Угарный газ — свойства, влияние на организм человека

Общие сведения о СО

Окись углерода, монооксид углерода, или всем известный угарный газ (формула СО) – это не имеющий запаха, цвета или вкуса очень токсичное и опасное для здоровья человека газообразное соединение.

Угарный газ образуется при горении любых материалов, в состав которых входит углерод – это бензин, природный газ солярка, угли, дрова и прочие органические материалы, в том числе мебель и предметы обихода. Процесс горения приводит к окислению органических веществ и сопровождается выделением двуокиси углерода (углекислого газа) и воды. В идеале, полное сгорание ограничивается этими двумя веществами. Однако в нормальных условиях при горении наблюдается недостаток кислорода (особенно в замкнутом или плохо проветриваемом пространстве), что приводит к неполному окислению углеродов и образованию угарного газа.

Немного печальной статистики – при пожаре основная причина гибели людей это, как вы могли бы предположить, не обширные ожоговые поражения и смерть в огне, а именно отравление угарным газом.

Действие угарного газа заключается в следующем – попадая в дыхательные пути молекулы этого соединения быстро всасываются в кровь и связываются с молекулами гемоглобина. При этом образуется карбоксигемоглобин, вещество, препятствующее транспортировке кислорода по организму человека и очень быстро вызывающее кислородную недостаточность.

Небольшая концентрация угарного газа (не более 0,08%) вызывает удушье и головную боль, при превышении до 0,32% наблюдается паралич и потеря сознания. При воздействии такой концентрации в течение 25-30 минут наиболее вероятен смертельный исход.

В зависимости от симптомов отравления от угарного газа различают три степени тяжести:

1. Легкая степень тяжести. Эта стадия характеризуется такими признаками угарного газа как: общая слабость, головная боль, отдающая в лобную долю и виски и височной областях, головокружения и шум в ушах, а также нарушение зрительных функций. Отравление сопровождается сухим кашлем, нехваткой воздуха, одышкой, слезотечением, тошнотой и тахикардией.
2. Тяжесть средней степени. В данном случае все вышеперечисленные признаки не просто сохраняются, но и усугубляются. Так, чувство тошноты переходит в рвоту, возникает затуманенность сознания и кратковременная потеря сознания, галлюцинации, боли в груди давящего характера.
3. Тяжелая степень. Как уже говорилось выше, главное свойство угарного газа – это способность вызывать кислородную недостаточность в организме человека. При относительно длительном воздействии (15-25 минут), наступает необратимое изменение биологических и физических показателей в крови, сопровождающееся параличом, долговременной потерей сознания, вплоть до коматозного состояния. Также наблюдаются судороги, непроизвольное мочеиспускание и опорожнение кишечника, посинение кожных покровов и слизистых оболочек. Дыхание человека при этом, вследствие дефицита кислорода, становится поверхностным и прерывистым. Далее наступает смерть.

Утечка угарного газа в быту чаще всего связана с неправильной установкой или эксплуатацией отопительных бытовых приборов. В зоне риска находятся дома с печным отоплением и каминами, бани и сауны. Оставленная в заведенном состоянии в гараже машина также выделяет угарный газ и делает длительное нахождение в помещении опасным для здоровья. Также работающая машина в гараже, прилегающем к дому, становится потенциальным источников опасности для всех его жителей.

Повышенный риск образования угарного газа имеют закрытые помещения, такие как лифт, подсобки и прочие небольшие или имеющие затрудненный выход пространства.

Образование угарного газа и достижение его смертельных концентраций часто возникает и на объектах производства. Так, работа большинства отраслей промышленности сопровождается технологическими процессами, связанными с горением. Особому риску подвержены шахты, разведочные буровые установки, эксплуатационные платформы, наземные нефте- и газохранилища, нефтеперерабатывающие заводы и т.д.

Утечку угарного газа невозможно обнаружить без применения специальных приборов, так как отсутствует изменение цвета, вкуса и запаха воздуха. С этой целью выпускают специальные системы обнаружения угарного газа, помогающие сделать бытовую жизнь и производственные процессы безопасными, сократить риски для здоровья.

В состав системы входят датчики угарного газа (газоанализаторы угарного газа или сигнализаторы угарного газа), а также контроллеры и устройства оповещения. В совокупности эти приборы позволяют быстро обнаружить угарный газ и предупредить о развитие опасной ситуации еще на ранних стадиях.

Мы собрали ТОП-10 газоанализаторов угарного газа, разделенных по сфере применения и наличию дополнительных функций.

Это вещество, молекула которого состоит всего из двух атомов – углерода и кислорода. Соответственно, химическая формула угарного газа – СО.
Имеет несколько названий:

Физические свойства – это газ, чуть легче воздуха. Особенная опасность – не имеет цвета и запаха, поэтому человек не ощущает, когда он поступает в легкие. Если же вы где-то слышали или самим приходилось сталкиваться с так называемым «запахом угарного газа», то это не он пахнет, а органические примеси, которые в нем есть, чистый газ запаха не имеет.

По химическим свойствам это довольно активное вещество, например, его используют для восстановления железа из железной руды, получения карбонилов металлов, получения чистого никеля и т.д.

При содержании в воздухе от 12,5 до 74,2% СО воспламеняется с температурой пламени до 2100 градусов. Это свойство позволило в 19 веке использовать его как один из компонентов светильного и генераторного газов для освещения улиц и отопления помещений.

Физические и химические свойства углекислого газа

Формула – СО2. Молярная масса – 44 г/моль.

Углекислый газ относится к классу кислотных оксидов, т.е. при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется угольная. Угольная кислота химически неустойчива и в момент образования сразу же распадается на составляющие, т.е. реакция взаимодействия углекислого газа с водой носит обратимый характер:

CO2 + H2O ↔ CO2×H2O(solution) ↔ H2CO3.

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

2CO2 = 2CO + O2.

Как и для всех кислотных оксидов, для углекислого газа характерны реакции взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:

CaO + CO2 = CaCO3;

Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3;

CO2 + NaOH(dilute) = NaHCO3;

CO2 + 2NaOH(conc) = Na2CO3 + H2O.

Углекислый газ не поддерживает горения, в нем горят только активные металлы:

CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t);

CO2 + 2Ca = C + 2CaO (t).

Углекислый газ вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами, такими как водород и углерод:

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (t, kat = Cu2O);

CO2 + C = 2CO (t).

Обратите внимание! При взаимодействии углекислого газа с пероксидами активных металлов образуются карбонаты и выделяется кислород:

2CO2 + 2Na2O2 = 2Na2CO3 + O2↑.

Качественной реакцией на углекислый газ является реакция его взаимодействия с известковой водой (молоком), т.е. с гидроксидом кальция, в которой образуется осадок белого цвета – карбонат кальция:

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O.

Углекислый газ – газообразное вещество без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Термически устойчив. При сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояния. Углекислый газ в твердом агрегатном состоянии носит название «сухой лед» и легко возгоняется при комнатной температуре. Углекислый газ плохо растворим в воде, частично реагирует с ней. Плотность – 1,977 г/л.

Свойства токсичного вещества

В природе и свойствах угарного газа нет ничего необычного. По сути, это продукт частичного окисления угля или угольсодержащих видов топлива. Формула угарного газа проста и незамысловата – СО, в химических терминах — монооксид углерода. Один атом углерода соединен с атомом кислорода. Так уж устроена природа процессов горения органического топлива, что угарный газ является неотъемлемой частью любого пламени.

Угли, родственные им виды топлива, торф, дрова при нагреве в топке газифицируются в угарный газ, и только потом дожигаются притоком воздуха. Если угар просочился из камеры горения в помещение, то он будет оставаться в стабильном состоянии до момента, когда вентиляцией угарный поток будет вынесен из комнаты или накапливаться, заполняя все пространство, от пола до потолка. В последнем случае спасти положение может только электронный датчик угарного газа, реагирующий на малейшее повышение концентрации токсичного угара в атмосфере помещения.

Что необходимо знать об угарном газе:

• В стандартных условиях плотность угарного газа – 1,25 кг/м3, что очень близко к удельному весу воздуха 1,25 кг/м3. Горячий и даже теплый монооксид легко поднимается под потолок, по мере остывания оседает и перемешивается с воздухом;
• Угарный газ не имеет вкуса, цвета и запаха, даже в условиях высокой концентрации;
• Для начала образования угарного газа достаточно нагреть металл, контактирующий с углеродом, до температуры в 400-500оС;
• Газ способен гореть в воздухе с выделением большого количества тепла, примерно 111 кДж/моль.

Опасно не только вдыхание угарного газа, газовоздушная смесь способна взрываться при достижении объемной концентрации от 12,5% до 74%. В этом смысле газовая смесь похожа на бытовой метан, но гораздо опаснее сетевого газа.

Метан легче воздуха и менее токсичен при вдыхании, кроме того, благодаря добавке в газовый поток специальной присадки – меркаптана, его наличие в помещении легко уловить по запаху. При небольшой загазованности кухни можно без последствий для здоровья войти в помещение и проветрить его.

С угарным газом все сложнее. Близкое родство СО и воздуха препятствует эффективному удалению токсичного газового облака. По мере охлаждения облако газа будет постепенно оседать в области пола. Если сработал датчик угарного газа, или обнаружилась утечка продуктов горения из печи или котла на твердом топливе, необходимо немедленно принимать меры к проветриванию, иначе первыми пострадают дети и домашние питомцы.

Подобное свойство угарного облака ранее широко использовалось для борьбы с грызунами и тараканами, но эффективность газовой атаки значительно ниже современных средств, а риск заработать отравление несоизмеримо выше.

К сведению! Газовое облако СО, при отсутствии вентиляции, способно сохранять свои свойства без изменений длительное время.

При наличии подозрения в накоплении угарного газа в подвальных помещения, подсобках, котельных, погребах первым делом необходимо обеспечить максимальное проветривание с кратностью газообмена 3-4 единицы в течение часа.

Условия появления угара в помещении

Монооксид углерода можно получить с помощью десятков вариантов химических реакций, но для этого необходимы специфические реактивы и условия их взаимодействия. Риск заработать отравление газом таким способом практически равен нулю. Основными причинами появления угарного газа в котельной или в помещении кухни остаются два фактора:

• Плохая тяга и частичное перетекание продуктов горения из очага горения в помещение кухни;
• Неправильная эксплуатация котельного, газового и печного оборудования;
• Пожары и локальные очаги возгорания пластика, проводки, полимерных покрытий и материалов;
• Отходящие газы из канализационных коммуникаций.

Источником угарного газа может стать вторичное горение золы, рыхлых отложений сажи в дымоходах, копоть и смола, въевшиеся в кирпичную кладку каминных полок и сажегасителей.

Чаще всего источником газового СО становятся тлеющие угли, догорающие в топке при закрытой задвижке. Особенно много выделяется газа при термическом разложении дров в отсутствии воздуха, примерно половину газового облака занимает угарный газ. Поэтому любые эксперименты с копчением мяса и рыбы на дымке, получаемом от тлеющей стружки, должны выполняться только на открытом воздухе.

Незначительное количество угарного газа может появляться и в процессе приготовления пищи. Например, все, кто сталкивался с установкой на кухне газовых отопительных котлов с закрытой топкой, знают, как реагируют датчики угарного газа на жареную картошку или любые продукты, приготовленные в кипящем масле.

Монооксид углерода

Угарным газом называют оксид углерода с формулой CO. Кроме того, это соединение называют монооксидом и окисью углерода. Он представляет собой бесцветный безвкусный горючий газ без запаха, который легче воздуха. Вещество образуется в случаях, когда топливо сгорает не до конца. Оно плохо растворяется в воде.

У молекулы этого оксида линейное строение. Между атомами его элементов образуется тройная связь. Два неспаренных электрона обоих элементов образуют пару ковалентных связей. Третья же связь возникает, когда электронная пара кислорода размещается на свободной орбитали атома углерода.

У молекулы слабая полярность. Наличие двух неспаренных электронов говорит о том, что в этом соединении углерод проявляет валентность II.

Строение молекулы

Во-первых, по эмпирической формуле видно, что валентность углерода в соединении равна II. Так же, как и у кислорода. Следовательно, каждый из них может сформировать по две связи. Химическая формула угарного газа СО это наглядно подтверждает.

Так и происходит. Между атомом углерода и кислорода по механизму обобществления неспаренных электронов происходит образование двойной ковалентной полярной связи. Таким образом, структурная формула угарного газа принимает вид С=О.

Однако на этом особенности молекулы не заканчиваются. По донорно-акцепторному механизму в молекуле происходит формирование третьей, дативной или семиполярной связи. Чем это объясняется? Так как после образования ковалентных связей по обменному порядку у кислорода остается две пары электронов, а у атома углерода — пустая орбиталь, то последний выступает в роли акцептора одной из пар первого. Другими словами, пара электронов кислорода размещается на свободной орбитали углерода и происходит образование связи.

Так, углерод — акцептор, кислород — донор. Поэтому формула угарного газа в химии принимает следующий вид: С≡О. Такая структуризация сообщает молекуле дополнительную химическую стабильность и инертность в проявляемых свойствах при обычных условиях.

Итак, связи в молекуле монооксида углерода:

• две ковалентные полярные, образованные по обменному механизму за счет обобществления неспаренных электронов;
• одна дативная, сформированная по донорно-акцепторному взаимодействию между парой электронов и свободной орбиталью;
• всего связей в молекуле — три.

Как СО ведет себя в организме

Для начала, откуда окись углерода берется в организме, те самые 10 мл, о которых я говорила выше? В самых общих чертах, он является одним из продуктов реакции превращения гемоглобина в билирубин. Затем он связывается гемоглобином крови и вместе с углекислым газом транспортируется в легкие, чтобы выйти из них при выдохе.

Теперь чуть подробнее про гемоглобин. В его состав входят ионы двухвалентного железа, с помощью которых происходит перенос кислорода, попавшего в организм с воздухом. Именно гемоглобин крови разносит кислород по тканям организма, чтобы они могли нормально функционировать.

Но проблема в том, что монооксид углерода присоединяется к гемоглобину во много раз легче кислорода. Так что, если в воздухе появляется избыток окиси углерода, то она составит успешную конкуренцию кислороду и будет захватывать гемоглобин, не давая кислороду присоединиться к нему. При этом образуется вещество под названием карбоксигемоглобин. Оно достаточно прочное, поэтому при длительном вдыхании СО будет накапливаться в крови, вытесняя кислород.

Карбоксигемоглобин имеет ярко-красную окраску, именно поэтому кожа человека краснеет, кровь и внутренние ткани организма становятся вишнево-красного цвета. Таким образом, при вскрытии (если дойдет до смертельного исхода) сразу становится ясно, от чего умер человек.
Это я, что называется, «на пальцах», рассказала, как происходит накопление в организме угарного газа и постепенное удушье.

Кроме того, монооксид углерода действует не только на гемоглобин. В мышечном белке миоглобине также содержатся ионы железа. С ними угарный газ соединяется, образуя карбоксимиоглобин. Правда, не так легко, как с гемоглобином крови, но, тем не менее, этого хватает, чтобы человек почувствовал мышечную слабость, которая является одним из признаков отравления.

Еще пару слов скажу о курении. Не знаю, знаете ли вы или нет, но в табачном дыме содержится до 1% угарного газа. Так что, если вы курите, то автоматически каждый день подвергаете себя хроническому отравлению этим веществом. В случае, если вы окажетесь в ситуации, когда в воздухе превышено содержание окиси углерода (например, на пожаре), то у вас гораздо больше шансов умереть, чем у некурящего человека, так как отравление наступит гораздо быстрее.

Отравлению угарным газом подвергаются также люди, которые не курят, но находятся в помещении, заполненным табачным дымом.

Влияние на организм.

Угарный газ очень ядовит. Первыми признаками острого отравления СО являются головная боль и головокружение, в дальнейшем наступает потеря сознания. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе промышленных предприятий считается 0,02 мг/л. Основным противоядием при отравлении СО служит свежий воздух. Полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта.

Чрезвычайная ядовитость СО, отсутствие у него цвета и запаха, а также очень слабое поглощение его активированным углём обычного противогаза делают этот газ особенно опасным. Вопрос защиты от него был разрешён изготовлением специальных противогазов, коробка которых заполнялась смесью различных оксидов (в основном MnO2 и CuO). Действие этой смеси («гопкалита») сводится к каталитическому ускорению реакции окисления СО до СО2 кислородом воздуха. На практике гопкалитовые противогазы очень неудобны, так как заставляют дышать нагретым (в результате реакции окисления) воздухом.

Отравление угарным газом: признаки, симптомы, первая помощь, лечение

Молчаливый убийца – так называют монооксид углерода или угарный газ. Из-за отсутствия цвета и запаха газ не определяется органолептически.

По статистике, смертность от отравления угарным газом составляет 60-70% от общего количества случаев летальности от ингаляционных отравлений. ООН присвоила угарному газу 2 класс опасности.

Этиология и патогенез

Первая помощь должна быть оказана максимально оперативно, так как угарный газ быстро диффундирует через легочную капиллярную мембрану и связывается с железной частью гемма. Это происходит с примерно в 240 раз большей аффинностью, чем с кислородом.

Степень гемоглобинемии окиси углерода (CO-Hb) является функцией относительного количества СО и кислорода в воздухе, продолжительности воздействия и объема дыхания в минуту.

Некурящие могут иметь до 3% СО в крови, в то время как курильщики имеют уровни 10-15%.

Когда СО связывается с гемом, способность выделять кислород непосредственно в периферическую ткань организма снижается. Таким образом, дефицит кислорода происходит в тканях. CO влияет на периферическое потребление кислорода несколькими способами.

Концентрация СО в атмосфере обычно ниже 0,001%, но она выше в городских районах и в закрытых помещениях.

Большинство смертельных отравлений угарным газом происходит из-за пожаров, утечек в печах, портативных источников питания, работающих на бензине, гриля в помещении, выхлопных газов автомобилей. Угарный газ быстро всасывается в легкие. Выделение зависит от степени оксигенации и, в меньшей степени, минутного объема.

• Период полувыведения СО, когда человек дышит обычным воздухом, составляет около 300 минут.
• Если вы дышите богатым кислородом воздухом через маску, которая фильтрует выдыхаемый воздух, период полураспада составляет около 90 минут.
• При 100% гипербарическом кислороде это около 30 минут.

Вероятность смертельного исхода отравления возрастает при отсутствии своевременной помощи.

Как не отравиться? Правила безопасности

МЧС разработали правила безопасности по недопущению отравления угарным газом, которые включают в себя:

• Если человек находится в горящем помещении, нагнуть голову как можно ниже к полу и срочно выбираться из огня, ведь СО легче кислорода, поэтому держится в верхней части помещения;
• Не заводите автомобиль в замкнутом пространстве, гараже – только при открытом помещении;
• Периодическая проверка исправности вытяжной системы, вентиляции помещения;
• Установка в жилом помещении системы контроля загазованности;
• Своевременно производить чистку дымоходов;
• Проводить профилактический осмотр газового оборудования с проверкой оного на предмет утечек;
• При постройке отопительной системы в доме приглашать проверенных специалистов, которые имеют сертификаты на данный вид деятельности;
• Не покупайте б/у отопительную и газовую технику, а также, если это оборудование сомнительного происхождения/производителя;
• При работе с газовым оборудованием (установка, настройка) использовать индивидуальные защитные средства.

Важно! Прикрытие органов дыхания влажной тканью во время пожара способно частично задержать лишь некоторые продукты горения, однако, молекулы СО настолько мелки, что защититься от них таким приспособлением практически невозможно.

Нахождение в природе

Основной источник СО в атмосфере Земли — лесные пожары. Ведь главный способ образования данного газа естественным путем — это неполное сгорание различного вида топлива, в основном органической природы.

Антропогенные источники загрязнения воздуха монооксидом углерода так же немаловажны и дают по массовой доле такой же процент, как и природные. К ним относятся:

• дым от работы фабрик и заводов, металлургических комплексов и прочих промышленных предприятий;
• выхлопные газы из двигателей внутреннего сгорания.

В природных условиях угарный газ легко окисляется кислородом воздуха и парами воды до углекислого газа. На этом основана первая помощь при отравлении этим соединением.

Использование в промышленности

В металлургической промышленности для реакций восстановления металлов из их оксидов или солей используется часто именно угарный газ. Формула образующегося в результате соединения — СО2. Также формируется чистое вещество — металл.

Кроме того, монооксид углерода применяют:

• для обработки мясных и рыбных продуктов, что позволяет придать им свежий вид;
• для синтезов некоторых органических соединений;
• как компонент генераторного газа.

Поэтому это вещество является не только вредоносным и опасным, но еще и весьма полезным для человека и его хозяйственной деятельности.