Угарный газ (окись углерода, монооксид углерода) - СО.

Большое число веществ, используемых в промышленности, в медицинской практике и встречающихся в быту, обладает преимущественным действием на гемоглобин – кровяной пигмент, заключенный в эритроцитах и являющийся основным переносчиком кислорода от легких к тканям. Из всех токсичных веществ наибольшим сродством к гемоглобину обладает окись углерода (СО), или угарный газ, – продукт неполного окисления углерода, образующийся там, где углеродсодержащие вещества сгорают в условиях недостаточного доступа воздуха.

Развитие промышленности, транспорта, сельского хозяйства и возрастающее в связи с этим потребление нефти, газа, угля приводят к тому, что с каждым годом все большее число людей на производстве и в быту подвергается воздействию продуктов горения. Хотя химический состав горючих веществ разнообразен, в число конечных продуктов горения в том или ином количестве всегда входит окись углерода. Немало окиси углерода в табачном дыме и других дымах. Как это на первый взгляд ни парадоксально, одним из источников окиси углерода является сам человек, организм которого производит и выделяет во внешнюю среду (с выдыхаемым воздухом) за сутки около 10 мл СО. Это так называемая эндогенная, т. е. образующаяся во внутренних средах организма, окись углерода. Многими исследователями было показано, что она отщепляется от молекул гемоглобина при его превращении в желчный пигмент билирубин. Поскольку билирубин образуется не только из гемоглобина, но и из других металлопротеидов, постольку последние также могут быть источником эндогенной СО. Таким образом, окись углерода является продуктом нормального метаболизма. Ее выделение человеком в окружающую среду подобно удалению из организма углекислоты, аммиака и других, образующихся в процессе обмена веществ химических соединений.

Проникая с атмосферным воздухом в легкие, окись углерода быстро преодолевает альвеолярно-капиллярную мембрану, растворяется в плазме крови, диффундирует в эритроциты и вступает в обратимое химическое взаимодействие как с окисленным, так и восстановленным гемоглобином. Кровь весьма интенсивно поглощает окись углерода из-за ее высокого химического сродства к гемоглобину. Оказалось, что окись углерода примерно в 250 раз более активно связывается с гемоглобином, чем кислород. Иными словами, в конкуренции за гемоглобин окись углерода имеет выраженное преимущество перед кислородом. Чем выше концентрация СО в воздухе, тем быстрее достигается опасное для жизни содержание карбоксигемоглобина в крови. Имеется много экспериментальных данных, показывающих, что острые тяжелые отравления окисью углерода сопровождаются нарушением процессов потребления кислорода клетками. Следовательно, при воздействии СО к гипоксии кровяного типа присоединяется тканевая гипоксия, в еще большей степени отягчающая течение интоксикации угарным газом. У отравленного отмечаются признаки нарастающего поражения центральной нервной системы: головная боль, головокружение, нарушение координации движений и рефлекторной сферы, а также ряд сдвигов психической деятельности, напоминающих алкогольное опьянение (эйфория, утрата самоконтроля, нецелесообразные поступки и т. п.). Когда количество угарного газа в крови превышает 50–60%, развиваются судороги, утрачивается сознание и, если не принять экстренные меры, человек может погибнуть вследствие остановки дыхания и работы сердца.

Токсичность дыма, выделяющегося при горении угля, была описана ещё древними учёными - Аристотелем и Галеном.

Оксид углерода(II) был впервые получен французским химиком Жаком де Лассоном в 1776 при нагревании оксида цинка с углём, но первоначально его ошибочно приняли за водород, так как он сгорал, синим пламенем. То, что в состав этого газа входит углерод и кислород, выяснил в 1800 году английский химик Вильям Крюйкшенк. Токсичность газа была исследована в 1846 году французским медиком Клодом Бернаром в опытах на собаках. Оксид углерода(II) вне атмосферы Земли впервые был обнаружен бельгийским учёным М. Мижотом в 1949 году по наличию основной колебательно-вращательной полосы в ИК - спектре Солнца. Оксид углерода(II) в межзвёздной среде был обнаружен в 1970 г. Окись углерода – это ядовитый газ без цвета, вкуса и запаха (Рис.7.1.). Относительная плотность 0,97. Горит и взрывается при концентрации в воздухе от 12,5 до 75%. Наиболее сильный взрыв возникает при ее концентрации 30%.

Температура воспламенения газа 630-810С. Предельно допустимая концентрация окиси углерода в атмосфере горных выработок 0,0017%. Концентрация окиси углерода 0,4% считается смертельной.

Строение молекулы:

Молекула оксид углерода имеет тройную связь. В рамках метода валентных связей строение молекулы CO можно рассмотреть на рисунке № 1.

Рис.7.1.Схема строения молекулы оксида углерода.

Согласно методу молекулярных орбиталей электронная конфигурация невозбуждённой молекулы CO σ²_Oσ²_zπ⁴_{x, y} σ²_C. Тройная связь образована σ-связью, образованной за счёт σ_z электронной пары, а электроны дважды вырожденного уровня π_{x, y} соответствуют двум π-связям.

Электроны на не связывающих σ_C-орбитали и σ_O-орбитали соответствуют двум электронным парам, одна из которых локализована у атома углерода, другая — у атома кислорода.

Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль, или 256 ккал/моль, что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (d_C≡O=0,1128 нм или 1,13 Å).

Молекула слабо поляризована, её электрический дипольный момент μ = 0,04·10⁻²⁹ Кл·м. Многочисленные исследования показали, что отрицательный заряд в молекуле CO сосредоточен на атоме углерода C⁻←O⁺ (направление дипольного момента в молекуле противоположно предполагавшемуся ранее). Энергия ионизации 14,0 эВ, силовая константа связи k = 18,6.

Отравление угарным газом — острое патологическое состояние, развивающееся в результате попадания угарного газа в организм человека, является опасным для жизни и здоровья, и без адекватной медицинской помощи может привести к летальному исходу. Угарный газ вместе с вдыхаемым воздухом попадает в легкие, откуда проникает в кровь. В крови угарный газ взаимодействует с гемоглобином – белком, который доставляет кислород ко всем тканям организма. В состав каждой молекулы гемоглобина входит атом железа, который и присоединяет к себе молекулу кислорода, образуя в результате оксигемоглобин. Связь атома железа с молекулой кислорода является обратимой. Вокруг атома железа расположены четыре гемма-порфириновых кольца. Наличие гемоглобина позволяет крови переносить в 70 раз больше кислорода, чем это сделал бы простой солевой раствор. Угарный газ замещает собой молекулу кислорода, в результате вместо оксигемоглобина образуется карбоксигемоглобин, который уже неспособен выполнять задачу переноса кислорода. Опасность угарного газа заключается в том, что он быстрее вступает в реакцию с гемоглобином, чем кислород, а карбоксигемоглобин является более прочным соединением, чем оксигемоглобин. Концентрация карбоксигемоглобина постепенно увеличивается в организме, а так как диссоциация его осуществляется замедленными темпами, то опасной является даже воздействие небольшой концентрации углекислого газа в воздухе в течение длительного времени. Проявления острой кислородной недостаточности могут начаться уже при концентрации СО в воздухе в 0,07%.

Отравление возможно:

-при пожарах;

-на производстве, где угарный газ используется для синтеза ряда органических веществ (ацетон, метиловый спирт, фенол и т. д.);

-в гаражах при плохой вентиляции, в других непроветриваемых или слабо проветриваемых помещениях, туннелях, так как в отработавших газах автомобиля содержится до 1-3 % СО по нормативам и свыше 10 % при плохой регулировке карбюраторного мотора;

-при длительном нахождении на оживленной дороге или рядом с ней. На крупных автострадах средняя концентрация СО превышает порог отравления;

-в домашних условиях при утечке светильного газа и при несвоевременно закрытых печных заслонках в помещениях с печным отоплением;

-при использовании некачественного воздуха в дыхательных аппаратах.

При содержании 0,08 % СО во вдыхаемом воздухе человек чувствует головную боль и удушье.

При повышении концентрации СО до 0,32 % возникает паралич и потеря сознания (смерть наступает через 30 минут). При концентрации выше 1,2 % сознание теряется после 2-3 вдохов, человек умирает менее чем через 3 минуты.

Рисунок 7.2. Отравление угарным газом

Первая помощь при отравлении угарным газом:

1. Выведите или вынесите пострадавшего из загазованной зоны (в теплое время года — на улицу, в холодное — в проветриваемую комнату, на лестничную клетку). Расстегните ворот и стягивающую одежду. Обеспечьте покой и непрерывный доступ свежего воздуха.