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一氧化碳

中文名稱:一氧化碳

英文名稱:carbon monoxide

化 學 式 :CO

分 子 量 :28.0101

熔       點:-205℃

沸       點:-191.5℃(101.325 kPa)

外       觀:無色無味氣體

閃       點:低於-50℃ 應

氣態密度:1.2504 g/L(0℃,101.325 kPa)

液態密度:789 g/L(-191.5℃,101.325 kPa)

安全性描述:S45;S53

危險性描述:R12;R23;R61;R48/20

CAS登錄號:630-08-0

EINECS登錄號:211-128-3

一氧化碳(carbon monoxide),一種碳氧化合物,化學式為CO,化學式量為28.0101,通常狀況下為是無色、無臭、無味的氣體。物理性質上,一氧化碳的熔點為-205℃,沸點為-191.5℃,難溶於水[1](20℃時在水中的溶解度為0.002838 g   ),不易液化和固化。化學性質上,一氧化碳既有還原性,又有氧化性,能發生氧化反應(燃燒反應)、歧化反應等。

同時具有毒性,較高濃度時能使人出現不同程度中毒症狀,危害人體的腦、及其他組織,中毒機理是一氧化碳與血紅蛋白的親合力比氧與血紅蛋白的親合力高200~300倍,所以一氧化碳極易與血紅蛋白結合,形成碳氧血紅蛋白,使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用,造成組織窒息。對全身的組織細胞均有毒性作用,尤其對大腦皮質的影響最為嚴重。一氧化碳是無色、無臭、無味的氣體,故易於忽略而致中毒。

研究簡史

古希臘時代,哲學家亞里士多德(Aristotle,前384年-前322年)曾記錄了燃燒的煤炭散發有毒煙氣(toxic fumes)的現象。當時有這樣一種執行死刑的方法:將罪犯關在一間浴室,並在浴室內放置文火燃燒的煤炭(smouldering coals)。對此,古希臘醫生蓋倫(Galen,129年-199年)推測,由於浴室內空氣的組成(composition)發生了變化,因此呼入後會對人體造成傷害。

之後,比利時化學家海爾蒙特(即揚·巴普蒂斯塔·范·海爾蒙特,Jan Baptista van Helmont,1580年-1644年)曾在實驗中研究燃燒木炭和其他可燃物生成的碳氣(gas carbonum),發現由文火燃燒的木炭(smouldering charcoal)產生的一種有毒氣體能危及自己的生命,並記述了自己被燃燒的木炭的煙熏時的症狀——一氧化碳中毒的症狀。

1801年,《尼克森雜誌》(Nicholson’s Journal)上發表了蘇格蘭化學家克魯克尚克(即威廉·康伯蘭·克魯克尚克,William Cumberland Cruikshank,1745年-1800年6月27日,又譯「威廉·克魯克香克」 等)的2篇報告,證明了普里斯特利所謂的「可燃空氣」是由碳元素氧元素組成的化合物。

1846年,法國生理學家克勞德·伯納德(Claude Bernard,1813年-1878年)讓吸入一氧化碳氣體,發現狗的血液「變得比任何動脈中的血都要鮮紅」,這是最早對一氧化碳毒性進行的研究(血液變成「櫻桃紅色」的現象後來被證實為是一氧化碳中毒的特有的臨床症狀[2])。

主要用途

1.一氧化碳是合成氣和各類煤氣的主要組分,是有機化工的重要原料,是C1化學的基礎,由它可製造一系列產品,例如甲醇乙酸光氣等,在治金工業中用作還原劑[3]。目前已工業化的C1化學生產技術主要有:(1)乙酸合成。(2)乙酐合成。(3)草酸合成。(4)費托合成。(5)莫比爾法。2.主要用於化學合成,如合成甲醇、光氣等,用作燃料及精煉金屬的還原劑。

應用領域

化學工業

在化學工業中,一氧化碳是一碳化學的基礎。作為合成氣和各類煤氣的主要組分,一氧化碳是合成一系列基本有機化工產品和中間體的重要原料,由一氧化碳出發,可以製取幾乎所有的基礎化學品,如、光氣以及烷烴烯烴等。同時,利用一氧化碳與過渡金屬反應生成羰絡金屬羰絡金屬衍生物的性質,可以製備有機化工生產所需的各類均相反應催化劑。此外,一氧化碳可在聚乙稀聚合反應中用作終止劑。

冶金工業

在冶金工業中,利用羰絡金屬的熱分解反應,一氧化碳可用於從原礦中提取高純鎳,也可以用來獲取高純粉末金屬(如鋅白顏料)、生產某些高純金屬膜(如鎢膜和鉬膜等)。同時,一氧化碳可用作精煉金屬的還原劑 ,如在煉鋼高爐中用於還原鐵氧化物(方程式見「理化性質·化學性質」);而在多晶態鑽石膜的生產中,則可用研究級一氧化碳(≥99.99%)為化學氣相沉積工藝過程提供碳源。此外,一氧化碳和氫氣組成的混合物(合成氣)可用於生產某些特殊的鋼,如直接還原鐵礦石生產海綿鐵[4]

其他方面

除了化學工業和冶金工業兩方面的應用外,一氧化碳還可用作燃料 ,高純一氧化碳則主要用作標準氣體,一氧化碳激光器,環境監測及科學研究中 。其中,一氧化碳標準氣體可應用於石油化工工藝控制儀器的校準和檢測、石油化工產品質量的控制、環境污染物檢測、汽車尾氣排放檢測、礦井用報警器的校準、各種工廠尾氣的檢測、醫療儀器校驗、電力系統變壓器油質量檢測、空分產品質量控制、交通安全檢測儀器的校正、地質勘探地震監測、冶金分析、燃氣具實驗與熱值分析、化肥工業儀器儀表校準等。

毒理資料

主要來源

一氧化碳是一種大氣污染物,在大氣中數量最多、分布最廣,是、石油等含碳物質不完全燃燒的產物,其生成機理為:RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO(R表示碳氫自由基團)。主要來源於冶金工業中煉焦、煉鐵等生產過程;化學工業中合成氨、甲醇等生產過程;礦井放炮和煤礦瓦斯爆炸事故;汽車等交通工具尾氣的排放;鍋爐中燃料的不完全燃燒;家庭居室中煤爐產生的煤氣或液化氣管道漏氣以及火山爆發、森林火災、地震等自然災害中一氧化碳的釋放。此外,高層大氣的化學反應、二氧化碳的輕微解離作用及動物新陳代謝過程中也會產生少量的一氧化碳。

大氣對流層中一氧化碳的濃度約為0.1~2ppm(1 ppm=10-6,表示體積分數。由於一氧化碳的氣態密度為1.2504 kg/m3,故體積分數為1 ppm時,一氧化碳的濃度為1.2504×10-6kg/m3=1.2504 mg/m3 ),這種含量對人體無害。但由於世界各國交通運輸事業、工礦企業不斷發展,煤和石油等燃料的消耗量持續增長,一氧化碳的排放量也隨之增多。

中毒機理

一氧化碳是無色,無臭,無味氣體,但吸入對人體有十分大的傷害。它會結合血紅蛋白生成碳氧血紅蛋白,碳氧血紅蛋白不能提供氧氣給身體組織。這種情況被稱為血缺氧。濃度高至667ppm可能會導致高達50%人體的血紅蛋白轉換為碳合血紅蛋白,可能會導致昏迷和死亡。而香煙中亦含有一氧化碳。 最常見的一氧化碳中毒症狀,如頭痛,噁心,嘔吐,頭暈,疲勞和虛弱的感覺。一氧化碳中毒中毒症狀包括視網膜出血,以及異常櫻桃紅色的血。 暴露在一氧化碳中可能嚴重損害心臟中樞神經系統,會有後遺症。一氧化碳可能令孕婦胎兒產生嚴重的不良影響。

中毒症狀

一氧化碳中毒症狀表現在以下幾個方面:

一是輕度中毒。 患者可出現頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、噁心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥。血中碳氧血紅蛋白含量達10%~20%。

二是中度中毒。除上述症狀加重外,口唇、指甲、皮膚粘膜出現櫻桃紅色,多汗,血壓先升高後降低,心率加速,心律失常,煩躁,一時性感覺和運動分離(即尚有思維,但不能行動)。症狀繼續加重,可出現嗜睡、昏迷。血中碳氧血紅蛋白約在30%~40%。經及時搶救,可較快清醒,一般無併發症和後遺症。

三是重度中毒。患者迅速進入昏迷狀態。初期四肢肌張力增加,或有陣發性強直性痙攣;晚期肌張力顯著降低,患者面色蒼白或青紫,血壓下降,瞳孔散大,最後因呼吸麻痹而死亡。經搶救存活者可有嚴重合併症及後遺症。

後遺症

中、重度中毒病人有神經衰弱、震顫麻痹、偏癱、偏盲、失語、吞咽困難、智力障礙、中毒性精神病或去大腦強直。部分患者可發生繼發性腦病。

防護措施

家庭防護:冬季取暖季節,應宣傳普及預防知識,防止生活性一氧化碳中毒事故的發生[5]

公共防護:在生產場所中,應加強自然通風,防止輸送管道和閥門漏氣。有條件時,使用或可能產生一氧化碳的生產裝置,家庭、公共場所等應在適當位置安裝一氧化碳報警設備。礦井放炮後,應嚴格遵守操作規程,必須通風20分鐘後方可進入工作。進入一氧化碳濃度較高的環境內,須戴供氧式防毒面具進行操作。

呼吸系統防護:空氣中濃度超標時,佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩)。緊急事態搶救或撤離時,建議佩戴空氣呼吸器、一氧化碳過濾式自救器。

眼睛防護:一般不需特殊防護,接觸高濃度一氧化碳時可戴安全防護眼鏡。

身體防護:穿防靜電工作服。

手防護:戴一般作業防護手套。

其他防護:工作現場嚴禁吸煙。實行就業前和定期的體檢。避免吸入高濃度一氧化碳。進入罐、限制性空間或其他高濃度區作業,須有人監護。

應急措施

1.急救措施

(1)立即打開門窗通風,迅速將患者轉移至空氣新鮮流通處,臥床休息,保持安靜並注意保暖。

(2)確保呼吸道通暢。對於噁心、嘔吐等症狀嚴重的,要儘可能清除患者口中的嘔吐物或痰液,將頭偏向一側,以免嘔吐物阻塞呼吸道引起窒息或吸入性肺炎。

(3)對抽搐或神志不清以致昏迷的患者,可在其頭部置冰袋,以減輕腦水腫,並及時送醫院搶救,最好請救護站送到有高壓氧艙設備的醫院。

視頻

一氧化碳 相關視頻

一氧化碳的介紹
一氧化碳的性質和用途
一氧化碳中毒的原理
一氧化碳中毒症狀及處理

參考文獻