Phương trình phản ứng hóa học: C + CO2 → CO

1. Phương trình hóa học:

2. Bản chất của các chất tham gia phản ứng:

C + CO2 → 2CO là Phản ứng oxi-hoá khử, trong đó C (cacbon) phản ứng với CO2 (Cacbon dioxit) để tạo ra CO (cacbon oxit) dười điều kiện kèm theo phản ứng là Nhiệt độ

2.1. Bản chất của C (Cacbon):

– Trong phản ứng trên C là chất khử.

– C chủ yếu thể hiện tính khử khi tác dụng với CO₂, O₂,…

– Mở rộng kiến thức về cacbon (C):

Vị trí và cấu hình electron nguyên tử:

– Cacbon ở ô thứ 6, chu kỳ 2, nhóm IVA của bảng tuần hoàn.

– Cấu hình e: 1s²2s²2p² ⇒ C có 4 electron lớp ngoài cùng. Vì vậy C có thể tạo được tối đa 4 liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác.

– Các số oxi hóa của C là: -4, 0, +2 và +4.

Tính chất vật lý:

– C có ba dạng thù hình chính: Kim cương, than chì và fuleren.

– Kim cương là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Kim cương có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả các chất.

– Than chì là tinh thể màu xám đen, dẫn điện tốt nhưng kém kim loại. Tinh thể than chì có cấu trúc lớp.

– Fuleren gồm các phân tử C₆₀, C₇₀, … Phân tử C₆₀ có cấu trúc rỗng, gồm 32 mặt, với 60 đỉnh là 60 nguyên tử C.

– Ngoài ra, các than được điều chế nhân tạo (than gỗ, than xương,…) được gọi là cacbon vô định hình.

Tính chất hóa học

– Trong các dạng tồn tại của cacbon, cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ.

– Trong các phản ứng hóa học, cacbon thể hiện hai tính chất: Tính oxi hóa và tính khử. Tuy nhiên tính khử vẫn là chủ yếu của cacbon.

Trạng thái tự nhiên

– Kim cương và than chì là cacbon ở dạng tự do gần như tinh khiết.

– Cacbon còn có trong các khoáng vật như canxit (đá vôi, đá hoa, đá phấn đều chứa CaCO₃), magiezit (MgCO₃), đolomit (CaCO₃.MgCO₃).

– Dầu mỏ, khí thiên nhiên là hỗn hợp của các chất khác nhau chứa cacbon.

– Cơ thể động thực vật cũng chứa nhiều hợp chất của cacbon.

Ứng dụng

– Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh, bột mài.

– Than chì được dùng làm điện cực; làm nồi, chén để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt; chế tạo chất bôi trơn; làm bút chì đen.

– Than cốc được dùng làm chất khử trong luyện kim để luyện kim loại từ quặng.

– Than gỗ được dùng để chế thuốc nổ đen, thuốc pháo,…

– Than hoạt tính là than có tính hấp phụ mạnh, được dùng trong mặt nạ phòng độc và công nghiệp hóa chất.

– Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hoá cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày.

2.2. Bản chất của CO₂ (Cacbon dioxit):

– Trong phản ứng trên CO₂ là chất oxi hoá.

– CO₂ là oxit axit bền, ở nhiệt độ cao thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh.

3. Ứng dụng của CO:

3.1. Trong bảo quản thực phẩm:

Một trong những ứng dụng của CO hiện nay đó là được sử dụng bảo quản thực phẩm, thủy sản, chủ yếu là dùng cho các sản phẩm thịt tươi đa dạng như thịt bò, thịt lợn và cá để giữ độ tươi mới cho chúng.

3.2. Trong y học:

Nhắc đến khí CO thì ứng dụng của nó không phải là điều người ta nhắc đến, mà sẽ nhớ ngay đến biệt danh “kẻ giết người thầm lặng” của nó. Là một chất khí không màu, không có mùi nhưng lại rất độc nên từng được dùng làm công cụ ám sát hàng loạt trong Thế chiến II. Tuy nhiên, ngày này các nhà khoa học đã tìm ra cách chế ngự độc tính để biến nó thành phương pháp trị liệu hay loại thuốc hữu ích. Cùng đó là chứng minh được vai trò của CO với con người, thậm chí CO là 1 sản phẩm do cơ thể tự sản sinh ra.

CO được sử dụng trong y học như một chất dẫn truyền thần kinh hiệu quả. Nó là một trong 3 loại khí điều chỉnh tự nhiên đáp ứng viêm trong cơ thể (xếp hai là nitơ oxit và thứ ba là hydrogen sulfide).

3.3. Trong công nghiệp:

Cacbon oxit có nhiều ứng dụng quan trọng trong như một loại nhiên liệu sử dụng trong công nghiệp, ở cả dạng khí hoặc thể lỏng.

CO là nguồn tạo hydro dùng để kết hợp với nito khi tổng hợp ammonia do tính chất dễ dàng phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành CO2 và H2.

CO cùng với hydrogen là các vật liệu quan trọng để sản xuất methanol, trong điều chế aldehyde và rượu dùng làm nhiên liệu.

CO tạo ra các dạng kiềm, có khả năng chuyển đổi rõ ràng tạo thành axit formic hoặc oxalate kiềm để sản xuất ra axit oxalic.

3.4. Chế tạo laser carbon monoxide ứng dụng CO:

Carbon monoxide dạng khí cũng đã được con người sử dụng như một môi trường làm mát có hiệu quả cho các tia hồng ngoại với công suất cao.

3.5. Ứng dụng của chất khí CO trong luyện kim:

Xuất phát từ tính chất hóa học CO có tính khử rất mạnh nên được ứng dụng trong sản xuất kim loại luyện kim trong lò cao. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, CO có khả năng đẩy oxi ra khỏi các phân tử oxit kim loại và biến chúng thành kim loại tinh khiết. Cacbon dioxit (Co2) cũng được tạo ra trong quá trình này.

4. Tác hại của khí CO:

Ở nhiệt độ cao, cacbon khử được CO2 sinh ra khí CO. Do đó, sản phẩm khi đốt cacbon trong không khí, ngoài khí CO2 còn có một ít khí CO. CO là khí rất độc Hỗn hợp CO và CO₂ cực kỳ nguy hiểm, gây tử vong rất cao. Trong đó khí CO₂ gây ngạt, hôn mê; còn khí CO sẽ liên kết hemoglobin (Hb) trong hồng cầu không cho máu chở khí oxy đi tới những tế bào cơ thể.

CO được sinh ra trong lò khí than, đặc biệt là khi ủ bếp than do bếp không được cung cấp đầy đủ khí oxi cho than cháy. Có không ít trường hợp thương tâm đã xảy ra khi đốt than sưởi trong nhà đóng kín cửa. Khi đó, nồng độ khí CO sinh ra từ bếp than ủ trong phòng kín vượt quá mức cho phép. Nó kết hợp với hemoglobin ở trong máu ngăn không cho máu nhận oxi cũng như cung cấp oxy đến các tế bào, gây tỷ lệ tử vong rất cao.

Ngộ độc CO là một trong những trường hợp ngộ độc chết gây người phổ biến nhất, xảy ra do hít phải. CO là một khí không màu, không mùi có nguồn gốc từ sự cháy không hoàn toàn của hydrocarbon. Các nguồn CO phổ biến trong các vụ ngộ độc bao gồm các vụ cháy nhà và xả khí ô tô không phù hợp, khí đốt, lò nung, bình đun nước nóng, bếp lò đốt bằng gỗ hoặc than và đốt dầu hỏa. Hít phải khói thuốc lá gây ra CO trong máu nhưng không đủ để gây ngộ độc.

Để không xảy ra những trường hợp đau lòng, các chuyên gia khuyến cáo người dân không dùng máy phát điện, máy nổ; không sử dụng bếp củi, than củi hoặc than tổ ong để nấu và sưởi ấm… trong phòng kín. Trước khi xuống hố ga, giếng khơi, hầm cũ…, người dân cần dùng máy quạt, hoặc đưa cành cây xuống để khuấy động không gian trong hố nhằm “đuổi” khí CO₂ và đưa không khí xuống. Tốt nhất, người dân không nên tự ý đi vào các môi trường tiềm ẩn nhiều nguy cơ nêu trên.

Ngộ độc carbon monoxide (CO) gây ra các triệu chứng cấp tính như nhức đầu, buồn nôn, yếu, đau thắt ngực, khó thở, mất ý thức, co giật và hôn mê. Các triệu chứng tâm thần thần kinh có thể phát triển vài tuần sau đó. Chẩn đoán dựa vào nồng độ carboxyhemoglobin và khí máu động mạch, bao gồm cả đo độ bão hòa oxy. Điều trị bằng cách bổ sung oxy, thường có thể ngăn ngừa được bằng các dụng cụ phát hiện CO tại nhà.

Nếu nghi ngờ nạn nhân bị nhiễm phải độc CO. Điều đầu tiên là phải đưa nạn nhân đến khu vực có không khí sạch. Tắt, khóa bình gas hay tắt ngay các lò đang đốt nhiên liệu, mở hết cửa sổ và cửa chính. Nếu chỉ nhiễm nhẹ thì có thể hít thở không khí trong lành thời gian sẽ ổn ngay. Có thể hô hấp nhân tạo, hà hơi thổi ngạt,… cho nạn nhân lúc cần thiết. Nếu nạn nhân bị nhiễm nặng, có thể cần đến việc sử dụng máy thông khí. Nếu nạn nhân đang có dấu hiệu thở yếu hoặc ngừng thở. Hãy đưa nạn nhân tới ngay những cơ sở y tế gần nhất hoặc gọi xe cấp cứu trong khi vẫn làm hô hấp nhân tạo cho nạn nhân.