Вот, давно лежит у меня "руководство по топке печей"Поправьте, коллеги, если что неправильно...
Топка печей
Нагревание печей зависит от состояния печи, топлива, умения правильно топить печь. За печью следует систематически ухаживать, т. е. чистить, замазывать даже самые незначительные трещины, которые могут привести к образованию конденсата. Например, через 2-миллиметровую трещину вокруг периметра рамки задвижки в течение часа просачивается до 15 м3 воздуха, который, нагреваясь до 80...100°С, будет уносить тепло, а это составляет 10% его потерь.
При подаче излишнего воздуха через поддувало потери тепла составляют 15-25%, а если горение происходит с открытой топочной дверкой, то потери тепла достигают 40%. Печь чистят и ремонтируют один-два раза в году в летнее время. Дымовые трубы чистят два-три раза в отопительный сезон.
Нагрев стенок печи прежде всего зависит от того, в каком состоянии они находятся. Если на стенках печи или в дымоходах много сажи и золы, то они нагреваются слабо и на топку приходится затрачивать гораздо больше топлива и времени. Толщина слоя 1-2 мм значительно ухудшает восприятие тепла стенками.
Перед топкой очищают колосниковую решетку, удаляют всю золу. Это обеспечивает свободное прохождение воздуха к горящему топливу. Топливо заготавливают заблаговременно, чтобы оно было сухим. Колотые дрова считаются сухими только через год после того, как они были уложены в клетку и находились на улице под навесом.
Следует применять только сухое топливо. При сгорании сырого топлива имеющаяся в нем влага превращается в пар, который, проходя по каналам печи, остужает их, а попадая на холодные стенки трубы, оседает на них, превращаясь в капли, которые, стекая, смешиваются с сажей, образуя конденсат.
Теплотворная способность топлива разная. Возьмем, к примеру, сухие дрова разных пород. Например, 3/4 м3 дубовых дров равноценны 1 м3 березовых, 1,2 - ольховых, 1,2 - сосновых, 1,3 - еловых, 1,5 - осиновых. Дрова должны быть наколоты на поленья средней толщиной 8-10 см. Для топки следует отбирать поленья одинаковой толщины, что важно для равномерного нагревания печи.
Торф может гореть практически в любых печах, но для этого надо усилить тягу. Для торфа лучше всего класть печи с соответствующим топливником.
Длительность топки печей составляет в среднем 1-1,5 ч. После топки поверхность печи должна быть нагрета до температуры 70...80°С, в редких случаях до 90°С. При более высокой температуре пыль на поверхности печи пригорает, выделяя неприятный запах. Поэтому лицевые стенки печи следует систематически очищать, вытирая сухой тряпкой собравшуюся пыль. Особенно тщательно это надо делать в начале отопительного сезона. Перегревать печь не следует. Это может привести к образованию трещин и расстройству печной кладки. Большие печи, которые топят через 1-2 дня, не всегда хороши: во-первых, они занимают много места в помещении, во-вторых, из-за сильного нагревания помещения приходится часто открывать форточки для проветривания, что приводит к перерасходу топлива.
В топку сразу закладывают то количество дров, которое необходимо для нормального нагревания печи. Кладут дрова клеткой или рядами с зазорами между поленьями до 10 мм, чтобы все поленья начинали загораться сразу со всех сторон, создавая как можно больше жара. При этом дровяная кладка не должна доходить до верха топливника минимум на 20 см. При таких условиях мелкие частицы топлива и различные горючие вещества сгорают в топливнике до того, как они попадут в дымоходы. Во-первых, это повышает температуру печи. Во-вторых, попадая в дымоходы, несгоревшие частицы засоряют их, и они меньше поглощают тепла. Для растопки под нижний ряд кладут самые сухие поленья, а под них сухие щепки, лучины, бумагу. Категорически запрещается применять керосин, бензин, ацетон и тому подобные взрывоопасные вещества.
Для того чтобы печь не дымила, сначала сжигают бумагу, тонкие лучины, стружку, заполняя дымоходы теплым воздухом, а затем растапливают печь. Дрова (или торф) укладывают так, чтобы они ровным слоем лежали на колосниковой решетке или на поду печи, ближе к топочной дверке.
Растапливая печь, топочную дверку, заслонки, задвижку и вьюшку открывают полностью. После растопки, как только дрова разгорятся, топочную дверку закрывают, а поддувальную открывают. Тягу в печи регулируют поддувальной дверкой, задвижкой или вьюшкой.
Обычно силу тяги определяют по цвету пламени: если пламя красное с темными полосами, а из трубы идет бурый или черный дым, значит воздуха не хватает и его подачу надо увеличить; если пламя золотисто-желтое, подача воздуха считается нормальной; если ярко-белого цвета, а в каналах печи слышится гудение, это говорит о том, что воздуха поступает в избытке и подачу его нужно уменьшить.
В процессе горения топлива открывать топочные дверки нельзя, так как поступающий в топку холодный воздух охлаждает каналы печи.Итак, исходя из изложенного можно сформулировать следующие правила.
1. По мере прогорания топлива надо прикрывать не только дверку топливника, но и частично вьюшку или задвижку.
2. Перемешивать (шевелить) дрова можно только после того, как они хорошо прогорят и между поленьями образуются большие пустоты, сквозь которые в избытке начинает поступать воздух, охлаждая печь.
3. Если остаются головешки, то их собирают в центре топливника (пода печи) или колосниковой решетки и обкладывают ярко горящими углями. Выгорающие угли и головешки должны лежать на пути движения воздуха к топливнику. Приток лишнего воздуха нежелателен.
4. Когда угли прогорят (т. е. исчезнет синее пламя, говорящее о том, что выделяется угарный газ), их надо разровнять по решетке или поду топливника, поближе к дверке, и плотно ее прикрыть. Трубу рекомендуется оставить открытой еще на 5-10 мин, чтобы остатки угарного газа не проникли в помещение, что может привести к отравлению и даже гибели людей. (с)Всё гениальное - просто!
Броться просто. Наберите полведра воды и выгребите угли из топки в ведро, пока чисто в топке не станет. Если там есть оставшаяся недогоревшая упрямая головешка, то и её тоже. Тоже самое сделайте с поддувалом. И спокойно закрывайте задвижку.
Сегодня я хочу рассказать Вам про опасность угарного газа , нередко приводящую к смерти людей. В отличие от «привычных» признаков пожара, когда человек видит дым или открытый огонь, угарный газ практически невозможно заметить (поэтому чаще всего люди не сгорают заживо в огне, а гибнут, надышавшись дымом и угарным газом, еще на начальной стадии загорания). И если угарный газ образовался или попал в помещение ночью, когда Вы спите, вероятность не проснуться никогда, очень велика.
Причины появления угарного газа в помещении
Угарный газ попадает в атмосферный воздух при любых видах горения. В городах в основном угарный газ находится в составе выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания, он также образуется при сгорании бытового газа (при недостаточном количестве кислорода в воздухе), топке печей и при пожарах.
Отравление угарным газом возможно :
— при пожарах;
— в гаражах при плохой вентиляции, в других непроветриваемых или слабо проветриваемых помещениях, туннелях, так как в выхлопе автомобиля содержится до 1-3 % СО по нормативам и свыше 10 % при плохой регулировке карбюраторного мотора;
— при длительном нахождении на оживленной дороге или рядом с ней в безветренную погоду. Внимание! На крупных автострадах средняя концентрация СО превышает порог отравления (поэтому по таким дорогам не стоит ездить, открыв автомобильную форточку);
— в домашних условиях при горении бытового газа в условиях недостатка кислорода и плохой вентиляции;
— при несвоевременно закрытых печных заслонках в помещениях с печным отоплением (дома, ).
Угарный газ активно связывается с гемоглобином в крови человека, образуя карбоксигемоглобин, и блокирует передачу кислорода тканевым клеткам, что приводит к гипоксии гемического типа. Угарный газ также включается в окислительные реакции, нарушая биохимическое равновесие в тканях.
Иными словами, при вдыхании угарного газа, его молекулы «занимают» место кислорода в крови человека, что может привести к его гибели.
Признаки отравления угарным газом
Первые симптомы отравления угарным газом — это головная боль, шум в ушах, тахикардию, головокружение и тошноту.
Если концентрация угарного газа в помещении увеличивается, то появляется уже более сильная тошнота, затруднения в дыхании, проявляется ощущение нехватки воздуха и одышка. Если у человека имеются какие-либо серьезные заболевания, в том числе органов дыхания или сердечно-сосудистой системы, то возможно появление патологических рефлексов, нарушение психической активности, также проявление возбуждения или оглушения, вплоть до комы. Нередко возникает кратковременная потеря сознания (на период до двадцати минут).
Когда концентрация угарного газа продолжит свое увеличение, у пострадавшего начинает наблюдаться сонливость, или наоборот, возбудимость. Может нарушиться координация движения и появление галлюцинаций. Если не оказать первую помощь, смерть может наступить спустя полчаса.
Если в воздухе содержится более 1% СО (а это очень высокая концентрация), после вдоха данного вещества летальный исход может наступить после двух – трех минут.
Меры первой помощи при отравлении угарным газом
1. Если Вы вошли в помещение и Вам сразу стало трудно дышать (при отсутствии дыма) или почувствовали сильный запах газа (при утечке бытового газа), и при этом Вы видите, что в помещении находятся люди, которым нужна помощь, Вам следует оставить дверь в помещение открытой и позвать кого-нибудь на помощь (в том числе и по телефону 01 или 03).
2. Если Вы решили сами оказать помощь пострадавшим:
— приложите к своему лицу кусок смоченной водой ткани и только после этого быстро заходите в помещение;
— если есть возможность — сразу откройте окна, если нет — постарайтесь как можно быстрее вынести пострадавшего из помещения на свежий воздух;
— вынеся пострадавших, быстро покиньте помещение и дождитесь приезда специалистов.
Помощь пострадавшему от угарного газа :
— если пострадавший в сознании, обеспечить непрерывный доступ свежего воздуха и кратковременное вдыхание нашатырного спирта, растереть тело. Вызвать «скорую помощь»;
— если пострадавший без сознания, необходимо немедленно начать искусственное дыхание до прихода в сознание или до приезда скорой помощи;
— если пострадавший от угарного газа пришёл в себя, но длительное время находился в бессознательном состоянии, то он срочно подлежит транспортировке в медицинское учреждение и лечении. Отравление угарным газом определяют на основании анализа крови.
Внимание! Обязательно сообщите врачу скорой помощи о своем подозрении в отравлении угарным газом.
Стоит ли устранять источник угарного газа самостоятельно, до приезда специалистов
Все зависит от того, смогли ли Вы этот источник угарного газа сразу увидеть и определить, что именно он — причина происшествия. Затем следует реально оценить свои возможности, что Вы сможете устранить эту причину в течение нескольких десятков секунд (!!!). К примеру, можно быстро перекрыть вентиль на газовой трубе, если угарный газ образовался из-за неправильного сгорания газа при недостатке воздуха. А вот если причиной наполнения помещения угарным газом стала топящаяся дровами печь, у которой засорился дымоход, быстро справиться с проблемой у Вас не получится.
Другой случай — угарный газ образовался в плотно закрытом гараже из-за оставлен ного включенным двигателя автомобиля. Тут для начала будет достаточно широко открыть ворота, чтобы уменьшить концентрацию угарного газа, а затем следует заглушить мотор машины.
Помните, что чем дольше Вы находитесь в помещении с угарным газом, тем больше вероятность, что Вы сами станете его жертвой.
Как предотвратить образование угарного газа и последующего им отравления
1. Соблюдайте требования пожарной безопасности.
2. Не нарушайте правила эксплуатации печного отопления: несвоевременное закрытие печной заслонки, недостаточный доступ свежего воздуха в топливник, плохая тяга могут легко стать причинами образования угарного газа в помещении.
3. Перед началом использования печи, проверьте тягу в дымоходе, а также его целостность и отсутствие трещин (в том числе и во всей конструкции печи).
4. Не проводите техническое обслуживание автомобиля в гараже или помещении с плохой вентиляцией.
5. Никогда не спите в автомобиле с включенным двигателем в гараже.
6. Не используйте гриль на древесном угле в закрытой беседке барбекю с плохой вентиляцией.
7. В помещении, где установлен автономный газовый котел, а также газовая плита, во время их работы должна быть приоткрыта форточка (особенно, если в этом помещении стоят пластиковые окна, в рамах которых нет щелей, через которые бы воздух с улицы проникал в помещение).
Отравления угарным газом легче избежать, используя в доме автономный сигнализатор или датчик угарного газа. Если концентрация угарного газа в жилом доме или техническом помещении превысит допустимый уровень, датчик сигнализирует, предупреждая об опасности. Сигнализаторы обнаружения угарного газа — электрохимические датчики, предназначенные для непрерывного контроля уровня содержания CO в воздухе помещения и реагирующие звуковыми и световыми сигналами на повышенный уровень концентрации угарного газа.
Факты об опасности угарного газа
Случаи отравления людей угарным газом, к сожалению, не так уж и редки. Вот один из последних — от 14 января 2015 года — Трагедия на Кубани: угарным газом отравились 9 человек, погибло 2 ребенка:
Здравствуйте, Мария. Спасибо за доверие нашим специалистам и ресурсу в целом.
Появление угарного газа в квартирах верхних этажей – явление достаточно распространенное по нескольким причинам (если не принимать во внимание теорию заговора):
- При неисправности дымоходов и подключенного к ним оборудования(газовые колонки, котлы отопления).
- При неправильной работе газового оборудования.
- Угарный газ попадает из вентиляционной системы.
- Продукты горения (в составе которых большой процент угарного газа) попадают в помещение из вне.
Попробуем разобраться.
1 Вы указали, что в квартире была газовая колонка. Вопрос первый, а куда она была подключена?
Дело в том, что в жилых домах с центральным отоплением дымоходы не предусмотрены проектом. Как правило, в квартирах пятиэтажных домов есть две вытяжки: одна на кухне, а одна в санузле (если он совмещенный; если раздельный, то два вент. отверстия объединяются в одну шахту). Все вытяжки предназначены для работы естественной вентиляции. Мы это упомянули для того, чтобы вы понимали: если вы вывели отвод продуктов горения в вентиляцию (на кухне), то и соседи снизу могли (и скорее всего сделали) подключить отопительные приборы таким же образом.
Теперь представьте, все квартиры по стояку (а по факту достаточно и половины квартир) включили отопительные установки и вытяжки: сечение вентканала не рассчитано на такую пропускную способность, загрязненный воздух не успевает выходить и его продавливает в верхние квартиры. Почему страдают верхние квартиры? Виной тому конструкция вентиляционной системы в пятиэтажках (практически полное отсутствие канала спутника) и неправильное подключение газовых приборов.
2 Вы написали, что перекрыли вытяжку. Вопрос второй: в кухне и в санузле или только в кухне? А что с отверстием, к которой была подключена колонка?
Для того, чтобы узнать, попадает ли к вам воздух из вентсистемы, наклейте на верхнюю часть вытяжного отверстия полоски бумаги. Если их свободные концы будут втягиваться в шахту – то вытяжная вентиляция работает нормально.
Важно: делайте это при закрытых окнах, дверях – в общем, без притока воздуха. Опыт покажет, как ведет себя вентсистема в повседневной жизни, а не в идеальных условиях. Если при закрытых окнах полоски бумаги останутся на месте или (куда хуже) будут откланяться в сторону жилища, то вполне возможно угарный газ все же попадает в помещение из вентиляции (не закрытого отверстия). Если вы обнаружили, что из вентиляции дует, попробуйте открыть окна. Если помогло, то в вашей квартире отсутствует приток воздуха, что стало причиной появления обратной тяги. Решить данную проблему можно установкой стеновых и оконных клапанов.
3 Вопрос третий: Есть ли зависимость отравлений от времени года?
Есть предположение, что скорее всего отравления угарным газом происходят во время отопительного сезона. Причиной может быть нарушена обособленность вентканала на вашем стояке. Другими словами, дымоходный и вентиляционный канал или два вентканала соединяются.
Угарный газ, окись углерода (СО) представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса, который является немного менее плотным, чем воздух. Он токсичен для гемоглобинных животных (включая человека), если его концентрации выше примерно 35 частей на миллион, хотя он также производится в обычном метаболизме животных в небольших количествах, и, как полагают, имеет некоторые нормальные биологические функции. В атмосфере, он пространственно переменный и быстрораспадающийся, и имеет определенную роль в формировании озона на уровне земли. Окись углерода состоит из одного атома углерода и одного атома кислорода, связанных тройной связью, которая состоит из двух ковалентных связей, а также одной дативной ковалентной связи. Это самый простой оксид углерода. Он является изоэлектроном с цианидом аниона, нитрозоний катионом и молекулярным азотом. В координационных комплексах, лиганд монооксида углерода называется карбонилом.
История
Аристотель (384-322 до н.э.) впервые описал процесс сжигания углей, который приводит к образованию токсичных паров. В древности существовал способ казни – закрывать преступника в ванной комнате с тлеющими углями. Однако, на тот момент механизм смерти был непонятен. Греческий врач Гален (129-199 гг. н.э.) предположил, что имело место изменение состава воздуха, который причинял человеку вред при вдыхании. В 1776 году французский химик де Лассон произвел СО путем нагревания оксида цинка с коксом, однако ученый пришел к ошибочному выводу, что газообразный продукт был водородом, поскольку он горел синим пламенем. Газ был идентифицирован как соединение, содержащее углерод и кислород, шотландским химиком Уильямом Камберлендом Круикшанком в 1800 году. Его токсичность на собаках была тщательно исследована Клодом Бернаром около 1846 года. Во время Второй мировой войны, газовая смесь, включающая окись углерода, использовалась для поддержания механических транспортных средств, работающих в некоторых частях мира, где было мало бензина и дизельного топлива. Внешний (с некоторыми исключениями) древесный уголь или газогенераторы газа, полученного из древесины, были установлены, и смесь атмосферного азота, окиси углерода и небольших количеств других газов, образующихся при газификации, поступала в газовый смеситель. Газовая смесь, полученная в результате этого процесса, известна как древесный газ. Окись углерода также использовалась в больших масштабах во время Холокоста в некоторых немецких нацистских лагерях смерти, наиболее явно – в газовых фургонах в Хелмно и в программе умерщвления Т4 «эвтаназия».
Источники
Окись углерода образуется в ходе частичного окисления углеродсодержащих соединений; она образуется, когда не хватает кислорода для образования двуокиси углерода (CO2), например, при работе с плитой или двигателем внутреннего сгорания, в замкнутом пространстве. В присутствии кислорода, включая его концентрации в атмосфере, монооксид углерода горит голубым пламенем, производя углекислый газ. Каменноугольный газ, который широко использовался до 1960-х годов для внутреннего освещения, приготовления пищи и нагревания, содержал окись углерода как значительное топливное составляющее. Некоторые процессы в современной технологии, такие как выплавка чугуна, до сих пор производят окись углерода в качестве побочного продукта. Во всем мире наиболее крупными источниками окиси углерода являются естественные источники, из-за фотохимических реакций в тропосфере, которые генерируют около 5 × 1012 кг окиси углерода в год. Другие природные источники СО включают вулканы, лесные пожары и другие формы сгорания. В биологии, окись углерода естественным образом вырабатывается под действием гемоксигеназы 1 и 2 на гем от распада гемоглобина. Этот процесс производит определенное количество карбоксигемоглобина у нормальных людей, даже если они не вдыхают окись углерода. После первого доклада о том, что окись углерода является нормальным нейромедиатором в 1993 году, а также одним из трех газов, которые естественным образом модулируют воспалительные реакции в организме (два других – оксид азота и сероводород), окись углерода получила большое внимание ученых в качестве биологического регулятора. Во многих тканях, все три газа, действуют как противовоспалительные средства, вазодилататоры и промоторы неоваскулярного роста. Продолжаются клинические испытания небольших количеств окиси углерода в качестве лекарственного средства. Тем не менее, чрезмерное количества монооксида углерода вызывает отравление угарным газом.
Молекулярные свойства
Окись углерода имеет молекулярную массу 28,0, что делает его немного легче, чем воздух, чья средняя молекулярная масса составляет 28,8. Согласно закону идеального газа, СО, следовательно, имеет меньшую плотность, чем воздух. Длина связи между атомом углерода и атомом кислорода составляет 112,8 пм. Эта длина связи согласуется с тройной связью, как в молекулярном азоте (N2), который имеет аналогичную длину связи и почти такую же молекулярную массу. Двойные связи углерод-кислород значительно длиннее, например, 120,8 м у формальдегида. Точка кипения (82 К) и температура плавления (68 K) очень похожи на N2 (77 К и 63 К, соответственно). Энергия диссоциации связи 1072 кДж / моль сильнее, чем у N2 (942 кДж / моль) и представляет собой наиболее сильную из известных химическую связь. Основное состояние электрона окиси углерода является синглетным , так как здесь нет неспаренных электронов.
Связующий и дипольный момент
Углерод и кислород вместе имеют, в общей сложности, 10 электронов в валентной оболочке. Следуя правилу октета для углерода и кислорода, два атома образуют тройную связь, с шестью общими электронами в трех связывающих молекулярных орбиталях, а не обычную двойную связь, как у органических карбонильных соединений. Так как четыре из общих электронов поступают из атома кислорода и только два из углерода, одна связующая орбиталь занята двумя электронами из атомов кислорода, образуя дативную или дипольную связь. Это приводит к C ← O поляризации молекулы, с небольшим отрицательным зарядом на углероде и небольшим положительным зарядом на кислороде. Две других связывающих орбитали занимают каждая один электрон из углерода и один из кислорода, образуя (полярные) ковалентные связи с обратной C → O поляризацией, так как кислород является более электроотрицательным, чем углерод. В свободной окиси углерода, чистый отрицательный заряд δ- остается в конце углерода, и молекула имеет небольшой дипольный момент 0,122 D. Таким образом, молекула асимметрична: кислород имеет больше плотности электронов, чем углерод, а также небольшой положительный заряд, по сравнению с углеродом, который является отрицательным. В противоположность этому, изоэлектронная молекула диазота не имеет дипольного момента. Если окись углерода действует в качестве лиганда, полярность диполя может меняться с чистым отрицательным зарядом на конце кислорода, в зависимости от структуры координационного комплекса.
Полярность связи и состояние окисления
Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что, несмотря на большую электроотрицательность кислорода, дипольный момент исходит из более отрицательного конца углерода к более положительному концу кислорода. Эти три связи представляют собой фактически полярные ковалентные связи, которые сильно поляризованы. Рассчитанная поляризация к атому кислорода составляет 71% для σ-связи и 77% для обоих π -связей. Степень окисления углерода в окись углерода в каждой из этих структур составляет +2. Она рассчитывается так: все связующие электроны считаются принадлежащими к более электроотрицательным атомам кислорода. Только два несвязывающих электрона на углероде относятся к углероду. При таком подсчете, углерод имеет только два валентных электрона в молекуле по сравнению с четырьмя в свободном атоме.
Биологические и физиологические свойства
Токсичность
Отравление угарным газом является наиболее распространенным типом смертельного отравления воздуха во многих странах. Окись углерода представляет собой бесцветное вещество, не имеющее запаха и вкуса, но очень токсичное. Оно соединяется с гемоглобином с получением карбоксигемоглобина, который «узурпирует» участок в гемоглобине, который обычно переносит кислород, но неэффективен для доставки кислорода к тканям организма. Столь низкие концентрации, как 667 частей на миллион, могут вызвать преобразования до 50% гемоглобина в организме в карбоксигемоглобин. 50% уровень карбоксигемоглобина может привести к судорогам, коме и смерти. В Соединенных Штатах, Министерство труда ограничивает долгосрочные уровни воздействия окиси углерода на рабочем месте до 50 частей на миллион. В течение короткого периода времени, поглощение окиси углерода является накопительным, так как период его полувыведения составляет около 5 часов на свежем воздухе. Наиболее распространенные симптомы отравления угарным газом могут быть похожи на другие виды отравлений и инфекций, и включают такие симптомы, как головная боль, тошнота, рвота, головокружение, усталость и чувство слабости. Пострадавшие семьи часто считают, что они являются жертвами пищевого отравления. Младенцы могут быть раздражительными и плохо питаться. Неврологические симптомы включают спутанность сознания, дезориентацию, нарушение зрения, обмороки (потерю сознания) и судороги. Некоторые описания отравления угарным газом включают геморрагию сетчатки глаза, а также аномальный вишнево-красный оттенок крови. В большинстве клинических диагнозов, эти признаки наблюдаются редко. Одна из трудностей, связанных с полезностью этого «вишневого» эффекта, связана с тем, что она корректирует, или маскирует, в обратном случае нездоровый внешний вид, так как главный эффект удаления венозного гемоглобина связан с тем, что задушенный человек кажется более нормальным, или мертвый человек кажется живым, подобно эффекту красных красителей в составе для бальзамирования. Такой эффект окрашивания в бескислородной CO-отравленной ткани связан с коммерческим использованием монооксида углерода при окрашивании мяса. Оксид углерода также связывается с другими молекулами, такими как миоглобин и митохондриальная цитохромоксидаза. Воздействие окиси углерода может привести к значительному повреждению сердца и центральной нервной системы, особенно в бледном шаре, часто это связано с длительными хроническими патологическими состояниями. Окись углерода может иметь серьезные неблагоприятные последствия для плода беременной женщины.
Нормальная физиология человека
Окись углерода вырабатывается естественным образом в организме человека в качестве сигнальной молекулы. Таким образом, окись углерода может иметь физиологическую роль в организме в качестве нейротрансмиттера или релаксанта кровеносных сосудов. Из-за роли окиси углерода в организме, нарушения в её метаболизме связаны с различными заболеваниями, в том числе нейродегенерацией, гипертонией, сердечной недостаточностью и воспалениями.
CO функционирует в качестве эндогенной сигнальной молекулы.
СО модулирует функции сердечно-сосудистой системы
CO ингибирует агрегацию и адгезию тромбоцитов
CO может играть определенную роль в качестве потенциального терапевтического средства
Микробиология
Окись углерода является питательной средой для метаногенных архей, строительным блоком для ацетилкофермента А. Это тема для новой области биоорганометаллической химии. Экстремофильные микроорганизмы могут, таким образом, метаболизировать окись углерода в таких местах, как тепловые жерла вулканов. У бактерий, окись углерода производится путем восстановления двуокиси углерода ферментом дегидрогеназы монооксида углерода, Fe-Ni-S-содержащего белка. CooA представляет собой рецепторный белок окиси углерода. Сфера его биологической активности до сих пор неизвестна. Он может быть частью сигнального пути у бактерий и архей. Его распространенность у млекопитающих не установлена.
Распространенность
Окись углерода встречается в различных природных и искусственных средах.
Окись углерода присутствует в небольших количествах в атмосфере, главным образом, как продукт вулканической активности, но также является продуктом естественных и техногенных пожаров (например, лесные пожары, сжигание растительных остатков, а также сжигание сахарного тростника). Сжигание ископаемого топлива также способствует образованию окиси углерода. Окись углерода встречается в растворенном виде в расплавленных вулканических породах при высоких давлениях в мантии Земли. Поскольку природные источники окиси углерода переменны, чрезвычайно трудно точно измерить природные выбросы газа. Окись углерода является быстрораспадающимся парниковым газом, а также проявляет косвенное радиационное воздействие путем повышения концентрации метана и тропосферного озона в результате химических реакций с другими компонентами атмосферы (например, гидроксильный радикал, ОН), что, в противном случае, разрушило бы их. В результате естественных процессов в атмосфере, он, в конечном счете, окисляется до двуокиси углерода. Окись углерода является одновременно недолговечной в атмосфере (сохраняется в среднем около двух месяцев) и имеет пространственно переменную концентрацию. В атмосфере Венеры, окись углерода создается в результате фотодиссоциации двуокиси углерода электромагнитным излучением с длиной волны короче 169 нм. Из-за своей длительной жизнеспособности в средней тропосфере, окись углерода также используется в качестве трассера транспорта для струй вредных веществ.
Загрязнение городов
Окись углерода является временным загрязняющим веществом в атмосфере в некоторых городских районах, главным образом, из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания (в том числе транспортных средств, портативных и резервных генераторов, газонокосилок, моечных машин и т.д.), а также от неполного сгорания различных других видов топлива (включая дрова, уголь, древесный уголь, нефть, парафин, пропан, природный газ и мусор). Большие загрязнения CO могут наблюдаться из космоса над городами.
Роль в формировании приземного озона
Окись углерода, наряду с альдегидами, является частью серии циклов химических реакций, которые образуют фотохимический смог. Он вступает в реакцию с гидроксильным радикалом ( ОН) с получением радикального интермедиата HOCO, который быстро передает радикальный водород О2 с образованием перекисного радикала (НО2 ) и диоксида углерода (CO2). Перекисной радикал затем вступает в реакцию с оксидом азота (NO) с образованием диоксида азота (NO2) и гидроксильного радикала. NO 2 дает O (3P) через фотолиз, тем самым образуя O3 после реакции с O2. Так как гидроксильный радикал образуется в процессе образования NO2, баланс последовательности химических реакций, начиная с окиси углерода, приводит к образованию озона: CO + 2O2 + hν → CO2 + O3 (Где hν относится к фотону света, поглощаемому молекулой NO2 в последовательности) Хотя создание NO2 является важным шагом, приводящим к образованию озона низкого уровня, это также увеличивает количество озона другим, несколько взаимоисключающим, образом, за счет уменьшения количества NO, которое доступно для реакции с озоном.
Загрязнение воздуха внутри помещений
В закрытых средах, концентрация окиси углерода может легко увеличиться до летального уровня. В среднем, в Соединенных Штатах ежегодно от неавтомобильных потребительских товаров, производящих окись углерода, умирает 170 человек. Тем не менее, в соответствии с данными Департамента здравоохранения Флориды, «ежегодно более 500 американцев умирают от случайного воздействия окиси углерода и еще тысячи человек в США требуют неотложной медицинской помощи при несмертельном отравлении угарным газом». Эти продукты включают в себя неисправные топливные приборы сжигания, такие как печи, кухонные плиты, водонагреватели и газовые и керосиновые комнатные обогреватели; оборудование с механическим приводом, такое как портативные генераторы; камины; и древесный уголь, который сжигается в домах и других закрытых помещениях. Американская ассоциация центров контроля отравлений (AAPCC) сообщила о 15769 случаях отравления угарным газом, которые привели к 39 смертям в 2007 году. В 2005 году, CPSC сообщила о 94 смертях, связанных с отравлением моноксидом углерода от генератора. Сорок семь из этих смертей имели место во время перебоев в подаче электроэнергии из-за суровых погодных условий, в том числе, из-за урагана Катрина. Тем не менее, люди умирают от отравления угарным газом, производимым непродовольственными товарами, такими как автомобили, оставленные работающими в гаражах, прилегающих к дому. Центры по контролю и профилактике заболеваний сообщают, что ежегодно несколько тысяч человек обращаются в больницу скорой помощи при отравлении угарным газом.
Наличие в крови
Окись углерода поглощается через дыхание и попадает в кровоток через газообмен в легких. Она также производится в ходе метаболизма гемоглобина и поступает в кровь из тканей, и, таким образом, присутствует во всех нормальных тканях, даже если она не попадает в организм при дыхании. Нормальные уровни окиси углерода, циркулирующие в крови, составляют от 0% до 3%, и выше у курильщиков. Уровни окиси углерода нельзя оценить с помощью физического осмотра. Лабораторные испытания требуют наличия образца крови (артериальной или венозной) и лабораторного анализа на СО-оксиметр. Кроме того, неинвазивный карбоксигемоглобин (SPCO) с импульсной СО-оксиметрией является более эффективным по сравнению с инвазивными методами.
Астрофизика
За пределами Земли, окись углерода является второй наиболее распространенной молекулой в межзвездной среде, после молекулярного водорода. Из-за своей асимметрии, молекула окиси углерода производит гораздо более яркие спектральные линии, чем молекула водорода, благодаря чему СО гораздо легче обнаружить. Межзвёздный CO был впервые обнаружен с помощью радиотелескопов в 1970 году. В настоящее время он является наиболее часто используемым индикатором молекулярного газа в межзвездной среде галактик, а молекулярный водород может быть обнаружен только с помощью ультрафиолетового света, что требует наличия космических телескопов. Наблюдения за окисью углерода обеспечивают большую часть информации о молекулярных облаках, в которых образуется большинство звезд. Beta Pictoris, вторая по яркости звезда в созвездии Pictor, демонстрирует избыток инфракрасного излучения по сравнению с нормальными звездами ее типа, что обусловлено большим количеством пыли и газа (в том числе окиси углерода) вблизи звезды.
Производство
Было разработано множество методов для производства окиси углерода.
Промышленное производство
Основным промышленным источником CO является генераторный газ, смесь, содержащая, в основном, окись углерода и азот, образовавшийся при сгорании углерода в воздухе при высокой температуре, когда имеется избыток углерода. В печи, воздух пропускают через слой кокса. Первоначально произведенный СО2 уравновешивается с оставшимся горячим углем с получением СО. Реакция СО2 с углеродом с получением CO описывается как реакция Будуара. При температуре выше 800°C, CO является преобладающим продуктом:
СО2 + С → 2 CO (ΔH = 170 кДж / моль)
Другой источник «водяной газ», смесь водорода и монооксида углерода, полученного с помощью эндотермической реакции пара и углерода:
H2O + C → Н2 + СО (ΔH = +131 кДж / моль)
Другие подобные «синтетические газы» могут быть получены из природного газа и других видов топлива. Оксид углерода также является побочным продуктом восстановления руд оксида металла с углеродом:
MO + C → M + CO
Окись углерода также получают путем прямого окисления углерода в ограниченном количестве кислорода или воздуха.
2C (s) + O 2 → 2СО (g)
Поскольку СО представляет собой газ, восстановительный процесс может управляться путем нагревания, используя положительную (благоприятную) энтропию реакции. Диаграмма Эллингама показывает, что образованию СО отдается предпочтение по сравнению с СО2 при высоких температурах.
Подготовка в лаборатории
Окись углерода удобно получать в лаборатории путем дегидратации муравьиной кислоты или щавелевой кислоты, например, с помощью концентрированной серной кислоты. Еще одним способом является нагревание однородной смеси порошкообразного металлического цинка и карбоната кальция, который высвобождает CO и оставляет оксид цинка и оксид кальция:
Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO
Нитрат серебра и иодоформ также дают окись углерода:
CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI
Координационная химия
Большинство металлов образуют координационные комплексы, содержащие ковалентно присоединенную окись углерода. Только металлы в низших степенях окисления будут соединяться с лигандами окиси углерода. Это связано с тем, что необходима достаточная плотность электронов, чтобы облегчить обратное пожертвование от металлической DXZ-орбитали, к π * молекулярной орбитали из СО. Неподеленная пара на атоме углерода в СО также жертвует электронную плотность в dx²-y² на металле для формирования сигма-связи. Это пожертвование электрона также проявляется цис-эффектом, или лабилизацией СО лигандов в цис-положении. Карбонил никеля, например, образуется путем прямого сочетания окиси углерода и металлического никеля:
Ni + 4 CO → Ni (CO) 4 (1 бар, 55 ° C)
По этой причине, никель в трубке или ее части не должен вступать в длительный контакт с окисью углерода. Карбонил никеля легко разлагается обратно до Ni и СО при контакте с горячими поверхностями, и этот метод используется для промышленной очистки никеля в процессе Монда. В карбониле никеля и других карбонилах, электронная пара на углероде взаимодействует с металлом; окись углерода жертвует электронную пару металлу. В таких ситуациях, окись углерода называется карбонильным лигандом. Одним из наиболее важных карбонил металлов является пентакарбонил железа, Fe (CO) 5. Многие комплексы металл-CO получают путем декарбонилирования органических растворителей, а не из СО. Например, трихлорид иридия и трифенилфосфин реагируют в кипящем 2-метоксиэтаноле или ДМФ, с получением IrCl (CO) (PPh3) 2. Карбонилы металлов в координационной химии обычно изучаются с помощью инфракрасной спектроскопии.
Органическая химия и химия основных групп элементов
В присутствии сильных кислот и воды, окись углерода вступает в реакцию с алкенами с образованием карбоновых кислот в процессе, известном как реакции Коха-Хаафа. В реакции Гаттермана-Коха, арены преобразуются в бензальдегидные производные в присутствии AlCl3 и HCl. Литийорганические соединения (например, бутиллитий) вступают в реакцию с окисью углерода, но эти реакции мало научно применимы. Несмотря на то, что CO реагирует с карбокатионами и карбанионами, он относительно нереакционноспособен к органическим соединениям без вмешательства металлических катализаторов. С реагентами из основной группы, СО проходит несколько примечательных реакций. Хлорирование СО является промышленным процессом, приводящим к образованию важного соединения фосгена. С бораном, СО образует аддукт, H3BCO, который является изоэлектронным с катионом ацилия +. СО вступает в реакцию с натрием, создавая продукты, полученные из связи С-С. Соединения циклогексагегексон или триквиноил (C6O6) и циклопентанепентон или лейконовая кислота (C5O5), которые до сих пор получали лишь в следовых количествах, можно рассматривать как полимеры окиси углерода. При давлении более 5 ГПа, окись углерода превращается в твердый полимер углерода и кислорода. Это метастабильное вещество при атмосферном давлении, но оно является мощным взрывчатым веществом.
Использование
Химическая промышленность
Окись углерода представляет собой промышленный газ, который имеет множество применений в производстве сыпучих химических веществ. Большие количества альдегидов получают путем реакции гидроформилирования алкенов, окиси углерода и Н2. Гидроформилирование в процессе Шелла дает возможность создавать предшественники моющих средств. Фосген, пригодный для получения изоцианатов, поликарбонатов и полиуретанов, производится путем пропускания очищенного монооксида углерода и газообразного хлора через слой пористого активированного угля, который служит в качестве катализатора. Мировое производство этого соединения в 1989 году оценивалось в 2,74 млн тонн.
CO + Cl2 → COCl2
Метанол получают путем гидрогенизации окиси углерода. В родственной реакции, гидрирование окиси углерода связано с образованием связи С-С, как в процессе Фишера-Тропша, где окись углерода гидрогенизируется до жидких углеводородных топлив. Эта технология позволяет преобразовывать уголь или биомассы в дизельное топливо. В процессе Монсанто, окись углерода и метанол реагируют в присутствии катализатора на основе родия и однородной иодистоводородной кислоты с образованием уксусной кислоты. Этот процесс отвечает за большую часть промышленного производства уксусной кислоты. В промышленных масштабах, чистая окись углерода используется для очистки никеля в процессе Монда.
Окраска мяса
Окись углерода используется в модифицированных атмосферных системах упаковки в США, в основном, при упаковке свежих мясных продуктов, таких как говядина, свинина и рыба, чтобы сохранять их свежий внешний вид. Окись углерода соединяется с миоглобином с образованием карбоксимиоглобина, ярко-вишнево-красного пигмента. Карбоксимиоглобин является более стабильным, чем окисленная форма миоглобина, оксимиоглобин, который может окислиться до коричневого пигмента метмиоглобина. Этот стабильный красный цвет может сохраняться гораздо дольше, чем обычное упакованное мясо. Типичные уровни окиси углерода, используемые в установках, использующих этот процесс, составляют от 0,4% до 0,5%. Эта технология впервые признана «в целом безопасной» (GRAS) Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в 2002 году для использования в качестве вторичной упаковочной системы, и не требует маркировки. В 2004 году FDA одобрило CO в качестве основного метода упаковки, заявив, что CO не скрывает запаха порчи. Несмотря на это постановление, остается спорным вопрос о том, маскирует ли этот метод порчу продуктов. В 2007 году, в Палате представителей США был предложен законопроект, предлагающий называть модифицированный процесс упаковки с использованием окиси углерода цветовой добавкой, но законопроект не был принят. Такой процесс упаковки запрещен во многих других странах, включая Японию, Сингапур и страны Европейского Союза.
Медицина
В биологии, окись углерода естественным образом вырабатывается под действием гемоксигеназы 1 и 2 на гем от распада гемоглобина. Этот процесс производит определенное количество карбоксигемоглобина у нормальных людей, даже если они не вдыхают окись углерода. После первого доклада о том, что окись углерода является нормальным нейромедиатором в 1993 году, а также одним из трех газов, которые естественным образом модулируют воспалительные реакции в организме (два других – оксид азота и сероводород), окись углерода получила большое клиническое внимание как биологический регулятор. Во многих тканях, все три газа, как известно, действуют как противовоспалительные средства, вазодилататоры и усилители неоваскулярного роста. Тем не менее, эти вопросы являются сложными, поскольку неоваскулярный рост не всегда полезен, так как он играет определенную роль в росте опухоли, а также в развитии влажной макулодистрофии, заболевания, риск которого увеличивается от 4 до 6 раз при курении (главный источник окиси углерода в крови, в несколько раз больше, чем естественное производство). Существует теория, что в некоторых синапсах нервных клеток, когда откладываются долгосрочные воспоминания, принимающая клетка вырабатывает окись углерода, которая обратно передается к передающей камере, заставляющей её передаваться более легко в будущем. Некоторые такие нервные клетки, как было показано, содержат гуанилатциклазу, фермент, который активируется окисью углерода. Во многих лабораториях по всему миру были проведены исследования с участием монооксида углерода относительно его противовоспалительных и цитопротекторных свойств. Эти свойства могут быть использованы для предотвращения развития ряда патологических состояний, в том числе, ишемического реперфузионного повреждения, отторжения трансплантата, атеросклероза, тяжелого сепсиса, тяжелой малярии или аутоиммунных заболеваний. Были проведены клинические испытания с участием людей, однако их результаты еще не были выпущены.
