting adalah sintesis metanol: CO + 2H2 → CH3OH - bahan baku terpenting untuk sintesis organik, oleh karena itu reaksi ini dilakukan secara industri dalam skala besar.
Reaksi dimana CO sebagai zat pereduksi dapat ditunjukkan dengan contoh reduksi besi dari bijih selama proses tanur tiup: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. Reduksi oksida logam dengan karbon(II) oksida sangat penting dalam proses metalurgi.
Molekul CO dicirikan oleh reaksi adisi pada logam transisi dan senyawanya dengan pembentukan senyawa kompleks - karbonil. Contohnya termasuk karbonil logam cair atau padat Fe(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Ni(CO)4, Cr(CO)6, dll. Ini adalah zat yang sangat beracun yang jika dipanaskan akan terurai kembali menjadi logam dan CO. Dengan cara ini Anda bisa mendapatkan bubuk logam dengan kemurnian tinggi. Terkadang “noda” logam terlihat pada pembakar kompor gas; ini merupakan konsekuensi dari pembentukan dan pembusukan besi karbonil. Saat ini, ribuan karbonil logam berbeda telah disintesis, selain mengandung CO, ligan anorganik dan organik, misalnya PtCl2(CO), K3, Cr(C6H5Cl)(CO)3.
CO juga dicirikan oleh reaksi senyawa dengan klorin, yang terjadi dalam cahaya pada suhu kamar dengan pembentukan fosgen yang sangat beracun: CO + Cl2 → COCl2. Reaksi ini merupakan reaksi berantai, mengikuti mekanisme radikal dengan partisipasi atom klor dan radikal bebas COCl. Meskipun toksisitasnya, fosgen banyak digunakan untuk sintesis banyak senyawa organik.
Karbon monoksida (II) adalah racun yang kuat, karena membentuk kompleks kuat dengan molekul aktif biologis yang mengandung logam; ini mengganggu respirasi jaringan. Sel-sel sistem saraf pusat sangat terpengaruh. Pengikatan atom CO dengan Fe(II) dalam hemoglobin darah mencegah pembentukan oksihemoglobin, yang membawa oksigen dari paru-paru ke jaringan. Bahkan ketika udara mengandung 0,1% CO, gas ini menggantikan setengah oksigen dari oksihemoglobin. Dengan adanya CO, kematian akibat sesak napas dapat terjadi bahkan ketika terdapat oksigen dalam jumlah besar. Oleh karena itu, CO disebut karbon monoksida. Pada orang yang “tertekan”, otak dan sistem saraflah yang paling terkena dampaknya. Untuk keselamatan, pertama-tama Anda membutuhkan udara bersih yang tidak mengandung CO (atau, lebih baik lagi, oksigen murni), sementara CO yang terikat pada hemoglobin secara bertahap digantikan oleh molekul O2 dan mati lemas pun hilang. Konsentrasi CO harian rata-rata maksimum yang diizinkan di udara atmosfer adalah 3 mg/m3 (sekitar 3,10–5%), di udara area kerja – 20 mg/m3.
Biasanya kandungan CO di atmosfer tidak melebihi 10–5%. Gas ini masuk ke udara sebagai bagian dari gas vulkanik dan rawa, bersama dengan sekresi plankton dan mikroorganisme lainnya. Dengan demikian, 220 juta ton CO dilepaskan ke atmosfer setiap tahunnya dari lapisan permukaan laut. Konsentrasi CO di tambang batubara tinggi. Banyak karbon monoksida yang dihasilkan selama kebakaran hutan. Peleburan setiap juta ton baja disertai dengan pembentukan 300–400 ton CO. Secara total, pelepasan CO teknogenik ke udara mencapai 600 juta ton per tahun, lebih dari separuhnya berasal dari kendaraan bermotor. Jika karburator tidak disetel, gas buang bisa mengandung CO hingga 12%! Oleh karena itu, sebagian besar negara telah menerapkan standar ketat untuk kandungan CO dalam knalpot mobil.
Pembentukan CO selalu terjadi selama pembakaran senyawa yang mengandung karbon, termasuk kayu, dengan akses oksigen yang tidak mencukupi, serta ketika batubara panas bersentuhan dengan karbon dioksida: C + CO2 → 2CO. Proses serupa juga terjadi di oven desa. Oleh karena itu, menutup cerobong kompor sebelum waktunya untuk menghemat panas sering kali menyebabkan keracunan karbon monoksida. Jangan berpikir bahwa penduduk kota yang tidak memanaskan kompornya kebal terhadap keracunan CO; Misalnya, mudah bagi mereka untuk keracunan di garasi yang berventilasi buruk di mana mobil diparkir dengan mesin menyala. CO juga terdapat pada hasil pembakaran gas alam di dapur. Banyak kecelakaan penerbangan di masa lalu disebabkan oleh keausan mesin atau penyesuaian yang buruk, yang memungkinkan CO masuk ke kokpit dan meracuni awak pesawat. Bahaya ini diperparah oleh fakta bahwa CO tidak dapat dideteksi melalui penciuman; dalam hal ini, karbon monoksida lebih berbahaya daripada klorin!
Karbon monoksida (II) praktis tidak diserap oleh karbon aktif dan oleh karena itu masker gas biasa tidak melindungi dari gas ini; Untuk menyerapnya, diperlukan kartrid hopcalite tambahan yang mengandung katalis yang “membakar” CO menjadi CO2 dengan bantuan oksigen atmosfer. Semakin banyak mobil penumpang kini dilengkapi dengan katalis afterburning, meskipun mahalnya biaya katalis yang berbahan dasar logam platinum.
Sifat fisik karbon monoksida (karbon monoksida CO) pada tekanan atmosfer normal dianggap bergantung pada suhu pada nilai negatif dan positif.
Dalam tabel Sifat fisik CO berikut disajikan: kepadatan karbon monoksida ρ , kapasitas panas spesifik pada tekanan konstan C hal, koefisien konduktivitas termal λ dan viskositas dinamis μ .
Tabel pertama menunjukkan densitas dan kapasitas panas spesifik karbon monoksida CO pada kisaran suhu -73 hingga 2727°C.
Tabel kedua memberikan nilai sifat fisik karbon monoksida seperti konduktivitas termal dan viskositas dinamisnya dalam kisaran suhu dari minus 200 hingga 1000°C.
Kepadatan karbon monoksida, seperti , sangat bergantung pada suhu - ketika karbon monoksida CO dipanaskan, kepadatannya menurun. Misalnya, pada suhu kamar massa jenis karbon monoksida adalah 1,129 kg/m3, tetapi dalam proses pemanasan hingga suhu 1000°C, massa jenis gas ini berkurang 4,2 kali lipat - menjadi 0,268 kg/m 3.
Dalam kondisi normal (suhu 0°C), karbon monoksida memiliki massa jenis 1,25 kg/m 3. Jika kita membandingkan massa jenisnya dengan gas umum lainnya, maka massa jenis karbon monoksida relatif terhadap udara kurang penting - karbon monoksida lebih ringan daripada udara. Ia juga lebih ringan dari argon, namun lebih berat dari nitrogen, hidrogen, helium dan gas ringan lainnya.
Panas jenis karbon monoksida dalam kondisi normal adalah 1040 J/(kg derajat). Ketika suhu gas ini meningkat, kapasitas panas spesifiknya meningkat. Misalnya, pada 2727°C nilainya adalah 1329 J/(kg derajat).
| t, °С | ρ, kg/m3 | C p , J/(kg derajat) | t, °С | ρ, kg/m3 | C p , J/(kg derajat) | t, °С | ρ, kg/m3 | C p , J/(kg derajat) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -73 | 1,689 | 1045 | 157 | 0,783 | 1053 | 1227 | 0,224 | 1258 |
| -53 | 1,534 | 1044 | 200 | 0,723 | 1058 | 1327 | 0,21 | 1267 |
| -33 | 1,406 | 1043 | 257 | 0,635 | 1071 | 1427 | 0,198 | 1275 |
| -13 | 1,297 | 1043 | 300 | 0,596 | 1080 | 1527 | 0,187 | 1283 |
| -3 | 1,249 | 1043 | 357 | 0,535 | 1095 | 1627 | 0,177 | 1289 |
| 0 | 1,25 | 1040 | 400 | 0,508 | 1106 | 1727 | 0,168 | 1295 |
| 7 | 1,204 | 1042 | 457 | 0,461 | 1122 | 1827 | 0,16 | 1299 |
| 17 | 1,162 | 1043 | 500 | 0,442 | 1132 | 1927 | 0,153 | 1304 |
| 27 | 1,123 | 1043 | 577 | 0,396 | 1152 | 2027 | 0,147 | 1308 |
| 37 | 1,087 | 1043 | 627 | 0,374 | 1164 | 2127 | 0,14 | 1312 |
| 47 | 1,053 | 1043 | 677 | 0,354 | 1175 | 2227 | 0,134 | 1315 |
| 57 | 1,021 | 1044 | 727 | 0,337 | 1185 | 2327 | 0,129 | 1319 |
| 67 | 0,991 | 1044 | 827 | 0,306 | 1204 | 2427 | 0,125 | 1322 |
| 77 | 0,952 | 1045 | 927 | 0,281 | 1221 | 2527 | 0,12 | 1324 |
| 87 | 0,936 | 1045 | 1027 | 0,259 | 1235 | 2627 | 0,116 | 1327 |
| 100 | 0,916 | 1045 | 1127 | 0,241 | 1247 | 2727 | 0,112 | 1329 |
Konduktivitas termal karbon monoksida dalam kondisi normal adalah 0,02326 W/(m derajat). Nilai ini meningkat seiring meningkatnya suhu dan pada 1000°C menjadi sama dengan 0,0806 W/(m derajat). Perlu dicatat bahwa konduktivitas termal karbon monoksida sedikit lebih kecil dari nilai y ini.
Viskositas dinamis karbon monoksida pada suhu kamar adalah 0,0246·10 -7 Pa·s. Ketika karbon monoksida dipanaskan, viskositasnya meningkat. Jenis ketergantungan viskositas dinamis pada suhu diamati pada . Perlu diperhatikan bahwa karbon monoksida lebih kental dibandingkan uap air dan karbon dioksida CO 2, namun memiliki viskositas yang lebih rendah dibandingkan dengan nitrogen oksida NO dan udara.
Karbon monoksida, karbon monoksida (CO), adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa dan kepadatannya sedikit lebih kecil dibandingkan udara. Ini beracun bagi hewan penghasil hemoglobin (termasuk manusia) pada konsentrasi di atas sekitar 35 ppm, meskipun ia juga diproduksi dalam jumlah kecil melalui metabolisme normal hewan dan diyakini memiliki beberapa fungsi biologis normal. Di atmosfer, ia bervariasi secara spasial dan cepat membusuk, serta berperan dalam pembentukan ozon di permukaan tanah. Karbon monoksida terdiri dari satu atom karbon dan satu atom oksigen yang dihubungkan oleh ikatan rangkap tiga, yang terdiri dari dua ikatan kovalen serta satu ikatan kovalen datif. Ini adalah karbon monoksida yang paling sederhana. Ia isoelektronik dengan anion sianida, kation nitrosonium, dan nitrogen molekuler. Dalam kompleks koordinasi, ligan karbon monoksida disebut karbonil.
Cerita
Aristoteles (384-322 SM) pertama kali menggambarkan proses pembakaran batu bara yang mengarah pada pembentukan asap beracun. Di zaman kuno, ada metode eksekusi - mengunci penjahat di kamar mandi dengan bara api. Namun, saat itu mekanisme kematiannya belum jelas. Tabib Yunani Galen (129-199 M) mengemukakan bahwa terjadi perubahan komposisi udara sehingga menimbulkan kerugian bagi manusia jika terhirup. Pada tahun 1776, ahli kimia Perancis de Lassonne menghasilkan CO dengan memanaskan seng oksida dengan kokas, namun ilmuwan tersebut secara keliru menyimpulkan bahwa produk gas tersebut adalah hidrogen karena dibakar dengan nyala api biru. Gas tersebut diidentifikasi sebagai senyawa yang mengandung karbon dan oksigen oleh ahli kimia Skotlandia William Cumberland Cruikshank pada tahun 1800. Toksisitasnya pada anjing dipelajari secara menyeluruh oleh Claude Bernard sekitar tahun 1846. Selama Perang Dunia II, campuran gas termasuk karbon monoksida digunakan untuk menggerakkan kendaraan bermotor yang beroperasi di beberapa belahan dunia di mana bahan bakar bensin dan solar langka. Gasifier eksternal (dengan beberapa pengecualian) yang berasal dari arang atau kayu dipasang dan campuran nitrogen atmosfer, karbon monoksida, dan sejumlah kecil gas gasifikasi lainnya dimasukkan ke dalam pencampur gas. Campuran gas yang dihasilkan dari proses ini dikenal dengan nama gas kayu. Karbon monoksida juga digunakan dalam skala besar selama Holocaust di beberapa kamp kematian Nazi Jerman, yang paling jelas adalah di van gas Chelmno dan dalam program pembunuhan "eutanasia" T4.
Sumber
Karbon monoksida terbentuk selama oksidasi parsial senyawa yang mengandung karbon; itu terbentuk ketika tidak ada cukup oksigen untuk membentuk karbon dioksida (CO2), seperti saat mengoperasikan kompor atau mesin pembakaran internal, di ruang tertutup. Dengan adanya oksigen, termasuk konsentrasi atmosfer, karbon monoksida terbakar dengan nyala biru, menghasilkan karbon dioksida. Gas batu bara, yang banyak digunakan hingga tahun 1960an untuk penerangan dalam ruangan, memasak, dan pemanas, mengandung karbon monoksida sebagai bahan bakar yang signifikan. Beberapa proses dalam teknologi modern, seperti peleburan besi, masih menghasilkan karbon monoksida sebagai produk sampingannya. Di seluruh dunia, sumber karbon monoksida terbesar adalah sumber alami, akibat reaksi fotokimia di troposfer, yang menghasilkan sekitar 5 × 1012 kg karbon monoksida per tahun. Sumber alami CO lainnya termasuk gunung berapi, kebakaran hutan, dan bentuk pembakaran lainnya. Dalam biologi, karbon monoksida secara alami diproduksi oleh aksi heme oksigenase 1 dan heme 2 dari pemecahan hemoglobin. Proses ini menghasilkan sejumlah karboksihemoglobin pada orang normal, meskipun mereka tidak menghirup karbon monoksida. Sejak pertama kali dilaporkan bahwa karbon monoksida adalah neurotransmitter normal pada tahun 1993, serta salah satu dari tiga gas yang secara alami memodulasi respon inflamasi dalam tubuh (dua lainnya adalah oksida nitrat dan hidrogen sulfida), karbon monoksida telah mendapat banyak perhatian ilmiah sebagai bahan biologis. pengatur Di banyak jaringan, ketiga gas tersebut bertindak sebagai agen antiinflamasi, vasodilator, dan pemacu pertumbuhan neovaskular. Uji klinis terhadap sejumlah kecil karbon monoksida sebagai obat sedang berlangsung. Namun, jumlah karbon monoksida yang berlebihan menyebabkan keracunan karbon monoksida.
Sifat molekul
Karbon monoksida memiliki berat molekul 28,0, sehingga sedikit lebih ringan dari udara, yang berat molekul rata-ratanya adalah 28,8. Berdasarkan hukum gas ideal, CO mempunyai massa jenis yang lebih rendah dibandingkan udara. Panjang ikatan antara atom karbon dan atom oksigen adalah 112,8 pm. Panjang ikatan ini konsisten dengan ikatan rangkap tiga seperti pada molekul nitrogen (N2), yang memiliki panjang ikatan serupa dan berat molekul hampir sama. Ikatan rangkap karbon-oksigen lebih panjang, misalnya 120,8 m untuk formaldehida. Titik didih (82 K) dan titik leleh (68 K) sangat mirip dengan N2 (masing-masing 77 K dan 63 K). Energi disosiasi ikatan sebesar 1072 kJ/mol lebih kuat dibandingkan energi disosiasi N2 (942 kJ/mol) dan mewakili ikatan kimia terkuat yang diketahui. Keadaan elektron dasar karbon monoksida adalah singlet, karena tidak ada elektron yang tidak berpasangan.
Ikatan dan momen dipol
Karbon dan oksigen bersama-sama memiliki total 10 elektron pada kulit valensinya. Mengikuti aturan oktet untuk karbon dan oksigen, kedua atom membentuk ikatan rangkap tiga, dengan enam elektron bersama dalam tiga orbital molekul ikatan, bukan ikatan rangkap yang biasa ditemukan pada senyawa karbonil organik. Karena empat elektron yang digunakan bersama berasal dari atom oksigen dan hanya dua dari karbon, satu orbital ikatan ditempati oleh dua elektron dari atom oksigen, sehingga membentuk ikatan datif atau dipol. Hal ini menghasilkan polarisasi molekul C←O, dengan sedikit muatan negatif pada karbon dan sedikit muatan positif pada oksigen. Dua orbital ikatan lainnya masing-masing menempati satu elektron dari karbon dan satu dari oksigen, membentuk ikatan kovalen (polar) dengan polarisasi C→O terbalik, karena oksigen lebih elektronegatif daripada karbon. Dalam karbon monoksida bebas, muatan negatif bersih δ- tetap berada di ujung karbon, dan molekul memiliki momen dipol kecil sebesar 0,122 D. Jadi, molekulnya asimetris: oksigen memiliki kerapatan elektron lebih tinggi daripada karbon, serta muatan positif yang kecil dibandingkan dengan karbon, yang negatif. Sebaliknya, molekul dinitrogen isoelektronik tidak memiliki momen dipol. Jika karbon monoksida bertindak sebagai ligan, polaritas dipol dapat berubah dengan muatan negatif bersih pada ujung oksigen, bergantung pada struktur kompleks koordinasi.
Polaritas ikatan dan keadaan oksidasi
Studi teoretis dan eksperimental menunjukkan bahwa meskipun elektronegativitas oksigen lebih besar, momen dipol terjadi dari ujung karbon yang lebih negatif ke ujung oksigen yang lebih positif. Ketiga ikatan ini sebenarnya merupakan ikatan kovalen polar yang sangat terpolarisasi. Polarisasi yang dihitung pada atom oksigen adalah 71% untuk ikatan σ dan 77% untuk kedua ikatan π. Bilangan oksidasi karbon menjadi karbon monoksida pada masing-masing struktur ini adalah +2. Ini dihitung sebagai berikut: semua elektron ikatan dianggap milik atom oksigen yang lebih elektronegatif. Hanya dua elektron non-ikatan pada karbon yang ditugaskan pada karbon. Dengan perhitungan ini, karbon hanya memiliki dua elektron valensi dalam molekul dibandingkan dengan empat elektron valensi dalam atom bebas.
Sifat biologis dan fisiologis
Toksisitas
Keracunan karbon monoksida adalah jenis keracunan udara fatal yang paling umum terjadi di banyak negara. Karbon monoksida adalah zat yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, tetapi sangat beracun. Ia bergabung dengan hemoglobin untuk menghasilkan karboksihemoglobin, yang "merebut" tempat di hemoglobin yang biasanya membawa oksigen namun tidak efektif dalam mengantarkan oksigen ke jaringan tubuh. Konsentrasi serendah 667 ppm dapat menyebabkan hingga 50% hemoglobin tubuh diubah menjadi karboksihemoglobin. Kadar karboksihemoglobin 50% dapat menyebabkan kejang, koma, dan kematian. Di Amerika Serikat, Departemen Tenaga Kerja membatasi paparan karbon monoksida di tempat kerja dalam jangka panjang hingga 50 bagian per juta. Dalam waktu singkat, penyerapan karbon monoksida bersifat kumulatif, karena waktu paruhnya sekitar 5 jam di udara segar. Gejala keracunan karbon monoksida yang paling umum mungkin mirip dengan jenis keracunan dan infeksi lainnya, dan mencakup gejala seperti sakit kepala, mual, muntah, pusing, kelelahan, dan perasaan lemah. Keluarga yang terkena dampak sering kali percaya bahwa mereka adalah korban keracunan makanan. Bayi mungkin mudah tersinggung dan makannya buruk. Gejala neurologisnya meliputi kebingungan, disorientasi, penglihatan kabur, sinkop (kehilangan kesadaran) dan kejang. Beberapa gambaran keracunan karbon monoksida termasuk pendarahan retina serta warna merah ceri yang tidak normal pada darah. Pada sebagian besar diagnosis klinis, tanda-tanda ini jarang terlihat. Salah satu kesulitan dengan kegunaan efek "ceri" ini adalah bahwa efek ini memperbaiki, atau menutupi, penampilan yang tidak sehat, karena efek utama dari menghilangkan hemoglobin vena adalah orang yang dicekik tampak lebih normal, atau orang mati tampak hidup, mirip dengan efek pewarna merah dalam komposisi pembalseman. Efek pewarnaan pada jaringan bebas oksigen yang keracunan CO ini dikaitkan dengan penggunaan komersial karbon monoksida dalam pewarnaan daging. Karbon monoksida juga berikatan dengan molekul lain seperti mioglobin dan sitokrom oksidase mitokondria. Paparan karbon monoksida dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada jantung dan sistem saraf pusat, terutama pada globus pallidus, yang sering dikaitkan dengan kondisi kronis jangka panjang. Karbon monoksida dapat menimbulkan dampak buruk yang serius pada janin ibu hamil.
Fisiologi manusia normal
Karbon monoksida diproduksi secara alami dalam tubuh manusia sebagai molekul pemberi sinyal. Dengan demikian, karbon monoksida mungkin memiliki peran fisiologis dalam tubuh sebagai neurotransmitter atau pelemas pembuluh darah. Karena peran karbon monoksida dalam tubuh, gangguan metabolisme berhubungan dengan berbagai penyakit, termasuk degenerasi saraf, hipertensi, gagal jantung, dan peradangan.
CO berfungsi sebagai molekul pemberi sinyal endogen.
CO memodulasi fungsi kardiovaskular
CO menghambat agregasi dan adhesi trombosit
CO mungkin memiliki peran sebagai agen terapi yang potensial
Mikrobiologi
Karbon monoksida adalah tempat berkembang biaknya metanogenik archaea, bahan penyusun asetil koenzim A. Ini adalah topik untuk bidang baru kimia bioorganologam. Mikroorganisme ekstremofil dapat memetabolisme karbon monoksida di tempat-tempat seperti ventilasi termal gunung berapi. Pada bakteri, karbon monoksida dihasilkan melalui reduksi karbon dioksida oleh enzim karbon monoksida dehidrogenase, suatu protein yang mengandung Fe-Ni-S. CooA adalah protein reseptor karbon monoksida. Ruang lingkup aktivitas biologisnya masih belum diketahui. Ini mungkin bagian dari jalur sinyal pada bakteri dan archaea. Prevalensinya pada mamalia belum diketahui.
Prevalensi
Karbon monoksida terjadi di berbagai lingkungan alami dan buatan.
Karbon monoksida hadir dalam jumlah kecil di atmosfer, terutama sebagai produk aktivitas gunung berapi, namun juga merupakan produk dari kebakaran alam dan buatan manusia (misalnya, kebakaran hutan, pembakaran sisa tanaman, dan pembakaran tebu). Pembakaran bahan bakar fosil juga berkontribusi terhadap pembentukan karbon monoksida. Karbon monoksida terjadi terlarut dalam batuan vulkanik cair pada tekanan tinggi di mantel bumi. Karena sumber alami karbon monoksida bervariasi, sangat sulit mengukur emisi gas alam secara akurat. Karbon monoksida adalah gas rumah kaca yang membusuk dengan cepat dan juga memberikan efek radiasi tidak langsung dengan meningkatkan konsentrasi metana dan ozon troposfer melalui reaksi kimia dengan komponen atmosfer lainnya (misalnya radikal hidroksil, OH) yang dapat menghancurkannya. Melalui proses alami di atmosfer, akhirnya teroksidasi menjadi karbon dioksida. Karbon monoksida berumur pendek di atmosfer (rata-rata bertahan sekitar dua bulan) dan memiliki konsentrasi yang bervariasi secara spasial. Di atmosfer Venus, karbon monoksida dihasilkan oleh fotodisosiasi karbon dioksida oleh radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih pendek dari 169 nm. Karena kelangsungan hidupnya yang lama di pertengahan troposfer, karbon monoksida juga digunakan sebagai pelacak transportasi gumpalan zat berbahaya.
Polusi perkotaan
Karbon monoksida merupakan polutan udara sementara di beberapa wilayah perkotaan, terutama dari pipa knalpot mesin pembakaran internal (termasuk kendaraan, generator portabel dan siaga, mesin pemotong rumput, mesin cuci listrik, dll.) dan dari pembakaran tidak sempurna berbagai bahan bakar lainnya (termasuk kayu, batubara, arang, minyak bumi, parafin, propana, gas alam dan sampah). Polusi CO yang besar dapat diamati dari luar angkasa hingga perkotaan.
Berperan dalam pembentukan ozon di permukaan tanah
Karbon monoksida, bersama dengan aldehida, adalah bagian dari serangkaian siklus reaksi kimia yang membentuk kabut fotokimia. Ia bereaksi dengan radikal hidroksil (OH) untuk menghasilkan zat antara radikal HOCO, yang dengan cepat mentransfer hidrogen radikal ke O2 untuk membentuk radikal peroksida (HO2) dan karbon dioksida (CO2). Radikal peroksida kemudian bereaksi dengan oksida nitrat (NO) membentuk nitrogen dioksida (NO2) dan radikal hidroksil. NO 2 menghasilkan O(3P) melalui fotolisis, sehingga membentuk O3 setelah bereaksi dengan O2. Karena radikal hidroksil terbentuk selama pembentukan NO2, keseimbangan rangkaian reaksi kimia yang dimulai dengan karbon monoksida menghasilkan pembentukan ozon: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (Di mana hν mengacu pada foton cahaya yang diserap oleh molekul NO2 dalam urutannya) Meskipun penciptaan NO2 merupakan langkah penting yang mengarah pada pembentukan ozon tingkat rendah, hal ini juga meningkatkan jumlah ozon dengan cara lain, dengan cara yang saling eksklusif, dengan mengurangi jumlah NO yang tersedia untuk bereaksi. dengan ozon.
Polusi udara dalam ruangan
Di lingkungan tertutup, konsentrasi karbon monoksida dapat dengan mudah meningkat hingga mencapai tingkat yang mematikan. Rata-rata, 170 orang meninggal setiap tahun di Amerika Serikat akibat produk konsumen non-otomotif yang menghasilkan karbon monoksida. Namun, menurut Departemen Kesehatan Florida, “lebih dari 500 orang Amerika meninggal setiap tahun karena paparan karbon monoksida yang tidak disengaja dan ribuan lainnya di Amerika memerlukan perawatan medis darurat untuk keracunan karbon monoksida yang tidak fatal.” Produk-produk ini mencakup peralatan pembakaran bahan bakar yang rusak seperti tungku, kompor, pemanas air, dan pemanas ruangan gas dan minyak tanah; peralatan yang digerakkan secara mekanis seperti generator portabel; perapian; dan arang, yang dibakar di rumah dan ruangan dalam ruangan lainnya. Asosiasi Pusat Pengendalian Racun Amerika (AAPCC) melaporkan 15.769 kasus keracunan karbon monoksida yang mengakibatkan 39 kematian pada tahun 2007. Pada tahun 2005, CPSC melaporkan 94 kematian terkait keracunan karbon monoksida dari generator. Empat puluh tujuh kematian ini terjadi selama pemadaman listrik akibat cuaca buruk, termasuk Badai Katrina. Namun, banyak orang yang meninggal karena keracunan karbon monoksida yang dihasilkan oleh produk non-makanan, seperti mobil, yang dibiarkan menyala di garasi rumah mereka. Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit melaporkan bahwa beberapa ribu orang pergi ke ruang gawat darurat setiap tahun karena keracunan karbon monoksida.
Kehadiran dalam darah
Karbon monoksida diserap melalui pernapasan dan masuk ke aliran darah melalui pertukaran gas di paru-paru. Ia juga diproduksi selama metabolisme hemoglobin dan memasuki darah dari jaringan, dan dengan demikian terdapat di semua jaringan normal, bahkan jika ia tidak dimasukkan ke dalam tubuh melalui pernapasan. Tingkat normal karbon monoksida yang beredar dalam darah berkisar antara 0% hingga 3%, dan lebih tinggi pada perokok. Kadar karbon monoksida tidak dapat dinilai melalui pemeriksaan fisik. Pengujian laboratorium memerlukan sampel darah (arteri atau vena) dan tes laboratorium CO-oksimeter. Selain itu, karboksihemoglobin noninvasif (SPCO) dengan oksimetri CO berdenyut lebih efektif dibandingkan metode invasif.
Astrofisika
Di luar Bumi, karbon monoksida adalah molekul paling melimpah kedua di medium antarbintang, setelah molekul hidrogen. Karena asimetrinya, molekul karbon monoksida menghasilkan garis spektrum yang jauh lebih terang dibandingkan molekul hidrogen, sehingga CO lebih mudah dideteksi. CO antarbintang pertama kali ditemukan menggunakan teleskop radio pada tahun 1970. Saat ini merupakan indikator gas molekuler yang paling umum digunakan di medium antarbintang di galaksi, dan molekul hidrogen hanya dapat dideteksi menggunakan sinar ultraviolet, sehingga memerlukan teleskop luar angkasa. Pengamatan karbon monoksida memberikan sebagian besar informasi tentang awan molekuler tempat sebagian besar bintang terbentuk. Beta Pictoris, bintang paling terang kedua di konstelasi Pictor, menunjukkan emisi inframerah berlebih dibandingkan bintang normal sejenisnya, karena banyaknya debu dan gas (termasuk karbon monoksida) di dekat bintang.
Produksi
Banyak metode telah dikembangkan untuk menghasilkan karbon monoksida.
Produksi industri
Sumber utama CO dalam industri adalah gas generator, campuran yang sebagian besar mengandung karbon monoksida dan nitrogen yang dihasilkan ketika karbon dibakar di udara pada suhu tinggi ketika terdapat kelebihan karbon. Di dalam oven, udara dialirkan melalui lapisan kokas. CO2 yang awalnya dihasilkan diimbangi dengan sisa batubara panas untuk menghasilkan CO2. Reaksi CO2 dengan karbon menghasilkan CO disebut reaksi Boudoir. Pada suhu di atas 800°C, CO adalah produk utama:
CO2 + C → 2 CO (ΔH = 170 kJ/mol)
Sumber lainnya adalah "gas air", campuran hidrogen dan karbon monoksida yang dihasilkan oleh reaksi endotermik uap dan karbon:
H2O + C → H2 + CO (ΔH = +131 kJ/mol)
"Singas" serupa lainnya dapat dihasilkan dari gas alam dan bahan bakar lainnya. Karbon monoksida juga merupakan produk sampingan dari reduksi bijih oksida logam dengan karbon:
MO + C → M + CO
Karbon monoksida juga dihasilkan oleh oksidasi langsung karbon dalam jumlah oksigen atau udara yang terbatas.
2C (s) + O 2 → 2СО (g)
Karena CO adalah gas, proses reduksi dapat dikontrol dengan pemanasan, menggunakan entropi reaksi positif (menguntungkan). Diagram Ellingham menunjukkan bahwa pembentukan CO lebih disukai daripada CO2 pada suhu tinggi.
Persiapan di laboratorium
Karbon monoksida mudah diperoleh di laboratorium dengan mendehidrasi asam format atau asam oksalat, misalnya menggunakan asam sulfat pekat. Metode lainnya adalah dengan memanaskan campuran homogen bubuk logam seng dan kalsium karbonat, yang melepaskan CO dan meninggalkan seng oksida dan kalsium oksida:
Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO
Perak nitrat dan iodoform juga menghasilkan karbon monoksida:
CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI
Kimia koordinasi
Kebanyakan logam membentuk kompleks koordinasi yang mengandung karbon monoksida yang terikat secara kovalen. Hanya logam dengan bilangan oksidasi lebih rendah yang akan bergabung dengan ligan karbon monoksida. Hal ini karena kerapatan elektron yang cukup diperlukan untuk memfasilitasi donasi balik dari orbital logam DXZ ke orbital molekul π* dari CO. Pasangan elektron bebas pada atom karbon di CO juga menyumbangkan kerapatan elektron dalam dx²-y² pada logam untuk membentuk ikatan sigma. Donasi elektron ini juga diwujudkan dengan efek cis, atau labilisasi ligan CO pada posisi cis. Nikel karbonil, misalnya, dibentuk oleh kombinasi langsung karbon monoksida dan logam nikel:
Ni + 4 CO → Ni (CO) 4 (1 bar, 55 °C)
Oleh karena itu, nikel di dalam tabung atau bagiannya tidak boleh bersentuhan dengan karbon monoksida dalam waktu lama. Karbonil nikel mudah terurai kembali menjadi Ni dan CO ketika bersentuhan dengan permukaan panas, dan metode ini digunakan untuk pemurnian industri nikel dalam proses Mond. Pada karbonil nikel dan karbonil lainnya, pasangan elektron pada karbon berinteraksi dengan logam; karbon monoksida menyumbangkan pasangan elektron ke logam. Dalam situasi seperti ini, karbon monoksida disebut ligan karbonil. Salah satu karbonil logam terpenting adalah besi pentakarbonil, Fe(CO)5. Banyak kompleks logam-CO dibuat melalui dekarbonilasi pelarut organik, bukan dari CO. Misalnya, iridium triklorida dan trifenilfosfin bereaksi dalam 2-metoksietanol atau DMF mendidih menghasilkan IrCl(CO)(PPh3)2. Karbonil logam dalam kimia koordinasi biasanya dipelajari menggunakan spektroskopi inframerah.
Kimia organik dan kimia kelompok unsur utama
Dengan adanya asam kuat dan air, karbon monoksida bereaksi dengan alkena membentuk asam karboksilat dalam proses yang dikenal sebagai reaksi Koch-Haaf. Dalam reaksi Guttermann-Koch, arena diubah menjadi turunan benzaldehida dengan adanya AlCl3 dan HCl. Senyawa organolitium (seperti butillitium) bereaksi dengan karbon monoksida, namun reaksi ini hanya memiliki sedikit penerapan ilmiah. Meskipun CO bereaksi dengan karbokation dan karbanion, CO relatif tidak reaktif terhadap senyawa organik tanpa campur tangan katalis logam. Dengan reaktan dari golongan utama, CO mengalami beberapa reaksi penting. Klorinasi CO merupakan proses industri yang menghasilkan pembentukan senyawa penting fosgen. Dengan borana, CO membentuk hasil tambahan, H3BCO, yang isoelektronik dengan kation asilium +. CO bereaksi dengan natrium untuk menghasilkan produk yang berasal dari ikatan C-C. Senyawa sikloheksaheksanon atau triquinoil (C6O6) dan siklopentanepenton atau asam leukonat (C5O5), yang sampai sekarang hanya diperoleh dalam jumlah sedikit, dapat dianggap sebagai polimer karbon monoksida. Pada tekanan lebih besar dari 5 GPa, karbon monoksida berubah menjadi polimer padat karbon dan oksigen. Ia bersifat metastabil pada tekanan atmosfer, tetapi merupakan bahan peledak yang kuat.
Penggunaan
Industri kimia
Karbon monoksida adalah gas industri yang memiliki banyak kegunaan dalam produksi bahan kimia massal. Aldehida dalam jumlah besar dihasilkan melalui reaksi hidroformilasi alkena, karbon monoksida, dan H2. Hidroformilasi dalam proses Shell memungkinkan terciptanya prekursor deterjen. Fosgen, berguna untuk produksi isosianat, polikarbonat, dan poliuretan, diproduksi dengan melewatkan karbon monoksida dan gas klor yang dimurnikan melalui lapisan karbon aktif berpori, yang berfungsi sebagai katalis. Produksi senyawa ini dunia pada tahun 1989 diperkirakan mencapai 2,74 juta ton.
CO + Cl2 → COCl2
Metanol diproduksi melalui hidrogenasi karbon monoksida. Dalam reaksi serupa, hidrogenasi karbon monoksida melibatkan pembentukan ikatan C-C, seperti dalam proses Fischer-Tropsch, di mana karbon monoksida dihidrogenasi menjadi bahan bakar hidrokarbon cair. Teknologi ini memungkinkan konversi batu bara atau biomassa menjadi bahan bakar diesel. Dalam proses Monsanto, karbon monoksida dan metanol bereaksi dengan adanya katalis rhodium dan asam hidroiodik homogen membentuk asam asetat. Proses ini bertanggung jawab atas sebagian besar produksi industri asam asetat. Pada skala industri, karbon monoksida murni digunakan untuk memurnikan nikel dalam proses Mond.
Pewarna daging
Karbon monoksida digunakan dalam sistem pengemasan atmosfer yang dimodifikasi di AS, terutama dalam pengemasan produk daging segar seperti daging sapi, babi, dan ikan untuk menjaga penampilan segarnya. Karbon monoksida bergabung dengan mioglobin membentuk karboksimyoglobin, pigmen merah ceri cerah. Karboksimyoglobin lebih stabil dibandingkan bentuk mioglobin teroksidasi, oksimyoglobin, yang dapat teroksidasi menjadi metmyoglobin pigmen coklat. Warna merah stabil ini bisa bertahan lebih lama dibandingkan daging kemasan biasa. Tingkat karbon monoksida yang umum digunakan pada tanaman yang menggunakan proses ini adalah antara 0,4% dan 0,5%. Teknologi ini pertama kali diakui sebagai “aman secara umum” (GRAS) oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) pada tahun 2002 untuk digunakan sebagai sistem pengemasan sekunder, dan tidak memerlukan pelabelan. Pada tahun 2004, FDA menyetujui CO sebagai metode pengemasan utama, dengan menyatakan bahwa CO tidak menutupi bau pembusukan. Meskipun ada keputusan ini, masih menjadi kontroversi apakah metode ini menutupi pembusukan makanan. Pada tahun 2007, sebuah rancangan undang-undang diusulkan di Dewan Perwakilan Rakyat AS untuk menyebut proses pengemasan karbon monoksida yang dimodifikasi sebagai bahan tambahan warna, namun rancangan undang-undang tersebut gagal untuk disahkan. Proses pengemasan ini dilarang di banyak negara lain, termasuk Jepang, Singapura, dan Uni Eropa.
Obat
Dalam biologi, karbon monoksida secara alami diproduksi oleh aksi heme oksigenase 1 dan heme 2 dari pemecahan hemoglobin. Proses ini menghasilkan sejumlah karboksihemoglobin pada orang normal, meskipun mereka tidak menghirup karbon monoksida. Sejak pertama kali dilaporkan bahwa karbon monoksida adalah neurotransmitter normal pada tahun 1993, serta salah satu dari tiga gas yang secara alami memodulasi respon inflamasi dalam tubuh (dua lainnya adalah oksida nitrat dan hidrogen sulfida), karbon monoksida telah mendapat banyak perhatian klinis sebagai bahan biologis. pengatur. Di banyak jaringan, ketiga gas tersebut diketahui bertindak sebagai agen antiinflamasi, vasodilator, dan pemacu pertumbuhan neovaskular. Namun, masalah ini rumit karena pertumbuhan neovaskular tidak selalu bermanfaat, karena berperan dalam pertumbuhan tumor serta perkembangan degenerasi makula basah, suatu penyakit yang risikonya meningkat 4 hingga 6 kali lipat jika merokok (sumber utama penyakit ini). karbon monoksida) dalam darah, beberapa kali lebih banyak dibandingkan produksi alami). Ada teori bahwa di beberapa sinapsis sel saraf, ketika ingatan jangka panjang disimpan, sel penerima menghasilkan karbon monoksida, yang dikembalikan ke ruang pengirim, sehingga lebih mudah ditransmisikan di masa depan. Beberapa sel saraf tersebut terbukti mengandung guanylate cyclase, suatu enzim yang diaktifkan oleh karbon monoksida. Banyak laboratorium di seluruh dunia telah melakukan penelitian yang melibatkan karbon monoksida mengenai sifat anti-inflamasi dan sitoprotektifnya. Sifat-sifat ini dapat digunakan untuk mencegah perkembangan sejumlah kondisi patologis, termasuk cedera reperfusi iskemik, penolakan transplantasi, aterosklerosis, sepsis berat, malaria berat, atau penyakit autoimun. Uji klinis telah dilakukan pada manusia, namun hasilnya belum dirilis.
