Monóxido de carbono

ecuación: $\ rho = 2.897 / 0.27532 ^ {{(1+ (1-T / 132.92) ^ {{0.2813}})}}$
Densidad del líquido en kmol m -3 y temperatura en Kelvin, de 68,15 a 132,92 K.
Valores calculados:

T (K)	T (° C)	ρ (kmol m -3 )	ρ (gcm -3 )
68.15	−205	30.18	0,84534
72,47	−200,68	29.57446	0.82838
74,63	−198,52	29.26502	0.81971
76,79	−196,36	28.9506	0.81091
78,95	−194,21	28.63089	0,80195
81,1	−192.05	28.30553	0,79284
83,26	−189,89	27.97415	0,78356
85,42	−187,73	27.63631	0,77409
87,58	−185,57	27.29153	0,76444
89,74	−183,41	26.93927	0,75457
91,9	−181,25	26.57891	0,74448
94.06	−179,09	26.20975	0,73414
96,22	−176,93	25.83099	0,72353
98,38	−174,77	25.44169	0,71262
100,54	−172,62	25.04077	0,70139

T (K)	T (° C)	ρ (kmol m -3 )	ρ (gcm -3 )
102,69	−170,46	24.62694	0,6898
104,85	−168,3	24.19867	0,6778
107.01	−166,14	23.75412	0,66535
109,17	−163,98	23.29102	0,65238
111,33	−161,82	22.80655	0,63881
113,49	−159,66	22.29712	0,62454
115,65	−157,5	21.75806	0,60944
117,81	−155,34	21.18306	0.59334
119,97	−153,18	20.56333	0.57598
122.13	−151,03	19.88593	0.557
124.28	−148,87	19.13055	0.53585
126,44	−146,71	18.26188	0.51152
128,6	−144,55	17.20823	0.482
130,76	−142,39	15.7722	0.44178
132,92	−140,23	10.522	0.29472

Temperatura de autoignición

605 ° C

punto de inflamabilidad

Gas inflamable

Límites explosivos en el aire

12,5 - 74,2 % vol

Presión de vapor saturante

ecuación: $P _ {{vs}} = exp (45.698 + {\ frac {-1076.6} {T}} + (- 4.8814) \ times ln (T) + (7.5673E-5) \ times T ^ {{2}} )$
Presión en pascales y temperatura en kelvin, de 68,15 a 132,92 K.
Valores calculados:

T (K)	T (° C)	P (Pa)
68.15	−205	15 430
72,47	−200,68	30.682,52
74,63	−198,52	41 855,32
76,79	−196,36	56.000,92
78,95	−194,21	73.618,55
81,1	−192.05	95 237.05
83,26	−189,89	121.410,86
85,42	−187,73	152.716,18
87,58	−185,57	189.747,54
89,74	−183,41	233.114,81
91,9	−181,25	283.440,89
94.06	−179,09	341.359,99
96,22	−176,93	407.516,66
98,38	−174,77	482.565,44
100,54	−172,62	567.171,29

T (K)	T (° C)	P (Pa)
102,69	−170,46	662.010,56
104,85	−168,3	767.772,7
107.01	−166,14	885.162,45
109,17	−163,98	1.014.902,65
111,33	−161,82	1.157.737,47
113,49	−159,66	1.314.436,17
115,65	−157,5	1.485.797,24
117,81	−155,34	1.672.652,99
119,97	−153,18	1.875.874,49
122.13	−151,03	2.096.376,86
124.28	−148,87	2.335.125,02
126,44	−146,71	2.593.139,68
128,6	−144,55	2.871.503,86
130,76	−142,39	3.171.369,65
132,92	−140,23	3,494,000

Punto crítico

−140,05 ° C , 3,50 MPa

Velocidad del sonido

338 m · s -1 ( 0 ° C , 1 atm )

Termoquímica

Δ f H 0 gas

-110,53 kJ · mol -1

C p

ecuación: $C _ {{P}} = (29.556) + (- 6.5807E-3) \ times T + (2.0130E-5) \ times T ^ {{2}} + (- 1.2227E-8) \ times T ^ {{3}} + (2.2617E-12) \ times T ^ {{4}}$
Capacidad calorífica del gas en J · mol -1 · K -1 y temperatura en Kelvin, de 60 a 1.500 K.
Valores calculados:
29.077 J · mol -1 · K -1 a 25 ° C.

T (K)	T (° C)	C p $(\ tfrac {J} {kmol \ times K})$	C p $(\ tfrac {J} {kg \ times K})$
60	−213,15	29,231	1.044
156	−117,15	28,974	1.034
204	−69,15	28.951	1.034
252	−21,15	28,989	1.035
300	26,85	29.082	1.038
348	74,85	29,222	1.043
396	122,85	29,403	1.050
444	170,85	29.620	1.057
492	218,85	29,867	1.066
540	266,85	30,139	1.076
588	314,85	30,431	1.086
636	362,85	30,738	1.097
684	410,85	31,055	1.109
732	458,85	31,379	1120
780	506,85	31,705	1,132

T (K)	T (° C)	C p $(\ tfrac {J} {kmol \ times K})$	C p $(\ tfrac {J} {kg \ times K})$
828	554,85	32.030	1,144
876	602,85	32 351	1 155
924	650,85	32 665	1,166
972	698,85	32 968	1,177
1.020	746,85	33,260	1 187
1.068	794,85	33,536	1,197
1,116	842,85	33,797	1.207
1,164	890,85	34,039	1215
1212	938,85	34,262	1 223
1.260	986,85	34,465	1.230
1,308	1034,85	34 647	1 237
1.356	1.082,85	34,807	1,243
1.404	1130.85	34 946	1.248
1,452	1.178,85	35,064	1,252
1500	1 226,85	35,161	1.255

PCS

283.0 kJ · mol -1 ( 25 ° C , gas)

PCI

283,4 kJ · mol -1

Propiedades electronicas

1 re energía de ionización

14,014 ± 0,0003 eV (gas)

Cristalografía

Símbolo de Pearson

cP8 \,

Clase de cristal o grupo espacial

P2 1 3, ( n o 198) cúbico

Hermann-Mauguin: $P \ 2_ {1} \ 3 \,$

Moscas de Schoen:

T ^ {4} \,

Strukturbericht

B21

Precauciones

SGH

Peligro H220, H331, H360D, H372, P201, P210, P261, P311, P403, P410, H220 : Gas extremadamente inflamable
H331 : Tóxico por inhalación
H360D : Puede dañar al feto.
H372 : Riesgo demostrado de daño grave a los órganos (indicar todos los órganos afectados, si se conocen) tras exposiciones repetidas o prolongadas (indicar la vía de exposición si se ha demostrado de manera concluyente que ninguna otra vía de exposición conduce al mismo peligro)
P201 : Obtener instrucciones antes de su uso.
P210 : Mantener alejado de fuentes de calor, chispas, llama abierta o superficies calientes. - No fumar.
P261 : Evite respirar el polvo / humo / gas / niebla / vapores / aerosoles.
P311 : Llamar a un CENTRO DE INFORMACIÓN TOXICOLÓGICA o al médico.
P403 : Almacenar en un lugar bien ventilado.
P410 : Proteger de la luz solar.

WHMIS

A, B1, D1A, D2A, A :
Temperatura crítica del gas comprimido = −140,2 ° C
B1 :
Límite de inflamabilidad del gas inflamable - rango de concentración = 61,5%
D1A : Material muy tóxico que tiene efectos inmediatos graves
Transporte de mercancías peligrosas: clase 2.3; letalidad aguda: CL50 inhalación / 4 horas (rata) = 1811 ppm
D2A : Material muy tóxico que causa otros efectos tóxicos
embriotoxicidad en animales; deterioro del desarrollo posnatal en animales

0,1% de divulgación de acuerdo con la lista de divulgación de ingredientes

Transporte

1016

Número ONU :
1016 : MONÓXIDO DE CARBONO, COMPRIMIDO

Inhalación

Muy peligroso, mortal

Ingestión

Posible causa de náuseas y vómitos con riesgo de intoxicación.

Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario.

El monóxido de carbono es el más simple de los óxidos de carbono. La molécula está compuesta por un átomo de carbono y un átomo de oxígeno ; su fórmula cruda se escribe CO y su fórmula semiestructural C≡O o | C≡O |. Este cuerpo compuesto está en estado gaseoso en las condiciones estándar de temperatura y presión .

El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro, insípido y no irritante, indetectable por los mamíferos aunque particularmente tóxico. Mezclar con aire es fácil ya que los dos gases tienen una densidad similar. En los seres humanos , es la causa de muchas intoxicaciones domésticas, a veces fatales, que pueden evitarse mediante el uso de un detector de monóxido de carbono . Su emanación, resultante de una combustión incompleta de compuestos de carbono, se ve acentuada por un escaso suministro de aire fresco y / o una mala evacuación de los productos de combustión (ventilación).

Estructura orbital

Los orbitales moleculares que describen la estructura del monóxido de carbono son relativamente similares a los del nitrógeno N 2 . Cada una de las dos moléculas tiene catorce electrones y casi la misma masa molar. A primera vista, se podría pensar, erróneamente, que el átomo de carbono es divalente en el mesómero C = O y que, por tanto, es un carbeno . Sin embargo, el isómero de resonancia - C≡O + es la forma predominante, como lo indica la distancia interatómica de 112 µm , que se parece más a un triple enlace . En consecuencia, la molécula de CO exhibe un momento dipolar invertido en comparación con las predicciones que se podrían hacer gracias a la electronegatividad de C y O: una ligera carga parcial negativa reside en el carbono.

Propiedades químicas

En condiciones normales de temperatura y presión , el monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, muy poco soluble en agua. Sus puntos de ebullición y fusión, y especialmente su densidad de gas, son cercanos a los del nitrógeno molecular. Pero la asimetría de la electronegatividad explica que es mucho más reactivo que el nitrógeno molecular y juega un papel de ligando en los complejos metálicos. Prueba de ello son su toxicidad (que se presentará en un apartado especializado a continuación) o su metaestabilidad por debajo de los 950 ° C.

El primer significado de la ecuación de Boudouard reversible es una reacción de descomposición química exotérmica (ΔH <0).

{\ mathrm {2 \ CO \ longrightarrow CO_ {2} + C}}

con un cambio de entalpía (ΔH) de -39 kcal / mol (-163 kJ / mol).

La cinética de esta reacción reversible está catalizada por las superficies de metales y óxidos metálicos, por ejemplo, el hierro y sus óxidos. Si la reacción se produce con una cinética suficiente, ella se hizo medio alrededor de 700 ° C y completa a continuación 400 ° C . Como la reacción de Boudouard que se presenta en esta dirección es exotérmica, por lo tanto, según la ley de van 't Hoff , se favorece termodinámicamente por una disminución de la temperatura que favorece la eliminación del calor producido por la reacción. Sin embargo, la temperatura debe ser suficiente desde el punto de vista de la cinética de reacción.

El monóxido de carbono es absorbido por una solución saturada de cloruro cuproso en ácido clorhídrico que precipita. Este precipitado, un compuesto de adición en forma de cristales blancos, permitió con el aparato de Orsat medir volumétricamente el monóxido de carbono entre otros gases. El análisis de este gas combustible industrial se practicaba comúnmente mucho antes de 1880.

Formación de monóxido de carbono durante una combustión incompleta.

Cuando la oxigenación del hogar es insuficiente para quemar completamente los gases formados a partir del material, pero la reacción es lo suficientemente exotérmica para elevar y mantener la temperatura por encima de 950 ° C , el monóxido de carbono se forma preferentemente en dióxido de carbono, según el equilibrio de Boudouard. . Por debajo de este umbral, la molécula de CO es metaestable , a fortiori, a temperatura y presión ambientales. Sin embargo, se descompone muy lentamente, y especialmente en contacto con superficies, para formar dióxido de carbono y carbono . De acuerdo con esta reacción reversible, el carbono se transporta al corazón de los procesos de fabricación de acero o, lo que es más sorprendente, al corazón de los mecanismos bioquímicos in vivo .

Combustión y usos industriales antiguos

El monóxido de carbono reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono después de la reacción exotérmica (ΔH <0):

{\ mathrm {2 \ CO + O_ {2} \ longrightarrow 2 \ CO_ {2}}}

con un cambio de entalpía (ΔH) de -67,5 kcal / mol (-282 kJ / mol).

Por eso se preparó en cantidad considerable en el gasificador del tipo Siemens. Este gas (combustible en presencia de aire) es producto de la combustión incompleta de los lechos de carbón, con el objetivo de mantener una temperatura elevada (superior a 950 ° C) para favorecer la producción de monóxido de carbono frente al dióxido.

La pirólisis del carbón, por ejemplo, permite obtener gas de carbón que contiene alrededor de una décima parte de una masa de monóxido de carbono (en general, los gases fabricados que se produjeron primero para la iluminación contienen principalmente dihidrógeno , monóxido de carbono , metano , óxidos de carbono ). .

En términos de pirólisis (que estaba prohibida por la legislación francesa sobre iluminación de gas ) o en un

Otro ejemplo: la proyección de agua o vapor de agua sobre el carbón enrojecido, permite la obtención de gas de agua , también llamado gas de síntesis de purificación .

{\ mathrm {C + H_ {2} O \ longrightarrow CO + H_ {2}}}

Esta reducción del vapor de agua se lleva a cabo a 500 ° C , catalizada en una cama de Fe 2 O 3 y otros óxidos de metal. Esta reacción anteriormente común en la carboquímica es endotérmica (ΔH> 0), con una variación en la entalpía libre (ΔH) de +10 kcal / mol (+41,8 kJ / mol).

El monóxido de carbono es el gas reductor de varios óxidos metálicos. Se forma a través de las capas de carbón bajadas hornos antiguos y altos hornos , comunes desde el XIV ° siglo. Los metalúrgicos , y en particular los fabricantes de acero de la Antigüedad y la Edad Media, ya sospechan la existencia de un cuerpo sutil que reduce el mineral finamente triturado y clasificado.

Reducción de CO por hidrógeno H 2

Dependiendo de los catalizadores utilizados, las estequiometrías y las condiciones de las fases gaseosas , se obtuvo a su vez un rango de moléculas orgánicas o, en presencia de metales reactivos, de carburos metálicos como el carburo de tungsteno (uso de polvos carbonosos en la producción). del XX ° siglo. Los químicos alemanes y franceses fueron los pioneros.

Senderens y Sabatier en 1902 propusieron el níquel a 240 ° C por debajo de 1 atm .

{\ mathrm {CO + 3 \ H_ {2} \ longrightarrow H_ {2} O + CH_ {4}}}

Si se aumenta la presión por encima de 100 atm y si se adapta la catálisis, es posible la síntesis de combustibles líquidos, en forma de hidrocarburos , o de alquenos , alcoholes , glicoles o cetonas .

La síntesis de metanol , una de las materias primas industriales más importantes para la síntesis, ilustra este tipo de proceso:

{\ mathrm {CO + 2 \ H_ {2} \ longrightarrow CH_ {3} OH}}

A una presión de aproximadamente 300 atm y una temperatura de 370 ° C , el uso de catalizadores a base de ZnO , Cr 2 O 3 permite obtener metanol muy puro.

Otra posibilidad de la catálisis a 50 atm , a una temperatura de 250 ° C. con CuO , ZnO , Al 2 O 3 es todavía común para obtener metanol.

El ácido acético se puede producir haciendo reaccionar monóxido de carbono y metanol con catálisis homogénea de rodio (proceso de Monsanto ).

Sin embargo, estas reacciones no se utilizan en todos los casos, otras reacciones catalizadas por la actividad microbiana son más eficientes, más fáciles de realizar o menos costosas, por lo que se puede producir ácido acético ( ácido etanoico ) a partir del etanol durante la fermentación acética por bacterias, el propio etanol. siendo producido a partir de azúcares durante la fermentación alcohólica por levaduras o bacterias .

Reacción de adición

La adición de CO en presencia de hidrógeno con alquenos, denominada hidroformilación , permite la síntesis industrial de aldehídos.

alqueno monosustituido + CO 2+ H 2 → mezcla de aldehídos, luego después de la reducción, alcoholes primarios

La acción catalítica del Co (CO) 4 , en P # 120 bares , T = 80 ° C , une el CO a la cadena de carbono. Las proporciones de racematos dependen de la facilidad de acceso al sitio electrofílico. La cadena es predominantemente alargada en lugar de ramificada.

Una reacción realizada en presencia de agua da ácidos carboxílicos. Si se producen al mismo tiempo que las cetonas, reducidas en alcoholes, los balances de esterificación promueven la mezcla compleja con los ésteres.

El proceso Aldox permite, utilizando alquenos terminales (ver alfa-olefina ), propeno y gas de síntesis, una primera reacción OXO. Después de la aldolización con hidróxido de sodio NaOH, luego la crotonización con un ácido y finalmente la hidrogenación en Ni, los alcoholes primarios C6-C9 pueden servir como plastificantes en forma de éster.

Además de los alquenos, el CO también se suma al dioxígeno (combustión), dihalógenos o cianógenos, azufre o sosa.

Compuestos de adición con metales de transición: carbonilos metálicos

Con el níquel y el hierro , como con otros metales de transición del grupo VI , el grupo VII y el grupo VIII , el monóxido de carbono forma aductos. La estructura de estos complejos fue aclarada por el trabajo pionero de Alfred Werner.

El níquel tetracarbonil Ni (CO) 4es un compuesto volátil descubierto en 1888 por Mond, Langer y Quincke que hizo posible purificar el níquel a partir del cobalto . Este compuesto cancerígeno se descompone inmediatamente en monóxido de carbono y níquel, lo que permite la purificación del níquel. El uso de monóxido de carbono a alta presión llevó al descubrimiento de una multitud de otros carbonilos metálicos entre 1890 y 1910, incluido el Co (CO) 4.utilizado a continuación como catalizador para la síntesis de OXO. Estos portadores de monóxido de carbono en moléculas orgánicas, comúnmente usados desde 1940 y llamados carbonilos metálicos, darán lugar a una intensa literatura de patentes en la década de 1950. Fernand Gallais trajo una mejor comprensión fisicoquímica de este campo ahora establecido de la coordinación química .

Monóxido de carbono en la naturaleza

Una pequeña parte es de origen geológico, una parte sustancial proviene de la combustión de recursos energéticos fósiles, pero la mayor parte proviene de incendios de biomasa. Estos incendios son en parte de origen natural, pero la mayoría de las veces son de origen humano (incendios forestales, incendios de matorrales, etc. ).

Para las columnas que están más concentradas en CO, excepto en Japón e India donde domina la fuente antropogénica, los incendios de biomasa son el origen principal. Los incendios contribuyen " en promedio un 45% al 1% de las columnas más fuertes observadas en Alemania, con esta cifra aumentando al 70% para el noreste de Estados Unidos y el sureste de China, y al 90% para Namibia " . Esto también explica la estacionalidad de los picos de concentración de CO en la atmósfera, una estacionalidad que varía según la proximidad del polo o el ecuador. Estos penachos tocan la capa límite de las regiones afectadas (0 a 2 km por encima de la superficie de la tierra) y se transportan en parte más alto a la troposfera libre (por encima de la capa límite) donde los vientos más fuertes las dispersan más ampliamente y donde pueden persistir durante algún tiempo. hora. En aerología, el CO es un trazador que a veces se utiliza para mapear el movimiento de las columnas de contaminación creadas por grandes incendios.

Intoxicación por monóxido de carbono

La intoxicación por monóxido de carbono representa de 6.000 a 8.000 casos por año en Francia, incluidos 90 (en 2006) que implican 300 muertes. Es la principal causa de muerte por intoxicación en Francia . Por otro lado, la mortalidad hospitalaria es inferior al 1%.

Estas causas suelen ser accidentales, debido a un mal funcionamiento o un uso inadecuado de los medios de calefacción (leña, combustible, etc. ) o motores térmicos (por ejemplo: funcionamiento de un generador en un garaje mal ventilado).

Signos clínicos

Los signos clínicos más frecuentes son cefalea (aproximadamente el 80% de los casos), mareos (75% de los casos), náuseas (51% de los casos). La incomodidad también es común. La astenia, la impotencia muscular especialmente de las extremidades inferiores también son clásicas.

Una mayor exposición provoca signos neurológicos y sensoriales: excitación, agitación, ataxia (trastorno neurológico), confusión y, más grave, pérdida del conocimiento (16% de los casos) y coma (3 a 13% de los casos).

Uso para asesinatos en masa

Durante la Segunda Guerra Mundial, el régimen nazi utilizó monóxido de carbono en competencia con Zyklon B para matar a discapacitados, judíos y otras víctimas. Se utilizaron varios medios para asfixiar a las víctimas con este gas.

Durante la Aktion T4, destinada a eliminar a los discapacitados, se suministró gas en forma de bidones, cuyo contenido se difundió a través de tuberías hacia las cámaras de gas instaladas en los "institutos de eutanasia".

Para la solución final, se implementaron dos técnicas. O las víctimas subieron a camiones especialmente equipados . Los gases de escape podrían desviarse a la carrocería hermética del vehículo donde se encerraron a las víctimas. Este proceso se utilizó en el campo de exterminio de Chelmno y en otros lugares. En los tres campos de exterminio de Aktion Reinhard , los gases de escape de los motores de combustión se canalizaron al interior de las cámaras de gas donde se encontraban las víctimas.

Valores de umbral o guía

En Francia, AFSSET publicó en 2007 Valores guía de calidad del aire interior (VGAI):

10 mg · m -3 , para una exposición de 8 h
30 mg · m -3 para una exposición de 1 h
60 mg · m -3 , para una exposición de 30 min
100 mg · m -3 , para una exposición de 15 minutos
El 1.28% de CO en el aire causa pérdida del conocimiento después de algunas respiraciones y la muerte ocurre en 3 minutos.
30 minutos de exposición al 0,32% de CO en el aire también provocan la muerte.

Monóxido de carbono y contaminación del aire

El monóxido de carbono es más conocido como un contaminante del aire en interiores , pero también está significativamente involucrado en los efectos nocivos de la contaminación del aire .

Varias mediciones (incluidas las realizadas por satélite [) muestran que es emitido en grandes cantidades por los incendios forestales , y más difundido por las calderas y los motores térmicos, incluso en la atmósfera superior por las toberas de los aviones, donde el monóxido de carbono podría contribuir a perturbar los equilibrios fisicoquímicos en las altitudes de vuelo de los aviones a reacción , altitudes en las que intervienen fenómenos fotoquímicos complejos, con probables interacciones con el ozono y el vapor de agua.

En la troposfera , el monóxido de carbono es un gas tóxico reconocido en concentraciones bastante bajas.

Varios estudios epidemiológicos han demostrado una correlación entre la contaminación por monóxido de carbono y la mortalidad por causas cardiovasculares, sin que se pueda decir si la relación causa-efecto no se debe más bien a otros contaminantes presentes. Sin embargo, algunos estudios experimentales han confirmado la posibilidad de un vínculo directo. De hecho, un estudio permitió demostrar el desarrollo de un fenotipo cardiomiocítico patológico en una población de ratas expuestas a este contaminante. Además, un estudio observó un aumento de la sensibilidad del miocardio a la isquemia-reperfusión (simulación de un infarto de miocardio). Sin embargo, este mismo equipo también informó que los efectos deletéreos del monóxido de carbono sobre la sensibilidad a la isquemia-reperfusión podrían contrarrestarse con una actividad física regular y moderada, que podría prevenir el desarrollo del fenotipo patológico.

El tabaquismo también es una fuente de exposición crónica a pequeñas cantidades de CO.

Notas y referencias

MONÓXIDO DE CARBONO , hoja de seguridad (s) del Programa Internacional de Seguridad Química , consultado el 9 de mayo, 2009
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Ver también

Bibliografía

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enlaces externos

Intoxicación por monóxido de carbono (Ministerio de Sanidad francés)
Intoxicación por monóxido de carbono: ¡un diagnóstico no siempre fácil de hacer! (Departamento de Salud Pública de Montreal )
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Farah y col., 2010 AJP Heart Circul.