Что такое угарный газ? его свойства и формула. чем опасен угарный газ для человека?

Оксид углерода(II) в атмосфере Земли

Содержание CO в атмосфере Земли по данным MOPITT

Различают природные и антропогенные источники поступления в атмосферу Земли. В естественных условиях, на поверхности Земли, CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров. Оксид углерода(II) образуется в почве как биологическим путём (выделение живыми организмами), так и небиологическим. Экспериментально доказано выделение оксида углерода(II) за счёт обычных в почвах фенольных соединений, содержащих группы OCH₃ или OH в орто- или пара-положениях по отношению к первой гидроксильной группе.

Общий баланс продуцирования небиологического CO и его окисления микроорганизмами зависит от конкретных экологических условий, в первую очередь от влажности и значения pH. Например, из аридных почв оксид углерода(II) выделяется непосредственно в атмосферу, создавая таким образом локальные максимумы концентрации этого газа.

В атмосфере СО является продуктом цепочек реакций с участием метана и других углеводородов (в первую очередь, изопрена).

Основным антропогенным источником CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Оксид углерода образуется при сгорании углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления CO в CO₂). В прошлом значительную долю антропогенного поступления CO в атмосферу обеспечивал светильный газ, использовавшийся для освещения помещений в XIX веке. По составу он примерно соответствовал водяному газу, то есть содержал до 45 % оксида углерода(II). В коммунальной сфере не применяется в виду наличия значительно более дешёвого и энергоэффективного аналога — природного газа.

Поступление CO от природных и антропогенных источников примерно одинаково.

Оксид углерода(II) в атмосфере находится в быстром круговороте: среднее время его пребывания составляет около 0,1 года. Основной канал потери CO — окисление гидроксилом до диоксида углерода.

Как лечится отравление угарным газом

Гемоглобин любит окись углерода и связывается с ней примерно в 230 раз сильнее, чем с кислородом, что является проблемой, поскольку окись углерода не приносит никакой пользы организму. Для отравления угарным газом в воздухе, которым вы дышите, не требуется много угарного газа, а для его избавления требуется много кислорода, и именно в этом заключается лечение.

  Астма: причины, признаки и симптомы у взрослых, лечение

Традиционное лечение

Отравление угарным газом — это не то, что вы можете лечить дома. Требуется, как минимум, 100-процентная концентрация кислорода в течение нескольких часов, чтобы очистить кровоток от окиси углерода. Отравление угарным газом — это ситуация, которая всегда требует звонка на номер 112.

Основное лечение от отравления угарным газом заключается в введении высокоточного кислорода с помощью дыхательной маски — кислородной маски с пластиковым мешком, свисающим с нее — до тех пор пока моноксид углерода, присоединенный к гемоглобину, не сменится кислородом.

Период полураспада — это измерение времени, необходимого для устранения половины вещества в организме. Период полураспада монооксида углерода без использования кислорода составляет 320 минут — более пяти часов для снижения уровня наполовину. При такой скорости удаления окиси углерода займет около суток.

Введение пациенту 100-процентного кислорода сокращает период полувыведения до 74 минут, что означает, что пациенту с умеренным воздействием все еще потребуется более пяти часов для достижения приемлемых уровней содержания окиси углерода в крови. Пациенты с отравлением монооксидом углерода проводят много времени, сидя в отделении неотложной помощи, вдыхая чистый кислород.

Гипербарическая кислородная терапия

Другой вариант терапии состоит в том, чтобы вводить кислород под давлением в гипербарической камере, которая по существу представляет собой круглую камеру, в которой пациент лежит и вдыхает 100% кислорода при давлениях, в 1,5-2 раза превышающих нормальное атмосферное давление.

В гипербарической камере кислородная терапия может сократить период полувыведения окиси углерода примерно до 20 минут.

К сожалению, гипербарические камеры не всегда легкодоступны, особенно в сельской местности. Даже в районах, где есть доступ к гипербарической кислородной терапии, организация лечения может занять пару часов.

Учитывая, что пациент будет получать традиционное кислородное лечение в течение периода ожидания, преимущество более быстрого лечения может быть уже потеряно. Кроме того, если воздействие монооксида углерода воздействует на нескольких пациентов, то в гипербарической камере можно лечить только по одному пациенту за раз.

Где используется разница массы?

Зная, что тяжелее – воздух или углекислый газ, можно предположить, что последний всегда стремится вниз. И это можно использовать на практике. Например, применяется данный эффект водолазами при погружении с колпаком. Запас воздуха здесь ограничен, и, если бы углекислый газ смешивался с ним равномерно, дыхание было бы затруднено. Но его избыток преимущественно выделяется и опускается ниже, позволяя человеку легко дышать.

Применяется этот эффект и при пожаротушении. Углекислым газом заправляют специальные огнетушители – углекислотные. Когда сжиженный газ вырывается из раструба, он тут же расширяется примерно в 400-500 раз, заодно охлаждаясь на 72 градуса. Уже этого достаточно, чтобы многие горящие предметы потухли. Но тяжелый газ расползается по полу и горящим предметам, вытесняя воздух. Так как СО2 не поддерживает горение, то пламя, оставшись без подпитки кислородом, просто гаснет.

Отравление угарным газом

Окись углерода – одно из самых опасных веществ. При отравлении происходит интоксикация организма, сопровождающаяся ухудшением общего состояния человека

Очень важно вовремя распознать признаки отравления угарным газом. Результат лечения зависит от уровня вещества в организме и от того, как скоро подоспела помощь

В этом деле счет идет на минуты – пострадавший может или вылечиться окончательно, или остаться больным навсегда (все зависит от скорости реагирования спасателей).

Симптомы

В зависимости от степени отравления могут наблюдаться головные боли, головокружения, шум в ушах, учащенное сердцебиение, тошнота, одышка, мерцание в глазах, общая слабость. Часто наблюдается сонливость, что особенно опасно, когда человек находится в загазованном помещении. При попадании в органы дыхания большого количества ядовитых веществ наблюдаются судороги, потеря сознания, в особо тяжелых случаях – кома.

Первая помощь при отравлении угарным газом

Пострадавшему на месте должна быть оказана доврачебная помощь при отравлении угарным газом. Надо незамедлительно переместить его на свежий воздух и вызвать врача. Следует помнить и о своей безопасности: заходить в помещение с источником этого вещества надо только глубоко вдохнув, внутри не дышать. Пока не приехал врач надо облегчить доступ кислорода к легким: расстегнуть пуговицы, снять или ослабить одежду. Если потерпевший потерял сознание и перестал дышать, необходима искусственная вентиляция легких.

Антидот при отравлении

Специальное противоядие (антидот) при отравлении окисью углерода – это медикаментозный препарат, который активно препятствует образованию карбоксигемоглобина. Действие антидота приводит к снижению потребности организма в кислороде, поддержке органов, чувствительных к недостатку кислорода: головного мозга, печени и др. Вводится внутримышечно дозировкой 1 мл сразу после извлечения больного из зоны с высокой концентрацией ядовитых веществ. Повторно можно вводить антидот не ранее чем через час после первого введения. Допускается его использование для профилактики.

Лечение

В случае легкого воздействия окисью углерода лечение проводится амбулаторно, в тяжелых случаях больной госпитализируется. Уже в карете скорой помощи ему дается кислородная подушка или маска. В тяжелых случаях, чтобы дать организму большую дозу кислорода, пациента помещают в барокамеру. Внутримышечно вводится антидот. Уровень газа в крови постоянно контролируется. Дальнейшая реабилитация медикаментозная, действия врачей направлены на восстановление работы головного мозга, сердечно-сосудистой системы, легких.

Последствия

Воздействие угарным углеродом на организм может стать причиной серьезных заболеваний: изменяются работоспособность мозга, поведение, сознание человека, появляются необъяснимые головные боли. Особенно влиянию вредных веществ подвержена память – та часть головного мозга, которая отвечает за переход кратковременной памяти в долговременную. Последствия отравления угарным газом больной может почувствовать только спустя несколько недель. Большинство пострадавших полностью восстанавливаются после периода реабилитации, но некоторые ощущают последствия всю жизнь.

Свойства токсичного вещества

В природе и свойствах угарного газа нет ничего необычного. По сути, это продукт частичного окисления угля или угольсодержащих видов топлива. Формула угарного газа проста и незамысловата – СО, в химических терминах — монооксид углерода. Один атом углерода соединен с атомом кислорода. Так уж устроена природа процессов горения органического топлива, что угарный газ является неотъемлемой частью любого пламени.

Угли, родственные им виды топлива, торф, дрова при нагреве в топке газифицируются в угарный газ, и только потом дожигаются притоком воздуха. Если угар просочился из камеры горения в помещение, то он будет оставаться в стабильном состоянии до момента, когда вентиляцией угарный поток будет вынесен из комнаты или накапливаться, заполняя все пространство, от пола до потолка. В последнем случае спасти положение может только электронный датчик угарного газа, реагирующий на малейшее повышение концентрации токсичного угара в атмосфере помещения.

Что необходимо знать об угарном газе:

• В стандартных условиях плотность угарного газа – 1,25 кг/м 3 , что очень близко к удельному весу воздуха 1,25 кг/м 3 . Горячий и даже теплый монооксид легко поднимается под потолок, по мере остывания оседает и перемешивается с воздухом;
• Угарный газ не имеет вкуса, цвета и запаха, даже в условиях высокой концентрации;
• Для начала образования угарного газа достаточно нагреть металл, контактирующий с углеродом, до температуры в 400-500 о С;
• Газ способен гореть в воздухе с выделением большого количества тепла, примерно 111 кДж/моль.

Опасно не только вдыхание угарного газа, газовоздушная смесь способна взрываться при достижении объемной концентрации от 12,5% до 74%. В этом смысле газовая смесь похожа на бытовой метан, но гораздо опаснее сетевого газа.

Метан легче воздуха и менее токсичен при вдыхании, кроме того, благодаря добавке в газовый поток специальной присадки – меркаптана, его наличие в помещении легко уловить по запаху. При небольшой загазованности кухни можно без последствий для здоровья войти в помещение и проветрить его.

С угарным газом все сложнее. Близкое родство СО и воздуха препятствует эффективному удалению токсичного газового облака. По мере охлаждения облако газа будет постепенно оседать в области пола. Если сработал датчик угарного газа, или обнаружилась утечка продуктов горения из печи или котла на твердом топливе, необходимо немедленно принимать меры к проветриванию, иначе первыми пострадают дети и домашние питомцы.

Подобное свойство угарного облака ранее широко использовалось для борьбы с грызунами и тараканами, но эффективность газовой атаки значительно ниже современных средств, а риск заработать отравление несоизмеримо выше.

К сведению!
Газовое облако СО, при отсутствии вентиляции, способно сохранять свои свойства без изменений длительное время.

При наличии подозрения в накоплении угарного газа в подвальных помещения, подсобках, котельных, погребах первым делом необходимо обеспечить максимальное проветривание с кратностью газообмена 3-4 единицы в течение часа.

Лечение в условиях стационара

Еще до приезда в стационар, бригада «неотложки» оказывает первую медпомощь при отравлении угарным газом. Больному надевают кислородную маску, делают внутривенные инъекции для снятия интоксикации, а также вводят другие препараты в зависимости от его состояния. В тяжелых случаях проводятся реанимационные действия.

Лечение в стационаре зависят о степени отравления. Пациента могут поместить в отделение интенсивной терапии, а в тяжелом случае – в реанимацию. При отравлении СО основное лечение предполагает выведение из организма карбоксимоглобина. С этой целью пациента помещают в кислородную барокамеру, чтобы организм освободился от карбоксимоглобина и насытился кислородом. Дополнительно больному проводится курс внутривенного ведения препаратов для дальнейшей детоксикации. Если наблюдаются симптомы поражения других органов, назначается дополнительное лечение. Время пребывания в стационаре полностью зависит от состояния пациента, а также возможных осложнений после отравления.

Еще раз напомним — от своевременного оказания медицинской помощи зависит жизнь человека!

Угарный газ, или монооксид углерода (химическая формула CO) – это крайне ядовитый бесцветный газ. Он является обязательным продуктом неполного сгорания углеродосодержащих веществ: определяется в автомобильных выхлопных газах, сигаретном дыме, в дыме при пожарах и т. д. Запаха у угарного газа нет, поэтому выявить его наличие и оценить концентрацию во вдыхаемом воздухе без приборов невозможно.

Попадая в кровь, монооксид углерода вытесняет кислород из связи с дыхательным белком гемоглобином и тормозит функционирование активных центров, отвечающих за образование нового гемоглобина, тем самым вызывая острое кислородное голодание тканей. Помимо этого, угарный газ нарушает протекание окислительных процессов в организме.

Угарный газ, обладающий высоким сродством к дыхательному белку, присоединяется к нему намного активнее кислорода. Например, если концентрация СО во вдыхаемом воздухе всего 0,1% от общего объема (соотношение монооксида углерода и кислорода 1:200 соответственно), гемоглобин будет связывать равные количества обоих газов, т. е. половина циркулирующего в системном кровотоке дыхательного белка будет занята угарным газом.

Распад молекулы карбоксигемоглобина (гемоглобин-угарный газ) происходит приблизительно в 10000 раз медленнее, чем молекулы оксигемоглобина (гемоглобин-кислород), что обуславливает опасность и тяжесть отравления.

Выхлопные газы автомобиля максимально содержат 13,5% угарного газа, в среднем 6-6,5%. Так, маломощный мотор в 20 л. с. продуцирует до 28 литров СО в минуту, создавая в замкнутом помещении (гараж, ремонтный бокс) смертельную концентрацию газа в воздухе в течение 5 минут.

Характерные симптомы отравления появляются через 2–6 ч вдыхания воздуха, содержащего 0,22-0,23 мг угарного газа на 1 литр; тяжелое отравление с потерей сознания и смертельным исходом может развиться через 20-30 мин при концентрации монооксида углерода 3,4–5,7 мг/л и через 1-3 мин при концентрации яда 14 мг/л.

Отравление угарным газом чаще всего происходит в следующих случаях:

• неправильная эксплуатация или неисправность печного оборудования, газовых отопительных приборов;
• пребывание в невентилируемом замкнутом помещении при включенном автомобильном двигателе;
• пожар;
• тление электропроводки, бытовых приборов, деталей интерьера и мебели;
• нарушение техники безопасности при работе на химическом производстве, где используется монооксид углерода.

Вероятность отравления прямо пропорциональна концентрации угарного газа во вдыхаемом воздухе и времени его воздействия на организм.

Описание и история создания угарного газа

Монооксид углерода – второе и научное название угарного газа. При средней температуре и нормальном давлении он легче атмосферного воздуха. У СО нет ни запаха, ни вкуса, поэтому обнаружить его очень сложно.

В 1776 году химик из Франции Жак де Лассон провел научный опыт. Он нагрел уголь и оксид цинка, в результате чего и был получен монооксид углерода (СО). При сгорании он окрашивался в синий цвет, из-за чего был принят за водород.

В 1800 году в Англии ученый Вильям Крюйкшенк опытным путем выяснил, что в состав СО входят не только углерод, но и кислород. Во Франции в 1846 году были проведены опыты на собаках, целью которых стало исследование токсичности этого соединения.

Химико-физические свойства

При нагревании монооксид углерода проявляет ярко выраженные восстановительные свойства, однако при обычных условиях (отсутствие высокого давления и температуры) он не взаимодействует с водой, щелочью и кислотами.

При высоком давлении и температуре СО вступает в реакцию с некоторыми оксидами, восстанавливая их до металлов, а также с щелочами и водой. В результате такого взаимодействия получают различные вещества (муравьинокислый натрий, фосген, сероксид углерода и другие соединения).

Получение и применение

Угарный газ получают несколькими способами:

1. Промышленный. При горении углеродистых соединений образуется дефицит кислорода, благодаря чему начинает выделяться угарный газ. В домашних условиях он образуется при сжигании дров в топке печи, если заслонка была закрыта рано. Также газ получают с помощью газогенераторов. Для этого водяной пар или воздух пропускают через слой раскаленного угля.
2. Лабораторный. При этом способе газ получают с помощью горячей серной кислоты. Этим веществом воздействуют на муравьиную кислоту. Также СО выделяется во время нагревания смеси из щавелевой и серной кислот.

Угарный газ используют для получения некоторых органических спиртов. Он является основной составляющей водяного газа, который используется в качестве топлива для автомобилей с газогенераторными двигателями.

В пищевой промышленности такой газ используется для обработки рыбы и мяса. Он придает им привлекательный вид свежести красный оттенок, но при этом не изменяет вкусовых качеств продукта.

Химические свойства

С точки зрения химической активности, одно из самых инертных веществ при обычных условиях — это угарный газ. Формула, в которой отражены все связи в молекуле, подтверждает это. Именно из-за такой прочной структуры данное соединение при стандартных показателях окружающей среды практически не вступает ни в какие взаимодействия.

Однако следует хотя бы немного нагреть систему, как дативная связь в молекуле рушится, как и ковалентные. Тогда монооксид углерода начинает проявлять активные восстановительные свойства, причем достаточно сильные. Так, он способен взаимодействовать с:

• кислородом;
• хлором;
• щелочами (расплавы);
• с оксидами и солями металлов;
• с серой;
• незначительно с водой;
• с аммиаком;
• с водородом.

Поэтому, как уже оговаривалось выше, свойства, которые проявляет угарный газ, формула его во многом объясняет.

Оксид углерода(II) в космическом пространстве

Оксид углерода(II) — вторая по распространённости (после H₂) молекула в межзвёздной среде. Этот газ играет важную роль в эволюции молекулярных газовых облаков, в которых происходит активное звездообразование. Как и другие молекулы, CO излучает ряд инфракрасных линий, возникающих при переходах между вращательными уровнями молекулы; эти уровни возбуждаются уже при температурах в несколько десятков кельвин. Концентрация CO в межзвёздной среде достаточно мала, чтобы (в отличие от гораздо более распространённой молекулы H₂) излучение в молекулярных вращательных линиях не испытывало сильного самопоглощения в облаке. В результате энергия почти беспрепятственно уходит из облака, которое остывает и сжимается, запуская механизм звездообразования. В наиболее плотных облаках, где самопоглощение в линиях CO оказывается значительным, становится заметной потеря энергии в линиях редкого изотопного аналога 13CO (относительная изотопная распространённость 13C — около 1 %). В связи с его более сильным излучением, по сравнению с атомарным водородом, оксид углерода(II) используется для поиска подобных газовых скоплений. В феврале 2012 года астрономы с использованием европейского космического телескопа «Планк» составили наиболее полную карту его распределения по небесной сфере.

Почему они важны?

О важности воздуха уже говорилось выше. Но любой образованный человек и так прекрасно знает, что без него ничто живое на планете Земля не смогло бы выжить в принципе

А вот что можно сказать про углекислый газ? Парадоксально, но если он внезапно исчезнет с Земли, то и человечество вымрет удивительно быстро. Дело даже не в том, что углекислый газ активно применяется в различных сферах промышленности. Просто он необходим растениям.

Как говорилось выше, любые живые организмы дышат кислородом. И растения – не исключение. Однако им также необходим углекислый газ. Ведь на свету в зеленых клетках активно идет процесс фотосинтеза. Он заключается в расщеплении клеток CO2 на углерод и кислород. Последний выделяется в атмосферу (или в воду, если речь идет о зеленых водорослях, в которых также идет фотосинтез), а углерод используется для построения новых клеток и роста растений. Если весь углекислый газ исчезнет, то и процесс фотосинтеза замрет. А значит, растения перестанут расти, животные и люди останутся без еды, что очень быстро приведет к голоду и вымиранию всего человечества.

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.