1. Cacbon oxit
a. Tính chất lí học
Phân tử CO cĩ cấu hình electron: (σslk)2 (σsplk)2 (π px,ylk)4 (σpzlk)2 hay cấu tạo
Bỡi vậy, năng lượng liên kết C-O trong phân tử rất lớn là 1070 Kcal/mol, độ dài liên kết bé 1,128A0 và momen lưỡng cực khơng đáng kể µ = 0,118 D.
Cacbon oxit cĩ khối lượng phân tử, tổng electron và cấu tạo phân tử giống với N2, cho nên nĩ cĩ một số tính chất lí hĩa giống với N2, CO là một chất khí khơng màu, khơng mùi, nhiệt độ nĩng chảy là -204 0C và nhiệt độ sơi là -191,5 0C rất thấp, ít tan trong nước và rất bền nhiệt, ở 60000C vẫn chưa bị phân hủy, CO là khí độc.
Giống với N2, cacbon oxit kém hoạt động ở nhiệt độ thường, nhưng ở nhiệt độ cao khả năng khử tăng lên mạnh, ở 700 0C, CO cháy trong khơng khí cho ngọn lửa màu xanh và phát ra nhiều nhiệt
CO + 1/2O2 → CO2 ∆H0 = -282 kJ/mol
Do đĩ CO được dùng làm nhiên liệu để đốt lị, chạy động cơ, ... Khi được chiếu sáng hoặc cĩ mặt chất xúc tác như than hoạt tính thì CO tác dụng với clo tạo thành photgen
CO + Cl2 → COCl2 ∆H0 = -111,3 kJ/mol
Photgen dễ điều chế như lại hết sức độc và nặng hơn khơng khí nên đã được dùng làm bom hơi ngạt trong thế chiến lần thứ nhất.
Cacbon oxit cĩ thể khử nhiều oxit kim loại nên nĩ được dùng làm chất khử tốt trong
ngành luyện kim: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
Cacbon oxit khử được I2O5 đến iốt: I2O5 + 5CO → I2 + 5CO2 Đây là phản ứng để định lượng khí CO trong hĩa phân tích.
Trong dung dịch CO cĩ thể khử các muối của kim loại quí như vàng, bạc, platin, paladi đến kim loại tự do
PdCl2 + H2O + CO → Pd + 2HCl + CO2
Nhờ phản ứng này người ta phát hiện được nhiều vết CO trong một hỗn hợp khí. Nĩi chung về khả năng khử CO tương đương với hidro phân tử
>8300C
H2 + CO2 CO + H2O ∆H0 = 41,15 kJ/mol Hằng số cân bằng là: K =
Nhiệt độ 0C 700 800 830 1000 1200 1400
K 0,60 0,90 1,00 1,70 2,60 3,45
Ở 8300C, trong hỗn hợp cân bằng cĩ lượng CO và H2 bằng nhau, nghĩa là hai khí đĩ
cĩ ái lực như nhau đối với oxi. Dưới 8300C, CO khử mạnh hơn và trên 8300C, H2 khử mạnh hơn. Theo nguyên lí Le Châtelier chúng ta hiểu dễ dàng sự chuyển dịch cân bằng như vậy khi tăng nhiệt độ.
Tuy nhiên khi tương tác với H2, CO cĩ thể thể hiện tính oxi hĩa tạo nên các sản phẩm khác nhau, tùy theo điều kiện phản ứng. Ví dụ ở 300 0C và cĩ Ni xúc tác, ta cĩ: CO
+ 2H2 → CH4 + H2O
Ở 350 0C, áp suất 250 atm, cĩ ZnO làm chất xúc tác, được hoạt hĩa bằng Cr2O3ta thu
được rượu metylic : CO + 2H2 → CH3OH
Phản ứng này được dùng trong cơng nghệ tổng hợp metanol.
Ngồi khả năng oxi hĩa khử, CO cịn cĩ khả năng kết hợp với một số chất, nĩ kết hợp với kim loại chuyển tiếp tạo thành cacbonyl kim loại
4CO + Ni Ni(CO)4
Nikentetracacbonyl là chất lỏng khơng màu, dễ bay hơi, phân hủy ở 1800C cho niken tinh khiết. Cĩ giá trị thực tế nhất là Ni(CO)4, Fe(CO)5, Co2(CO)8. Chúng được dùng để điều chế kim loại cĩ độ sạch cao, để tạo lớp phủ kim loại và làm chất xúc tác cho nhiều phản ứng. Liên kết hĩa học trong cacbonyl kim loại là liên kết cho nhận mà CO là chất cho electron
CO kết hợp với hemoglobin (Hb) cĩ trong máu tạo thành hợp chất bền
CO + Hb → HbCO
Cơng thức của hemoglobin:
CH3CH3 CH3 H2C=CH CH3 H2C=CH CH3 CH3CH2COOH CH3CH2COOH N N N FeN
làm cho hemoglobin mất khả năng tải oxi từ phổi đến các mao quản của các cơ quan động vật, do đĩ CO là khí độc, nĩ lại khơng màu và khơng mùi nên càng nguy hiểm đối với con người. Đặc biệt nĩ ít bị than hoạt tính hấp phụ, cho nên để trừ khí độc CO, trong mặt nạ phịng độc CO, người ta dùng hỗn hợp của MnO2 và CuO.
CO khơng tác dụng với nước và kiềm ở điều kiện thường, nhưng ở nhiệt độ và áp suất cao thì cĩ phản ứng. Chẳng hạn, ở 200 0C và 15 atm, CO tác dụng với kiềm tạo thành muối fomiat
CO + NaOH → HCOONa
Như vậy, về mặt hình thức, CO là anhidrit của axit fomic ở nhiệt độ cao.
c. Điều chế và ứng dụng- Trong phịng thí nghiệm: - Trong phịng thí nghiệm:
Người ta điều chế CO bằng cách cho axit sunfuric đặc tác dụng với axit fomic và đun nĩng
HCOOH + H2SO4 → CO + H2SO4.H2O
hoặc cho axit fomic tác dụng với axit clorosunfuric ở nhiệt độ thường.
HCOOH + HSO3Cl → CO + H2SO4 + HCl