Karbonmonoksit
| |||
| |||
| İsimler | |||
|---|---|---|---|
| Tercih edilen IUPAC adı
Karbon monoksit | |||
| Diğer isimler
Karbonik oksit
Karbon protoksit karbon oksit karbon protoksit Karbon mono oksit Karbonlu oksit carbonei oxidum oxyde de carbone Karbon(II) oksit carbonii halitus carboneum oxgenisatum Karbate Karbonil Kohlenoxyd Su gazı Kohlen-wasserstoffgas Baca gazı Rauchgas karbonik yanıcı hava ağır yanıcı hava hidrokarbonat karbonatlı hidrojen beyaz nemli yangın nemi toz gaz aydınlatıcı gaz Dowson Gaz Mond gazı güç gazi üreti̇ci̇ gazi yüksek fırın gazı kömür gazı flojiston | |||
| Tanımlayıcılar | |||
CAS Numarası
|
|||
3D model (JSmol)
|
|||
Beilstein Referans
|
3587264 | ||
| ChEBI | |||
| ChEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| EC Numarası |
| ||
Gmelin Referans
|
421 | ||
| KEGG | |||
| MeSH | Karbon+monoksit | ||
PubChem CID
|
|||
| RTECS numarası |
| ||
| UNII | |||
| BM numarası | 1016 | ||
InChI
| |||
GÜLÜMSEMELER
| |||
| Özellikler | |||
Kimyasal formül
|
CO | ||
| Molar kütle | 28.010 g/mol | ||
| Görünüş | Renksiz gaz | ||
| Koku | Kokusuz | ||
| Yoğunluk |
| ||
| Erime noktası | -205,02 °C (-337,04 °F; 68,13 K) | ||
| Kaynama noktası | -191,5 °C (-312,7 °F; 81,6 K) | ||
Suda çözünürlük
|
27,6 mg/L (25 °C) | ||
| Çözünürlük | kloroform, asetik asit, etil asetat, etanol, amonyum hidroksit, benzende çözünür | ||
Henry'nin yasası
sabit (kH) |
1,04 atm-m3/mol | ||
Manyetik duyarlılık (χ)
|
-9,8-10-6 cm3/mol | ||
Kırılma indisi (nD)
|
1.0003364 | ||
Dipol moment
|
0.122 D | ||
| Termokimya | |||
Isı kapasitesi (C)
|
29,1 J/(K-mol) | ||
Std molar
entropi (S |
197,7 J/(K-mol) | ||
Std entalpi
oluşumu (ΔfH⦵298) |
-110,5 kJ/mol | ||
Std entalpi
yanma (ΔcH⦵298) |
-283,0 kJ/mol | ||
| Farmakoloji | |||
ATC kodu
|
V04CX08 (WHO) | ||
| Tehlikeler | |||
| GHS etiketlemesi: | |||
Piktogramlar
|
  
| ||
Sinyal kelimesi
|
Tehlike | ||
Tehlike bildirimleri
|
H220, H331, H360, H372 | ||
Önlem ifadeleri
|
P201, P202, P210, P260, P261, P264, P270, P271, P281, P304+P340, P308+P313, P311, P314, P321, P377, P381, P403, P403+P233, P405, P501 | ||
| NFPA 704 (yangın elması) |  
3
4
0 | ||
| Parlama noktası | -191 °C (-311,8 °F; 82,1 K) | ||
Otomatik ateşleme
sıcaklık |
609 °C (1,128 °F; 882 K) | ||
| Patlayıcı sınırları | 12.5–74.2% | ||
| Öldürücü doz veya konsantrasyon (LD, LC): | |||
LC50 (medyan konsantrasyon)
|
| ||
LCLo (yayınlanan en düşük)
|
| ||
| NIOSH (ABD sağlık maruziyet limitleri): | |||
PEL (İzin Verilebilir)
|
TWA 50 ppm (55 mg/m3) | ||
REL (Önerilen)
|
| ||
IDLH (Acil tehlike)
|
1200 ppm | ||
| Güvenlik bilgi formu (SDS) | ICSC 0023 | ||
| İlgili bileşikler | |||
Diğer anyonlar
|
Karbon monosülfür | ||
Diğer katyonlar
|
Silikon monoksit Germanyum monoksit Kalay(II) oksit Kurşun (II) oksit | ||
İlgili karbon oksitler
|
Karbondioksit Karbon suboksit Oksokarbonlar | ||
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
 doğrulayın (ne olduğunu   ?)
Bilgi kutusu referansları
| |||
Karbon monoksit (kimyasal formülü CO) renksiz, oldukça zehirli, kokusuz, tatsız, havadan biraz daha az yoğun olan yanıcı bir gazdır. Karbon monoksit, üçlü bağ ile bağlanmış bir karbon atomu ve bir oksijen atomundan oluşur. Oksokarbon ailesinin en basit molekülüdür. Koordinasyon komplekslerinde karbon monoksit ligandı karbonil olarak adlandırılır. Endüstriyel kimyadaki birçok işlemde anahtar bir bileşendir. ⓘ
En yaygın karbon monoksit kaynağı, karbondioksit üretmek için yetersiz oksijen veya ısı mevcut olduğunda karbon içeren bileşiklerin kısmi yanmasıdır. Ayrıca önemli miktarda karbon monoksit üreten ve yayan çok sayıda çevresel ve biyolojik kaynak vardır. İlaçlar, kokular ve yakıtlar da dahil olmak üzere birçok bileşiğin üretiminde önemlidir. Karbon monoksit atmosfere salındığında, iklim değişikliğine katkıda bulunan çeşitli süreçleri etkiler. ⓘ
Karbon monoksit, filogenetik krallıklar arasında önemli biyolojik rollere sahiptir. İnsanlar da dahil olmak üzere birçok organizma tarafından üretilir. Memeli fizyolojisinde karbon monoksit, düşük konsantrasyonların endojen bir nörotransmitter (gazotransmitter) olarak hizmet ettiği ve yüksek konsantrasyonların karbon monoksit zehirlenmesiyle sonuçlanan toksik olduğu klasik bir hormesis örneğidir. Siyanür anyonu CN- ile izoelektroniktir. ⓘ
| Karbonmonoksit ⓘ | |
|---|---|
| |
| Kimyasal Adı | Karbonmonoksit |
| Kimyasal formül | CO |
| Molekül ağırlığı | 28,01 g/mol |
| CAS numarası | 630-08-0 |
| Yoğunluk | 1,2506 kg/m³ |
| Erime noktası | |
| Kaynama noktası | |
| SMILES | |
Renksiz, kokusuz,tatsız bir gazdır. Bazen görüldüğü gibi, sobalarda mavi bir alevle yanar. Çok kuvvetli bir zehirdir. Solunan havada konsantrasyonu artarsa, kana geçer ve oksijenin taşındığı hemoglobine O2'den daha kolay bağlanır. Yani bütün CO'lar bitmeden O2 bağlanamaz. Bu bakımdan oksihemoglobin meydana gelemez ve kanda karboksihemoglobin artar, dokulara oksijen taşınamaz ve hücre ölümü meydana gelir. CO, kanın hemoglobininin merkez atomu demire bağlanarak ölüme sebep olur. Zehirlenme tablosunda başağrısı, görme bozuklukları, uyku hali, zihni bulanıklık ve koma vardır. Yargı kabiliyeti bozulur ve sezgi kaybolur. Sonuçta kalıcı beyin hasarı meydana gelebilir. Ayrıca nevrasteni, depresyon görülebilir. Belirgin iyileşme durumunu oksijensizliğe ikincil gelişen ansefalopati takip edebilir. Organik psikozlar aylarca sürebilir, fakat sonu nispeten iyi biter. Tedavisi basınç altında oksijen solutma olan hiperbarik oksijen tedavisidir. Endüstride jeneratör gazı, su gazı, kuvvet gazı ve hava gazı içinde kullanılır. Yakıt olarak da kullanılmaktadır. Ayrıca sigaranın içinde de bulunur. ⓘ
Tarihçe
Tarih Öncesi
İnsanlar ateşi kontrol etmeyi ilk öğrendikleri M.Ö. 800.000 yıllarından bu yana karbon monoksit ile karmaşık bir ilişki sürdürmüşlerdir. İlk insanlar muhtemelen konutlarına ateşi soktuklarında karbon monoksit zehirlenmesinin toksisitesini keşfetmişlerdir. MÖ 6.000 dolaylarında ortaya çıkan metalürji ve eritme teknolojilerinin Bronz Çağı boyunca erken gelişimi de aynı şekilde insanoğlunu karbon monoksit maruziyetinden rahatsız etmiştir. Karbon monoksitin toksisitesinin yanı sıra, Amerikan yerlileri karbon monoksitin nöroaktif özelliklerini şamanistik ateş başı ritüelleri aracılığıyla deneyimlemiş olabilir. ⓘ
Antik tarih
İlk medeniyetler ateşin kökenini açıklamak için Yunan mitolojisinde ateşi insanlarla paylaşan Prometheus gibi mitolojik hikâyeler geliştirmiştir. Aristoteles (MÖ 384-322) ilk olarak yanan kömürlerin zehirli dumanlar ürettiğini kaydetmiştir. Yunan hekim Galen (MS 129-199) havanın bileşiminde solunduğunda zarar veren bir değişiklik olduğunu düşünmüş ve dönemin diğer pek çok hekimi kömür dumanı toksisitesi bağlamında karbon monoksit hakkında bir bilgi temeli geliştirmiştir. Kleopatra karbon monoksit zehirlenmesinden ölmüş olabilir. ⓘ
Sanayi Devrimi Öncesi
Georg Ernst Stahl 1697 yılında karbon monoksit olduğu düşünülen zehirli buharlara atıfta bulunarak carbonarii halitus'tan bahsetmiştir. Friedrich Hoffmann 1716 yılında kömürden kaynaklanan karbon monoksit zehirlenmesine ilişkin ilk modern bilimsel araştırmayı gerçekleştirmiştir. Herman Boerhaave 1730'larda karbon monoksitin (kömür dumanı) hayvanlar üzerindeki etkisine ilişkin ilk bilimsel deneyleri gerçekleştirmiştir. ⓘ
Joseph Priestley'in 1772'de karbon monoksiti ilk kez sentezlediği kabul edilir. Carl Wilhelm Scheele de benzer şekilde 1773 yılında karbon monoksiti kömürden izole etmiş ve bunun dumanı zehirli hale getiren karbonik varlık olabileceğini düşünmüştür. Torbern Bergman 1775 yılında karbon monoksiti oksalik asitten izole etmiştir. Daha sonra 1776'da Fransız kimyager de Lassone [fr] çinko oksidi kok kömürü ile ısıtarak CO üretti, ancak mavi bir alevle yandığı için gaz halindeki ürünün yanlışlıkla hidrojen olduğu sonucuna vardı. Atmosferik konsantrasyonlar da dahil olmak üzere oksijen varlığında, karbon monoksit mavi bir alevle yanarak karbon dioksit üretir. Antoine Lavoisier 1777'de Lassone ile benzer sonuçsuz deneyler yaptı. Gaz, 1800 yılında William Cruickshank tarafından karbon ve oksijen içeren bir bileşik olarak tanımlanmıştır. ⓘ
Thomas Beddoes ve James Watt 1793'te karbon monoksitin (hidrokarbonat olarak) venöz kanı aydınlattığını fark etti. Watt, kömür dumanının kandaki oksijene karşı bir panzehir görevi görebileceğini öne sürmüş, Beddoes ve Watt da 1796'da hidrokarbonatın hayvan liflerine oksijenden daha fazla yakınlık gösterdiğini belirtmiştir. 1854'te Adrien Chenot da benzer şekilde karbon monoksitin kandaki oksijeni alıp vücut tarafından karbon dioksite oksitlenmesini önermiştir. Karbon monoksit zehirlenmesinin mekanizması yaygın olarak Claude Bernard'a atfedilir. 1846'da başlayan ve 1857'de yayınlanan anılarında Bernard, "atardamar kanının venöz hale gelmesini önler" ifadesini kullanmıştır. Felix Hoppe-Seyler de ertesi yıl benzer sonuçları bağımsız olarak yayınlamıştır. ⓘ
Endüstriyel kimyanın ortaya çıkışı
Karbon monoksit 1900'lerde çok değerli bir reaktif olarak tanınmaya başlamıştır. Üç endüstriyel süreç, endüstrideki gelişimini göstermektedir. Fischer-Tropsch prosesinde, kömür ve ilgili karbon açısından zengin hammaddeler CO aracılığı ile sıvı yakıtlara dönüştürülür. Başlangıçta Alman savaş çabalarının bir parçası olarak yerli petrol eksikliğini telafi etmek için geliştirilen bu teknoloji günümüzde de devam etmektedir. Yine Almanya'da, CO ve hidrojen karışımının olefinlerle birleşerek aldehitler verdiği bulunmuştur. Hidroformilasyon adı verilen bu süreç, yüzey aktif maddeler gibi birçok büyük ölçekli kimyasalın yanı sıra popüler kokular ve ilaçlar olan özel bileşiklerin üretiminde kullanılmaktadır. Örneğin CO, A vitamini üretiminde kullanılır. Monsanto'daki araştırmacılara atfedilen üçüncü bir ana süreçte CO, asetik asit vermek için metanol ile birleşir. Asetik asidin çoğu Cativa prosesi ile üretilir. Hidroformilasyon ve asetik asit sentezleri sayısız karbonilasyon prosesinden ikisidir. ⓘ
Fiziksel ve kimyasal özellikler
Karbon monoksit en basit oksokarbon olup, siyanür anyonu, nitrosonyum katyonu, bor monoflorür ve moleküler azot dahil olmak üzere 10 değerlik elektronuna sahip diğer üçlü bağlı iki atomlu türlerle izoelektroniktir. Molar kütlesi 28,0'dır ve ideal gaz yasasına göre ortalama molar kütlesi 28,8 olan havadan biraz daha az yoğundur. ⓘ
Karbon ve oksijen, net iki pi bağı ve bir sigma bağından oluşan üçlü bir bağ ile birbirine bağlıdır. Karbon atomu ile oksijen atomu arasındaki bağ uzunluğu 112,8 pm'dir. Bu bağ uzunluğu, benzer bir bağ uzunluğuna (109,76 pm) ve neredeyse aynı moleküler kütleye sahip olan moleküler azotta (N2) olduğu gibi üçlü bir bağ ile tutarlıdır. Karbon-oksijen çift bağları önemli ölçüde daha uzundur, örneğin formaldehitte 120,8 pm. Kaynama noktası (82 K) ve erime noktası (68 K) N2'ninkilere (sırasıyla 77 K ve 63 K) çok benzerdir. Bağ ayrışma enerjisi olan 1072 kJ/mol, N2'ninkinden (942 kJ/mol) daha güçlüdür ve bilinen en güçlü kimyasal bağı temsil eder. ⓘ
Karbon monoksitin temel elektronik durumu, eşleşmemiş elektron bulunmadığı için singlet durumdur. ⓘ
Bağlanma ve dipol moment
Karbon ve oksijen birlikte değerlik kabuğunda toplam 10 elektrona sahiptir. Hem karbon hem de oksijen için oktet kuralını takiben, iki atom, organik karbonil bileşiklerinde bulunan olağan çift bağ yerine, üç bağ moleküler orbitalinde altı paylaşılan elektron ile üçlü bir bağ oluşturur. Paylaşılan elektronların dördü oksijen atomundan ve sadece ikisi karbondan geldiğinden, bir bağlanma orbitali oksijenden gelen iki elektron tarafından işgal edilir ve bir datif veya dipolar bağ oluşturur. Bu durum molekülde C←O kutuplaşmasına neden olur; karbon üzerinde küçük bir negatif yük ve oksijen üzerinde küçük bir pozitif yük bulunur. Diğer iki bağ orbitalinin her biri karbondan bir elektron ve oksijenden bir elektron tarafından işgal edilir ve oksijen karbondan daha elektronegatif olduğu için ters C→O polarizasyonuna sahip (polar) kovalent bağlar oluşturur. Serbest karbon monoksit molekülünde, karbon ucunda net bir negatif yük δ- kalır ve molekülün 0,122 D'lik küçük bir dipol momenti vardır. ⓘ
Bu nedenle molekül asimetriktir: oksijen karbondan daha fazla elektron yoğunluğuna sahiptir ve ayrıca karbonun negatif olmasına kıyasla biraz pozitif yüklüdür. Buna karşın, izoelektronik dinitrojen molekülünün dipol momenti yoktur. ⓘ
Karbon monoksitin hesaplanan kesirli bağ mertebesi 2,6'dır, bu da "üçüncü" bağın önemli olduğunu ancak tam bir bağdan biraz daha azını oluşturduğunu gösterir. Dolayısıyla, değerlik bağı açısından, -C≡O+ en önemli yapı iken, :C=O oktet değildir, ancak her atomda nötr bir resmi yüke sahiptir ve ikinci en önemli rezonans katkısını temsil eder. Bu rezonans yapısındaki karbonun yalnız çifti ve divalansı nedeniyle, karbon monoksit genellikle olağanüstü stabilize bir karben olarak kabul edilir. İzosiyanürler, O'nun yerini bir NR (R = alkil veya aril) grubunun aldığı bileşiklerdir ve benzer bir bağlanma şemasına sahiptirler. ⓘ
Karbon monoksit bir ligand olarak hareket ederse, koordinasyon kompleksinin yapısına bağlı olarak dipolün polaritesi oksijen ucunda net bir negatif yük ile tersine dönebilir. Ayrıca aşağıdaki "Koordinasyon kimyası" bölümüne bakınız. ⓘ
Bağ polaritesi ve oksidasyon durumu
Teorik ve deneysel çalışmalar, oksijenin daha yüksek elektronegatifliğine rağmen, dipol momentinin daha negatif karbon ucundan daha pozitif oksijen ucuna işaret ettiğini göstermektedir. Üç bağ aslında güçlü bir şekilde polarize olan polar kovalent bağlardır. Oksijen atomuna doğru hesaplanan polarizasyon σ-bağı için %71 ve her iki π-bağı için %77'dir. ⓘ
Karbon monoksitteki karbonun oksidasyon durumu bu yapıların her birinde +2'dir. Tüm bağ elektronlarının daha elektronegatif olan oksijene ait sayılmasıyla hesaplanır. Sadece karbon üzerindeki iki bağ yapmayan elektron karbona atanır. Bu sayımda, karbonun serbest atomdaki dört elektrona kıyasla molekülde sadece iki değerlik elektronu vardır. ⓘ
Oluşum
Karbon monoksit çeşitli doğal ve yapay ortamlarda ortaya çıkar. Örneğin bitki maddesinin fotokimyasal bozunması yılda tahmini 60 milyar kilogram karbon monoksit üretmektedir. Milyonda parça cinsinden tipik konsantrasyonlar aşağıdaki gibidir:
| Konsantrasyon (ppmv) | Kaynak |
|---|---|
| 0.1 | Doğal atmosfer seviyesi (MOPITT) |
| 0.5–5 | Evlerdeki ortalama seviye |
| 5–15 | Evlerde doğru ayarlanmış gaz sobalarının yakınında, modern araç egzoz emisyonları |
| 17 | Venüs'ün Atmosferi |
| 100–200 | 1975'te Mexico City merkez bölgesinde otomobillerden çıkan egzoz gazı |
| 700 | Mars'ın Atmosferi |
| <1000 | Katalitik konvertörden geçtikten sonra otomobil egzoz dumanı |
| 5,000 | Evdeki odun ateşinden çıkan egzoz |
| 30,000–100,000 | Katalitik konvertör olmadan seyreltilmemiş sıcak araba egzozu |
Atmosferik mevcudiyet
Karbon monoksit (CO) Dünya atmosferinde az miktarda (yaklaşık 80 ppb) bulunur. Geri kalanının çoğu, insan faaliyetleri ve troposferde yılda yaklaşık 5 × 1012 kilogram üreten fotokimyasal reaksiyonlar nedeniyle doğal kaynaklı olarak yayılan organik bileşiklerle kimyasal reaksiyonlardan gelir. Diğer doğal CO kaynakları arasında volkanlar, orman ve çalı yangınları ve fosil yakıtlar gibi çeşitli diğer yanma biçimleri yer almaktadır. Karbon monoksit Dünya'nın mantosunda yüksek basınçlarda erimiş volkanik kayalarda çözünmüş halde bulunduğundan, okyanuslardan ve jeolojik faaliyetlerden de küçük miktarlarda yayılır. Karbon monoksitin doğal kaynakları yıldan yıla çok değişken olduğundan, gazın doğal emisyonlarını doğru bir şekilde ölçmek zordur. ⓘ
Karbon monoksit, metan ve troposferik ozon dahil olmak üzere doğrudan sera gazlarının konsantrasyonlarını yükselterek radyatif zorlama üzerinde dolaylı bir etkiye sahiptir. CO, aksi takdirde metanı yok edecek olan diğer atmosferik bileşenlerle (öncelikle hidroksil radikali, -OH) kimyasal reaksiyona girebilir. Atmosferdeki doğal süreçler yoluyla karbondioksit ve ozona oksitlenir. Karbon monoksit atmosferde kısa ömürlüdür (ortalama ömrü yaklaşık bir ila iki aydır) ve konsantrasyon açısından mekansal olarak değişkendir. ⓘ
Orta troposferdeki uzun ömrü nedeniyle karbon monoksit, kirletici bulutlar için izleyici olarak da kullanılır. ⓘ
Kirlilik
Kentsel kirlilik
Karbon monoksit, bazı kentsel alanlarda, özellikle içten yanmalı motorların egzozundan (araçlar, taşınabilir ve yedek jeneratörler, çim biçme makineleri, elektrikli yıkayıcılar, vb. dahil) ve aynı zamanda çeşitli diğer yakıtların (odun, kömür, odun kömürü, yağ, parafin, propan, doğal gaz ve çöp dahil) eksik yanmasından kaynaklanan geçici bir atmosferik kirleticidir. ⓘ
Büyük CO kirliliği olayları şehirler üzerinde uzaydan gözlemlenebilir. ⓘ
Yer seviyesi ozon oluşumundaki rolü
Karbon monoksit, aldehitlerle birlikte fotokimyasal dumanı oluşturan bir dizi kimyasal reaksiyon döngüsünün bir parçasıdır. Hidroksil radikali (-OH) ile reaksiyona girerek bir radikal ara ürün -HOCO üretir ve bu radikal hidrojenini hızla O2'ye aktararak peroksi radikali (HO2-) ve karbondioksit (CO2) oluşturur. Peroksi radikali daha sonra nitrojen oksit (NO) ile reaksiyona girerek nitrojen dioksit (NO2) ve hidroksil radikali oluşturur. NO2 fotoliz yoluyla O(3P) verir, böylece O2 ile reaksiyonu takiben O3 oluşur. NO2 oluşumu sırasında hidroksil radikali oluştuğu için, karbon monoksit ile başlayan ve ozon oluşumuna yol açan kimyasal reaksiyonlar dizisinin dengesi şöyledir:
- CO + 2O2 + hν → CO2 + O3
(burada hν, dizideki NO2 molekülü tarafından emilen ışık fotonunu ifade eder) ⓘ
NO2'nin yaratılması düşük seviyeli ozon oluşumuna yol açan kritik adım olsa da, ozonla reaksiyona girebilecek NO miktarını azaltarak bu ozonu başka, biraz da birbirini dışlayan bir şekilde artırır. ⓘ
İç mekan kirliliği
Kapalı ortamlarda karbon monoksit konsantrasyonu ölümcül seviyelere yükselebilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde her yıl ortalama 170 kişi otomotiv dışı tüketici ürünleri tarafından üretilen karbon monoksit nedeniyle hayatını kaybetmektedir. Bu ürünler arasında fırınlar, ocaklar, su ısıtıcıları ve gaz ve gazyağı oda ısıtıcıları gibi arızalı yakıt yakan cihazlar; taşınabilir jeneratörler (ve bağlı garajlarda çalışır durumda bırakılan arabalar) gibi motorla çalışan ekipmanlar; şömineler ve evlerde ve diğer kapalı alanlarda yakılan odun kömürü yer almaktadır. Katrina Kasırgası ve 2021 Teksas elektrik krizi gibi şiddetli hava koşullarından kaynaklanan elektrik kesintileri sırasında birçok ölüm meydana gelmiştir. ⓘ
Madencilik
Madenciler karbon monoksitten "beyaz nemli" ya da "sessiz katil" olarak bahsederler. Hem yerüstü madenlerinde hem de yeraltı madenlerinde havalandırmanın yetersiz olduğu kapalı alanlarda bulunabilir. Madencilik faaliyetlerinde en yaygın karbon monoksit kaynakları içten yanmalı motor ve patlayıcılardır; ancak kömür madenlerinde kömürün düşük sıcaklıkta oksidasyonu nedeniyle de karbon monoksit bulunabilir. "Kömür madenindeki kanarya" deyimi, karbon monoksit varlığına dair erken bir uyarıyla ilgilidir. ⓘ
Astronomi
Karbon monoksit, Dünya'nın ötesinde, moleküler hidrojenden sonra yıldızlararası ortamda en yaygın ikinci iki atomlu moleküldür. Asimetrisi nedeniyle, bu polar molekül hidrojen molekülünden çok daha parlak spektral çizgiler üretir ve CO'nun tespit edilmesini çok daha kolay hale getirir. Yıldızlararası CO ilk kez 1970 yılında radyo teleskoplarla tespit edilmiştir. Moleküler hidrojen sadece uzay teleskopları gerektiren ultraviyole ışık kullanılarak tespit edilebildiğinden, şu anda galaksilerin yıldızlararası ortamında genel olarak moleküler gazın en yaygın kullanılan izleyicisidir. Karbon monoksit gözlemleri, çoğu yıldızın içinde oluştuğu moleküler bulutlar hakkında çok fazla bilgi sağlar. ⓘ
Pictor takımyıldızındaki en parlak ikinci yıldız olan Beta Pictoris, kendi türündeki normal yıldızlara kıyasla, yıldızın yakınındaki büyük miktarda toz ve gazdan (karbon monoksit dahil) kaynaklanan aşırı bir kızılötesi emisyon gösterir. ⓘ
Venüs atmosferinde karbon monoksit, karbon dioksitin 169 nm'den daha kısa dalga boylarındaki elektromanyetik radyasyonla fotodisosiyasyonu sonucu oluşur. Neptün'ün uydusu Triton'un yüzeyinde de spektroskopik olarak tespit edilmiştir. ⓘ
Katı karbon monoksit kuyruklu yıldızların bir bileşenidir. Halley Kuyruklu Yıldızı'nın yaklaşık %15'i karbon monoksittir. Oda sıcaklığında ve atmosferik basınçta, karbon monoksit aslında sadece yarı kararlıdır (bkz. Boudouard reaksiyonu) ve aynı durum CO ve CO
2 katıdır, ancak yine de kuyruklu yıldızlarda milyarlarca yıl boyunca var olabilir. Kuyruklu yıldızlardan oluşmuş gibi görünen Plüton'un atmosferinde çok az CO vardır. Bunun nedeni Plüton'un içinde sıvı halde su bulunması (ya da bulunmuş olması) olabilir. ⓘ
Karbon monoksit su ile tepkimeye girerek karbon dioksit ve hidrojen oluşturabilir:
- CO + H2O → H
2 + CO
2 ⓘ
Gaz fazında meydana geldiğinde buna su-gaz kayması reaksiyonu denir, ancak sulu bir çözeltide de (çok yavaş) gerçekleşebilir. Hidrojen kısmi basıncı yeterince yüksekse (örneğin bir yeraltı denizinde), formik asit oluşacaktır:
- CO + H2O → HCOOH ⓘ
Bu reaksiyonlar Plüton'daki gibi sıcaklıklarda bile birkaç milyon yıl içinde gerçekleşebilir. ⓘ
Kimya
Karbon monoksit, kimyanın tüm disiplinlerinde geniş bir işlev yelpazesine sahiptir. Reaktivitenin dört önde gelen kategorisi metal-karbonil katalizi, radikal kimyası, katyon ve anyon kimyalarını içerir. ⓘ
Koordinasyon kimyası
Çoğu metal, kovalent olarak bağlı karbon monoksit içeren koordinasyon kompleksleri oluşturur. Sadece düşük oksidasyon durumundaki metaller karbon monoksit ligandları ile kompleks oluşturacaktır. Bunun nedeni, metal dxz-orbitalinden CO'dan π* moleküler orbitaline geri bağışlamayı kolaylaştırmak için yeterli elektron yoğunluğunun olması gerektiğidir. CO'daki karbon atomu üzerindeki yalnız çift de bir sigma bağı oluşturmak için metal üzerindeki dx²-y²'ye elektron yoğunluğu bağışlar. Bu elektron bağışı aynı zamanda cis etkisi veya cis pozisyonundaki CO ligandlarının labilizasyonu ile de sergilenir. Örneğin nikel karbonil, karbon monoksit ve nikel metalinin doğrudan birleşmesiyle oluşur:
- Ni + 4 CO → Ni(CO)4 (1 bar, 55 °C)
Bu nedenle, herhangi bir boru veya parçadaki nikel karbon monoksit ile uzun süreli temas etmemelidir. Nikel karbonil sıcak yüzeylerle temas ettiğinde kolayca Ni ve CO'ya dönüşür ve bu yöntem Mond işleminde nikelin endüstriyel saflaştırılması için kullanılır. ⓘ
Nikel karbonil ve diğer karbonillerde, karbon üzerindeki elektron çifti metal ile etkileşime girer; karbon monoksit elektron çiftini metale bağışlar. Bu durumlarda karbon monoksit, karbonil ligandı olarak adlandırılır. En önemli metal karbonillerden biri demir pentakarbonil, Fe(CO)5'tir:
Birçok metal-CO kompleksi CO'dan değil, organik çözücülerin dekarbonilasyonu ile hazırlanır. Örneğin, iridyum triklorür ve trifenilfosfin, kaynayan 2-metoksietanol veya DMF içinde reaksiyona girerek IrCl(CO)(PPh3)2'yi verir. ⓘ
Koordinasyon kimyasındaki metal karboniller genellikle kızılötesi spektroskopisi kullanılarak incelenir. ⓘ
Organik ve ana grup kimyası
Güçlü asitler ve su varlığında karbon monoksit, Koch-Haaf reaksiyonu olarak bilinen bir süreçte karboksilik asitler oluşturmak üzere alkenlerle reaksiyona girer. Gattermann-Koch reaksiyonunda, arenler AlCl3 ve HCl varlığında benzaldehit türevlerine dönüştürülür. Organolityum bileşikleri (örneğin bütil lityum) karbon monoksit ile reaksiyona girer, ancak bu reaksiyonların çok az bilimsel kullanımı vardır. ⓘ
CO, karbokatyonlar ve karbanyonlarla reaksiyona girmesine rağmen, metal katalizörlerin müdahalesi olmadan organik bileşiklere karşı nispeten reaktif değildir. ⓘ
Ana grup reaktifleri ile CO birkaç kayda değer reaksiyona girer. CO'nun klorlanması, önemli bileşik fosgene giden endüstriyel yoldur. Boran ile CO, asetilyum katyonu [H3CCO]+ ile izoelektronik olan H3BCO adüktünü oluşturur. CO, sodyum ile reaksiyona girerek sodyum asetilendiolat 2Na+ gibi C-C eşleşmesinden kaynaklanan ürünler verir.
-C
2O2-
2. Erimiş potasyum ile reaksiyona girerek organometalik bir bileşik olan potasyum asetilendiolat 2K+ karışımını verir.
-C
2O2-
2, potasyum benzenheksolat 6K+
C
6O6-
6 ve potasyum rodizonat 2K+
-C
6O2-
6. ⓘ
Şimdiye kadar sadece eser miktarda elde edilen siklohekzanhekzon veya trikinoyl (C6O6) ve siklopentanepenton veya lösonik asit (C5O5) bileşikleri karbon monoksit polimerleri olarak kabul edilebilir. Karbon monoksit, 5 GPa'yı aşan basınçlarda, atmosferik basınçta metastabil olan ancak patlayıcı olan katı bir polimer olan polikarbonile dönüşür. ⓘ
Laboratuvar hazırlığı
Karbon monoksit, örneğin konsantre sülfürik asit ile formik asit veya oksalik asidin dehidrasyonu yoluyla laboratuvarda uygun bir şekilde üretilir. Diğer bir yöntem ise toz çinko metali ve kalsiyum karbonatın samimi bir karışımını ısıtmaktır, bu da CO açığa çıkarır ve geride çinko oksit ve kalsiyum oksit bırakır:
- Zn + CaCO3 → ZnO + CaO + CO ⓘ
Gümüş nitrat ve iyodoform da karbon monoksit verir:
- CHI3 + 3AgNO3 + H2O → 3HNO3 + CO + 3AgI ⓘ
Son olarak, metal oksalat tuzları ısıtıldığında CO açığa çıkar ve yan ürün olarak bir karbonat bırakır:
- Na
2C
2O
4 → Na
2CO
3 + CO ⓘ
Üretim
Termal yanma, karbon monoksit için en yaygın kaynaktır. Karbon monoksit, karbon içeren bileşiklerin kısmi oksidasyonundan üretilir; kapalı bir alanda soba veya içten yanmalı motor çalıştırırken olduğu gibi karbon dioksit (CO2) üretmek için yeterli oksijen olmadığında oluşur. Örneğin, İkinci Dünya Savaşı sırasında, benzin ve dizel yakıtın kıt olduğu bölgelerde motorlu taşıtları çalışır durumda tutmak için karbon monoksit içeren bir gaz karışımı kullanılmıştır. Harici (birkaç istisna dışında) kömür veya odun gazı jeneratörleri takılmış ve gazlaştırma ile üretilen atmosferik nitrojen, hidrojen, karbon monoksit ve az miktarda diğer gazların karışımı bir gaz karıştırıcısına borulanmıştır. Bu işlemle üretilen gaz karışımı odun gazı olarak bilinir. ⓘ
Kimyasalların üretimi için oksidatif işlemler sırasında büyük miktarda CO yan ürünü oluşur. Bu nedenle, proses çıkış gazlarının arıtılması gerekmektedir. Öte yandan, proses koşullarını optimize etmek, daha iyi seçiciliğe sahip katalizör geliştirmek ve hedef ürüne ve yan ürünlere giden reaksiyon yollarını anlamak için önemli araştırma çabaları sarf edilmektedir. ⓘ
Karbon monoksit üretimi için birçok yöntem geliştirilmiştir. ⓘ
Endüstriyel üretim
CO'nun başlıca endüstriyel kaynağı, karbon fazlalığı olduğunda havadaki karbonun yüksek sıcaklıkta yanmasıyla oluşan, çoğunlukla karbon monoksit ve nitrojen içeren bir karışım olan üretici gazıdır. Bir fırında, hava bir kok yatağından geçirilir. Başlangıçta üretilen CO2, kalan sıcak karbon ile dengelenerek CO verir. CO2'nin karbon ile reaksiyona girerek CO vermesi Boudouard reaksiyonu olarak tanımlanır. 800 °C'nin üzerinde CO baskın üründür:
- CO2 (g) + C (s) → 2 CO (g) (ΔHr = 170 kJ/mol) ⓘ
Diğer bir kaynak ise, buhar ve karbonun endotermik reaksiyonu yoluyla üretilen hidrojen ve karbon monoksit karışımı olan "su gazı "dır:
- H2O (g) + C (s) → H2 (g) + CO (g) (ΔHr = 131 kJ/mol) ⓘ
Diğer benzer "sentez gazları" doğal gaz ve diğer yakıtlardan elde edilebilir. ⓘ
Karbon monoksit ayrıca karbon dioksitin katı oksit elektrolizör hücreleri ile yüksek sıcaklıkta elektrolizi ile de üretilebilir. DTU Energy'de geliştirilen bir yöntemde seryum oksit katalizörü kullanılmakta ve katalizörün kirlenmesi gibi bir sorun yaşanmamaktadır. ⓘ
- 2 CO2 → 2 CO + O2 ⓘ
Karbon monoksit aynı zamanda metal oksit cevherlerinin karbon ile indirgenmesinin bir yan ürünüdür ve basitleştirilmiş bir biçimde aşağıdaki gibi gösterilir:
- MO + C → M + CO ⓘ
Karbon monoksit, karbonun sınırlı oksijen veya hava kaynağı içinde doğrudan oksidasyonu ile de üretilir. ⓘ
- 2 C + O2 → 2 CO ⓘ
CO bir gaz olduğu için, indirgeme işlemi, reaksiyonun pozitif (elverişli) entropisinden yararlanılarak ısıtma yoluyla gerçekleştirilebilir. Ellingham diyagramı, CO oluşumunun yüksek sıcaklıklarda CO2'ye göre tercih edildiğini göstermektedir. ⓘ
Kullanım
Kimya endüstrisi
Karbon monoksit, dökme kimyasal üretiminde birçok uygulaması olan endüstriyel bir gazdır. Alkenler, karbon monoksit ve H2'nin hidroformilasyon reaksiyonu ile büyük miktarlarda aldehit üretilir. Hidroformilasyon, deterjan öncülleri vermek için Shell yüksek olefin işlemine bağlanır. ⓘ
İzosiyanatlar, polikarbonatlar ve poliüretanlar hazırlamak için yararlı olan fosgen, saflaştırılmış karbon monoksit ve klor gazının katalizör görevi gören gözenekli aktif karbon yatağından geçirilmesiyle üretilir. Bu bileşiğin dünya üretiminin 1989 yılında 2,74 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir.
- CO + Cl2 → COCl2
Metanol, karbon monoksitin hidrojenasyonu ile üretilir. İlgili bir reaksiyonda, karbon monoksitin hidrojenasyonu, karbon monoksitin sıvı hidrokarbon yakıtlara hidrojenlendiği Fischer-Tropsch işleminde olduğu gibi C-C bağı oluşumuyla birleştirilir. Bu teknoloji kömür veya biyokütlenin dizele dönüştürülmesini sağlar. ⓘ
Cativa prosesinde karbon monoksit ve metanol, homojen bir İridyum katalizörü ve hidroiyodik asit varlığında reaksiyona girerek asetik asit verir. Bu süreç, asetik asidin endüstriyel üretiminin çoğundan sorumludur. ⓘ
Metalürji
Karbon monoksit güçlü bir indirgeyici maddedir ve antik çağlardan beri pirometalurjide cevherlerden metalleri indirgemek için kullanılmaktadır. Karbon monoksit metal oksitlerden oksijeni sıyırarak onları yüksek sıcaklıklarda saf metale indirger ve bu süreçte karbon dioksit oluşturur. Karbon monoksit genellikle reaktöre gaz fazında olduğu gibi verilmez, bunun yerine oksijen taşıyan cevher veya kok gibi karbonlu bir madde ve yüksek sıcaklık varlığında yüksek sıcaklıkta oluşturulur. Yüksek fırın prosesi, karbon monoksit ile cevherden metal indirgeme prosesinin tipik bir örneğidir. ⓘ
Aynı şekilde, yüksek fırının tepesinde toplanan yüksek fırın gazı hala %10 ila %30 arasında karbon monoksit içerir ve Cowper sobalarında ve açık ocak çelik üretiminde Siemens-Martin fırınlarında yakıt olarak kullanılır. ⓘ
Lazerler
Karbon monoksit aynı zamanda yüksek güçlü kızılötesi lazerlerde de ışınlama aracı olarak kullanılmıştır. ⓘ
Mars'ta yakıt olarak kullanılması öneriliyor
Karbon monoksitin Mars'ta yakıt olarak kullanılması önerilmiştir. Karbon monoksit/oksijen motorları, hem karbon monoksit hem de oksijen, metan veya herhangi bir hidrojen bazlı yakıt yapmak için gerekli olan hidrojeni elde etmek için Mars'ın su kaynaklarını kullanmadan, zirkonya elektrolizi ile Mars'ın karbondioksit atmosferinden doğrudan üretilebildiğinden, erken yüzey taşımacılığı kullanımı için önerilmiştir. ⓘ
Biyolojik ve fizyolojik özellikler
Fizyoloji
Karbon monoksit, gaz halinde bir sinyal molekülü olarak görev yapan biyoaktif bir moleküldür. Doğal olarak birçok enzimatik ve enzimatik olmayan yolla üretilir, bunlardan en iyi anlaşılanı hemoglobin gibi hemoproteinlerden türetilen heme üzerindeki heme oksijenazın katabolik etkisidir. 1993'te karbon monoksitin normal bir nörotransmitter olduğuna dair ilk raporun ardından, karbon monoksit biyolojik bir düzenleyici olarak önemli bir klinik ilgi görmüştür. ⓘ
Karbon monoksitin vücuttaki rolü nedeniyle, metabolizmasındaki anormallikler nörodejenerasyonlar, hipertansiyon, kalp yetmezliği ve patolojik inflamasyon dahil olmak üzere çeşitli hastalıklarla ilişkilendirilmiştir. Birçok dokuda, karbon monoksit anti-enflamatuar, vazodilatör ve neovasküler büyümeyi teşvik edici olarak işlev görür. Hayvan modeli çalışmalarında, karbon monoksit deneysel olarak indüklenen bakteriyel sepsis, pankreatit, hepatik iskemi/reperfüzyon hasarı, kolit, osteoartrit, akciğer hasarı, akciğer transplantasyonu reddi ve nöropatik ağrının şiddetini azaltırken cilt yaralarının iyileşmesini de desteklemiştir. Bu nedenle, karbon monoksitin farmasötik ajan ve klinik bakım standardı haline gelmesinin terapötik potansiyeline önemli bir ilgi vardır. ⓘ
Tıp
Karbon monoksit ile ilgili çalışmalar, anti-enflamatuar ve sitoprotektif özellikleri nedeniyle dünya çapında birçok laboratuvarda yürütülmektedir. Bu özellikler, iskemi reperfüzyon hasarı, transplant reddi, ateroskleroz, şiddetli sepsis, şiddetli sıtma veya otoimmünite gibi bir dizi patolojik durumun gelişimini önlemek için kullanılma potansiyeline sahiptir. Birçok farmasötik ilaç dağıtım girişimi, karbon monoksiti güvenli bir şekilde uygulamak için yöntemler geliştirmiş ve müteakip kontrollü klinik çalışmalar karbon monoksitin terapötik etkisini değerlendirmiştir. ⓘ
Mikrobiyoloji
Mikrobiyota karbon monoksiti bir gaz aktarıcı olarak da kullanabilir. Karbon monoksit algılama, CooA gibi proteinler tarafından kolaylaştırılan bir sinyal yoludur. Karbon monoksit algılama için biyolojik rollerin kapsamı hala bilinmemektedir. ⓘ
İnsan mikrobiyomu karbon monoksit üretir, tüketir ve buna yanıt verir. Örneğin, bazı bakterilerde karbon monoksit, karbon monoksit dehidrojenaz enzimi tarafından karbon dioksitin indirgenmesi yoluyla üretilir ve sonraki hücresel işlemlere güç sağlamak için uygun biyoenerjetiklere sahiptir. Başka bir örnekte, karbon monoksit, hidrojen kullanarak onu metana indirgeyen metanojenik arkeler için bir besin maddesidir. ⓘ
Karbon monoksit, bulaşıcı hastalıklara karşı tedavi için çalışılan belirli antimikrobiyal özelliklere sahiptir. ⓘ
Gıda bilimi
Karbon monoksit, ABD'de modifiye atmosfer paketleme sistemlerinde, özellikle sığır eti, domuz eti ve balık gibi taze et ürünlerinde taze görünmelerini sağlamak için kullanılmaktadır. Faydası iki yönlüdür; karbon monoksit mikrobiyal bozulmaya karşı koruma sağlar ve tüketici çekiciliği için et rengini geliştirir. Karbon monoksit miyoglobin ile birleşerek parlak kiraz kırmızısı bir pigment olan karboksimiyoglobini oluşturur. Karboksimiyoglobin, kahverengi pigment metmiyoglobine oksitlenebilen oksijenli miyoglobin formu olan oksimiyoglobinden daha stabildir. Bu stabil kırmızı renk normal paketlenmiş ete göre çok daha uzun süre kalabilir. Bu işlemi kullanan tesislerde kullanılan tipik karbon monoksit seviyeleri %0,4 ile %0,5 arasındadır. ⓘ
Bu teknolojiye ilk olarak 2002 yılında ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından ikincil paketleme sistemi olarak kullanılmak üzere "genel olarak güvenli kabul edilen" (GRAS) statüsü verilmiştir ve etiketleme gerektirmez. 2004 yılında FDA, CO'nun bozulma kokusunu maskelemediğini beyan ederek CO'yu birincil paketleme yöntemi olarak onaylamıştır. Süreç şu anda Japonya, Singapur ve Avrupa Birliği de dahil olmak üzere diğer birçok ülkede izinsizdir. ⓘ
Zehirlilik
Karbon monoksit zehirlenmesi birçok ülkede en yaygın ölümcül hava zehirlenmesi türüdür. Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri, her yıl birkaç bin kişinin karbon monoksit zehirlenmesi nedeniyle tedavi olmak için hastane acil servislerine gittiğini tahmin etmektedir. Florida Sağlık Bakanlığı'na göre, "her yıl 500'den fazla Amerikalı kazara karbon monoksite maruz kaldığı için ölmekte ve ABD genelinde binlerce kişi de ölümcül olmayan karbon monoksit zehirlenmesi nedeniyle acil tıbbi bakıma ihtiyaç duymaktadır." Amerikan Zehir Kontrol Merkezleri Birliği (AAPCC) 2007 yılında 39 ölümle sonuçlanan 15.769 karbon monoksit zehirlenmesi vakası bildirmiştir. CPSC 2005 yılında 94 jeneratör bağlantılı karbon monoksit zehirlenmesi ölümü bildirmiştir. ⓘ
Karbon monoksit renksiz, kokusuz ve tatsızdır. Bu nedenle nispeten tespit edilemez. Gaz değişimini potansiyel olarak etkileyen karboksihemoglobin üretmek için hemoglobin ile kolayca birleşir; bu nedenle maruz kalma oldukça toksik olabilir. 667 ppm kadar düşük konsantrasyonlar vücuttaki hemoglobinin %50'sine kadarının karboksihemoglobine dönüşmesine neden olabilir. 50 karboksihemoglobin seviyesi nöbet, koma ve ölümle sonuçlanabilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde OSHA, 50 ppm'in üzerindeki uzun süreli işyeri maruziyet seviyelerini sınırlamaktadır. ⓘ
Karbon monoksit oksijen iletimini etkilemenin yanı sıra miyoglobin ve mitokondriyal sitokrom oksidaz gibi diğer hemoproteinlere, metalik ve metalik olmayan hücresel hedeflere bağlanarak birçok hücre operasyonunu etkiler. ⓘ
Silahlanma
Antik tarihte Hannibal, İkinci Pön Savaşı sırasında Romalı mahkumları kömür dumanı ile infaz etmiştir. ⓘ
Karbon monoksit, Holokost sırasında bazı imha kamplarında, en önemlisi Chełmno'daki gaz minibüslerinde ve Action T4 "ötenazi" programında soykırım için kullanılmıştır. ⓘ