El monòxid de carboni (CO), també anomenat òxid carbonós, és un gas incolor, inodor i insípid que és una mica més lleuger que l'aire. En grans quantitats, és altament tòxic per als humans i els animals, tot i que també és produït en el metabolisme normal dels animals en baixes quantitats, i es creu que té algunes funcions biològiques normals.
Característiques Està format per un àtom de carboni i un àtom d'oxigen, connectats mitjançant un triple enllaç que consisteix en dos enllaços covalents i d'un enllaç covalent datiu. És l'oxocarbonat més simple, i és un anhidre de l'àcid fòrmic. En complexes de coordinació, el lligand del monòxid de carboni s'anomena carbonil.
El monòxid de carboni és produït a partir de l'oxidació parcial dels compostos que contenen carboni. Es produeix quan no hi ha prou oxigen per a produir diòxid de carboni (CO₂), com quan funciona una estufa o en un motor de combustió interna en un espai tancat. En presència d'oxigen, el monòxid de carboni crema amb una flama blava, donant lloc a diòxid de carboni.Carbon Monoxide - Molecule of the Month, Dr Mike Thompson, Winchester College, UK El gas d'hulla, que va ser molt utilitzat abans de la dècada dels anys 1960s per fer llum domèstica, cuinar i escalfar, tot i la seva toxicitat, tenia com a constituent important el CO. Alguns processos en la indústria moderna, com per exemple la fusió o fundició del ferro, encara produeixen monòxid de carboni com a subproducte.
A tot el món, la font més gran de monòxid de carboni és d'origen natural, a causa de les reaccions fotoquímiques de la troposfera, que generen a prop de 5x1012 quilograms a l'any. Altres fonts naturals de CO són els volcans, els incendis forestals, i altres formes de combustió.
En la biologia, el CO es produeix de manera natural per l'acció de les hemo-oxigenases 1 i 2 al grup hemo a partir de la descomposició de l'hemoglobina. Aquest procés produeix una certa quantitat de carboxihemoglobina en persones normals, fins i tot si aquestes no respiren CO. Després de veure per primer cop el 1993,New York Times article. Accessed May 2, 2010 que el CO és un neurotransmissor normal, així com un dels tres gasos (els altres dos són l'òxid nítric i el sulfur d'hidrogen), que modula naturalment respostes inflamatòries en el cos, el CO ha rebut molta atenció clínica com a regulador biològic. Es coneix que els tres gasos actuen com a antiinflamatoris, vasodilatadors i estimuladors del creixement neovascular, en molts teixits. S'estan fent assajos clínics del CO com a medicament en petites quantitats.
Història De manera subsidiària i inconscient, el monòxid de carboni ha estat utilitzat pels humans per a la fusió del ferro i altres minerals metàl·lics des dels temps de la prehistòria. A l'antiguitat clàssica, grecs i romans utilitzaven el gas per a les execucions.
El primer a descriure el gas va ser l'alquimista de la Corona d'Aragó Arnau de Vilanova al . El 1776, el químic francès De Lassone va produir CO escalfant òxid de zinc amb coc, però va arribar a la conclusió errònia que el producte gasós era hidrogen, ja que cremava amb una flama blava. El gas va ser identificat com un compost que contenia carboni i oxigen pel químic escocès William Cumberland Cruikshank, l'any 1800. Les seves propietats tòxiques en els gossos van ser investigades a fons per en Claude Bernard el 1846.
Durant la segona guerra mundial, una mescla de gasos que incloïa el CO s'utilitzava per mantenir els vehicles de motor en marxa en les parts del món on la gasolina escassejava. El carbó vegetal extern o els cremadors de fusta eren equipats amb la mescla, i la barreja de nitrogen atmosfèric, monòxid de carboni i quantitats més petites d'altres gasos produïts per la gasificació era canalitzada a un carburador. La barreja de gasos produïda en el procés és coneguda com a gas de fusta. Es diu que el CO també va ser usat a petita escala durant l'Holocaust en alguns camps d'extermini Nazis, sobretot en els camions de gas a Chelmno i en el programa de l'eutanàsia Acció T4.
Propietats moleculars El monòxid de carboni té una massa molar de 28.0, cosa que el fa una mica més lleuger que l'aire, la massa molar mitjana del qual és de 28.8. Segons la llei del gas ideal, el CO és, per tant, menys dens que l'aire. Però en realitat cap gas és ideal, perquè les densitats exactes i altres valors comparatius depenen de la temperatura i la pressió.
La longitud d'enllaç entre l'àtom de carboni i l'àtom d'oxigen és de 112,8 pm. La càrrega atòmica formal i l'electronegativitat resulten en un petit moment dipolar amb la cua negativa de la molècula en l'àtom de carboni. Això es deu al fet que l'orbital molecular més ocupat té una energia més propera que la que tenen els orbitals p del carboni, tot i la gran electronegativitat de l'oxigen. Això significa que la densitat més alta de l'electró es troba a prop de l'àtom de carboni. A més, l'electronegativitat més baixa del carboni crea un núvol d'electrons molt més difús, millorant la polaritzabilitat. Aquesta és també la raó de per què gairebé tota la química en la qual es troba el CO transcorre a través de l'àtom de carboni, i no el d'oxigen. L'estat electrònic fonamental del monòxid de carboni és un estat unidimensional. http://www.mpe.mpg.de/lab/CO/co.html Last accessed June 22, 2010.
Propietats biològiques i fisiològiques Toxicitat L'enverinament per monòxid de carboni és un dels tipus més comuns d'enverinament per aire en molts països. El monòxid de carboni és incolor, inodor i insípid, però altament tòxic. Les concentracions tan baixes com 667 ppm podrien causar que fins al 50% de l'hemoglobina del cos es converteixi en carboxihemoglobina. Un nivell del 50% de carboxihemoglobina podria provocar agarrotament, coma, i la mort. Als Estats Units, la OSHA limita els nivells d'exposició en els llocs de treball a llarg termini a nivells per sobre dels 50 ppm.
Els símptomes més comuns de l'enverinament per CO poden semblar-se a altres tipus d'enverinament i infeccions, incloent-hi símptomes com mal de cap, nàusees, vòmits, mareig, fatiga i un sentiment de debilitat. Els infants poden estar irritables i alimentar-se malament. Alguns símptomes neurològics podrien ser la confusió, la desorientació, alteracions de la visió, síncope i agarrotament.
Algunes descripcions de l'enverinament per monòxid de carboni afirmen que també pot provocar hemorràgies de la retina, i un color anormal de la sang (de color cirera). En la majoria de diagnòstics clínics, aquests símptomes són vistos pocs cops.
El monòxid de carboni s'enllaça a altres molècules com la mioglobina i la citocrom oxidasa mitocondrial. Les exposicions al monòxid de carboni pot causar danys considerables, sovint amb seqüeles a llarg termini al cor i al sistema nerviós central, especialment als glòbuls blancs. El monòxid de carboni pot causar efectes severs adversos al fetus de la dona embarassada.
Fisiologia humana De manera natural, el cos humà produeix monòxid de carboni com a molècula de senyalització. Per tant, el monòxid de carboni pot tenir un paper fisiològic al cos com a neurotransmissor o buc relaxant a la sang. A causa del paper del monòxid de carboni al cos, les anomalies en el seu metabolisme han estat relacionades a una varietat de malalties, incloent-hi les neurodegeneracions, la hipertensió, la insuficiència cardíaca i la inflamació.
Microbiologia El monòxid de carboni és un nutrient dels bacteris metanogènics, que són un bloc de construcció per a l'acetilcoenzim A. Aquest és el tema principal al camp emergent de la química bioorganometàl·lica. En els bacteris, el monòxid de carboni és produït per la reducció del diòxid de carboni per l'enzim monòxid de carboni deshidrogenasa, una proteïna que conté un centre Fe-Ni-S.
El coenzim A és un sensor proteic del monòxid de carboni. L'àmbit d'aplicació del seu paper biològic es desconeix encara; pot ser que sigui part d'una via de senyalització en un bacteri i en l'archaea. La seva incidència en animals no està establerta.
Incidència El monòxid de carboni pot aparèixer en diversos medis naturals i artificials. Les típiques concentracions en parts per milió són les següents: Concentració Font d'origen 0,1 ppm Nivell natural de l'atmosfera (MOPITT) 0,5-5 ppm Nivell mitjà a les cases 5-15 ppm Prop de les estufes de gas ben engegades a casa 100-200 ppm Gasos de fuita dels automòbils a l'àrea central de Ciutat de Mèxic 5.000 ppm Gasos de fuita dels incendis en cases de fusta 7.000 ppm Cotxes calents indiluïts sense un convertidor catalític
Presència atmosfèrica El monòxid de carboni es troba en petites quantitats en l'atmosfera, principalment com a producte de l'activitat volcànica, però també dels focs naturals i artificials (com per exemple, els incendis forestals, la crema de residus de cultius, i en el foc de neteja de la canya de sucre). La crema de combustibles fòssils també contribueix a la producció de monòxid de carboni. El monòxid de carboni apareix dissolt en la roca volcànica fosa a pressions elevades al mantell de la Terra. Com que els recursos naturals de monòxid de carboni varien tant d'un any a l'altre, és extremadament difícil mesurar precisament les emissions naturals del gas.
El monòxid de carboni té un efecte radioactiu indirecte forçat, elevant les concentracions de metà i ozó troposfèric a través de les reaccions químiques amb altres constituents atmosfèrics (com per exemple, el radical hidroxil, OH-), que destruirien els 2 gasos anteriors. A través de processos naturals a l'atmosfera, és finalment oxidat a diòxid de carboni. Les concentracions de monòxid de carboni són de curta durada a l'atmosfera i espacialment variables.
Contaminació urbana El monòxid de carboni és un contaminant atmosfèric important dins alguns nuclis urbans, sobretot dels gasos del tub d'escapament de motors de combustió interna (incloent-hi vehicles, generadors portàtils i de suport, màquines de tallar la gespa, màquines de rentat a pressió, etc.), però també de la crema inapropiada d'altres combustibles (incloent-hi fusta, carbó, carbó vegetal, petroli, parafina, propà, gas natural i escombraries).
Paper representat en els nivells d'Ozó miniatura|El boirum s'observa com una mena de núvol groguenc situat sobre la ciutat.
El monòxid de carboni és part de la sèrie de cicles de reaccions químiques que formen el boirum fotoquímic. Juntament amb aldehids, reacciona fotoquímicament per produir radicals peròxid. Els radicals peròxid posteriorment oxiden òxid de nitrogen (NO) a diòxid de nitrogen (NO₂). Tot i que aquesta creació de NO₂ és el pas crític cap a la formació d'un nivell d'ozó baix, també augmenta aquest ozó una mica de manera exclusiva, reduint la quantitat de NO que està disponible per reaccionar amb l'ozó. Simplificat, l'efecte net del cicle d'ozó és: CO + 2O₂ → CO₂ + O₃
Contaminació interior