Lähdekoodi sivulle Hiilimonoksidi

{{Ohjaa tänne|Häkä||Sanan muista merkityksistä katso [[Häkä (täsmennyssivu)]].}}
{{Yhdiste
| nimi = Hiilimonoksidi
| muitanimiä = Häkä
| cas = 630-08-0
| kuva = Carbon-monoxide-3D-vdW.png
| kuva2 = Carbon monoxide 2D.svg
| kaava = [[hiili|C]][[happi|O]]
| moolimassa = 28,0&nbsp;g/mol
| ulkomuoto = Väritön, hajuton kaasu
| sulamispiste = −205&nbsp;°C (68&nbsp;K)
| kiehumispiste = −192&nbsp;°C (81&nbsp;K)
| tiheys = 0,789&nbsp;g/cm<sup>3</sup> (neste)<br />1,250&nbsp;g/l (0&nbsp;°C)<br />1,145&nbsp;g/l (25&nbsp;°C)
| liukoisuus = 0,0026&nbsp;g / 100&nbsp;ml (20&nbsp;°C)
| varoitusmerkit = [[Image:GHS-pictogram-flamme.svg|40px]] [[Image:GHS-pictogram-skull.svg|40px]] [[Image:GHS-pictogram-silhouette.svg|40px]]
}}
[[Tiedosto:Detektor CO.jpg|pienoiskuva|Tyypillinen häkävaroitin]]
'''Hiilimonoksidi''', '''hiilioksidi''' eli '''häkä''' (CO) on [[hiili|hiilen]] ja [[happi|hapen]] yhdiste. Se on hajuton, väritön, [[myrkky|myrkyllinen]], reaktioherkkä ja erittäin helposti syttyvä [[kaasu]]. Hiilimonoksidin [[moolimassa]] on 28,0&nbsp;g/mol, [[sulamispiste]] −205&nbsp;°C, [[kiehumispiste]] −191&nbsp;°C, [[itsesyttymislämpötila]] 605&nbsp;°C ja [[CAS-numero]] 630-08-0. Pääasiassa hiilimonoksidia sisältävistä kaasuseoksista käytetään usein nimeä '''häkä'''.
Sitä syntyy, kun [[hiili]] tai hiiltä sisältävät aineet [[palaminen|palavat]] epätäydellisesti eli liian vähässä [[happi]]määrässä tai kun palaminen tapahtuu hyvin korkeissa lämpötiloissa. Usein sitä syntyy palamisen ei-toivottuna ja haitallisena sivutuotteena, mutta sillä on myös hyötykäyttöä [[polttoaine]]ena, [[metallurgia]]ssa ja [[kemianteollisuus|kemianteollisuuden]] raaka-aineena.

== Hiilimonoksidin lähteet ==

Hiilimonoksidi voi syntyä yleisesti monella eri tavalla. Hiilimonoksidi syntyy '''Boudouardin tasapainoreaktion''' mukaisesti hiilestä ja hiilidioksidista korkeassa lämpötilassa<ref>{{Verkkoviite | Osoite = http://gasifiers.bioenergylists.org/files/Boudouard%20Reaction.xls | Nimeke = Boudouard reaction | Tiedostomuoto = xls | Julkaisija = bioenergylists.org | Arkisto = https://web.archive.org/web/20120222115049/http://gasifiers.bioenergylists.org/files/Boudouard%20Reaction.xls | Arkistoitu = 22.2.2012 | Viitattu = 3.1.2016 | Kieli = {{en}} }}</ref>

: C + O<sub>2</sub> &rarr; CO<sub>2</sub>
: CO<sub>2</sub> + C &rarr; 2 CO

Yli 600&nbsp;°C:n lämpötiloissa hiilimonoksidin [[muodostumisentalpia]] on [[Ellinghamin diagrammi]]n mukaisesti pienempi kuin hiilidioksidin, ja yli 1&nbsp;000&nbsp;°C:n lämpötilassa hiilimonoksidi on [[Le Châtelier'n periaate|Le Châtelier'n periaatteen]] mukaisesti lähes yksinomainen reaktiotuote, vaikka reaktioentalpia onkin epäedullinen hiilidioksidiin verrattuna.

=== Hiilimonoksidi palamistuotteena ===

Hiilimonoksidia eli häkää syntyy aina hiilipitoisten aineiden [[palaminen|palaessa]], mutta jos [[happi|happea]] on riittävästi, se palaa nopeasti edelleen [[hiilidioksidi]]ksi.  Sitä syntyy esimerkiksi [[polttomoottori|polttomoottoreissa]], kun poltetaan hiilipohjaisia polttoaineita varsinkin, jos [[lämpötila]] on liian alhainen täydelliselle hapettumiselle, tai käytettävissä oleva aika polttokammiossa on liian pieni tai koska riittävästi happea ei ole läsnä. Tavallisesti on vaikeampi optimoida polttolaitetta alhaiselle hiilimonoksidimäärälle kuin alhaiselle palamattomille polttoainemäärille. Polttomoottorissa, etenkin bensiini- eli ottomoottorissa, hiilimonoksidia muodostuu eniten moottorin toimiessa joutokäynnillä.<ref name="jokilampi">Jari Jokilampi ym. (toim.): ''Autokoulun kuorma-autokirja'' (3. painos), s. 150. Helsinki: Opetustarvike Oy, 1985. {{ISBN|951-99562-6-3}}.</ref>

Hiilimonoksidia syntyy myös [[polttopuu|polttopuiden]] palaessa [[takka|takassa]] tai muussa tulisijassa, mutta yleensä se palaa välittömästi edelleen hiilidioksidiksi. Jos kuitenkin hapen tulo tulisijaan äkillisesti vähenee, esimerkiksi jos uunin pellit suljetaan hiilloksen vielä palaessa, hiilimonoksidi leviää sellaisenaan huoneilmaan ja seurauksena voi olla häkämyrkytys. Hiilimonoksidia syntyy myös pieniä määriä [[tupakka|tupakanpoltossa]].{{Lähde|pyydetty=23.6.2023}}

=== Teollinen valmistus ===

Hiilimonoksidia voidaan valmistaa puhaltamalla vesihöyryä hehkuvan hiilikerroksen läpi:

: H<sub>2</sub>O + C &rarr; CO + H<sub>2</sub>

Laboratoriossa voidaan hiilimonoksidia valmistaa stoikiometrisesti suurta varovaisuutta noudattaen antamalla [[rikkihappo|rikkihapon]] vaikuttaa [[muurahaishappo]]on.

== Käyttö ==

Hiilimonoksidia käytetään polttoaineena, [[metalli]]en pelkistämiseen [[oksidi|oksideistaan]] sekä kemian teollisuuden raaka-aineena.<ref name="Spectrum_3">{{Kirjaviite | Nimeke=Spectrum tietokeskus: 16-osainen tietosanakirja. 3, Eng–Hiu | Julkaisupaikka=Helsinki | Julkaisija=WSOY | Vuosi=1977 | Sivut = 566–567 | Isbn=951-0-07242-7}}</ref>

[[Kaupunkikaasu]]a eli ''valokaasua'', joka oli pääasiassa hiilimonoksidin ja vedyn seosta, käytettiin monissa kaupungeissa polttoaineena 1800-luvulta lähtien. Sitä valmistettiin antamalla vesihöyryn kulkea hehkuvan hiilikerroksen läpi. Alkujaan sitä käytettiin [[valaistus|valaistukseen]] kaasulampuissa, jotka [[sähkölamppu]]jen yleistyessä jäivät kuitenkin nopeasti pois käytöstä. Myöhemmin kaupunkikaasua käytettiin etupäässä kaasu[[hella|hellojen]] polttoaineena. Nykyään sen on syrjäyttänyt [[maakaasu]], joka on etupäässä [[metaani]]a. Nykyään käytetään nestekaasua (propaania tai butaania){{lähde}}.

[[Puukaasu]]a, joka on pääosin hiilimonoksidia, on käytetty polttoaineena [[puukaasutin|puukaasuttimissa]] eli niin sanotuissa häkäpöntöissä. Sota-aikana sitä käytettiin autojenkin polttoaineena.

Hiilimonoksidia käytetään [[masuuni]]ssa raudan pelkistämiseen oksideistaan.

Hiilimonoksidia voidaan käyttää [[nikkeli]]n puhdistamiseen [[Mondin prosessi]]lla, jossa epäpuhtaasta nikkelistä ja hiilimonoksidista syntetisoidaan helposti haihtuva [[nikkelitetrakarbonyyli]] Ni(CO)<sub>4</sub>, joka sitten hajotetaan kuumentamalla puhtaaksi nikkeliksi.<ref name="Spectrum_3"/>

Hiilimonoksidia käytetään kemian teollisuudessa ketonien ja aldehydien valmistukseen.<ref name="Spectrum_3"/>

== Ominaisuudet ==

Hiilimonoksidi liukenee veteen huonosti. Se on hieman ilmaa kevyempi kaasu.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = http://www.ttl.fi/ova/hiilmono.html | Nimeke = http://www.ttl.fi/ova/hiilmono.html | Tekijä =  | Tiedostomuoto =  | Selite =  | Julkaisu =  | Ajankohta =  | Julkaisupaikka =  | Julkaisija =  | Viitattu = 26.4.2017 | Kieli = {{fi}} | arkisto = https://web.archive.org/web/20170427100115/http://www.ttl.fi/ova/hiilmono.html | arkistoitu = 27.4.2017 }}</ref>

Hiilimonoksidin rakennetta voidaan kuvata seuraavilla [[Lewisin kaava|Lewisin kaavojen]] [[resonanssi (kemia)|resonanssi]]muodoilla, joista nähdään, että sidoksessa on [[kolmoissidos|kolmoissidoksen]] luonnetta (vain yhteiset [[elektroni]]t piirretty näkyviin):

: <math>C^-\equiv O^+ \quad\leftrightarrow\quad C=O \quad\leftrightarrow\quad C^+-O^-</math>

Kolmoissidoksellisena hiilimonoksidimolekyyli on [[isoelektronisuus|isoelektroninen]] [[typpi]]molekyylin (N<sub>2</sub>) kanssa.<ref>http://goldbook.iupac.org/I03276.html</ref> 

Hiilimonoksidi on heikko Lewisin [[emäs]], ja se sitoutuu [[kompleksi (kemia)|komplekseiksi]] joidenkin metallien kanssa.

=== Reaktioita ===

Hiilimonoksidi hapettuu [[hiilidioksidi]]ksi, mihin perustuu sen käyttö polttoaineena. Samasta syystä sitä käytetään teollisuudessa metallien ja epämetallien pelkistämiseen. Esimerkiksi rautamalmia voidaan pelkistää seuraavasti:

: Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3 CO &rarr; 2 Fe + 3 CO<sub>2</sub>.

Antamalla hiilimonoksidin reagoida vesihöyryn kanssa saadaan [[vety]]ä ja hiilidioksidia:

: CO(g) + H<sub>2</sub>O(g) &rarr; H<sub>2</sub>(g) + CO<sub>2</sub>(g).

Vedyn avulla hiilimonoksidista voidaan valmistaa [[metanoli]]a:

: CO(g) + 2 H<sub>2</sub>(g) &rarr; CH<sub>3</sub>OH(l).

Taistelukaasu [[fosgeeni]]a valmistetaan [[kloori]]sta ja hiilimonoksidista:

: CO + Cl<sub>2</sub> &rarr; COCl<sub>2</sub>.

== Myrkyllisyys ==
{{Pääartikkeli|[[Häkämyrkytys]]}}
Hiilimonoksidi<ref>Elonen E. Häkämyrkytys, s. 1073, kirjassa Koulu M, Tuomisto J. Farmakologia ja toksikologia, 7. p. Kustannus Oy Medicina, Kuopio. {{ISBN|978-951-97316-2-9}}. Myös verkossa http://www.medicina.fi</ref><ref>Tuomisto J. 100 kysymystä ympäristöstä ja terveydestä: arsenikista öljyyn, 328 pp. Kustannus Oy Duodecim, Helsinki 2005. {{ISBN|951-656-221-3}}. Verkossa englanniksi http://en.opasnet.org/w/Arsenic_to_zoonoses</ref> sitoutuu [[hemoglobiini]]n [[rauta]]ioneihin 200–250 kertaa tiukemmin kuin [[happi]]kaasu. [[Veri|Vereen]] päästyään se siis heikentää elimistön kykyä kuljettaa happea. Tarpeeksi suuri määrä hiilimonoksidia veressä saa ihmisen menettämään tajuntansa. Suomessa kuolee noin sata ihmistä vuodessa [[häkämyrkytys|häkämyrkytykseen]]<ref>[http://www.terveyskirjasto.fi/terveyskirjasto/tk.koti?p_artikkeli=dlk00759 Häkämyrkytys; Terveyskirjasto, Duodecim]</ref> ja 10–30 prosentille toipuneista tulee erilaisia hermoston myöhäisoireita. On todennäköistä, että lisäksi merkittävä määrä häkämyrkytyksiä jää diagnosoimatta.

Hiilimonoksidia eli häkää hengittänyt vaikuttaa ulkopuolisen silmin terveen punakalta ihonväriltään, vaikka henkilö olisikin jo voimakkaassa hapenpuutteessa, koska hiilimonoksidin sitoma hemoglobiinimolekyyli on kirkkaanpunainen. Vaikeassa häkämyrkytyksessä pulssi voi olla epätavallisen hidas, vaikka normaalisti hapenpuutteessa olevan pulssi on nopea. Kuolemanvaara on huomattava. Häkämyrkytyspotilas on saatava nopeasti raittiiseen ilmaan, ja mahdollisimman pian aloitetaan hoito puhtaalla hapella ja tarvittaessa potilas kytketään hengityskoneeseen tai annetaan painekammiossa ylihappihengityshoitoa.

Hiilimonoksidia voi syntyä sisätiloissa, jos puu- tai kaasukäyttöiset tulisijat toimivat huonosti tai takan pelti suljetaan tiiviissä asunnossa liian aikaisin. Pahin häkämyrkytyksien aiheuttaja on tulipalo.  Joskus löytyy kokonaisia perhekuntia häkään kuolleina. Kuitenkin tällöin lattialle ja varsinkin lattiaraon ja ulko-oven ääreen pyörtyneet saattavat jäädä henkiin, kun samaan aikaan sängyssä ja yläkerrassa nukkuneet ovat menehtyneet häkään. Henkiin jääneet saattavat potea hyvinkin pitkään voimattomuutta ja muistihäiriöitä. Myös huonosti toimiva retkikeitin on joskus tappanut häkään teltoissa, joissa ei ole ylhäällä tuuletusaukkoja.

Häkämyrkytysvaaran vuoksi auton moottoria ei saa käyttää suljetussa tilassa – autotallissa, korjaamossa tms. –, ellei huolehdita pakokaasujen poistamisesta ulkoilmaan pakoputken päähän kiinnitettävän imuriletkun avulla.<ref name="jokilampi"/>

== Katso myös ==

* [[Hiilisuboksidi]]
* [[Ympäristöterveys]]

== Lähteet ==
{{Viitteet}}

== Aiheesta muualla ==
{{commonscat|Carbon monoxide}}
* [http://www.ttl.fi/ova/hiilmono.html Hiilimonoksidi – Onnettomuuden vaaraa aiheuttavat aineet -turvallisuusohjeet] {{Wayback|1=http://www.ttl.fi/ova/hiilmono.html |päiväys=20150424001526 }}
* {{Kemikaalikortti|0023}}
*[http://www.t3db.org/toxins/T3D0189 Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Carbon monoxide] {{en}}
{{Metatieto}}

[[Luokka:Myrkylliset kemikaalit]]
[[Luokka:Hiiliyhdisteet]]
[[Luokka:Oksidit]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]