Јаглерод моноксид (хемиска формула CO) — безбоен, отровен, без мирис, без вкус, запалив гас кој е малку помалку густ од воздухот. Јаглерод моноксидот се состои од еден јаглероден атом и еден атом на кислород поврзани со тројна врска. Тоа е наједноставниот јаглерод оксид. Во координативните комплекси, лигандот на јаглерод моноксид се нарекува карбонил. Тоа е клучна состојка во многу процеси во индустриската хемија.
Најчестиот извор на јаглерод моноксид е делумното согорување на соединенија што содржат јаглерод, кога нема доволно кислород или топлина за да се произведе јаглерод диоксид. Исто така, постојат бројни еколошки и биолошки извори кои генерираат и испуштаат значителна количина на јаглерод моноксид. Тоа е важно во производството на многу соединенија, вклучувајќи лекови, мириси и горива. По емисијата во атмосферата, јаглерод моноксидот влијае на неколку процеси кои придонесуваат за климатските промени.
Јаглерод моноксид има важна биолошка улога во филогенетските кралства. Го произведуваат многу организми, вклучително и луѓето. Во физиологијата на цицачите, јаглерод моноксидот е класичен пример за хормеза каде ниските концентрации служат како ендоген невротрансмитер (гасотрансмитер), а високите концентрации се токсични што резултира со труење со јаглерод моноксид. Тој е изоелектронски со цијанид анјон CN −.
Историја
Праисторија Луѓето одржуваат сложена врска со јаглерод моноксид уште од првото учење за контрола на пожарот околу 800.000 п.н.е. Раните луѓе веројатно ја откриле токсичноста на труењето со јаглерод моноксид откако внеле оган во нивните живеалишта. Раниот развој на металургијата и технологиите за топење кои се појавиле околу 6.000 п.н.е. до бронзеното доба, исто така, го измачувале на човештвото од изложеност на јаглерод моноксид. Освен токсичноста на јаглерод моноксидот, домородните Индијанци можеби ги доживеале невроактивните својства на јаглерод моноксидот преку шаманистички ритуали покрај оган.
Античка историја Раните цивилизации развиле митолошки приказни за да го објаснат потеклото на огнот, како што е Прометеј од грчката митологија кој го делел огнот со луѓето. Аристотел (384–322 п.н.е.) прв забележал дека согорувањето на јаглен произведува отровни испарувања. Грчкиот лекар Гален (129–199 н.е.) шпекулирал дека има промена во составот на воздухот што предизвикува штета при вдишување, а многу други од ерата развија основа за знаење за јаглерод моноксид во контекст на токсичноста на чадот од јаглен. Клеопатра можеби умрела од труење со јаглерод моноксид.
Прединдустриска револуција Георг Ернст Стал ги спомнал carbonarii halitus во 1697 година во врска со токсичните испарувања за кои се смета дека е јаглерод моноксид. Фридрих Хофман го спровел првото современо научно истражување за труење со јаглерод моноксид од јаглен во 1716 година. Херман Боерхаве ги спровел првите научни експерименти за ефектот на јаглерод моноксид (пареа од јаглен) врз животните во 1730-тите.
Се смета дека Џозеф Пристли првпат синтетизирал јаглерод моноксид во 1772 година. Карл Вилхелм Шеле на сличен начин го изолирал јаглерод моноксидот од јагленот во 1773 година и мислел дека тоа би можело да биде јаглеродниот ентитет што ги прави испарувањата токсични. Торберн Бергман изолирал јаглерод моноксид од оксална киселина во 1775 година. Подоцна во 1776 година, францускиот хемичар де Ласон произведувал CO со загревање на цинк оксид со кокс, но погрешно заклучил дека гасовитиот производ е водород, бидејќи горел со син пламен. Во присуство на кислород, вклучувајќи ги и атмосферските концентрации, јаглерод моноксид гори со син пламен, произведувајќи јаглерод диоксид. Антоан Лавоазје спровел слични неубедливи експерименти како Ласон во 1777 година. Гасот бил идентификуван како соединение што содржи јаглерод и кислород од Вилијам Круикшанк во 1800 година.
Томас Беддос и Џејмс Ват го препознал јаглерод моноксидот (како хидрокарбонат) за да ја осветли венската крв во 1793 година. Ват сугерирал дека испарувањата од јаглен може да дејствуваат како противотров за кислородот во крвта, а Бедос и Ват исто така сугерирал дека хидрокарбонатот има поголем афинитет за животински влакна отколку кислородот во 1796 година. Во 1854 година, Адриен Шенот на сличен начин предложил јаглерод моноксид да го отстрани кислородот од крвта, а потоа телото да го оксидира до јаглерод диоксид. Механизмот за труење со јаглерод моноксид нашироко му се припишува на Клод Бернард чии мемоари започнале во 1846 година и објавени во 1857 година, со фразата „спречува артериската крв да стане венска“. Феликс Хопе-Сејлер самостојно објавил слични заклучоци во следната година.
Доаѓање на индустриската хемија Јаглерод моноксидот се здобил со признание како непроценлив реагенс во 1900-тите. Три индустриски процеси ја илустрираат нејзината еволуција во индустријата. Во процесот Фишер-Тропш, јагленот и поврзаните суровини богати со јаглерод се претвораат во течни горива преку посредство на CO. Првично развиена како дел од германските воени напори за да се компензира нивниот недостаток на домашна нафта, оваа технологија продолжува и денес. Исто така, во Германија, било откриено дека мешавина од CO и водород се комбинира со олефини за да се добијат алдехиди. Овој процес, наречен хидроформилација, се користи за производство на многу хемикалии од големи размери, како што се сурфактанти, како и специјални соединенија кои се популарни мириси и лекови. На пример, CO се користи во производството на витамин А. Во третиот главен процес, припишан на истражувачите во Монсанто, CO се комбинира со метанол и дава оцетна киселина. Повеќето оцетна киселина се произведува со Катива-процесот. Хидроформилацијата и синтезата на оцетна киселина се два од безброј процеси на карбонилација.
Физички и хемиски својства Јаглерод моноксидот е наједноставниот оксојаглерод и е изоелектронски со други тројно поврзани двоатомски видови кои поседуваат 10 валентни електрони, вклучувајќи го цијанидниот анјон, нитросониумскиот катјон, борниот монофлуорид и молекуларниот азот. Има моларна маса од 28,0, што, според законот за идеален гас, го прави малку помалку густ од воздухот, чија просечна моларна маса е 28,8.
Јаглеродот и кислородот се поврзани со тројна врска која се состои од нето две пи-врски и една сигма-врска. Должината на врската помеѓу јаглеродниот атом и атомот на кислород е 112,8 попладне. Оваа должина на врската е конзистентна со тројна врска, како кај молекуларниот азот (N2), кој има слична должина на врската (109,76 pm) и речиси иста молекуларна маса. Јаглерод-кислород двојните врски се значително подолги, 120,8 pm во формалдехид, на пример. Точката на вриење (82 К) и точка на топење (68 К) се многу слични на оние од N sub>2</sub> (77 К и 63 К, соодветно). Енергијата на дисоцијација на врската од 1072 година kJ/mol е посилен од оној на N2 (942 kJ/mol) и ја претставува најсилната позната хемиска врска.Common Bond Energies (D) and Bond Lengths (r). wiredchemist.com
Основната електронска состојба на јаглерод моноксид е единечна состојба бидејќи нема неспарени електрони.
Табела на топлински и физички својства на јаглерод моноксид (CO) при атмосферски притисок: Температура (K)Густина (kg/m^3)Специфична топлина (kJ/kg °C)Динамички вискозитет (kg/m s)Кинематска вискозност (m^2/s)Топлинска спроводливост (W/m °C)Топлинска дифузија (m^2/s)Прантлов број2001.68881.0450.00001270.000007520.0170.000009630.7812201.53411.0440.00001370.000008930.0190.00001190.7532401.40551.0430.00001470.00001050.02060.00001410.7442601.29671.0430.00001570.00001210.02210.00001630.7412801.20381.0420.00001660.00001380.02360.00001880.7333001.12331.0430.00001750.00001560.0250.00002130.733201.05291.0430.00001840.00001750.02630.00002390.733400.99091.0440.00001930.00001950.02780.00002690.7253600.93571.0450.00002020.00002160.02910.00002980.7253800.88641.0470.0000210.00002370.03050.00003290.7294000.84211.0490.00002180.00002590.03180.0000360.7194500.74831.0550.00002370.00003170.0350.00004430.7145000.673521.0650.00002540.00003770.03810.00005310.715500.612261.0760.00002710.00004430.04110.00006240.716000.561261.0880.00002860.0000510.0440.00007210.7076500.518061.1010.00003010.00005810.0470.00008240.7057000.481021.1140.00003150.00006550.050.00009330.7027500.448991.1270.00003290.00007330.05280.0001040.7028000.420951.140.00003430.00008150.05550.0001160.705
Сврзување и диполен момент Јаглеродот и кислородот заедно имаат вкупно 10 електрони во валентната обвивка. Следејќи го октетното правило и за јаглеродот и за кислородот, двата атома формираат тројна врска, со шест заеднички електрони во три сврзувачки молекуларни орбитали, наместо вообичаената двојна врска што се наоѓа во органските карбонилни соединенија. Бидејќи четири од заедничките електрони доаѓаат од атом на кислород и само два од јаглерод, една орбитала за поврзување е окупирана од два електрони од кислород, формирајќи дативна или диполарна врска. Ова предизвикува C←O поларизација на молекулата, со мал негативен полнеж на јаглеродот и мал позитивен полнеж на кислородот. Останатите две сврзувачки орбитали се окупирани од еден електрон од јаглерод и еден од кислород, формирајќи (поларни) ковалентни врски со обратна поларизација C→O бидејќи кислородот е електронегативен од јаглеродот. Во молекулата на слободниот јаглерод моноксид, нето негативен полнеж δ – останува на јаглеродниот крај и молекулата има мал диполен момент од 0,122 Д.
Затоа, молекулата е асиметрична: кислородот има поголема густина на електрони од јаглеродот и исто така е малку позитивно наелектризиран во споредба со јаглеродот кој е негативен. Спротивно на тоа, изоелектронската молекула на динитроген нема диполен момент. мини|Најважната резонантна форма на јаглерод моноксид е - C≡O+. Важен мал придонесувач на резонанца е неоктетната карбенска структура :C=O. Јаглеродниот моноксид има пресметан редослед на фракционата врска од 2,6, што покажува дека „третата“ врска е важна, но сочинува нешто помалку од целосна врска. Така, во однос на валентната врска, – C≡O+ е најважната структура, додека: C=O е неоктет, но има неутрален формален полнеж на секој атом и го претставува вториот најважен придонесувач на резонанца. Поради осамениот пар и двовалентноста на јаглеродот во оваа резонантна структура, јаглерод моноксидот често се смета за извонредно стабилизиран карбен. Изоцијанидите се соединенија во кои O е заменет со NR (R = алкил или арил) група и имаат слична шема на поврзување.
Ако јаглерод моноксид делува како лиганд, поларитетот на диполот може да се промени со нето негативен полнеж на кислородниот крај, во зависност од структурата на координативниот комплекс. Видете го и делот „Координативна хемија“ подолу.
Поларитет на врската и состојба на оксидација Теоретските и експерименталните студии покажуваат дека, и покрај поголемата електронегативност на кислородот, диполниот момент покажува од понегативниот јаглероден крај кон попозитивниот кислороден крај. Трите врски се всушност поларни ковалентни врски кои се силно поларизирани. Пресметаната поларизација кон кислородниот атом е 71% за σ-врската и 77% за двете π-врски.
Состојбата на оксидација на јаглеродот во јаглерод моноксид е +2 во секоја од овие структури. Се пресметува со броење на сите сврзувачки електрони како што припаѓаат на поелектронегативниот кислород. Само двата неврзувачки електрони на јаглеродот се доделуваат на јаглеродот. Во оваа бројка, јаглеродот тогаш има само два валентни електрони во молекулата во споредба со четири во слободниот атом.
Појава мини|Месечни просеци на глобалните концентрации на тропосферски јаглерод моноксид на надморска височина од околу 12.000 стапки. Податоците бле собрани од сензорот MOPITT (Measurements Of Pollution In The Troposphere) на сателитот Тера на НАСА. Јаглерод моноксид се јавува во различни природни и вештачки средини. На пример, фотохемиската деградација на растителна материја генерира околу 60 милијарди килограми годишно. Типичните концентрации во делови на милион се како што следува: