Въглероден двуокис. Физични свойства CO2 Физични свойства на въглероден диоксид

Въглероден двуокис

Неразделна част от атмосферата, основна суровина за процеса на фотосинтеза на зелените растения, продукт на жизнената дейност на живите организми.

Според систематичната международна номенклатура (IUPAC) веществото с формула CO2 се нарича въглероден оксид (IV). Тривиални (общи имена) - въглероден диоксид или въглероден диоксид, въглероден анхидрид (солеобразуващ оксид с киселинни свойства).

Формула на въглероден диоксид

Молекулата на въглеродния диоксид се образува от два кислородни атома и въглероден атом. Структурна формула – O=C=O. Валентността на въглерода е 4. Степента на окисление е (+4). Тип връзка: полярна ковалентна.

Произвеждане на въглероден диоксид

Естествени източници на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид се образува при бавно окисление по време на процесите на дишане, ферментация и гниене на органични вещества. Отделя се по време на разлагането на естествени карбонати, изгаряне на гориво и образуване на димни газове. Съдържа се във въздуха и минералните извори.

Човешкото тяло отделя 1 kg CO 2 на ден. Въздухът съдържа 0,03% въглероден диоксид.

Лабораторни методи за получаване

В лабораторията газ може да се получи чрез взаимодействие на солна киселина с креда, мрамор и сода. Газът се събира чрез метод на изместване на въздуха.

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2,

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2.

Индустриални методи на производство

Печене на варовик: CaCO 3 → CaO + CO 2.
Като страничен продукт от отделянето на въздуха при производството на кислород, азот, аргон.

Свойства на въглеродния диоксид

Физични свойства

Веществото е нетоксично, незапалимо.

Вещество в твърдо агрегатно състояние се нарича "сух лед".

Високата концентрация на въглероден диоксид може да се определи органолептично - в устата се появява кисел вкус на езика. Високите нива са опасни за организма – предизвикват задушаване.

Химични свойства

Качествена реакция:Когато въглеродният диоксид реагира с варното мляко (калциев хидроксид), се образува калциев карбонат - бяла утайка.

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

CO 2 като киселинен оксид, реагира с водас образуването на въглена киселина. Тази киселина е нестабилно съединение и лесно се разпада на въглероден диоксид и вода. Тип реакция – съставна реакция, обратима.

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

При нагряване се разлага на въглероден оксид (II) и вода: 2CO2 = 2CO + O2.

Взаимодейства с основни оксиди, с образуването на соли:

CaO + CO 2 = CaCO 3; Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3.

Тип реакция– съединение реакция.

Взаимодейства с алкали, с образуването на кисели и средни соли:

CO 2 + NaOH = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Средната сол се образува, когато има излишък от алкали. Киселинна сол се образува, когато съотношението на количествата оксид и алкални вещества е 1:1.

При температура реагира с активни метали:

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO

Въглеродният диоксид проявява главно редуциращи свойства, но при взаимодействие с активни метали той е окислител.

Влиза в реакции с прости вещества:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (реакционни условия - висока температура, катализатор Cu 2 O).

Приложение на въглероден диоксид

IN Хранително-вкусовата промишленост:

използва се при производството на минерална вода и газирани напитки;
като хранителна добавка (E290), увеличава срока на годност на продуктите;
като набухвател придава лекота и пухкавост на сладкарските изделия;
като хладилен агент;
за премахване на кофеина от кафето.

В авиомоделизма се използва като източник на енергия за двигатели; използвани в пневматични оръжия; като пълнител за пожарогасители с въглероден диоксид. Използва се като защитна среда по време на заваряване.

Въглеродният диоксид се използва и в медицината - използва се за криоаблация на тумори и служи като стимулатор на дълбокото дишане.

В химическата промишленост газът се използва при синтеза на химикали, производството на соли на въглеродна киселина, процесите на сушене и пречистване на полимери, влакна от растителен и животински произход. Използва се за пречистване на отпадъчни води, повишава проводимостта на свръхчистата вода.

Примери за решаване на проблеми

Проблем 1

Намерете масовата част на въглерода във въглеродния диоксид.

Решение

M(CO 2 ) = 12+2x16 = 44 g/mol.
Ar(C) = 12 g/mol.
W(C) = 12/44 = 0,27 или 27%

Отговор: масовата част на въглерода във въглеродния диоксид е 27%.

Проблем 2

Изчислете обема на въглеродния диоксид, отделен при взаимодействието на солна киселина с мрамор с тегло 100 g.

Решение

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

1 мол - 1 мол
100 g/mol - 22,4 l/mol
100 г - 22,4 л

x(CO 2) = 300x22,4/100 = 67,2 (l).

Отговор:Обемът на въглеродния диоксид е 67,2 литра.

Енциклопедичен YouTube

1 / 5

Въглеродният (IV) оксид не поддържа горенето. В него горят само някои активни метали:

2 M g + CO 2 → 2 M g O + C (\displaystyle (\mathsf (2Mg+CO_(2)\rightarrow 2MgO+C)))

Взаимодействие с активен метален оксид:

C a O + C O 2 → C a C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CaO+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3))))

Когато се разтвори във вода, образува въглена киселина:

C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CO_(2)+H_(2)O\rightleftarrows H_(2)CO_(3))))

Реагира с алкали за образуване на карбонати и бикарбонати:

C a (O H) 2 + C O 2 → C a C O 3 ↓ + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (Ca(OH)_(2)+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3)\downarrow +H_( 2)О)))(качествена реакция на въглероден диоксид) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))

Биологичен

Човешкото тяло отделя приблизително 1 kg въглероден диоксид на ден.

Този въглероден диоксид се транспортира от тъканите, където се образува като един от крайните продукти на метаболизма, през венозната система и след това се екскретира в издишания въздух през белите дробове. По този начин съдържанието на въглероден диоксид в кръвта е високо във венозната система и намалява в капилярната мрежа на белите дробове и е ниско в артериалната кръв. Съдържанието на въглероден диоксид в кръвна проба често се изразява чрез парциално налягане, т.е. налягането, което дадено количество въглероден диоксид, съдържащо се в кръвна проба, би имало, ако само то заемаше целия обем на кръвната проба.

Въглеродният диоксид (CO2) се транспортира в кръвта по три различни начина (точното съотношение на всеки от тези три транспортни метода зависи от това дали кръвта е артериална или венозна).

Хемоглобинът, основният транспортиращ кислород протеин на червените кръвни клетки, е способен да транспортира както кислород, така и въглероден диоксид. Въглеродният диоксид обаче се свързва с хемоглобина на различно място от кислорода. Той се свързва с N-терминалните краища на глобиновите вериги, а не с хема. Въпреки това, поради алостерични ефекти, които водят до промяна в конфигурацията на молекулата на хемоглобина при свързване, свързването на въглероден диоксид намалява способността на кислорода да се свързва с него, при дадено парциално налягане на кислорода, и обратно - свързването на кислорода с хемоглобина намалява способността на въглеродния диоксид да се свързва с него при дадено парциално налягане на въглеродния диоксид. В допълнение, способността на хемоглобина да се свързва преференциално с кислород или въглероден диоксид също зависи от рН на околната среда. Тези характеристики са много важни за успешното усвояване и транспортиране на кислород от белите дробове в тъканите и успешното му освобождаване в тъканите, както и за успешното усвояване и транспортиране на въглероден диоксид от тъканите в белите дробове и освобождаването му там.

Въглеродният диоксид е един от най-важните медиатори на авторегулацията на кръвния поток. Той е мощен вазодилататор. Съответно, ако нивото на въглероден диоксид в тъканите или кръвта се повиши (например поради интензивен метаболизъм - причинен, да речем, от упражнения, възпаление, увреждане на тъканите или поради запушване на кръвния поток, тъканна исхемия), тогава капилярите се разширяват , което води до увеличаване на притока на кръв и съответно до увеличаване на доставката на кислород до тъканите и транспортирането на натрупания въглероден диоксид от тъканите. В допълнение, въглеродният диоксид в определени концентрации (повишени, но все още не достигащи токсични стойности) има положителен инотропен и хронотропен ефект върху миокарда и повишава неговата чувствителност към адреналин, което води до увеличаване на силата и честотата на сърдечните контракции, сърдечния производителност и, като следствие, инсулт и минутен кръвен обем. Това също помага за коригиране на тъканната хипоксия и хиперкапния (повишени нива на въглероден диоксид).

Бикарбонатните йони са много важни за регулирането на pH на кръвта и поддържането на нормален киселинно-алкален баланс. Честотата на дишане влияе върху съдържанието на въглероден диоксид в кръвта. Слабото или бавно дишане причинява респираторна ацидоза, докато бързото и прекалено дълбоко дишане води до хипервентилация и развитие на респираторна алкалоза.

В допълнение, въглеродният диоксид също е важен за регулиране на дишането. Въпреки че тялото ни се нуждае от кислород за метаболизма, ниските нива на кислород в кръвта или тъканите обикновено не стимулират дишането (или по-скоро стимулиращият ефект на ниския кислород върху дишането е твърде слаб и се „включва“ късно, при много ниски нива на кислород в кръвта, при която човек често вече губи съзнание). Обикновено дишането се стимулира от повишаване на нивото на въглероден диоксид в кръвта. Дихателният център е много по-чувствителен към повишени нива на въглероден диоксид, отколкото към липса на кислород. Вследствие на това вдишването на много разреден въздух (с ниско парциално налягане на кислорода) или газова смес, която изобщо не съдържа кислород (например 100% азот или 100% азотен оксид), може бързо да доведе до загуба на съзнание, без да причинява чувство липса на въздух (защото нивото на въглероден диоксид не се повишава в кръвта, защото нищо не пречи на издишването му). Това е особено опасно за пилоти на военни самолети, летящи на големи височини (в случай на аварийно разхерметизиране на кабината, пилотите могат бързо да загубят съзнание). Тази особеност на системата за регулиране на дишането е и причината стюардесите в самолетите да инструктират пътниците в случай на разхерметизиране на кабината на самолета, преди всичко сами да си сложат кислородна маска, преди да се опитат да помогнат на някой друг - като направят това , помагащият рискува сам бързо да загуби съзнание и дори без да изпитва дискомфорт или нужда от кислород до последния момент.

Човешкият дихателен център се опитва да поддържа парциалното налягане на въглеродния диоксид в артериалната кръв не по-високо от 40 mmHg. При съзнателна хипервентилация съдържанието на въглероден диоксид в артериалната кръв може да намалее до 10-20 mmHg, докато съдържанието на кислород в кръвта ще остане практически непроменено или ще се увеличи леко, а необходимостта от поемане на още един дъх ще намалее в резултат на намаляване в стимулиращия ефект на въглеродния диоксид върху дейността на дихателния център. Това е причината, поради която след период на съзнателна хипервентилация е по-лесно да задържите дъха си за дълго време, отколкото без предишна хипервентилация. Тази умишлена хипервентилация, последвана от задържане на дъха, може да доведе до загуба на съзнание, преди човекът да почувства необходимост да си поеме въздух. В безопасна среда подобна загуба на съзнание не заплашва нищо особено (след като загуби съзнание, човек ще загуби контрол над себе си, ще спре да задържа дъха си и ще поеме дъх, дишане, а с това и доставката на кислород към мозъка ще бъде възстановен и след това съзнанието ще бъде възстановено). Но в други ситуации, като например преди гмуркане, това може да бъде опасно (загуба на съзнание и необходимост от поемане на въздух ще настъпи на дълбочина и без съзнателен контрол водата ще навлезе в дихателните пътища, което може да доведе до удавяне). Ето защо хипервентилацията преди гмуркане е опасна и не се препоръчва.

Касова бележка

В промишлени количества въглеродният диоксид се отделя от димните газове или като страничен продукт от химични процеси, например по време на разлагането на естествени карбонати (варовик, доломит) или по време на производството на алкохол (алкохолна ферментация). Сместа от получените газове се промива с разтвор на калиев карбонат, който абсорбира въглероден диоксид, превръщайки се в бикарбонат. Разтворът на бикарбонат се разлага при нагряване или при понижено налягане, освобождавайки въглероден диоксид. В съвременните инсталации за производство на въглероден диоксид, вместо бикарбонат, по-често се използва воден разтвор на моноетаноламин, който при определени условия е способен да абсорбира CO₂, съдържащ се в димния газ, и да го освободи при нагряване; Това отделя крайния продукт от другите вещества.

Въглеродният диоксид също се произвежда в инсталациите за разделяне на въздуха като страничен продукт от производството на чист кислород, азот и аргон.

В лабораторията малки количества се получават чрез взаимодействие на карбонати и бикарбонати с киселини, като мрамор, креда или сода със солна киселина, като се използва например апарат на Kipp. Използването на реакцията на сярна киселина с креда или мрамор води до образуването на слабо разтворим калциев сулфат, който пречи на реакцията и който се отстранява чрез значителен излишък от киселина.

За приготвяне на напитки може да се използва реакцията на сода за хляб с лимонена киселина или кисел лимонов сок. Именно в тази форма се появяват първите газирани напитки. Фармацевтите се занимаваха с тяхното производство и продажба.

Приложение

В хранително-вкусовата промишленост въглеродният диоксид се използва като консервант и набухвател и се обозначава на опаковката с кода E290.

Устройството за подаване на въглероден диоксид към аквариума може да включва резервоар за газ. Най-простият и най-разпространеният метод за производство на въглероден диоксид се основава на дизайна за приготвяне на каша от алкохолна напитка. По време на ферментацията отделеният въглероден диоксид може да осигури храна за аквариумните растения

Въглеродният диоксид се използва за газиране на лимонада и газирана вода. Въглеродният диоксид също се използва като защитна среда при заваряване на тел, но при високи температури той се разлага и освобождава кислород. Отделеният кислород окислява метала. В тази връзка е необходимо да се въведат дезоксидиращи агенти като манган и силиций в заваръчната тел. Друго следствие от влиянието на кислорода, също свързано с окисляването, е рязкото намаляване на повърхностното напрежение, което води, наред с други неща, до по-интензивно разпръскване на метал, отколкото при заваряване в инертна среда.

Съхраняването на въглероден диоксид в стоманен цилиндър във втечнено състояние е по-изгодно, отколкото под формата на газ. Въглеродният диоксид има относително ниска критична температура от +31°C. Около 30 kg втечнен въглероден диоксид се излива в стандартен 40-литров цилиндър и при стайна температура в цилиндъра ще има течна фаза и налягането ще бъде приблизително 6 MPa (60 kgf / cm²). Ако температурата е над +31 ° C, тогава въглеродният диоксид ще премине в свръхкритично състояние с налягане над 7,36 MPa. Стандартното работно налягане за обикновен 40-литров цилиндър е 15 MPa (150 kgf / cm²), но трябва безопасно да издържа на налягане 1,5 пъти по-високо, тоест 22,5 MPa, така че работата с такива бутилки може да се счита за доста безопасна.

Твърдият въглероден диоксид - "сух лед" - се използва като хладилен агент в лабораторни изследвания, в търговията на дребно, по време на ремонт на оборудване (например: охлаждане на една от свързващите части по време на пресоване) и т.н. Въглеродният диоксид се използва за втечняване въглероден диоксид и произвеждат сух лед

Методи за регистрация

Измерването на парциалното налягане на въглеродния диоксид е необходимо в технологичните процеси, в медицинските приложения - анализ на дихателни смеси по време на изкуствена вентилация и в затворени системи за поддържане на живота. Анализът на концентрацията на CO 2 в атмосферата се използва за екологични и научни изследвания, за изследване на парниковия ефект. Въглеродният диоксид се записва с помощта на газови анализатори, базирани на принципа на инфрачервената спектроскопия и други газови измервателни системи. Медицински газов анализатор за записване на съдържанието на въглероден диоксид в издишания въздух се нарича капнограф. За измерване на ниски концентрации на CO 2 (както и) в технологичните газове или в атмосферния въздух може да се използва метод за газова хроматография с метанатор и регистрация на пламъчно-йонизационен детектор.

Въглероден диоксид в природата

Годишните колебания в концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата на планетата се определят главно от растителността на средните ширини (40-70 °) на Северното полукълбо.

В океана се разтваря голямо количество въглероден диоксид.

Въглеродният диоксид съставлява значителна част от атмосферите на някои планети в Слънчевата система: Венера, Марс.

Токсичност

Въглеродният диоксид е нетоксичен, но поради ефекта на повишените му концентрации във въздуха върху дишащите въздух живи организми, той се класифицира като задушлив газ (Английски)Руски. Леко повишаване на концентрацията до 2-4% на закрито води до сънливост и слабост у хората. За опасни концентрации се считат нива от около 7-10%, при които се развива задушаване, изразяващо се в главоболие, световъртеж, загуба на слуха и загуба на съзнание (симптоми, подобни на тези при височинна болест), в зависимост от концентрацията, за период от няколко минути до един час. Ако се вдиша въздух с висока концентрация на газ, смъртта настъпва много бързо от задушаване.

Въпреки че всъщност дори концентрация от 5-7% CO 2 не е смъртоносна, вече при концентрация от 0,1% (това ниво на въглероден диоксид се наблюдава във въздуха на мегаполисите) хората започват да се чувстват слаби и сънливи. Това показва, че дори при високи нива на кислород, високата концентрация на CO 2 има силен ефект върху благосъстоянието.

Вдишването на въздух с повишена концентрация на този газ не води до дълготрайни здравословни проблеми и след отстраняване на жертвата от замърсената атмосфера бързо настъпва пълно възстановяване на здравето.

Въглероден диоксид (въглероден диоксид),наричан още въглероден диоксид, е най-важният компонент в газираните напитки. Определя вкуса и биологичната стабилност на напитките, придава им пенливи и освежаващи свойства.

Химични свойства.Химически въглеродният диоксид е инертен. Образуван с отделянето на голямо количество топлина, той, като продукт на пълно окисляване на въглерода, е много стабилен. Реакциите на редукция на въглероден диоксид протичат само при високи температури. Така например, взаимодействайки с калий при 230 ° C, въглеродният диоксид се редуцира до оксалова киселина:

Влизайки в химично взаимодействие с вода, газът, в количество не повече от 1% от съдържанието му в разтвора, образува въглеродна киселина, която се дисоциира на H +, HCO 3 -, CO 2 3- йони. Във воден разтвор въглеродният диоксид лесно влиза в химични реакции, образувайки различни соли на въглероден диоксид. Следователно водният разтвор на въглероден диоксид е силно агресивен към металите и има разрушителен ефект върху бетона.

Физични свойства.За газиране на напитки се използва въглероден диоксид, доведен до течно състояние чрез компресия до високо налягане. В зависимост от температурата и налягането въглеродният диоксид може да бъде в газообразно или твърдо състояние. Температурата и налягането, съответстващи на това състояние на агрегиране, са показани на диаграмата на фазовото равновесие (фиг. 13).

При температура от минус 56,6 ° C и налягане от 0,52 Mn/m 2 (5,28 kg/cm 2), съответстващо на тройната точка, въглеродният диоксид може да бъде едновременно в газообразно, течно и твърдо състояние. При по-високи температури и налягания въглеродният диоксид е в течно и газообразно състояние; при температури и налягания, които са под тези стойности, газът, директно заобикаляйки течната фаза, преминава в газообразно състояние (сублимира). При температури над критичната температура от 31,5° C никакво налягане не може да задържи въглеродния диоксид в течна форма.

В газообразно състояние въглеродният диоксид е безцветен, без мирис и има леко кисел вкус. При температура 0° C и атмосферно налягане плътността на въглеродния диоксид е 1,9769 kg/f 3 ; той е 1,529 пъти по-тежък от въздуха. При 0°C и атмосферно налягане 1 kg газ заема обем от 506 литра. Връзката между обема, температурата и налягането на въглеродния диоксид се изразява с уравнението:

където V е обемът на 1 kg газ в m 3 /kg; T - температура на газа в ° K; P - налягане на газа в N/m 2; R - газова константа; A е допълнителна стойност, която отчита отклонението от уравнението на състоянието на идеален газ;

Втечнен въглероден диоксид- безцветна, прозрачна, лесно подвижна течност, наподобяваща на външен вид алкохол или етер. Плътността на течността при 0°C е 0,947. При температура 20°C втечненият газ се съхранява под налягане 6,37 Mn/m2 (65 kg/cm2) в стоманени бутилки. Когато течността тече свободно от цилиндъра, тя се изпарява, абсорбирайки голямо количество топлина. Когато температурата падне до минус 78,5° C, част от течността замръзва, превръщайки се в така наречения сух лед. Сухият лед е близо до креда по твърдост и има матов бял цвят. Сухият лед се изпарява по-бавно от течността и веднага преминава в газообразно състояние.

При температура от минус 78,9 ° C и налягане от 1 kg / cm 2 (9,8 MN / m 2), топлината на сублимация на сух лед е 136,89 kcal / kg (573,57 kJ / kg).

Вече знаете, че когато издишвате, въглеродният диоксид излиза от дробовете ви. Но какво знаете за това вещество? Вероятно малко. Днес ще отговоря на всички ваши въпроси относно въглеродния диоксид.

Определение

Това вещество при нормални условия е безцветен газ. В много източници може да се нарече по различен начин: въглероден оксид (IV) и въглероден анхидрид, и въглероден диоксид, и въглероден диоксид.

Имоти

Въглеродният диоксид (формула CO 2) е безцветен газ, има кисел мирис и вкус и е разтворим във вода. Ако се охлади правилно, образува снежна маса, наречена сух лед (снимката по-долу), която сублимира при температура от -78 o C.

Това е един от продуктите на гниене или изгаряне на всяка органична материя. Разтваря се във вода само при температура 15 o C и само ако съотношението вода:въглероден диоксид е 1:1. Плътността на въглеродния диоксид може да варира, но при стандартни условия е равна на 1,976 kg/m3. Това е, ако е в газообразна форма, а в други състояния (течно/газообразно) стойностите на плътността също ще бъдат различни. Това вещество е киселинен оксид; добавянето му към вода произвежда въглеродна киселина. Ако комбинирате въглероден диоксид с някаква основа, последващата реакция води до образуването на карбонати и бикарбонати. Този оксид не може да поддържа горене, с някои изключения. Това са реактивни метали и при този тип реакция те отнемат кислород от него.

Касова бележка

Въглеродният диоксид и някои други газове се отделят в големи количества, когато се произвежда алкохол или се разлагат естествени карбонати. След това получените газове се промиват с разтворен калиев карбонат. Това е последвано от тяхното абсорбиране на въглероден диоксид, продуктът на тази реакция е бикарбонат, при нагряване на разтвора от който се получава желаният оксид.

Но сега той успешно се заменя с етаноламин, разтворен във вода, който абсорбира въглеродния окис, съдържащ се в димните газове, и го освобождава при нагряване. Този газ също е страничен продукт от тези реакции, които произвеждат чист азот, кислород и аргон. В лабораторията се получава известно количество въглероден диоксид, когато карбонатите и бикарбонатите реагират с киселини. Образува се и при реакция на сода за хляб и лимонов сок или същия натриев бикарбонат и оцет (снимка).

Приложение

Хранителната промишленост не може без използването на въглероден диоксид, където той е известен като консервант и набухвател, код Е290. Всеки пожарогасител го съдържа в течна форма.

Освен това четиривалентният въглероден оксид, който се отделя по време на процеса на ферментация, служи като добра храна за аквариумните растения. Съдържа се и в добре познатата газирана напитка, която много хора често купуват от хранителния магазин. Заваряването на тел се извършва в среда на въглероден диоксид, но ако температурата на този процес е много висока, то се придружава от дисоциация на въглероден диоксид, който освобождава кислород, който окислява метала. Тогава заваряването не може да се извърши без дезоксидиращи агенти (манган или силиций). Въглеродният диоксид се използва за надуване на колела на велосипеди, присъства и в кутиите на въздушните пистолети (този тип се нарича газов цилиндър). Също така този оксид в твърдо състояние, наречен сух лед, е необходим като хладилен агент в търговията, научните изследвания и при ремонт на някои съоръжения.

Заключение

Ето колко полезен е въглеродният диоксид за хората. И не само в промишлеността, той играе и важна биологична роля: без него не може да се случи газообмен, регулиране на съдовия тонус, фотосинтеза и много други естествени процеси. Но неговият излишък или недостиг във въздуха за известно време може да повлияе негативно на физическото състояние на всички живи организми.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Въглероден двуокис(въглероден диоксид, въглероден анхидрид, въглероден диоксид) – въглероден оксид (IV).

Формула – CO 2. Моларна маса – 44 g/mol.

Химични свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид принадлежи към класа на киселинните оксиди, т.е. Когато взаимодейства с вода, той образува киселина, наречена въглена киселина. Въглеродната киселина е химически нестабилна и в момента на образуване веднага се разпада на компонентите си, т.е. Реакцията между въглероден диоксид и вода е обратима:

CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O (разтвор) ↔ H 2 CO 3 .

При нагряване въглеродният диоксид се разпада на въглероден оксид и кислород:

2CO 2 = 2CO + O 2.

Както всички киселинни оксиди, въглеродният диоксид се характеризира с реакции на взаимодействие с основни оксиди (образувани само от активни метали) и основи:

CaO + CO 2 = CaCO 3;

Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;

CO 2 + NaOH (разреден) = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH (конц.) = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Въглеродният диоксид не поддържа горенето, в него горят само активни метали:

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO (t);

CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).

Въглеродният диоксид реагира с прости вещества като водород и въглерод:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t, kat = Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t).

Когато въглеродният диоксид реагира с пероксиди на активни метали, се образуват карбонати и се отделя кислород:

2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.

Качествена реакция на въглероден диоксид е реакцията на взаимодействието му с варовита вода (мляко), т.е. с калциев хидроксид, в който се образува бяла утайка - калциев карбонат:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Физични свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид е газообразно вещество без цвят и мирис. По-тежки от въздуха. Термично стабилен. При компресиране и охлаждане лесно преминава в течно и твърдо състояние. Въглеродният диоксид в твърдо агрегатно състояние се нарича "сух лед" и лесно се сублимира при стайна температура. Въглеродният диоксид е слабо разтворим във вода и частично реагира с нея. Плътност – 1.977 g/l.

Производство и използване на въглероден диоксид

Има промишлени и лабораторни методи за производство на въглероден диоксид. Така в промишлеността се получава чрез изгаряне на варовик (1), а в лабораторията чрез действието на силни киселини върху соли на въглена киселина (2):

CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O (2).

Въглеродният диоксид се използва в хранително-вкусовата (газирана лимонада), химическата (контрол на температурата при производството на синтетични влакна), металургичната (опазване на околната среда, като утаяване на кафяв газ) и други индустрии.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Какъв обем въглероден диоксид ще се отдели при действието на 200 g 10% разтвор на азотна киселина на 90 g калциев карбонат, съдържащ 8% примеси, неразтворими в киселина?

Решение

Моларни маси на азотна киселина и калциев карбонат, изчислени с помощта на таблицата на химичните елементи от D.I. Менделеев - съответно 63 и 100 g/mol.

Нека напишем уравнението за разтваряне на варовик в азотна киселина:

CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O.

ω(CaCO 3) cl = 100% - ω добавка = 100% - 8% = 92% = 0,92.

Тогава масата на чистия калциев карбонат е:

m(CaCO 3) cl = m варовик × ω(CaCO 3) cl / 100%;

m(CaCO 3) cl = 90 × 92 / 100% = 82,8 g.

Количеството вещество калциев карбонат е равно на:

n(CaCO 3) = m(CaCO 3) cl / M(CaCO 3);

n(CaCO3) = 82,8 / 100 = 0,83 mol.

Масата на азотната киселина в разтвор ще бъде равна на:

m(HNO 3) = m(HNO 3) разтвор × ω(HNO 3) / 100%;

m(HNO3) = 200 × 10 / 100% = 20 g.

Количеството калциева азотна киселина е равно на:

n(HNO3) = m(HNO3) / M(HNO3);

n(HNO3) = 20 / 63 = 0,32 mol.

Чрез сравняване на количествата вещества, които са реагирали, ние определяме, че азотната киселина е в недостиг, следователно, допълнителни изчисления се правят с помощта на азотна киселина. Съгласно уравнението на реакцията n(HNO 3): n(CO 2) = 2:1, следователно n(CO 2) = 1/2×n(HNO 3) = 0,16 mol. Тогава обемът на въглеродния диоксид ще бъде равен на:

V(CO 2) = n(CO 2) × V m;

V(CO 2 ) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.

Отговор

Обемът на въглеродния диоксид е 3,58 g.