Kohlenstoffmonoxid
Kohlenstoffmonooxid (systematischer Name) , gebräuchlicher Trivialname: Kohlenmonoxid ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide.
Seine chemische Formel ist CO.
Kohlenstoffmonoxid ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet (siehe auch: Boudouard-Gleichgewicht). Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid.
| Strukturformel | |
|---|---|
| Allgemeines | |
| Name | Kohlenstoffmonooxid |
| Summenformel | CO |
| Andere Namen | Kohlenmonoixid |
| Kurzbeschreibung | farb- und geruchloses Gas |
| CAS-Nummer | 630-08-0 |
| Sicherheitshinweise | |
Datei:Gefahrensymbol T.png  T Giftig, F+ Hochentzündlich | |
| R- und S-Sätze | R 12-23-48/23-61 S 7-16 |
| MAK | 33 mg/m³ |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Aggregatzustand | gasförmig |
| Farbe | farblos |
| Dichte, 15 °C, 1bar | 1,185 kg/m³ |
| Relative Dichte (Luft=1) | 0,915 |
| Molmasse | 28,01 g/mol |
| Schmelzpunkt | −205 °C |
| Siedepunkt | −191,6 °C |
| Zündtemperatur | 605 °C |
| Dampfdruck | -- hPa |
| Kritische Temperatur | −140,2 °C |
| Kritischer Druck | 35,0 bar |
| Löslichkeit in Wasser | 30 mg/l (20 °C) |
| Gut löslich in | -- |
| Schlecht löslich in | -- |
| Unlöslich in | -- |
| Thermodynamik | |
| ΔfH0g | −110,53 kJ/mol |
| ΔfH0l | -- in kJ/mol |
| ΔfH0s | -- in kJ/mol |
| S0g, 1 bar | -- in J/(mol · K) |
| S0l, 1 bar | -- in J/(mol · K) |
| S0s | -- in J/(mol · K) |
| Analytik | |
| Klassische Verfahren | -- |
|
SI-Einheiten wurden wo möglich verwendet. Wenn nicht anders vermerkt wurden Normbedingungen benutzt. | |
Name
In der deutschen Norm DIN 32640 „Chemische Elemente und einfache anorganische Verbindungen – Namen und Symbole“ vom Dezember 1986 werden nur die Schreibweisen „Kohlenstoffmonooxid“ und „Carbonmonooxid“ mit „oo“ empfohlen, weil nach den IUPAC-Regeln für die Nomenklatur der anorganischen Chemie Endvokale vorangestellter griechischer Zahlwörter nicht weggelassen werden.
Chemische Eigenschaften
Die Molekülstruktur kann am besten mit der Molekülorbitaltheorie beschrieben werden. Die Länge der Bindung (0,111 nm) weist darauf hin, dass es sich um eine teilweise Dreifachbindung handelt. Das Molekül hat ein geringes Dipolmoment und wird oft wie folgt dargestellt (Mesomerie):
Zu beachten ist dass die Oktettregel in den beiden rechten Strukturformeln nicht eingehalten wird.
Kohlenstoffmonooxid ist ein sehr guter Ligand zur Metallkomplexierung. Aus diesem Grund sind zahlreiche Metallcarbonyle bekannt. Kohlenstoffmonooxid zählt zu den isosteren Starkfeld-Liganden, zu denen auch das Cyanid- (CN-) und Nitrosylion (NO+) gehören. Eine starke Metall-Ligand-Bindung entsteht durch die Ausprägung einer Rückbindung vom Metall zum Kohlenstoffmonoxid. Es ist ein starker σ-Donator und π-Akzeptor.
Toxizität
Die starken Komplexbindungen, die Kohlenstoffmonooxid eingeht, erklären seine Giftigkeit. Es bindet 200- bis 300-mal stärker an den roten Blutfarbstoff Hämoglobin als Sauerstoff. Es blockiert die Bindungsstellen des Sauerstoffs, indem es eine starke koordinative Bindung mit dem Zentralion (Eisen) im Hämoglobin eingeht. Hierdurch wird der Sauerstofftransport im Blut unterbrochen, was zum Tod durch Erstickung führen kann. Schon bei einem Gehalt von nur 0,3 Prozent Kohlenstoffmonoxid in der Luft ist das Blut zur Hälfte mit Kohlenstoffmonoxid gesättigt, dadurch werden Pulsoxymeter getäuscht und geben fälschlich hohe Sauerstoffsättigungsraten an (Bewusstlosigkeit und Tod nach etwa 20 Minuten). Ab 1 Prozent Kohlenstoffmonooxidgehalt in der Luft folgt auf die Bewusstlosigkeit innerhalb von etwa 5 Minuten der Tod. Die äußerlichen Anzeichen einer Kohlenstoffmonooxid-Vergiftung sind in der Regel kirschrote Schleimhäute. Die Farbe ist ein Resultat der tiefroten Hämoglobin-Kohlenstoffmonooxid-Charge-Transfer-Komplexe. Siehe auch CO-Vergiftung.
Kohlenmonooxid ist auch ein Photosyntesegift und schädigt auch die Photosynthese der Pflanzen.
Symptome einer CO-Vergiftung beim Menschen
- Für gesunde Erwachsene scheint bei Dauerbelastung von 8 Stunden bei Konzentrationen unter 50 ppm keine Gefahr zu existieren. Kranke könnten auch schon bei geringeren Belastungen darunter leiden.
- Bei einer milden Belastung von 70 bis 100 ppm über ein paar Stunden tauchen erkältungsähnliche Symptome auf: Nasenlaufen, Kopfschmerzen, wunde Augen und Kurzatmigkeit.
- Bei mittlerer Belastung von 150 bis 300 ppm produziert Schwindelgefühle, Schläfrigkeit und Übelkeit, sogar Erbrechen.
- Extreme Belastung ab 400 ppm: Bewusstlosigkeit, Hirnschaden und Tod.
Schwerhörigkeit wird bei CO-Belastung bis zu 50% verstärkt.
Rettung bei Kohlenstoffmonooxid-Intoxikationen
Kohlenstoffmonooxid reagiert stark exotherm mit Luft, wenn sich ein Zündfunke findet. Schon ein Funke im Lichtschalter oder der Türglocke kann daher eine Explosion auslösen. Für den Helfer bedeutet das, dass Eigensicherung absoluten Vorrang hat und höchste Vorsicht geboten ist. Insbesondere sollte auch die Gefahr einer eigenen Vergiftung berücksichtigt werden – ein bewusstloser Helfer hilft nicht. Umluftunabhängiger Atemschutz ist in der Regel zur Rettung, welche in den meisten Fällen durch die Feuerwehr erfolgt, notwendig.
Patienten mit einer Kohlenstoffmonooxid-Vergiftung werden vom Rettungsdienst und Notarzt im Allgemeinen mit positiv endexpiratorischem Druck (PEEP) und 100 Prozent Sauerstoff intubiert beatmet. Durch das dadurch deutlich erhöhte Sauerstoffangebot kann man Kohlenstoffmonoxid vom Hämoglobin verdrängen.
Herstellung
Kohlenstoffmonooxid kann aus zahlreichen Edukten wie z.B. Erdgas, Biogas, Leichtbenzin, Schwerölen, Kohle und Biomasse hergestellt werden, wobei zunächst Synthesegas, eine Mischung von Kohlenstoffmonooxid mit Wasserstoff erzeugt wird, welche dann gereinigt und aufbereitet wird.
siehe auch: Synthesegas, Fischer-Tropsch-Synthese
Im Labor ist CO durch Zersetzung von Ameisensäure herstellbar:
HCOOH → H2O + CO
Der Zerfall wird durch die wasserentziehende Wirkung konzentrierter Schwefelsäure bewirkt, die der Ameisensäure zugetropft wird.
Entsorgung
Da Kohlenmonooxid sehr giftig ist, müssen überschüssige Mengen in Kaliumhydroxid aufgefangen oder mit einer Abflammvorrichtung abgeflammt werden.
Achtung! CO-Luft-Gemische sind sehr explosiv.
Verwendung
Reines Kohlenstoffmonooxid wird vor allem für folgende Anwendungen eingesetzt:
- Herstellung von Ameisensäure über Methylformiat
- Umsetzung mit Methanol zu Essigsäure
- Umsetzung mit Chlor zu Phosgen
- Carbonylierungsreaktionen in der organischen Synthese
- Reduktionsmittel für z.B. Eisenerz
