一氧化碳

一氧化碳（英文名稱：carbon monoxide）由碳和氧組成的無機化合物。化學(xué)式為CO，摩爾質(zhì)量為28.010g/摩爾，密度為1.25g/cm3。一氧化碳是一種無色無味的氣體，呈弱酸性，微溶于水，溶于苯、乙醇、醋酸和氯化亞銅。一氧化碳具有很強的還原性，能還原許多金屬氧化物或金屬離子。一氧化碳可以在空氣中燃燒產(chǎn)生二氧化碳。一氧化碳可以和人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合，使人中毒。在實驗室中，將甲酸滴加到熱的濃硫酸溶液中脫水，可以產(chǎn)生一氧化碳；工業(yè)中一氧化碳的主要來源是水煤氣、產(chǎn)生煤爐氣和煤氣。

一氧化碳可以用作家用氣體、工業(yè)氣體和燃料電池氣體是化學(xué)領(lǐng)域碳基合成有機化工產(chǎn)品的重要原料，冶金工業(yè)的重要還原劑，也可用于食品包裝。

中毒機理：血紅蛋白（Hb）中亞鐵離子的空軌道可以接受氧分子提供的電子對，形成氧合血紅蛋白（HbO2）以便通過血流輸送氧分子。一氧化碳可以作為配體形成一氧化碳血紅蛋白（HbCO）一氧化碳血紅蛋白比氧合血紅蛋白更穩(wěn)定，所以一氧化碳可以取代氧合血紅蛋白中的氧。當體溫低于37℃時，K=200。在肺部，即使一氧化碳濃度很低，血紅蛋白仍能優(yōu)先與一氧化碳結(jié)合，從而中斷血液氧輸送，進一步剝奪人體組織的氧氣，導(dǎo)致細胞能量代謝紊亂，肌肉麻痹、昏迷，甚至死亡，這是一氧化碳中毒。同時，一氧化碳血紅蛋白的解離速度比氧合血紅蛋白慢得多，增加了一氧化碳中毒的風(fēng)險。確定當空氣中一氧化碳的濃度達到0.08%，人會在兩小時內(nèi)昏迷致死。

中毒表現(xiàn)：輕度中毒：表現(xiàn)為頭暈、眼花、劇烈頭痛、耳鳴、頸部有壓迫感和搏動感會讓你感到惡心、嘔吐、心悸、四肢無力等癥狀，但沒有昏迷，此時需要立即離開中毒現(xiàn)場，吸入新鮮空氣或進行適當處理，癥狀很快就會消失。

中度中毒：除上述癥狀外，還表現(xiàn)為初期多汗、煩躁、步態(tài)不穩(wěn)和皮膚黏膜蒼白，并隨著中毒的加重，全身出現(xiàn)櫻桃紅，伴有兩頰、胸部和大腿內(nèi)側(cè)明顯，意識朦朧甚至昏迷。如果能及時搶救，可以很快蘇醒，一般沒有明顯的并發(fā)癥和繼發(fā)癥狀。

重度中毒：除中度中毒的部分或全部癥狀外，患者還會迅速進入不同程度的昏迷狀態(tài)，可持續(xù)數(shù)小時至數(shù)晝夜，常伴有牙齒緊閉、強直性全身痙攣、尿失禁和病理反射。常伴有中毒性腦病、心肌炎、吸入性肺炎、肺水腫和電解質(zhì)紊亂等。

一氧化碳暴露不僅危害人畜，還會抑制綠色植物的光合作用，阻礙二氧化碳等氣體的吸收和循環(huán)，造成空氣污染，加速溫室效應(yīng)，直接或間接影響人類生產(chǎn)、生活和健康。

人體：一氧化碳過去被認為是對生物有毒的氣體，但從20世紀80年代開始，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)的血紅素在血紅素加氧酶的作用下，可以被氧化分解成極微量的一氧化碳。這種內(nèi)源性一氧化碳具有神經(jīng)信息傳遞的功能，可以介導(dǎo)一些生理和病理活動。發(fā)揮生物效應(yīng)后，由血紅蛋白轉(zhuǎn)運，從肺部排出。它與血壓調(diào)控、肌肉松弛、激素的釋放、疼痛與嗅覺的發(fā)生有關(guān)，也起到維持血管容量和心肌保護的作用。

微生物：空氣中的細菌可以在高濃度的一氧化碳下存活，細菌培養(yǎng)物可以用一氧化碳鼓泡，毒性很小。也有相關(guān)研究表明一氧化碳是由宿主巨噬細胞產(chǎn)生的“迫使細菌產(chǎn)生三磷酸腺苷”這是巨噬細胞的風(fēng)險相關(guān)分子模型。細菌來源的ATP與巨噬細胞上的嘌呤能受體結(jié)合，導(dǎo)致炎癥體的活化，從而驅(qū)動病原體的清除。

物理性質(zhì)

一氧化碳是一種無色無味的氣體，不容易液化和凝固。一氧化碳微溶于水，在20℃時為2.3ml/100ml，溶于苯、乙醇、醋酸和氯化亞銅。它的摩爾質(zhì)量是28.010g/摩爾，密度為1.25g/cm3，熔點為-205℃，沸點是-191℃和25℃時的蒸汽壓是1.自燃溫度為605℃。

化學(xué)性質(zhì)

還原性：在高溫下，一氧化碳可以從許多金屬氧化物和還原金屬中奪取氧。在室溫下，一氧化碳還能還原某些化合物中的金屬離子。例如：一氧化碳可以制成二氯化鈀溶液、銀氨溶液變黑，反應(yīng)非常靈敏，可以用來檢測微量一氧化碳的存在。在高溫下，一氧化碳可與氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成二氧化碳。

配位反應(yīng)：一氧化碳可以和許多過渡金屬一起生成金屬羰基化合物

與單質(zhì)反應(yīng)：一氧化碳很容易和氧氣發(fā)生反應(yīng)、氫、硫以及鹵素氟、氯、溴相化合。一氧化碳在空氣中燃燒產(chǎn)生二氧化碳。一氧化碳和氫氣反應(yīng)生成甲醇或一些有機化合物。一氧化碳與硫反應(yīng)生成硫化羰。一氧化碳能與鹵氟反應(yīng)、氯、溴反應(yīng)生成碳酰鹵，碳酰鹵易水解，與氨反應(yīng)生成尿素。

酸性：一氧化碳的酸性很弱，在一定壓力和加熱條件下與堿反應(yīng)生成甲酸鹽。在高壓下，一氧化碳與水反應(yīng)生成甲酸，因此可以認為一氧化碳是甲酸的酸酐。

與醇反應(yīng)：一氧化碳與醇的反應(yīng)可用于生產(chǎn)羧酸。一氧化碳與甲醇反應(yīng)生成羧酸是一氧化碳化學(xué)應(yīng)用中的重要反應(yīng)之一。

與不飽和烴反應(yīng)：合成氣與不飽和烴及其衍生物的加氫甲酰化是另一種重要的一氧化碳羰基化反應(yīng)。一氧化碳、水（或醇）與不飽和烴的反應(yīng)成為Raphael反應(yīng)，或烴氧基化反應(yīng)，用醇代替水的反應(yīng)稱為氫酯基化反應(yīng)。一氧化碳、氧氣與不飽和烴反應(yīng)生成羧酸或羧酸酯。

一氧化碳

實驗室制法

①甲酸滴入熱的濃硫酸溶液中進行脫水，生成一氧化碳。

②草酸晶體和濃硫酸共熱，生成一氧化碳和二氧化碳的混合氣體，其中的二氧化碳可以通過固體氫氧化鈉除掉，從而得到純的一氧化碳氣體。

③鋅粉和碳酸鈣在加熱的條件下生成一氧化碳。

工業(yè)制法

工業(yè)上制備一氧化碳的主要來源為水煤氣、發(fā)生煤爐氣和煤氣。

①水煤氣是氫氣和一氧化碳的混合氣體，由空氣和水蒸氣交替通過赤熱的碳層反應(yīng)得到。

②發(fā)生煤爐氣是一氧化碳和氮氣各占二分之一的混合氣體，由有限量的空氣通過赤熱的碳層反應(yīng)得到。

③煤氣是一氧化碳、氫氣、甲烷和二氧化碳的混合氣體。

雜化軌道理論解釋：在CO分子中，碳原子采用sp雜化與氧原子成鍵。碳原子兩個p軌道上的電子可以與氧原子兩個成單p軌道上的電子形成一個鍵和一個鍵，氧原子上成對的p電子還可以與碳原子上的一個空的2p軌道形成一個配位鍵。

分子軌道理論解釋：C原子核外有4個價電子，其電子結(jié)構(gòu)式為2s22p2；氧原子核外有6個價電子，其電子結(jié)構(gòu)式為2s22p4。由于碳原子和氧原子的相應(yīng)原子軌道能量很近，因此互相重疊形成CO分子的分子軌道。

燃氣：一氧化碳可以在空氣或氧氣中燃燒，釋放出大量熱，與燃煤相比，一氧化碳具有熱值高、清潔衛(wèi)生、污染少和使用方便等優(yōu)點。所以一氧化碳是很好的工業(yè)燃氣和民用生活燃氣。燃料電池不但能用氫氣作燃料，還可利用一氧化碳等作燃料。如在工作溫度為650℃的熔融碳酸鹽燃料電池（MCFS），是用煤氣作負極燃氣，空氣與二氧化碳的混合氣為正極助燃氣，用一定比例的碳酸鋰和碳酸鈉，低熔點混合物作電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的。

化工：一氧化碳是重要的碳基合成有機化工產(chǎn)品原料，如從一氧化碳出發(fā)可合成出甲醇、甲酸、醋酸、醋酸酐、二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、光氣、聚氨酯、草酸酯和金屬羰基化合物等多種高附加值產(chǎn)品。

冶金：一氧化碳在冶金工業(yè)精煉中是一種重要的還原劑。例如鋼鐵生產(chǎn)中，常用焦炭作還原劑，故實際最后起還原鐵礦石作用的主要是一氧化碳而不是焦炭。同時冶金工業(yè)上為了減少燃煤時產(chǎn)生的硫的氧化物對空氣和水質(zhì)的污染，常用氨水、熟石灰的乳濁液或生石灰等吸收二氧化硫。有時也利用一氧化碳來還原煙道氣中的二氧化硫，并回收得到硫。

醫(yī)藥：據(jù)英國廣播公司2007年10月份報道，英國謝菲爾德大學(xué)的研究人員發(fā)明了使用一氧化碳幫助器官移植的新方法。該方法提高移植器官的成活率，克服了傳統(tǒng)的一氧化碳吸入法有導(dǎo)致患者和醫(yī)務(wù)人員意外吸入高劑量一氧化碳而中毒的風(fēng)險。實驗室試驗顯示這種方法前景良好。

食品包裝：CO對脫氧肌紅蛋白的親和力遠遠大于O2，故生成比氧合肌紅蛋白更加穩(wěn)定的碳氧肌紅蛋白，使肉產(chǎn)生吸引人的櫻桃色。在無氧混合氣體中充入少量CO（≤0.4%）形成的CO氣調(diào)（CO-MAP）有非常好的護色效果但是當碳氧肌紅蛋白暴露在無CO的氣氛中，CO將會從肌紅蛋白中分解出來，成為游離狀態(tài)。CO的毒性及所生成的碳氧肌紅蛋白的穩(wěn)定性導(dǎo)致其在食品包裝的運用過程中存在爭議。 

泄露與消防：當一氧化碳發(fā)生泄露與火災(zāi)時，人員需撤離至上風(fēng)處，并立即隔離150m。切斷火源時，應(yīng)急處理人員需戴自給正壓式呼吸器，穿消防防護服。盡可能切斷泄漏源，合理通風(fēng)，加速擴散，噴霧狀水稀釋、溶解，構(gòu)筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。將漏出氣用排風(fēng)機送至空曠地方或用管路導(dǎo)至爐中、凹地梵之。漏氣容器要處理，修復(fù)、檢驗后再用。切斷氣源。若不能立即切斷氣源，則不允許熄滅正在燃燒的氣體。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉。

急救措施：將病人移到空氣新鮮的地方，松解衣服。對呼吸心跳停止者立即行人工呼吸和胸外心臟按壓，并肌內(nèi)注射呼吸興奮藥，洛貝林或二甲弗林等，同時給氧。昏迷者針刺人中、十宣、涌泉等穴。病人自主呼吸、心跳恢復(fù)后方可送醫(yī)院。