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一氧化碳

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一氧化碳
IUPAC名
carbon monoxide
一氧化碳
别名 烟道气(flue gas)

carbonous oxide
carbon(II) oxide

识别
CAS号 630-08-0  ✓
PubChem 281
ChemSpider 275
SMILES
InChI
InChIKey UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYAT
Beilstein 3587264
Gmelin 421
UN编号 1016
EINECS 211-128-3
ChEBI 17245
RTECS FG3500000
KEGG D09706
MeSH Carbon+monoxide
性质
化学式 CO
摩尔质量 28.0101 g·mol⁻¹
外观 无色无味气体
密度 (液)0.789 g/cm³
0 °C 1 atm, 1.250 g/L
25 °C 1 atm, 1.145 g/L
熔点 -205 °C
沸点 -192.5 °C
溶解性 0.0026 g/100 mL(20 °C)
溶解性 易溶於氯仿乙酸乙酸乙酯乙醇氨水
偶极矩 0.112 D(3.74×10−31 C·m)
结构
混成軌域 氧和碳各形成两个sp混層軌域
危险性
欧盟危险性符号
极易燃极易燃 F+
剧毒剧毒 T+
警示术语 R:R12-R26-R33-R48-R61
安全术语 S:S9-S16-S33-S45-S53-S63
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
3
0
 
闪点 −191 °C
自燃温度 609 °C
相关物质
相关氧化物 二氧化碳二氧化三碳一氧化二碳三氧化碳
附加数据页
结构和属性 折射率介電係數
热力学数据 相變数据、固、液、气性质
光谱数据 UV-VisIRNMRMS
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

一氧化碳(英語:Carbon monoxide),分子式為CO,是無色、無臭、無味的无机化合物氣體,比空氣略輕。在中的溶解度甚低,但易溶于氨水。空气混合爆炸极限为12.5%~74%。 一氧化碳是含物质不完全燃烧的产物。也可以作为燃料使用,和水在高温下可以生成水煤气(一氧化碳与气的混合物)。有些現代技術,如煉鐵,還是會產生副產品的一氧化碳。一氧化碳是可用作身體自然調節炎症反應的三種氣體之一(其他兩種是一氧化氮硫化氫)。

由于一氧化碳与体内血红蛋白的亲和力比与血红蛋白的亲和力大200-300倍,而碳氧血红蛋白较氧合血红蛋白的解离速度慢3600倍,当一氧化碳浓度在空气中达到35ppm,就会对人体产生损害,會造成一氧化碳中毒(又称煤气中毒)。

雖然一氧化碳有,但動物代謝亦會產生少量一氧化碳,並認為有一些正常的生理功能。

历史[编辑]

古代希臘人羅馬人曾經用一氧化碳进行处决。11世紀一位西班牙醫生第一次描述了這種氣體。

最早制备一氧化碳的是法国化学家 de Lassone(1776年)。他通过加热氧化锌製得了一氧化碳。但由于一氧化碳燃烧时产生了与氢气类似的蓝色火焰,de Lassone错误地认为他制得的是氢气。在1800年英国化学家William Cruikshank才证明一氧化碳是由元素和元素组成的化合物

最早对一氧化碳的毒性进行彻底研究的是法国生理学家Claude Bernard。在1846年,他让吸入这种气体,发现狗的血液“变得比任何动脉中的都要鲜红”。现在我们知道血液变成“樱桃红色”是一氧化碳中毒的症状。

由于一氧化碳可以使血液变得非常鲜红的特点,一些肉品商人用一氧化碳处理鲜肉,可以使生肉不被氧化变色,甚至可以在10℃的温度下保存28天还如同新屠宰的肉,并因此引起非议。美国消费者协会认为即使这种处理没有害处,也会掩盖肉不新鲜的状态,即使肉品处于即将腐烂状态,消费者也不知情。

據報導,一氧化碳也用在納粹大屠殺名為T4“安樂死”計劃,納粹由海烏姆諾透過貨車運送氣體。

性質[编辑]

一氧化碳的摩尔質量是28.0,它比空氣的摩尔質量28.8略輕。燃燒一氧化碳時會產生藍色火焰。

製備[编辑]

工業用製備[编辑]

在工业上,通常采取二氧化碳在高温条件下与碳反应的原理制取:

C+CO2→2CO

實驗室製備[编辑]

在實驗室中可將濃硫酸滴入甲酸裂解以製取一氧化碳

亦可用碳酸鈣加熱,製得一氧化碳。

其他[编辑]

有機物氧氣不足夠的環境下燃燒,會發生不完全燃燒,會生產一氧化碳。例如丙烷的不完全燃燒:

毒性[编辑]

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。濃度低至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或變植物人。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。

在封閉的環境中,一氧化碳的濃度可以很容易達到造成致命的濃度。平均而言,每年在美國就有170人因一氧化碳而死。然而,根據佛羅里達州衛生署資料「每年有500多名美國人死於一氧化碳意外接觸和美國各地的有數千人因一氧化碳中毒需要緊急醫療照顧」 這些可能產生一氧化碳的產品包括故障的燃料燃燒機器,如,爐灶,熱水器和室內加熱器。美國毒物控制中心協會(AAPCC)報告於2007年有39人死於一氧化碳中毒。2005年,美國消費品安全委員會報告有94宗因發電機而導致相關的一氧化碳中毒死亡。一氧化碳也是煙草燃燒產生煙霧的次要成分。 在台灣,根據內政部消防署的統計,2009-2013年間,居家一氧化碳中毒意外事件共計197件,造成 55 人死亡及 471 人受傷。多數原因皆為熱水器安裝不適當所致。[1]

存在[编辑]

一氧化碳存在於各種自然和人造環境中,以「PPM」來度量的典型濃度如下:

乾燥大氣中的組成(以「體積」計)[2]
ppmv: 百萬分率 by volume (note: 体积分数 is equal to 摩尔分数 for 理想氣體 only, see 體積 (熱力學))
濃度 來源
0.1 ppmv 大氣中污染的水準(MOPITT英语MOPITT[3]
0.5–5 ppmv 居家中的平均水準[4]
5–15 ppmv 居家的火爐、加熱器附近,現代汽車排放的廢氣[5]
17 ppmv 金星大氣
100–200 ppmv 墨西哥市中心地區的汽車排放[6]
700 ppmv 火星大氣層
5,000 ppmv 家中木材燃燒的排放[7]
7,000 ppmv 沒有觸媒轉化器的汽車,未經稀釋的暖車尾氣排放[5]

大氣中的一氧化碳[编辑]

MOPITT(对流层污染测量仪)在2000年檢測全球一氧化碳的含量

目前在大氣中,一氧化碳是少量存在的氣體,主要由火山活動產生,但也會因自然和人為的火災(如森林大火,焚燒秸稈甘蔗以驅趕甘蔗園裏的蚊蟲)所產生。燃燒化石燃料也會產生大量一氧化碳。

而一氧化碳最主要的天然來源是由對流層中的光化學反應而產生,每年產生約5 x 1012千克一氧化碳。

天文物理[编辑]

在地外的星際介質中,一氧化碳十分常見,其分佈之廣,僅次於氫分子,排名第二。由於一氧化碳的分子不對稱,其輻射出的譜線遠比氫分子明亮,因而更容易偵測到。1970年,電波望遠鏡首次在星際空間中偵測到一氧化碳。由於氫分子只能用紫外線檢測,過程中必須使用太空望遠鏡,時至今日,一氧化碳已成為在星系中檢測分子時,最常用的示蹤物。恆星形成過程大多發生於分子雲內,科學家觀測一氧化碳後,對分子雲的認識大有增長[8]

2021年合成蛋白质风波[编辑]

据报道,中国农业科学院饲料研究所和北京首钢朗泽新能源科技有限公司于2021年10月30日发布消息称,中华人民共和国已在国际上首次掌握乙醇梭菌途径自一氧化碳到蛋白质的规模化生物合成技术,并实现了工业化应用[9][10][11][12][13]。报道文章指出,中华人民共和国北京首钢朗泽新能源科技公司技术研究人员基于1994年发现的从一氧化碳到蛋白质的乙醇梭菌生物合成途径[14][15][16][12]经六年多攻关后突破了乙醇梭菌蛋白制备核心关键技术[13],大幅提高了反应速度(22秒合成)[10][13][17],并在提高转化效率后创造了一步生物合成蛋白质获得率85%的世界纪录[10][13][17],且目前该项技术已形成万吨级的工业生产能力[10][13]。官方媒体介绍指,该生物合成项目以氨水为氮源,消耗工业废气中的一氧化碳而生产蛋白质[18][17]。人民日报透露称,在河北曹妃甸投产的首套钢铁尾气生物发酵工业装置年产蛋白可达5000吨[11]。中国农科院饲料研究所认为,这标志着中华人民共和国在一碳生物合成领域取得了重大突破性进展[18]

多个科学从业人士解读相关官方媒体报导时称,该项科学技术的突破和改进标志着中华人民共和国在乙醇梭菌生物合成蛋白质技术领域的重大进步,并指出其重要优势在于改良了乙醇梭菌菌株的合成效率;虽该项科学技术并非中国研究人员原创,但是中国的有关公司却的确是现时在国际上在相关领域做的最好的和最领先的[19][20]。此外,科学从业人士普遍认为该项成果远小于9月中国科学家完成从二氧化碳淀粉的全合成的成果[19]

环球时报英文版的报道文章指出,专家认为该项目从实验的角度来看非常有意义,但仍需要更多的观察,尤其是在转化率和成本效率方面,且在该技术全面应用之前仍需要做更多的工作[21]

相关信息由中国农业信息网率先披露[22]后,迅速引致多个中华人民共和国从上至下包括几乎所有中央级媒体在内的极多媒体的强烈关注和集中报道[9][11][13],此后在被一些生物化学相关领域的科学从业人士了解后引起了广泛讨论和争议[23]

中外合办争议

一些科学从业人士指出,有相当证据表明该技术研发项目很可能自总部位于美国[24][25]的LanzaTech公司引进并与之合办[23][26][27][28][11][29][30],但官媒在报道时尽管已涉及了研发者相关内容却无一不对此矢口不提[9][23];且该项报导的噱头远大于近年来该项目所取得的实际成果[23]

错误方程式争议

中华人民共和国国务院农村农业部信息中心主办的中国农业信息网在2021年10月31日发表的文章“我国科学家团队在农业科技领域创造出世界奇迹 在国际上首次22秒实现从一氧化碳到蛋白质的合成 并已形成万吨级的工业产能”亦因其中所使用的含有明显违反物质守恒定律的错误方程式的图片而在事件中引起了争议[31][22][32],且该图片一度被包括中国科学院中国生物工程学会合办的信息资讯类门户网站中国生物技术信息网在内的多个中华人民共和国媒体引用和转载[33][34][35]

“首次合成”争议

有相当证据表明该项科技成就并非在中国农科院饲料研究所和北京首钢朗泽新能源科技有限公司联合宣布时“首次”取得[29][36]。事实上,有相当证据表明该装置至少于2018年起已顺利启用,且很可能已自2018-2019年度起具备规模量产乙醇梭菌蛋白的能力[36][29][14][31][26]。此外,一些中华人民共和国以外的生物科技企业此前似已有能力完成由一碳化合物到蛋白质的规模化生物合成[26]。如Deep Branch公司此前曾称据其实验结论,其已具备通过10kg二氧化碳生物合成7kg的单细胞蛋白的能力[37][26];而Calysta公司在英格兰的以天然气为消耗气体的生物合成试点工厂则在试运营的初两年内蛋白质年产能达50吨[26]。而中国农业信息网发表的有争议的新闻稿所称的“...在国际上首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成”一句[22]更是明显基于虚假事实[16][14],但依然引致包括多个中华人民共和国各级官方媒体在内的大量中华人民共和国媒体的引用和转载[38][11][39][40][41][42][43]。此外,“合成”一词是否被多个中华人民共和国媒体正确使用也引起了一些科学从业人士的质疑[23][20]。一些反对者认为,只有纯化学合成才应当被称之为“合成”,而将生物合成称作“合成”则有卖弄噱头之嫌[23]

参见[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 行政院災害防救辦公室. 行政院災害防救辦公室週報(102 年 12 月 19 日至 102 年 12 月 25 日) (PDF). 2013-12-25 [2015-01-16]. (原始内容 (PDF)存档于2016-03-08) (中文(繁體)). 
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  7. ^ Gosink T. What Do Carbon Monoxide Levels Mean?. Alaska Science Forum. Geophysical Institute, University of Alaska Fairbanks. January 28, 1983 [December 16, 2008]. (原始内容存档于2008-12-25). 
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