Kohlenstoffmonoxid

Strukturformel
$\mid \mathrm {C} \equiv \mathrm {O} \mid$
Datei:Kohlenstoffmonooxid.png
Allgemeines
Name	Kohlenstoffmonooxid
Summenformel	CO
Andere Namen	Kohlenmonoxid Kohlenstoffmonoxid (Nomenklatur)
Kurzbeschreibung	farb- und geruchloses Gas
CAS-Nummer	630-08-0
Sicherheitshinweise
Vorlage:Gefahrensymbol 2
R- und S-Sätze	R 12-23-48/23-61 S 53-45
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
Δ_fH⁰_g	−110,53 kJ/mol
Δ_fH⁰_l	-- in kJ/mol
Δ_fH⁰_s	-- in kJ/mol
S⁰_{g, 1 bar}	-- in J/(mol · K)
S⁰_{l, 1 bar}	-- in J/(mol · K)
S⁰_s	-- in J/(mol · K)
Analytik
Klassische Verfahren	--
Vorlage:SI-Chemikalien

Kohlenstoffmonooxid (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.

Kohlenstoffmonooxid 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). Kohlenstoffmonooxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid.

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 partielle Dreifachbindung handelt. Das Molekül hat ein geringes Dipolmoment (0,12 D) und wird oft wie folgt dargestellt (Mesomerie):

Zu beachten ist, dass die Oktettregel in den beiden rechten Strukturformeln nicht eingehalten wird.

Kohlenstoffmonooxid bildet sich zwar in exothermer Reaktion aus den Elementen, ist aber thermodynamisch instabil in Bezug auf den Zerfall in Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid. Obwohl diese Zerfallsreaktion bei Raumtemperatur fast unmessbar langsam ist - CO ist metastabil - spielt sie bei höheren Temperaturen eine große Rolle. So nutzt man beispielsweise bei der Eisenherstellung (Hochofenprozess) das sich bei höheren Temperaturen schnell einstellende Gleichgewicht zwischen CO einerseits und C + CO₂ andererseits (Boudouard-Gleichgewicht).

Kohlenstoffmonooxid ist ein gutes und preiswertes Reduktionsmittel und wird in dieser Funktion vielfältig verwendet. Die Oxidationskraft von CO ist hingegen nur schwach ausgeprägt.

Kohlenstoffmonooxid ist ein sehr guter Ligand zur Metallkomplexierung. Aus diesem Grund sind zahlreiche Metallcarbonyle bekannt. Auch die extreme Giftigkeit (s.u.) ist auf diese Eigenschaft zurückzuführen. Kohlenstoffmonooxid zählt zu den Starkfeld-Liganden und ist isoelektronisch zum Distickstoff (N₂) sowie zu den Ionen Cyanid (CN^-) und Nitrosyl (NO⁺). Durch Ausprägung von sich synergetisch verstärkenden Hin- und Rückbindungen entsteht eine starke Metall-Ligand-Bindung. CO ist ein starker σ-Donator und π-Akzeptor.

Toxizität

Die starken Komplexbindungen, die Kohlenstoffmonooxid eingeht, erklären seine Giftigkeit. Es bindet, wenn es z. B. mit dem Tabakrauch in den Blutkreislauf gelangt, 200-300 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 (Komplexbildungsreaktion). Hierdurch wird der Sauerstofftransport im Blut unterbrochen, was zum Tod durch Erstickung führen kann. Schon bei einem Gehalt von nur 0,3 Prozent Kohlenstoffmonooxid in der Luft ist das Blut zur Hälfte mit Kohlenstoffmonooxid 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. Ferner finden sich nach dem Tod bei der Leiche leuchtend rote Totenflecke (Livores) durch eben diesen Mechanismus.

Kohlenmonooxid ist ein Photosynthesegift und schädigt auch das Chlorophyll 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 Kohlenmonoxid-Intoxikationen

Kohlenmonoxid 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. Umluftunabhängiger Atemschutz ist in der Regel zur Rettung, welche in den meisten Fällen durch die Feuerwehr erfolgt, notwendig.

Patienten mit einer Kohlenmonoxid-Vergiftung werden vom Rettungsdienst und Notarzt im Allgemeinen mit positiv endexpiratorischem Druck (PEEP) und 100 % Sauerstoff intubiert beatmet. Durch das dadurch deutlich erhöhte Sauerstoffangebot kann man Kohlenmonoxid vom Hämoglobin verdrängen. Bei einem Kohlenmonoxid-Hämoglobin-Komplex-Gehalt (HbCO-Wert) von mehr als 70 % im Blut hilft nur noch ein sofortiger Blutaustausch.

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 (Synthesegas, Fischer-Tropsch-Synthese). Es entweicht zudem in großen Mengen als Luftschadstoff über Abgas-Emissionen.

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 mit speziellen Absorbern aufgefangen oder mit einer Abflammvorrichtung abgeflammt werden. Besondere Vorsicht gilt bei CO-Luft-Gemischen, da sie sehr explosiv reagieren können.

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

Weblinks

Sicherheitsdatenblätter

Sicherheitsdatenblätter für Kohlenstoffmonooxid verschiedener Hersteller in alphabetischer Reihenfolge: