一氧化碳
一氧化碳（carbon monoxide），化学式为CO,是一种无色、无臭、无刺激性气味的气体1。
在标准状况下，一氧化碳（carbon monoxide）相对分子质量为28.01，密度1.25g/l，冰点为-205.1℃，沸点-191.5℃。在水中的溶解度甚低，极难溶于水。与空气混合爆炸极限为12.5%～74.2%。一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息，严重时死亡。一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。在冶金、化学、石墨电极制造以及家用煤气或煤炉、汽车尾气中均有CO存在。
基本信息
- 中文名
一氧化碳
- 英文名
carbon monoxide
- 化学式
CO
- 分子量
28.01012
- CAS登录号
630-08-0
研究简史
在古希腊时代，哲学家亚里士多德（Aristotle，前384年－前322年）曾记录了燃烧的煤炭散发有毒烟气（toxic fumes）的现象。当时有这样一种执行死刑的方法：将罪犯关在一间浴室，并在浴室内放置文火燃烧的煤炭（smouldering coals）。对此，古希腊医生盖伦（Galen，129年－199年）推测，由于浴室内空气的组成（composition）发生了变化，因此呼入后会对人体造成伤害。
之后，比利时化学家海尔蒙特（即扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特，Jan Baptista van Helmont，1580年－1644年）曾在实验中研究燃烧木炭和其他可燃物生成的碳气（gas carbonum），发现由文火燃烧的木炭（smouldering charcoal）产生的一种有毒气体能危及自己的生命，并记述了自己被燃烧的木炭的烟熏时的症状——一氧化碳中毒的症状。
1776年，法国化学家拉索纳（即约瑟夫·玛丽·弗朗索瓦·拉索纳，Joseph Marie François de Lassone，1717年7月3日－1788年12月6日或8日，又译“J.M.F.德拉松”3、“拉索内”4、“赖森”5、“列桑”6和“拉逊”7等）通过加热锌白和木炭而制得了一氧化碳气体。但由于一氧化碳燃烧时产生了与氢气类似的蓝色火焰，拉索纳在《皇家科学院备忘录》（Mém. de l 'Acad. Roy des Sciences）（Vol. XC）中错误地把制得的一氧化碳气体描述为“一种性质极怪异的可燃空气”——氢气。89之后，普里斯特利（即约瑟夫·普里斯特利，Joseph Priestley，1733年－1804年）在1785年利用木炭加热铸皮（氧化铁）制备了一氧化碳，但由于信奉“燃素说”，他也误以为制得的是“可燃空气”。
1801年，《尼克森杂志》（Nicholson’s Journal）上发表了苏格兰化学家克鲁克尚克（即威廉·康伯兰·克鲁克尚克，William Cumberland Cruikshank，1745年－1800年6月27日，又译“威廉·克鲁克香克”3等）的2篇报告，证明了普里斯特利所谓的“可燃空气”是由碳元素和氧元素组成的化合物。1011
1846年，法国生理学家克劳德·伯纳德（Claude Bernard，1813年－1878年）让狗吸入一氧化碳气体，发现狗的血液“变得比任何动脉中的血都要鲜红”，这是最早对一氧化碳毒性进行的研究（血液变成“樱桃红色”的现象后来被证实为是一氧化碳中毒的特有的临床症状）。9
相关法规
在中国，1979年9月30日颁发、1979年11月1日起实行至1998年12月1日废止的《工业企业设计卫生标准》（TJ 36-1979）中对居住区大气中有害物质的最高容许浓度作了要求，其中要求一氧化碳最高容许浓度的一次值为3.00 mg/m³，日均值为1.00 mg/m³。12
之后，代替《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ 2-2002）而于2007年4月12日发布、2007年11月1日实施的 《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》（GBZ 2.1-2007）中，一氧化碳是第296种物质，相关要求如下：
卫生要求 | OELs（mg/m13） 而2016年1月1日起代替《环境空气质量标准》（GB 3095-1996）而实施的《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中，对一氧化碳的要求如下：
（表格参考资料：14） 此外，1985年1月2日至2017年3月23日实施的《职业性接触毒物危害程度分级》（GB 5044-1985）中，一氧化碳的危害分级为II级（高度危害）。15 在美国，对于工作场所中一氧化碳的浓度，美国政府工业卫生学家会议（American Conference OF Governmental Industrial Hygienists，ACGIH）给出的阈限值时间加权平均值（TLV TWA）为25 ppm，阈限值短期暴露限值（TLV STEL）为400 ppm；美国国家职业安全卫生研究所（National Institute for Occupational Safety and Health，NIOSH）给出的室内应急暴露限值时间加权平均值（REL TWA）为35 ppm，立即危及生命和健康浓度（Immediately Dangerous to Life or Health concentration，IDLH）为1200 ppm；美国国家职业安全卫生研究所（National Institute for Occupational Safety and Health，NIOSH）给出的公共场所应急暴露限值时间加权平均值为50 ppm，公共场所应急暴露（PEL）最大值为200 ppm。16 | ||||||||||||||||||||||
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物质结构
分子结构
CO分子是由一个C原子和一个O原子结合成的异核双原子分子，分子形状为直线形。17
根据电子配对法（价键理论），C原子（1s1819〕、偶极矩为7.7×10172021
而按照分子轨道法（分子轨道理论），可以自然地得到CO分子具有三重键的结构。按照分子轨道法，CO分子轨道是由C原子轨道和O原子轨道组合而成的，CO分子轨道形成式为
从CO分子轨道形成式来看，CO分子和N2分子结构十分相似，都是以三重键（σ+π+π）结合的：一个σ键（），两个π键（和），其中一个π键为配位键，共用电子对由O原子提供。其成键过程为：C原子的最外层有4个电子，O原子的最外层有6个电子，C原子的2个单电子进入到O原子的p轨道和O原子的2个单电子配对成键，形成两个共价键，然后O原子的孤电子对进入到C原子空的P轨道中形成一个配位键，总共形成了三个共价键。172122
其分子轨道能级图为：
由于是CO分子是以三重键结合的，故CO的键长比一般碳氧双键短、键能比一般碳氧双键大；同时，由于O原子的电负性比C原子的高，电子云应该偏向O原子，从而CO分子应该有较大的偶极矩，但CO分子中形成配位键的电子对是由O原子单独提供的，使电子云又反馈到C原子上，在一定程度上补偿了因O原子和C原子间电负性差所造成的极性，使得CO分子偶极矩很小，与CO分子偶极矩很小的事实一致。172123