Il monossido di carbonio è un gas inodore, incolore, insapore, non irritante e tossico che si forma per combustione incompleta del carbonio secondo la reazione:
2 C(s) + O2(g)→ 2 CO(g)
Viene prodotto in genere nelle reazioni di combustione di legna, carbone, benzina, gasolio e altri combustibili quando la combustione avviene in carenza di ossigeno.
Il monossido di carbonio è presente nell’aria ed è prodotto naturalmente da attività vulcaniche, decomposizione della vegetazione e incendi; tuttavia la gran parte è dovuto agli autoveicoli alimentati a benzina e a gasolio.
Elevate concentrazioni di monossido di carbonio si rinvengono in garage sotterranei o isolati dall’ambiente esterno in cui gli autoveicoli sostano con motore acceso o in ambienti dove avvengono processi biologici come, ad esempio, vasche di depurazione e cantine di vinificazione.
Nelle mura domestiche sono a rischio scaldabagni a fiamma libera, caldaie a gas, canne fumarie con scarso tiraggio e impianti difettosi, mal funzionanti o non installati correttamente.
La molecola è costituita da un atomo di carbonio e uno di ossigeno; la struttura di risonanza prevalente prevede che essi sono legati tra loro tramite un triplo legame in cui il carbonio ha una parziale carica negativa e l’ossigeno una parziale carica positiva.
Sintesi
In laboratorio il monossido di carbonio può essere ottenuto per disidratazione dell’acido metanoico in presenza di acido solforico a caldo secondo la reazione:
HCOOH → CO + H2O
A livello industriale può essere ottenuto dalla combustione incompleta di un idrocarburo come, ad esempio:
2 CH4 +3 O2 → 2 CO + 4 H2O
Reazioni
Il monossido di carbonio è un gas combustibile e può reagire in presenza di ossigeno per dare il biossido di carbonio secondo la reazione esotermica:
2 CO + O2 →2 CO2
Il monossido di carbonio può reagire in presenza di cloro su un letto di carbonio attivo che funge da catalizzatore per dare il fosgene:
CO + Cl2 → ClCOCl
Il monossido di carbonio reagisce a 200°C e alla pressione di 6 atm con l’idrossido di sodio per dare il formiato di sodio secondo la reazione:
CO + NaOH → HCOONa
Il monossido di carbonio è un ottimo riducente e, in particolare, reagisce con gli ossidi metallici per formare i rispettivi metalli e biossido di carbonio:
CuO + CO → Cu + CO2
PbO + CO → Pb + CO2
Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2
Il monossido di carbonio è un materiale di partenza per la sintesi di molti composti organici. Ad esempio dalla reazione di idrogenazione del monossido di carbonio in presenza di catalizzatore costituito da Cu-ZnO-Al2O3 si ottiene il metanolo:
CO + 2 H2 → CH3OH
Può reagire a caldo con alcuni metalli di transizione per dare metallo carbonili
Ni + 4 CO → Ni(CO)4
Fe + 5 CO → Fe(CO)5
Tossicità
La sua tossicità che in casi estremi può portare anche alla morte è dovuta alla formazione della carbossiemoglobina all’interno dei globuli rossi. Nei casi meno gravi la persona esposta al monossido di carbonio viene messa in camera iperbarica.
L’ossigeno disciolto nel sangue si lega all’emoglobina all’interno dei globuli rossi secondo la reazione di equilibrio:
Hb(aq) + 4 O2(aq) ⇌ Hb(O2)4(aq)
L’emoglobina, tuttavia, presenta una affinità verso il monossido di carbonio superiore a quella che ha nei confronti dell’ossigeno pertanto, in presenza di CO avviene l’equilibrio:
Hb(aq) + 4 CO(aq) ⇌ Hb(CO)4(aq)
Sommando il secondo equilibrio al primo scritto da destra a sinistra si ottiene la reazione complessiva:
Hb(O2)4(aq) + 4 CO(aq) ⇌ Hb(CO)4(aq) + 4 O2(aq)
I legami tra emoglobina e monossido di carbonio sono circa 300 volte più forti rispetto a quelli con l’ossigeno quindi l’equilibrio è spostato verso destra.
Il colore rosso della specie predominante ovvero Hb(CO)4 è responsabile del colore rosso ciliegia che assume la cute quando un individuo è intossicato da monossido di carbonio.
Se il paziente viene posto in terapia iperbarica la reazione può essere spostata verso sinistra: secondo il Principio di Le Chatelier, infatti, aumentando la concentrazione di ossigeno diminuisce la concentrazione di Hb(CO)4 e aumenta quella di Hb(O2)4.
Con l’approssimarsi della stagione invernale, a causa di caldaie difettose aumentano ricoveri e decessi per il monossido di carbonio. Purtroppo le persone più colpite sono quelle povere che provvedono a riscaldarsi con mezzi di fortuna come bracieri, stufe malfunzionanti o bruciando semplicemente legna: in questi casi il monossido di carbonio, detto l’assassino invisibile, è sempre in agguato.