Oxid uhelnatý

Oxid uhelnatý (starší terminologií kysličník uhelnatý) je bezbarvý jedovatý plyn bez chuti a zápachu, nedráždivý. Ve vodě je málo rozpustný. Je obsažen ve svítiplynu, v generátorovém a ve vodním plynu; má silně redukční vlastnosti. V přírodě je přítomen v nepatrném množství v atmosféře, kde vzniká především fotolýzou oxidu uhličitého působením ultrafialového záření, jako produkt nedokonalého spalování fosilních paliv i biomasy. Je také obsažen v sopečných plynech. V mezihvězdném prostoru se vyskytuje ve značném množství. Byl nalezen i v atmosféře Marsu (0,08 %) a spektroskopicky prokázán v komě komet.

Oxid uhelnatý
Schéma molekuly oxidu uhelnatého
Obecné
Systematický název	oxid uhelnatý
Latinský název	Carbonii monoxidum Monoxidum carbonis
Anglický název	Carbon monoxide
Německý název	Kohlenstoffmonoxid
Sumární vzorec	CO
Vzhled	bezbarvý jedovatý plyn bez zápachu
Identifikace
Registrační číslo CAS	630-08-0
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)	211-128-3
Indexové číslo	006-001-00-2
PubChem	281
ChEBI	17245
UN kód	1016
SMILES	[C-]#[O+]
InChI	InChI=1S/CO/c1-2
Číslo RTECS	FG3500000
Vlastnosti
Molární hmotnost	28,010 1 g/mol
Teplota tání	−205 °C (68 K)
Teplota varu	−191,5 °C (81 K)
Hustota	789 kg/m³, (kapalný, tv) 0,001 25 g/cm³ (0 °C) 0,001 145 g/cm³ (25 °C)
Dynamický viskozitní koeficient	0,005 61 cP (plyn, tv) 0,012 7 cP (−78,5 °C) 0,016 6 cP (0 °C) 0,021 8 cP (126 °C) 0,025 5 cP (227 °C)
Index lomu	nD= 1,000 34 (0 °C)
Kritická teplota Tk	−140,23 °C
Kritický tlak pk	3 499 kPa
Kritická hustota	0,301 g/cm3
Rozpustnost ve vodě	3,5 cm3/100 g (0 °C) 2,82 cm3/100 g (10 °C) 2,32 cm3/100 g (20 °C) 2,14 cm3/100 g (25 °C) 2,00 cm3/100 g (30 °C) 1,77 cm3/100 g (40 °C) 1,49 cm3/100 g (60 °C) 1,43 cm3/100 g (80 °C) 1,40 cm3/100 g (100 °C)
Rozpustnost v polárních rozpouštědlech	karbonylové sloučeniny estery alkoholy
Relativní permitivita εr	1,000 634
Van der Waalsovy konstanty stavové rovnice	a= 0,148 5 Pa m6 mol−2 b= 39,85 m3 mol−1
Součinitel tepelné vodivosti	0,020 0 W m−1 K−1 (−40 °C) 0,021 8 W m−1 K−1 (−17 °C) 0,023 4 W m−1 K−1 (4,4 °C) 0,025 1 W m−1 K−1 (27 °C) 0,026 8 W m−1 K−1 (49 °C)
Ionizační energie	14,013 eV
Struktura
Dipólový moment	0,374×10−30 C·m
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf°	−110,53 kJ/mol −121 kJ/mol (vodný roztok)
Entalpie tání ΔHt	29,8 J/g
Entalpie varu ΔHv	215,6 J/g
Standardní molární entropie S°	197,556 J/mol·K 105 J/mol·K (vodný roztok)
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf°	−137,15 kJ/mol −199,9 kJ/mol (vodný roztok)
Izobarické měrné teplo cp	1,039 5 J K−1 g−1
Izochorické měrné teplo cV	0,741 J K−1 g−1
Bezpečnost
GHS02 GHS06 GHS08 [1] Nebezpečí[1]
H-věty	H220 H360D H331 H372
R-věty	R12, R23, R33, R48, R61
S-věty	S9, S16, S33, S45, S53
NFPA 704	2 4 2
Teplota vzplanutí	− 191 °C
Teplota vznícení	609 °C
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Vznik

Vzniká z kyslíkatých organických látek rozkladem při vysokých teplotách. Např. při koksování uhlí. Nad 600 °C vzniká i při spalování ochotněji než oxid uhličitý.

Ve vysoké peci se získává vysokoteplotním spalováním koksu:

2 C + O₂ → 2 CO

Endotermní reakcí vodní páry s koksem za vysokých teplot se vyráběl vodní plyn jako ušlechtilé palivo nebo zdroj vodíku:

C + H₂O → CO + H₂

Vzniká také při výrobě vodíku parním reformováním methanu endotermní reakcí okolo 1000 °C:

CH₄ + H₂O → 3 H₂ + CO

Následně se ale spotřebovává konverzí pod 600 °C, kdy redukuje vodní páru:

CO + H₂O → H₂ + CO₂

V nepatrném množství vzniká i metabolickými procesy v živých organismech a proto je obsažen ve stopových množstvích ve vydechovaném vzduchu z plic.

Vlastnosti

S kyslíkem hoří namodralým plamenem na oxid uhličitý:

2 CO + O₂ → 2 CO₂

za uvolnění značného množství tepla. Ve směsi, obsahující od 12,5 do 74,2 % ^[2] oxidu uhelnatého ve vzduchu, reakce probíhá jako výbuch. I při nižší koncentraci tato reakce probíhá dobře na katalyzátoru výfukových plynů.

CO má podobnou hustotu jako vzduch, nepatrně nižší (97 %).

Využití

Oxid uhelnatý se dříve používal jako plynné palivo (například součást svítiplynu). Jeho směs s vodíkem (vodní plyn) byl jedním z meziproduktů používaných v těžkém chemickém a potravinářském^[3] průmyslu. Při výrobě železa vzniká oxid uhelnatý z uhlíku v koksu a spolu s ním funguje jako redukční činidlo.

Zdroje oxidu uhelnatého a jeho výskyt v ovzduší

Výskyt oxidu uhelnatého v atmosféře v roce 2000, MOPITT

Vzhledem k jedovatosti je jednou z významných znečišťujících látek. Vzniká při vysokoteplotním spalování uhlíku a organických látek. Je emitován např. automobily, lokálními topeništi, energetickým a metalurgickým průmyslem.

CO vzniká zejména pokud:

• je teplota spalování příliš nízká, než aby mohlo dojít k úplné oxidaci pohonných látek na oxid uhličitý,
• čas hoření ve spalovací komoře je příliš krátký,
• není k dispozici dostatek kyslíku.

Díky povinnému zavedení řízených katalyzátorů u vozidel s benzínovými motory se emise oxidu uhelnatého v poslední době snižují.

V roce 2005 v České republice nepřekračovaly pozaďové koncentrace 300 µg/m³. V Praze činily roční aritmetické průměry v oblastech zatížených dopravou přibližně 1.000 µg/m³.^[4]

Při používání zemního plynu k vaření v domácnostech je koncentrace CO v domácím ovzduší průměrně cca 2.900 µg/m^{3 [5]}.

Kouření

Významným zdrojem oxidu uhelnatého je kouření. Lidé kouřící cca 20 cigaret denně mají asi 4 až 7 % krevního hemoglobinu zablokováno působením CO.^[4] Při pasivním kouření je člověk vystaven koncentracím okolo 1.700 µg/m^{3 [5]}.

Účinky na živé organismy

Toxicita

Oxid uhelnatý je značně jedovatý; jeho jedovatost je způsobena silnou afinitou k hemoglobinu (krevnímu barvivu), s nímž vytváří karboxyhemoglobin (COHb), čímž znemožňuje přenos kyslíku v podobě oxyhemoglobinu z plic do tkání. Vazba oxidu uhelnatého na hemoglobin je přibližně dvousetkrát silnější než kyslíku, a proto jeho odstranění z krve trvá mnoho hodin až dní. Příznaky otravy se objevují již při přeměně 10 % hemoglobinu na karboxyhemoglobin.

Otrava oxidem uhelnatým

Podrobnější informace naleznete v článku Otrava oxidem uhelnatým.

Oxid uhelnatý blokuje přenášení kyslíku krví, neboť jeho vazba s hemoglobinem je 200× až 300× pevnější než vazba kyslíku a z hemoglobinu se stává karboxyhemoglobin. Otrava CO se vyskytuje např. v uzavřených prostorech, kde běží spalovací motory nebo při špatném odvětrání plynových spotřebičů. První pomoc spočívá v přerušení kontaktu (vyvětrat, vynést z prostoru), dále podání kyslíku a pokud došlo k zástavě oběhu, je třeba resuscitovat.

Oxidem uhelnatým (ve svítiplynu) se otrávil například skladatel a zpěvák Jiří Šlitr.^[6]

Signalizační molekula

Oxid uhelnatý patří spolu s oxidem dusnatým a sulfanem ke gasotransmiterům; působí (podobně jako oxid dusnatý) jako relaxant na hladkosvalové buňky ve stěnách cév (vasodilatační účinek). Oxid uhelnatý vzniká endogenně degradací hemu hemoxygenázou (HMOX), což vede k fyziologickým koncentracím v krvi ve vysokém mikromolárním rozmezí ve formě vázané na hemoglobin známé jako karbonylhemoglobin (COHb).