일산화 탄소(一酸化炭素, carbon monoxide)는 탄소와 산소로 구성된 화합물이다. 분자식은 CO이다. 석탄이나 석유를 다량 연소시키는 공업지대의 대기에 포함되어 있는 경우가 있으며, 가정에 공급되고 있는 도시가스에도 포함되어 있다. 탄소 화합물이 불완전 연소되면 발생한다. 가연성이며 독성이 있어서 취급에 주의가 필요하다. 산소보다 헤모글로빈과의 친화력이 200배 정도 더 좋기 때문에 소량 흡입시에도 호흡 대사를 방해하여 생명 유지가 어려울 수 있으므로 주의해야 한다.
개요
일산화탄소는 무색, 무취이며, 공기보다 약간 낮은 밀도를 갖는다. 35 ppm 이상의 농도에서 인체에 유독한데, 대기 중에서 지역별 농도가 다르며, 반감기가 짧은 편이다. 헤모글로빈과 결합하여 카복시헤모글로빈(carboxyhemoglobin)을 만듦으로써 헤모글로빈의 산소 결합 자리를 차지하여 인체 조직에 산소가 전달되지 못하게 하는 독성 물질이다. 착화합물에 리간드로 일산화 탄소가 포함될 수 있는데, 일산화 탄소 리간드를 카보닐이라고 한다. 끓는점과 녹는점이 질소와 유사하지만, 결합 에너지는 질소보다 커서 가장 강한 화학 결합으로 알려져 있다. 알데하이드나 아세트산 등의 간단한 유기 화합물 생산에 출발 물질로 일산화탄소가 쓰이며, 육류 색소나 환원제로 사용된다.
역사
아리스토텔레스(Aristotle)가 석탄을 태우면 유독성 연기가 발생한다고 한 것이 일산화 탄소에 대한 첫 번째 기록이다. 실제로 고대 사형 집행 방법으로 밀폐된 목욕탕에서 석탄을 태워 죄수를 죽이는 사례가 있었다. 기원 전후에는 일산화 탄소에 의한 죽음에 대하여 이유를 잘 알지는 못했지만, 공기의 조성에 변화가 생겨 호흡할 때 해를 끼치는 것으로 추정하였다.
1776년 프랑스의 드 라숑(de Lassone)이 산화 아연을 코크스(coke)와 함께 연소시켰을 때 푸른 불꽃의 기체 생성물을 수소라고 주장하였는데, 1800년에 스코틀랜드의 크뤽생크(W. C. Cruikshank)가 이를 정정하여, 발생하는 기체는 탄소와 산소를 포함하는 화합물이라고 발표하였다. 이후 1846년경 버나드(C. Bernard)에 의해 이 기체의 유독성이 철저하게 연구되었다.
2차 세계대전 동안 휘발유나 디젤 연료가 부족한 지역에서는 일산화탄소를 포함하는 기체 혼합물을 사용하였으며, 유대인 수용소에서 일산화 탄소가 대량 살상 기체로 쓰이기도 하였다.
성질
물리적 성질
상온에서 무색, 무취, 무미의 기체로 존재한다. 끓는점은 -191.5°C, 녹는점은 -205.0°C이다. 임계 온도는 -139°C이며 임계 압력은 35atm이다. 25°C에서 생성열은 26.62cal/mole, 연소열은 67.62cal/mole이다. 물에는 잘 녹지 않아, 0°C에서 1atm의 일산화탄소와 평형상태에 있는 물 100ml는 0.0044g의 일산화탄소를 포함한다. 알코올, 염화 구리(II) 수용액에는 잘 녹는다. 활성탄에 쉽게 흡착된다.
일산화탄소는 다음의 세 공명 구조를 가지고 있다고 볼 수 있다.
C 원자와 O 원자간의 결합 길이는 1.13Å이다.
화학적 성질
공기 중에서 점화하면 푸른 불꽃을 내며 연소하여 이산화탄소를 생성한다. 반응식은 다음과 같다.
2CO + O₂ → 2CO₂
일산화 탄소가 다음과 같이 분해되는 일은 온도가 수천도 이상으로 올라가지 않는 한은 잘 일어나지 않는다.
CO → C + 1/2 O
다음과 같은 분해는 상온에서는 팔라듐 촉매 존재 하에 가능하며, 400~700°C에서는 많은 물질의 표면이 다음 분해 반응의 촉매 역할을 한다.
2CO → C + CO₂
수증기와는 가역적으로 반응하여 다음과 같은 반응을 일으킨다.
CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂
그 외에 일산화탄소가 관여하는 대표적인 반응으로는 다음과 같은 것이 있다.
- 코발트, 구리, 철, 납, 망가니즈, 몰리브덴, 니켈, 은, 주석 등의 산화물을 환원시켜 금속의 형태로 만들거나 저급 산화물로 만든다.
- 리간드로서 작용하여 니켈, 철, 코발트, 몰리브덴, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 이리듐 등의 금속과 금속 카보닐을 생성한다. 대표적인 것으로는 니켈 카보닐(Ni(CO)₄)이 있다.
- 염소와 반응하여 포스젠을 만든다.
- 수산화 나트륨과 반응하여 폼산 나트륨을 생성한다.
- 적절한 조건, 반응물, 촉매 존재 하에 반응하면 메탄올, 폼산 메틸, 프로피온산, 프로필 알코올 등의 매우 많은 종류의 알코올, 알데하이드, 케톤, 산, 에스터를 얻을 수 있다.
참고자료
같이 보기
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