Угљен-моноксид, угљеник (-{II}-) оксид, (хем. ознака -{CO}-) је гас састављен од атома угљеника и атома кисеоника, без боје, мириса и укуса, лакши од ваздуха. Угљен-моноксид је неорганско једињења угљеника, и спада у групу неутралних оксида (не реагују са водом, киселинама и базама). Јаке је цитотоксичности за жива бића, јер спада у групу хемијских загушљиваца и највећих загађивача ваздуха. Настаје у току непотпуне оксидације органских материја. Издувни гасови мотора са унутрашњим сагоревањем један су од највећих загађивача атмосфере овим гасом (са 1-14 вол%) затим, следе издувни гасови који настају у току производње гвожђа као и гасови при сагоревању угља у термоелектранама, и у процесу производње у рафинеријама нафте и хемијској индустрији.
У развијенијим земљама света (САД, Јапан, западна Европа) и до 60% угљен-моноксида потиче из мотора са унутрашњим сагоревањем.
Угљен-моноксид, унет у организам (са удахнутим ваздухом у плућима) изазива у организму општу хипоксију (недостатак кисеоника) јер има јак афинитет за хемоглобин у црвеним крвним зрнцима. Он у њима, стварањем карбонил једињења, формира иреверзибилну везу, која ограничава транспорт и коришћење кисеоника у ткивима.
Његов токсични ефекат настаје веома брзо чак и при изузетно малим концентрацијама. Смртна доза за људе износи 1.000-2.000 ппм (0,1-0,2%) при удисању гаса од 30 мин. Код високих концентрација угљен-моноксида у удахнутом ваздуху смрт може настати у времену од 1-2 минута.
Максимална дозвољена доза угљен-моноксида (МДК); у индустрији износи 50 ppm (0,005%) за експозицију до 8 часова.
Око 50% тровања у свету отпада на тровање угљен-моноксидом. Сваке године у свету умре на стотине људи од последица тровања овим гасом.
Историја
Смртоносни учинак угљен-моноксида био је познат још из Античке грчке и Римског царства и та његова особина коришћена је за егзекуције.
Угљен-моноксид је први открио француски хемичар Жак де Ласон 1776. загревањем оксида цинка угљем, али је он био у заблуди да се ради о водонику, јер је горео плавим пламеном. Да се овај гас, састоји од атома угљеника и кисеоника, открива 1800. енглески хемичар Вилијам Крукшенк.
Клод Бернар (-{Claude Bernard}-) 1857. током својих истраживања констатује да се токсични ефекат угљен-моноксида заснива на повратној вези коју он ствара са хемоглобином, претварајући га у карбоксихемоглобин, који има мању способност преноса кисеоника.Bernard C. Le Cons Sur les Effets des Substances Toxiques et Médicamenteuses. Paris: Bailliere, 1857.. Paris, Éditions Seghers,
Током истраживања спроведених 1926. је постало јасно, да је хипоксија изазвана не само поремећајем преноса кисеоника, већ и због нарушене концентрације гасова у ткивима и ћелијама. Верберг (-{Warberg}-) уз помоћ културе квасца доказује да је апсорпција () кисеоника у ћелијама инхибирана током излагања великим количинама угљен-моноксида.
Угљен-моноксид изван атмосфере Земље први пут је открио белгијски научник М. Мижеот (-{M. Migeotte}-) 1949. у ИЦ спектру Сунца.
Налажење у природи мини|235п|Концентрација -{СО}- у атмосфери у пролеће и јесен 2000. У природи је овај гас веома редак. У ваздуху се налази у траговима, нешто више у вулканским гасовима, али га има и у угљу и метеоритима. Много више се ствара због утицаја човека, најчешће као производ загађивања. Тако је присутан у дуванском диму, као и у гасовима које избацују фабрички димњаци, пећи и мотори са унутрашњим сагоревањем. Битан је и састојак гаса за осветљење, као и генераторског и воденог гаса.Паркес, Г. Д. & Фил, Д. 1973. Мелорова модерна неорганска хемија. Научна књига. Београд.
Добијање У индустрији се добија у великим количинама као састојак поменутог генераторског и воденог гаса.
У лабораторији се најчешће добија дејством концентроване сумпорне киселине на мрављу киселину, при чему се издваја и вода. Осим мравље, може се употребити и оксална киселина или фероцијанид. Најчешће се користи калијум-фероцијанид, али уз загревање. Одговарајућа једначина би била:
Међутим, вероватније је да ова реакција тече постепено и да су међупроизводи цијановодонична и мравља киселина и амонијак.
Угљен-моноксид се може добити и из угља при високој температури:
Ипак, овај начин није лако изводљив у лабораторији.
Формула Формула угљен-моноксида се може доказати у еудиометру, где се две запремине угљен-моноксида једине са једном запремином кисеоника градећи две запремине угљен-диоксида. Према Авогадровој хипотези, односи су исти и што се молекула тиче, па се формула угљен-моноксида тако може извести из већ познате формуле угљен-диоксида. Њу потврђује и густина паре угљен-моноксида која износи 14. За разлику од већине других својих једињења, угљеник је у овом случају двовалентан, са две успаване валенце. Ово је опет у сагласности са својством угљен-моноксида да може да гради адициона једињења и при томе се понаша као донатор, а не као акцептор. Адициона једињења гради са хлором и многим металима попут никла.
Физичко-хемијска својства Угљен-моноксид је гас без боје, укуса и мириса. У води се раствара на једну запремину воде око 0,035 запремине гаса на 0 °C. На –192 °C се под нормалним притиском кондензује у бистру и безбојну течност, а у чврсто стање прелази на -207 °C. Не потпомаже горење, али сам гори плавим, треперавим пламеном, при чему се гради угљен-диоксид:
Угљен-моноксид је постојано једињење чак и са повишењем температуре. То је неутрални оксид, мада може да реагује са натријум-хидроксидом, али када се повећају температура и притисак. Тада настаје натријум формијат:
Као што је већ речено, лако гради адициона једињења. Осим са кисеоником, једини се и са хлором:
Такође реагује и са сумпорном паром дајући угљен-оксисулфид, са купро-хлоридом, као и са извесним металима, посебно из осме групе ПСЕ градећи карбониле. Оксиде метала редукује до самих метала.
Координациона хемија мини|десно|180px|-{CO HOMO}- je σ молекулска орбитала. мини|десно|180px|-{CO LUMO}- je π* антивезујућа молекулска орбитала.
Већина метала формира координационе комплексе који садрже ковалентно везани угљен-моноксид. Само метали у нижим оксидационим стањима се координирају са угљен-моноксидним лигандом. Разлог за то је да мора постојати довољна електронска густина да би се омогућила повратна донација из металне -{dxz}--орбитале, у -{π*}- молекулску орбиталу из угљен-моноксида. Слободни електронски пар на угљениковом атому угљен-моноксида, такође донира електронску густину у -{dx²−y²}- орбиталу на металу да би се формирала сигма веза. Никл карбонил, -{Ni(CO)}-4 се формира директном комбинацијом угљен-моноксида и никла на собној температури. Из тог разлога, да би се избегла корозија, никл у саставу цеви или делова инструмената не треба да буде у дуготрајном контакту са угљен-моноксидом. Никл карбонил се лако разлаже назад у -{Ni}- и -{CO}- након контакта са врућим површинама. Тај метод је некад коришћен за индустријско пречишћавање никла у Мондовом процесу.
У никл карбонилу и другим карбонилима, електронски пар на угљенику остварује интеракцију са металом; угљен-моноксид донира електронски пар металу. У тим ситуацијама, угљен-моноксид се зове карбонил лиганд. Један од најважнијих метал карбонила је гвожђе пентакарбонил, -{Fe(CO)5}-:
150px|Структура гвожђе пентакарбонила. 120px|Гвожђе пентакарбонил.
Многи метал--{CO}- комплекси се припремају декарбонилацијом органских растварача, а не из угљен-моноксида. На пример, иридијум трихлорид и трифенилфосфин реагују на тачки кључања 2-метоксиетанола, или -{DMF}-, и формирају -{IrCl(CO)(PPh3)2}-.
Доказивање и одређивање Иако доказивање угљен-моноксида није лако изводљиво, постоји више начина да се изведе. Парче беле хартије натопљене паладо-хлоридом боји ружичасто, зелено или црно, јер се дешава редукција соли у метал. Вогеловом крвном пробом се може уочити разлика између крви која садржи угљен-моноксид од нормалне крви. Наиме, нормална крв разблажена у много воде даје жутоцрвени раствор, док она која садржи угљен-моноксид даје ружичасти раствор. И у спектру, ове две крви показују разлику, посебно ако се дода амон-сулфид. Нормална крв тада даје једну, а хемоглобин са угљен-моноксидом две апсорпционе траке. У обичној гасној анализи може да се одреди сразмера угљен-моноксида у смеси, али након одстрањивања киселих гасова. Угљен-моноксид се тада апсорбује у амонијачном раствору купро-хлорида. Јод-пентоксид редукује на температури од 90 °C на елементарни јод, који се касније доказује:
Епидемиологија Прави број људи отрован угљен-моноксидом је непознат. Многи случајеви смрти нису откривени или су остали незабележени због недоступности података.
Да је тровања угљен-моноксидом најчешћи узрок повређивања и смрти широм света,. илуструју следећи подаци;
У САД више од 40.000 људи годишње затражи лекарску помоћ због тровања угљен-моноксидом., а око 200 људи умре сваке године од тровања угљен-моноксидом, као последица употребе разних уређаја са отвореним пламеном, у домаћинствима, за спремање хране и грејање.
Сваке године, више од 500 људи у САД умре од ненамерног тровања угљен-моноксидом, а више од 2.000 изврши самоубиство његовом применом.. Приступљено 15. 11. 2009.
Анализа спроведена у САД од 1979. до 1988, износи податак да је у том периоду било 56.133 случајева смрти изазване тровањем угљен-моноксидом. Од тог броја, наводи се у анализи; 25.889, је намерних (самоубиством изазваних тровања) 30.244, је ненамерних (задесом изазваних тровања). Приступљено 15. 11. 2009.
Друга анализа спроведена у САД од 1968. до 1998, износи податак да је у том периоду било просечно 1.091 ненамерних (задесом) и 2.385 намерних (самоубиством) изазваних случајева смрти годишње, као последица тровања угљен-моноксидом у САД.
На Новом Зеланду, 206 људи умрло је од тровања угљен-моноксид у 2001. и 2002. У укупном броју смртних случајева, на тровање угљен-моноксидом у овој земљи отпада 43,9%.
У Јужној Кореји, 1.950 људи отровало се угљен-моноксидом. Од тог броја 254 тровања је било у периоду 2001. до 2003.Song KJ, Shin SD, Cone DC (September 2009). "Socioeconomic status and severity-based incidence of poisoning: a nationwide cohort study". Clinical toxicology (Philadelphia, Pa.)
Патофизиологија мини|десно|200п|Угљен-моноксид помера криву дисоцијације -{HbO2}- улево Угљен-моноксид се у молекулу хемоглобина везује на исто место на које и кисеоник. Међутим он има 230 пута већи афинитет везивања за хемоглобин од кисеоника. Зато и мале концентрације -{CO}- у атмосферском ваздуху, односно мали парцијални притисак угљен-моноксида у алвеоларном ваздуху, од свега 0,05 -{kPa}-, може изазвати токсични ниво карбоксихемоглобина у крви. Како угљен-моноксид има селективну способност везивања за хемоглобин он помера криву дисоцијације оксихемоглобина налево, смањујући ослобађање кисеоника на нивоу ткива.
Афинитет угљен-моноксида за миоглобин је чак и већи него за хемоглобин. Везујући се за срчани миоглобин он може изазвати хипотензију, аритмију, инфаркт и инсуфицијенцију срца. Срчана декомпензација као резултат хипоксије је коначни узрок смрти.
Ћелијски унос кисеоника се блокира везивањем угљен-моноксида за митохондријску цитохром оксидазу. Хипоксија изазива таложење тромбоцита на ендотелним ћелијама и ослобађање азотне киселине, која формира пероксинитрате слободних радикала. У даљем току угљен-моноксид изазива дисфункцију митохондрија, капиларну ексудацију, секвестрације леукоцита и апоптозу. Патолошке промене јављају се углавном у току фазе опоравка (реперфузија) када се јавља липидна пероксидација (деградација незасићених масних киселина). Коначни резултат је повратна демијелинизација у мозгу. Ове промене су јасно видљиве на магнетној резонантној томографији. Угљен-моноксид изазива већа оштећења у деловима мозга где је слаба прокрвљеност.Department of Health, London. . Базалне ганглије, са својом високом потрошњом кисеоника, су најчешће погођене. Друге погођене области мозга су хипокампус и мали мозак.