Окись углерода

Окись углерода – угарный газ CO, оксид C (II), соединение углерода с кислородом; газ бесцветный, без вкуса, с очень слабым запахом, слегка напоминающий запах чеснока. Окись углерода впервые выделил французский врач Ж. де Лассон в 1776 году при нагревании древесного угля с окисью цинка. Плотность окиси углерода
0,00125 г/см³ при 0 °C и давлении 1 кгс/см², плотность по отношению к воздуху – 0,967. t_пл –205 °C, t_кип –191,5 °C, критическая температура – 140 °C, критическое давление 34,6 кгс/см². Плохо растворяется в воде, коэффициент растворяемости 0,025
(20 °C). Почти не поглощается активированным углем.

Пределы взрываемости (по объему) в смеси с воздухом 11,4–77,5 %; с кислородом – 15,5–93,9 %.

Окись углерода – несолеобразующий окисел, не взаимодействующий при обычных условиях с водой, кислотами и щелочами. Окись углерода характеризуется восстановительными свойствами и склонностью к реакциям присоединения. Так, при облучении светом и в присутствии катализаторов CO соединяется с хлором (фосген); а при нагревании – с кислородом, давая двуокись CO₂; с серой образует сероокись COS, с некоторыми металлами – карбонилы металлов, например Ni (CO)₄, Fe (CO)₅. Окись углерода при повышенных температурах восстанавливает окислы металлов до свободных металлов (Fe; Pb; Ni; Cu и др.) и взаимодействует с водородом, давая в зависимости от условий реакции, метан, смесь высших спиртов, альдегиды, кетоны.

Распространение в природе. В атмосфере окись углерода содержится в незначительных количествах. Встречается в виде небольших включений в пластах каменного угля. Всегда образуется в результате сгорания углерода или его соединений при недостатке воздуха и в значительных количествах присутствует в топочном, генераторном, доменном и других газах, выхлопных газах автомобилей (2–10 объёмных %), табачном дыме (0,5–1 объёмных %), являясь таким образом источником загрязнения атмосферы.

Получение. Получают окись углерода в промышленности при взаимодействии раскалённого угля с углекислым газом: С+CO₂=2CO или водяным паром: С+H₂O=CO +H₂. Таким образом производят генераторный и водяной газы, использующиеся как газообразное горючее. В лаборатории CO получают нагреванием при 100 °C муравьиной кислоты с серной кислотой; при этом происходит реакция: HCOOH=H₂O+CO.

Применение. Применяют окись углерода в химической промышленности для синтеза метиловых спиртов, углеводородов, альдегидов и органических кислот (муравьиной и щавелевой), получения ацетона, фосгена, метана, а также для получения синтетического жидкого топлива.

Хранится в стальных емкостях.

Предельно допустимыми концентрациями в воздухе является: в населенных пунктах среднесуточная 2 мг/м³, в рабочей зоне – 20 мг/м³. Поражающая концентрация при экспозиции 2 часа составляет 220 мг/м³, смертельная при экспозиции 30 минут – 4500 мг/м³.

Отравления окисью углерода возможны на производстве и в быту: в доменных, мартеновских, литейных цехах; при испытании двигателей, использовании топливных газов для сушки и подогрева; в химической промышленности; в гаражах; при дровяном отоплении и т.п.

Определение в воздухе.

Качественное. Реакция с хлоридом палладия. Полоски фильтровальной бумаги пропитывают 1 % раствором хлористого палладия и высушивают. Перед употреблением их смачивают 5 % раствором ацетата натрия. В присутствии окиси углерода бумажка чернеет. Такую же окраску дают сероводород и водород.

Количественное. Воздух отбирают в бутыль, заполненную водой. Окись углерода окисляют йодноватым ангидридом при 140–150 °C до двуокиси углерода (углекислого газа). Последний улавливают раствором гидрата окиси бария. Обратным титрованием определяют непрореагировавшее количество гидрата окиси натрия.

Сернистый водород (сероводород)

Сернистый водород, сероводород, H₂S, простейшее соединение серы с водородом. Бесцветный газ, при большом разбавлении пахнет тухлыми яйцами.

Впервые подробно изучен К. Шееле в 1777 г. Содержится в вулканических газах, в некоторых минеральных водах, в Чёрном море на глубинах свыше 150 м. Постоянно образуется при гниении органических остатков животного происхождения.

При –60,38 °C превращается в бесцветную жидкость, кристаллизующуюся при
–85,6 °C. Твёрдый сернистый водород существует в трёх модификациях с точками перехода –170 °C и –147 °C. Молекула сернистого водорода полярна, ионизационный потенциал 10,5 В. 1 объём воды растворяет в обычных условиях около 3 объёмов сернистого водорода с образованием слабой сероводородной кислоты. При нагревании его растворимость понижается. Охлаждением насыщенного водного раствора сернистого водорода можно получить кристаллогидрат H₂S×6H₂O. Сернистый водород загорается на воздухе около 300 °C и сгорает голубым пламенем:

2H₂S+3O₂=2H₂O+2SO₂ (при избытке кислорода),

2H₂S+O₂=2H₂O+2S (при недостатке кислорода).

Смеси его с воздухом взрывоопасны в пределах от 4 до 45 % сернистого водорода (по объёму). Водный раствор сернистого водорода (сероводородная вода, сероводородная кислота) при стоянии на воздухе постепенно мутнеет вследствие выделения серы. Сернистый водород реагирует с большинством металлов и их окислами в присутствии влаги или при нагревании, образуя соответствующие сульфиды. Сернистый водород – сильный восстановитель: галогены восстанавливаются им до соответствующих водородных соединений, H₂SO₄ – до SO₂ и S: H₂SO₄+H₂S=2H₂O+SO₂+S.

Сернистый водород образуется при нагревании серы в токе водорода: H₂+S = H₂S. Равновесие этой реакции до 350 °C смещено вправо, а при повышении температуры сдвигается влево. Термическая диссоциация сернистого водорода начинается с 400 °C и становится практически полной около 1700 °C.

В лаборатории сернистый водород получают действием разбавленных кислот на FeS: FeS+2HCl=FeCl₂+H₂S.

Сернистый водород в промышленных масштабах получают при очистке природных, нефтяных и коксовых газов. Сернистый водород – один из важнейших реактивов, применяемых в химическом анализе. В промышленности применяется главным образом для получения серы; в меньших масштабах – для производства серной кислоты и в органическом синтезе. При бальнеотерапии используется как лечебное средство.

Сернистый водород весьма ядовит. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны 10 мг/м³. 2^го класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76.

Отравления сернистым водородом возможны при добыче и переработке многосернистой нефти, изготовлении сернистых красителей, в производстве вискозного волокна, на кожевенных, сахарных заводах, при очистке и ремонте канализационной сети. Острые отравления возникают при концентрациях 200–300 мг/м³, хронические –
20 мг/м³; концентрация выше 1000 мг/м³ смертельна.

Токсичность сернистого водорода проявляется в его раздражающем действии на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, угнетении тканевых дыхательных ферментов и др. При лёгких острых отравлениях развивается конъюнктивит, отёк роговицы, катар верхних дыхательных путей. При отравлениях средней тяжести присоединяются симптомы поражения центральной нервной системы. В тяжёлых случаях возможны токсический отек лёгких, кома, а при молниеносных формах – паралич дыхания и сердечной деятельности. При хронических интоксикациях развиваются функциональные нарушения нервной системы, упадок питания, малокровие, бронхит, дрожание пальцев и век, боли в мышцах и по ходу нервных стволов.

Углеводородные газы (газы природные горючие)

Газы природные горючие, газообразные углеводороды, образующиеся в земной коре.

Газы природные горючие состоят из метана, этана, пропана и бутана, иногда содержат примеси легкокипящих жидких углеводородов – пентана, гексана и др.; в них присутствуют также углекислый газ, азот, сероводород и инертные газы. Многие месторождения газов природных горючих, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода; с глубиной содержание гомологов метана обычно растет. В газоконденсатных месторождениях содержание гомологов метана значительно выше, чем метана. Это же характерно для газов нефтяных попутных. Образуются газы природные горючие в основном в результате катагенетического преобразования органического вещества осадочных горных пород.

Мировые геологические запасы горючих газов на континентах, в зоне шельфов и мелководных морей, по прогнозной оценке, достигают 10¹⁵ м³, что эквивалентно 10¹² т нефти.

Применение. Газы природные горючие – высокоэкономичное энергетическое топливо, теплота сгорания 32,7 МДж/м³ (7 800 ккал/м³) и выше, широко применяется как топливо на электростанциях, в чёрной и цветной металлургии, цементной и стекольной промышленности, при производстве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд.

Углеводороды, входящие в состав газов природных горючих, – сырьё для производства метилового спирта, формальдегида, ацетальдегида, уксусной кислоты, ацетона и др. органических соединений. Конверсией кислородом или водяным паром из метана – основного компонента газа природного горючего – получают синтез-газ (CO+H₂), широко применяемый для получения аммиака, спиртов и др. органических продуктов. Пиролизом и дегидрогенизацией метана получают ацетилен, сажу и водород, используемый главным образом для синтеза аммиака. Газы природные горючие применяют также для получения олефиновых углеводородов, и в первую очередь этилена и пропилена, которые в свою очередь являются сырьём для дальнейшего органического синтеза. Из них производят пластические массы, синтетические каучуки, искусственные волокна и др. продукты.

Углеводородные газы – бутан и пропан – используются для газоснабжения нагревательных устройств и небольших печей, металлизации, газовой резки, поверхностной закалки. Эти газы применяются также для газоснабжения жилых домов, в двигателях внутреннего сгорания, на железнодорожном транспорте.

Таблица 8

Свойства	Бутан	Пропан
Температура пламени в смеси с кислородом, °C	2 500	2 750
Пределы взрываемости в смеси с воздухом, % (по объему):
нижний	1,9	2,9
верхний	6,5	9,5
Пределы взрываемости в смеси с кислородом, % (по объему):
нижний	2,0	3,9
верхний	48,0	50,5

Углеводородные газы могут вредно воздействовать на организм человека, проникая через его кожу, слизистые оболочки. Острые отравления этими газами приводят к длительной потере сознания, а если не принять своевременных мер по спасению пострадавшего – и к смерти. Отравления не всегда бывают острыми, а могут протекать незаметно, приводя к тяжелым хроническим заболеваниям. Признаки хронических отравлений являются головная боль, головокружение, сонливость, утомляемость. Поскольку пропан и бутан тяжелее воздуха, поэтому они скапливаются в нижней части помещения.

Пропан сжиженный технический марки ПТ, предназначенный в качестве топлива для коммунально-бытового потребления и промышленных целей, должен изготовляться в соответствии с требованиями ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные для коммунально-бытового потребления. Технические условия» по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

По физико-химическим показателям, пропан сжиженный технический марки ПТ должен соответствовать следующим требованиям и нормам: