Ugljen-dioksid. Fizička svojstva CO2 Fizička svojstva ugljičnog dioksida

Ugljen-dioksid

Sastavni dio atmosfere, glavna sirovina za proces fotosinteze zelenih biljaka, proizvod vitalne aktivnosti živih organizama.

Prema sistematskoj međunarodnoj nomenklaturi (IUPAC), supstanca sa formulom CO2 naziva se ugljen monoksid (IV). Trivijalni (uobičajeni nazivi) - ugljični dioksid ili ugljični dioksid, ugljični anhidrid (oksid koji stvara sol s kiselim svojstvima).

Formula ugljičnog dioksida

Molekul ugljičnog dioksida formiraju dva atoma kisika i atom ugljika. Strukturna formula – O=C=O. Valencija ugljika je 4. Oksidacijsko stanje je (+4). Vrsta veze: polarna kovalentna.

Proizvodnja ugljičnog dioksida

Prirodni izvori ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid nastaje sporom oksidacijom tokom procesa disanja, fermentacije i propadanja organskih tvari. Oslobađa se tokom razgradnje prirodnih karbonata, sagorevanja goriva i stvaranja dimnih gasova. Sadrži u vazduhu i mineralnim izvorima.

Ljudsko tijelo emituje 1 kg CO 2 dnevno. Vazduh sadrži 0,03% ugljen-dioksida.

Laboratorijske metode dobijanja

U laboratoriji se plin može dobiti reakcijom hlorovodonične kiseline sa kredom, mermerom i sodom. Gas se sakuplja metodom istiskivanja zraka.

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

NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2.

Industrijske metode proizvodnje

Pečenje krečnjaka: CaCO 3 → CaO + CO 2.
Kao nusproizvod separacije vazduha pri proizvodnji kiseonika, azota, argona.

Svojstva ugljičnog dioksida

Fizička svojstva

Supstanca je netoksična, nezapaljiva.

Supstanca u čvrstom agregacijskom stanju naziva se "suhi led".

Visoka koncentracija ugljičnog dioksida može se odrediti organoleptički - u ustima se pojavljuje kiselkast okus na jeziku. Visoki nivoi su opasni za organizam - izazivaju gušenje.

Hemijska svojstva

Kvalitativna reakcija: Kada ugljični dioksid reaguje s krečnim mlijekom (kalcijum hidroksidom), nastaje kalcijum karbonat - bijeli talog.

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

CO2 kao kiseli oksid, reaguje sa vodom sa stvaranjem ugljične kiseline. Ova kiselina je nestabilno jedinjenje i lako se razlaže na ugljični dioksid i vodu. Vrsta reakcije – složena reakcija, reverzibilna.

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Kada se zagrije, razlaže se na ugljični monoksid (II) i vodu: 2CO2 = 2CO + O2.

Interagira sa bazični oksidi, sa stvaranjem soli:

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

Vrsta reakcije– složena reakcija.

Interagira sa alkalije, sa stvaranjem kiselih i srednjih soli:

CO 2 + NaOH = NaHCO 3;

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

Srednja sol nastaje kada postoji višak lužine. Kisela so nastaje kada je odnos količina oksida i alkalijskih supstanci 1:1.

Na temperaturi reaguje sa aktivni metali:

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO

Ugljični dioksid uglavnom pokazuje redukcijska svojstva, ali u interakciji s aktivnim metalima je oksidacijsko sredstvo.

Ulazi u reakcije sa jednostavne supstance:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (uslovi reakcije - visoka temperatura, Cu 2 O katalizator).

Primjena ugljičnog dioksida

IN Prehrambena industrija:

koristi se u proizvodnji mineralne vode i gaziranih pića;
kao dodatak hrani (E290), produžava rok trajanja proizvoda;
kao sredstvo za dizanje, daje lakoću i mekoću konditorskim proizvodima;
kao rashladno sredstvo;
za uklanjanje kofeina iz kafe.

U avionskom modeliranju koristi se kao izvor energije za motore; koristi se u pneumatskom oružju; kao dopuna za aparate za gašenje požara ugljičnim dioksidom. Koristi se kao zaštitni medij tokom zavarivanja.

Ugljični dioksid se koristi i u medicini – koristi se za krioablaciju tumora i služi kao stimulator dubokog disanja.

U hemijskoj industriji gas se koristi u sintezi hemikalija, proizvodnji soli ugljene kiseline, procesima sušenja i prečišćavanja polimera, vlakana biljnog i životinjskog porekla. Koristi se za tretman otpadnih voda, povećava provodljivost ultračiste vode.

Primjeri rješavanja problema

Problem 1

Pronađite maseni udio ugljika u ugljičnom dioksidu.

Rješenje

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

Odgovori: maseni udio ugljika u ugljičnom dioksidu je 27%.

Problem 2

Izračunajte volumen ugljičnog dioksida koji se oslobađa pri interakciji klorovodične kiseline s mramorom težine 100 g.

Rješenje

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

1 mol - 1 mol
100 g/mol - 22,4 l/mol
100 g - 22,4 l

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

odgovor: Zapremina ugljičnog dioksida je 67,2 litara.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

Ugljen(IV) monoksid ne podržava sagorevanje. U njemu sagorevaju samo neki aktivni metali:

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

Interakcija s aktivnim metalnim oksidom:

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

Kada se otopi u vodi, stvara ugljičnu kiselinu:

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

Reaguje sa alkalijama stvarajući karbonate i bikarbonate:

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)O)))(kvalitativne reakcije na ugljični dioksid) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))

Biološki

Ljudsko tijelo emituje približno 1 kg ugljičnog dioksida dnevno.

Ovaj ugljični dioksid se iz tkiva, gdje se formira kao jedan od krajnjih proizvoda metabolizma, prenosi kroz venski sistem i zatim se izlučuje u izdahnutom zraku kroz pluća. Dakle, sadržaj ugljičnog dioksida u krvi je visok u venskom sistemu, a opada u kapilarnoj mreži pluća, a nizak je u arterijskoj krvi. Sadržaj ugljičnog dioksida u uzorku krvi često se izražava parcijalnim tlakom, odnosno tlakom koji bi određena količina ugljičnog dioksida sadržanog u uzorku krvi imala da sama zauzima cijeli volumen uzorka krvi.

Ugljični dioksid (CO2) se u krvi prenosi na tri različita načina (tačan udio svake od ove tri metode transporta ovisi o tome da li je krv arterijska ili venska).

Hemoglobin, glavni protein crvenih krvnih zrnaca koji prenosi kisik, sposoban je prenositi kisik i ugljični dioksid. Međutim, ugljični dioksid se veže za hemoglobin na drugom mjestu od kisika. Veže se za N-terminalne krajeve globinskih lanaca, a ne za hem. Međutim, zbog alosteričnih efekata, koji dovode do promjene konfiguracije molekule hemoglobina nakon vezivanja, vezivanje ugljičnog dioksida smanjuje sposobnost kisika da se veže za njega, pri datom parcijalnom tlaku kisika, i obrnuto - vezivanje kisika na hemoglobin smanjuje sposobnost ugljičnog dioksida da se veže za njega, pri datom parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida. Osim toga, sposobnost hemoglobina da se prvenstveno veže s kisikom ili ugljičnim dioksidom također zavisi od pH okoline. Ove osobine su veoma važne za uspješan unos i transport kisika iz pluća u tkiva i njegovo uspješno otpuštanje u tkiva, kao i za uspješno uzimanje i transport ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća i njegovo otpuštanje tamo.

Ugljični dioksid je jedan od najvažnijih medijatora autoregulacije krvotoka. Snažan je vazodilatator. Shodno tome, ako se nivo ugljičnog dioksida u tkivu ili krvi poveća (na primjer, zbog intenzivnog metabolizma - uzrokovanog npr. vježbanjem, upalom, oštećenjem tkiva ili zbog ometanja protoka krvi, ishemije tkiva), tada se kapilari šire , što dovodi do pojačanog protoka krvi i shodno tome, do povećanja isporuke kisika u tkiva i transporta nakupljenog ugljičnog dioksida iz tkiva. Osim toga, ugljični dioksid u određenim koncentracijama (povećane, ali još ne dostižu toksične vrijednosti) ima pozitivan inotropni i kronotropni učinak na miokard i povećava njegovu osjetljivost na adrenalin, što dovodi do povećanja snage i učestalosti srčanih kontrakcija, srčanih kontrakcija. izlaz i, kao posljedica toga, udarni i minutni volumen krvi. Ovo također pomaže u korekciji hipoksije tkiva i hiperkapnije (povećane razine ugljičnog dioksida).

Bikarbonatni joni su veoma važni za regulaciju pH krvi i održavanje normalne acido-bazne ravnoteže. Brzina disanja utječe na sadržaj ugljičnog dioksida u krvi. Slabo ili sporo disanje uzrokuje respiratornu acidozu, dok ubrzano i pretjerano duboko disanje dovodi do hiperventilacije i razvoja respiratorne alkaloze.

Osim toga, ugljični dioksid je također važan u regulaciji disanja. Iako je našem tijelu potreban kisik za metabolizam, nizak nivo kisika u krvi ili tkivima obično ne stimulira disanje (ili bolje rečeno, stimulativni učinak niskog kisika na disanje je preslab i „uključuje“ se kasno, pri vrlo niskim razinama kisika u krv, pri čemu osoba često već gubi svijest). Normalno, disanje se stimulira povećanjem razine ugljičnog dioksida u krvi. Respiratorni centar je mnogo osjetljiviji na povećane razine ugljičnog dioksida nego na nedostatak kisika. Kao posljedica toga, udisanje vrlo razrijeđenog zraka (sa niskim parcijalnim tlakom kisika) ili mješavine plinova koja uopće ne sadrži kisik (na primjer, 100% dušik ili 100% dušikov oksid) može brzo dovesti do gubitka svijesti bez izazivanja osjećaja nedostatak vazduha (jer se nivo ugljen-dioksida u krvi ne povećava, jer ništa ne sprečava njegovo izdisanje). Ovo je posebno opasno za pilote vojnih zrakoplova koji lete na velikim visinama (u slučaju hitnog smanjenja tlaka u kabini, piloti mogu brzo izgubiti svijest). Ova karakteristika sistema za regulaciju disanja je i razlog zašto stjuardese u avionu upućuju putnike u slučaju smanjenja pritiska u kabini aviona, da pre svega sami stave masku za kiseonik, pre nego što pokušaju da pomognu bilo kome drugom - na taj način , pomagač rizikuje da i sam brzo izgubi svijest, pa čak i bez osjećaja nelagode ili potrebe za kisikom do posljednjeg trenutka.

Ljudski respiratorni centar pokušava održati parcijalni tlak ugljičnog dioksida u arterijskoj krvi ne višim od 40 mmHg. Uz svjesnu hiperventilaciju, sadržaj ugljičnog dioksida u arterijskoj krvi može se smanjiti na 10-20 mmHg, dok će sadržaj kisika u krvi ostati gotovo nepromijenjen ili se neznatno povećati, a potreba za ponovnim udahom smanjit će se kao rezultat smanjenja. u stimulativnom djelovanju ugljičnog dioksida na aktivnost respiratornog centra. To je razlog zašto je nakon perioda svjesne hiperventilacije lakše zadržati dah duže vrijeme nego bez prethodne hiperventilacije. Ova namjerna hiperventilacija praćena zadržavanjem daha može dovesti do gubitka svijesti prije nego što osoba osjeti potrebu da udahne. U sigurnom okruženju takav gubitak svijesti ne prijeti ništa posebno (izgubivši svijest, osoba će izgubiti kontrolu nad sobom, prestati zadržavati dah i udahnuti, disati, a time će biti i dotok kisika u mozak obnovljena, a zatim će se vratiti svijest). Međutim, u drugim situacijama, kao što je prije ronjenja, to može biti opasno (gubitak svijesti i potreba da se udahne na dubini, a bez svjesne kontrole voda će ući u disajne puteve, što može dovesti do utapanja). Zbog toga je hiperventilacija prije ronjenja opasna i ne preporučuje se.

Potvrda

U industrijskim količinama, ugljični dioksid se oslobađa iz dimnih plinova, ili kao nusproizvod kemijskih procesa, na primjer, prilikom razgradnje prirodnih karbonata (vapnenac, dolomit) ili tijekom proizvodnje alkohola (alkoholna fermentacija). Smjesa nastalih plinova se ispere otopinom kalijevog karbonata, koji apsorbira ugljični dioksid, pretvarajući se u bikarbonat. Otopina bikarbonata se raspada kada se zagrije ili pod sniženim tlakom, oslobađajući ugljični dioksid. U modernim instalacijama za proizvodnju ugljičnog dioksida, umjesto bikarbonata, češće se koristi vodena otopina monoetanolamina, koja je pod određenim uvjetima sposobna apsorbirati CO₂ sadržan u dimnom plinu i otpustiti ga pri zagrijavanju; Ovo odvaja gotov proizvod od ostalih supstanci.

Ugljični dioksid se također proizvodi u postrojenjima za odvajanje zraka kao nusproizvod proizvodnje čistog kisika, dušika i argona.

U laboratoriju se male količine dobivaju reakcijom karbonata i bikarbonata s kiselinama, kao što su mramor, kreda ili soda sa klorovodičnom kiselinom, koristeći, na primjer, Kipp aparat. Korištenjem reakcije sumporne kiseline s kredom ili mramorom dolazi do stvaranja slabo rastvorljivog kalcijum sulfata, koji ometa reakciju, a koji se uklanja značajnim viškom kiseline.

Za pripremu pića može se koristiti reakcija sode bikarbone s limunskom kiselinom ili kiselim limunovim sokom. U tom obliku pojavila su se prva gazirana pića. Njihovom proizvodnjom i prodajom bavili su se farmaceuti.

Aplikacija

U prehrambenoj industriji ugljični dioksid se koristi kao konzervans i sredstvo za dizanje, a na ambalaži je označen šifrom E290.

Uređaj za dovod ugljičnog dioksida u akvarij može uključivati rezervoar za plin. Najjednostavniji i najčešći način proizvodnje ugljičnog dioksida zasniva se na dizajnu za pravljenje kaše alkoholnog pića. Tokom fermentacije, oslobođeni ugljični dioksid može osigurati ishranu za akvarijske biljke

Ugljični dioksid se koristi za gaziranje limunade i gazirane vode. Ugljični dioksid se također koristi kao zaštitni medij u zavarivanju žice, ali se pri visokim temperaturama razgrađuje i oslobađa kisik. Oslobođeni kisik oksidira metal. S tim u vezi, potrebno je u žicu za zavarivanje uvesti deoksidirajuća sredstva poput mangana i silicija. Druga posljedica utjecaja kisika, također povezana s oksidacijom, je naglo smanjenje površinske napetosti, što dovodi, između ostalog, do intenzivnijeg prskanja metala nego kod zavarivanja u inertnom okruženju.

Skladištenje ugljičnog dioksida u čeličnom cilindru u tečnom stanju je isplativije nego u obliku plina. Ugljični dioksid ima relativno nisku kritičnu temperaturu od +31°C. U standardni cilindar od 40 litara sipa se oko 30 kg tečnog ugljičnog dioksida, a na sobnoj temperaturi u cilindru će biti tečna faza, a pritisak će biti približno 6 MPa (60 kgf/cm²). Ako je temperatura iznad +31°C, tada će ugljični dioksid prijeći u superkritično stanje s pritiskom iznad 7,36 MPa. Standardni radni pritisak za obični cilindar od 40 litara je 15 MPa (150 kgf/cm²), ali mora sigurno izdržati pritisak 1,5 puta veći, odnosno 22,5 MPa, tako da se rad s takvim cilindrima može smatrati prilično sigurnim.

Čvrsti ugljični dioksid – “suhi led” – koristi se kao rashladno sredstvo u laboratorijskim istraživanjima, u maloprodaji, prilikom popravke opreme (na primjer: hlađenje jednog od spojnih dijelova tokom presovanja) itd. Ugljični dioksid se koristi za ukapljivanje ugljičnog dioksida i proizvodnje suhog leda

Metode registracije

Mjerenje parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida potrebno je u tehnološkim procesima, u medicinskim primjenama - analiza respiratornih smjesa pri vještačkoj ventilaciji iu zatvorenim sistemima za održavanje života. Analiza koncentracije CO 2 u atmosferi koristi se za ekološka i naučna istraživanja, za proučavanje efekta staklene bašte. Ugljični dioksid se bilježi pomoću gasnih analizatora po principu infracrvene spektroskopije i drugih sistema za mjerenje plina. Medicinski gasni analizator za snimanje sadržaja ugljičnog dioksida u izdahnutom zraku naziva se kapnograf. Za mjerenje niskih koncentracija CO 2 (kao i) u procesnim plinovima ili atmosferskom zraku može se koristiti metoda plinske kromatografije sa metanatorom i registracijom na detektoru plamene jonizacije.

Ugljični dioksid u prirodi

Godišnje fluktuacije koncentracije atmosferskog ugljičnog dioksida na planeti uglavnom su određene vegetacijom srednjih geografskih širina (40-70°) sjeverne hemisfere.

Velika količina ugljičnog dioksida je otopljena u oceanu.

Ugljični dioksid čini značajan dio atmosfera nekih planeta u Sunčevom sistemu: Venere, Marsa.

Toksičnost

Ugljični dioksid nije toksičan, ali zbog efekta njegove povećane koncentracije u zraku na žive organizme koji dišu zrak, klasificira se kao gas koji guši. (engleski) ruski. Blago povećanje koncentracije do 2-4% u zatvorenom prostoru dovodi do pospanosti i slabosti kod ljudi. Opasnim koncentracijama smatraju se nivoi od oko 7-10%, pri kojima nastaje gušenje, koje se manifestuje glavoboljom, vrtoglavicom, gubitkom sluha i svesti (simptomi slični onima kod visinske bolesti), zavisno od koncentracije, u periodu od nekoliko minuta do jednog sata. Ako se udiše zrak s visokom koncentracijom plina, smrt nastupa vrlo brzo od gušenja.

Iako, zapravo, čak ni koncentracija od 5-7% CO 2 nije smrtonosna, već pri koncentraciji od 0,1% (ovaj nivo ugljičnog dioksida uočava se u zraku megagradova) ljudi počinju osjećati slabost i pospanost. Ovo pokazuje da čak i pri visokim nivoima kiseonika, visoka koncentracija CO 2 ima snažan uticaj na dobrobit.

Udisanje vazduha sa povećanom koncentracijom ovog gasa ne dovodi do dugotrajnih zdravstvenih problema, a nakon uklanjanja unesrećenog iz zagađene atmosfere brzo dolazi do potpunog obnavljanja zdravlja.

Ugljični dioksid (ugljični dioksid), naziva se i ugljen dioksid, najvažnija je komponenta gaziranih pića. Određuje ukus i biološku stabilnost pića, daje im pjenušava i osvježavajuća svojstva.

Hemijska svojstva. Hemijski, ugljični dioksid je inertan. Nastao oslobađanjem velike količine topline, on je, kao proizvod potpune oksidacije ugljika, vrlo stabilan. Reakcije redukcije ugljičnog dioksida javljaju se samo na visokim temperaturama. Tako, na primjer, u interakciji s kalijem na 230° C, ugljični dioksid se reducira u oksalnu kiselinu:

Ulazeći u hemijsku interakciju sa vodom, gas, u količini ne većoj od 1% svog sadržaja u rastvoru, formira ugljenu kiselinu, koja se raspada na ione H +, HCO 3 -, CO 2 3-. U vodenoj otopini ugljični dioksid lako ulazi u kemijske reakcije, stvarajući različite soli ugljičnog dioksida. Stoga je vodena otopina ugljičnog dioksida vrlo agresivna prema metalima i također ima destruktivan učinak na beton.

Fizička svojstva. Za karbonatna pića koristi se ugljični dioksid, doveden u tekuće stanje kompresijom do visokog tlaka. Ovisno o temperaturi i pritisku, ugljični dioksid također može biti u plinovitom ili čvrstom stanju. Temperatura i pritisak koji odgovaraju ovom stanju agregacije prikazani su na dijagramu fazne ravnoteže (slika 13).

Na temperaturi od minus 56,6 °C i pritisku od 0,52 Mn/m 2 (5,28 kg/cm 2), što odgovara trostrukoj tački, ugljični dioksid može istovremeno biti u plinovitom, tekućem i čvrstom stanju. Na višim temperaturama i pritiscima, ugljični dioksid je u tekućem i plinovitom stanju; pri temperaturama i pritiscima koji su ispod ovih vrednosti, gas, direktno zaobilazeći tečnu fazu, prelazi u gasovito stanje (sublimira). Na temperaturama iznad kritične temperature od 31,5°C, nikakav pritisak ne može zadržati ugljični dioksid u tekućem obliku.

U gasovitom stanju, ugljen-dioksid je bezbojan, bez mirisa i blagog kiselog ukusa. Na temperaturi od 0°C i atmosferskom pritisku, gustina ugljen-dioksida je 1,9769 kg/f 3 ; 1.529 puta je teži od vazduha. Pri 0°C i atmosferskom pritisku, 1 kg plina zauzima zapreminu od 506 litara. Odnos između zapremine, temperature i pritiska ugljičnog dioksida izražava se jednadžbom:

gdje je V zapremina 1 kg gasa u m 3 /kg; T - temperatura gasa u °K; P - pritisak gasa u N/m 2; R - gasna konstanta; A je dodatna vrijednost koja uzima u obzir odstupanje od jednačine stanja idealnog plina;

Tečni ugljični dioksid- bezbojna, prozirna, lako pokretljiva tečnost, koja po izgledu podsjeća na alkohol ili etar. Gustina tečnosti na 0°C je 0,947. Na temperaturi od 20°C, ukapljeni gas se skladišti pod pritiskom od 6,37 Mn/m2 (65 kg/cm2) u čeličnim bocama. Kada tečnost slobodno teče iz cilindra, ona isparava, upijajući veliku količinu toplote. Kada temperatura padne na minus 78,5°C, dio tečnosti se smrzava, pretvarajući se u takozvani suvi led. Suvi led je po tvrdoći blizak kredi i ima mat belu boju. Suhi led isparava sporije od tečnog i odmah prelazi u gasovito stanje.

Na temperaturi od minus 78,9 °C i pritisku od 1 kg/cm 2 (9,8 MN/m 2), toplina sublimacije suhog leda je 136,89 kcal/kg (573,57 kJ/kg).

Već znate da kada izdišete, ugljični dioksid izlazi iz vaših pluća. Ali šta znate o ovoj supstanci? Vjerovatno malo. Danas ću odgovoriti na sva vaša pitanja u vezi sa ugljen-dioksidom.

Definicija

Ova supstanca u normalnim uslovima je bezbojni gas. U mnogim izvorima može se nazvati drugačije: ugljični monoksid (IV), i ugljični anhidrid, i ugljični dioksid, i ugljični dioksid.

Svojstva

Ugljen-dioksid (formula CO 2) je bezbojni gas, kiselog mirisa i ukusa, rastvorljiv je u vodi. Ako se pravilno ohladi, formira se snježna masa koja se zove suvi led (fotografija ispod), koja sublimira na temperaturi od -78 o C.

To je jedan od proizvoda raspadanja ili sagorijevanja bilo koje organske tvari. Otapa se u vodi samo na temperaturi od 15 o C i samo ako je omjer voda:ugljični dioksid 1:1. Gustoća ugljičnog dioksida može varirati, ali u standardnim uvjetima iznosi 1,976 kg/m3. To je ako je u plinovitom obliku, au drugim stanjima (tečno/gasovito) vrijednosti gustoće će također biti različite. Ova tvar je kiseli oksid; dodavanjem u vodu nastaje ugljična kiselina. Ako kombinirate ugljični dioksid s bilo kojom alkalijom, naknadna reakcija rezultira stvaranjem karbonata i bikarbonata. Ovaj oksid ne može podržati sagorijevanje, uz neke izuzetke. To su reaktivni metali, koji u ovoj vrsti reakcije oduzimaju kisik.

Potvrda

Ugljični dioksid i neki drugi plinovi se oslobađaju u velikim količinama kada se proizvodi alkohol ili prirodni karbonati razgrađuju. Nastali plinovi se zatim isperu otopljenim kalijevim karbonatom. Nakon toga slijedi njihova apsorpcija ugljičnog dioksida, produkt ove reakcije je bikarbonat, zagrevanjem rastvora kojeg se dobija željeni oksid.

Ali sada je uspješno zamijenjen etanolaminom otopljenim u vodi, koji apsorbira ugljični monoksid sadržan u dimnom plinu i oslobađa ga kada se zagrije. Ovaj plin je također nusprodukt onih reakcija koje proizvode čisti dušik, kisik i argon. U laboratoriju se stvara nešto ugljičnog dioksida kada karbonati i bikarbonati reagiraju s kiselinama. Nastaje i kada reaguju soda bikarbona i limunov sok ili isti natrijum bikarbonat i sirće (fotografija).

Aplikacija

Prehrambena industrija ne može bez upotrebe ugljičnog dioksida, gdje je poznat kao konzervans i sredstvo za dizanje, šifra E290. Svaki aparat za gašenje požara sadrži ga u tečnom obliku.

Također, četverovalentni ugljični oksid, koji se oslobađa tokom procesa fermentacije, služi kao dobra hrana za akvarijske biljke. Ima ga i u dobro poznatom gaziranom napitku, koji mnogi ljudi često kupuju u trgovinama. Zavarivanje žice odvija se u okruženju ugljičnog dioksida, ali ako je temperatura ovog procesa vrlo visoka, onda je praćeno disocijacijom ugljičnog dioksida, koji oslobađa kisik, koji oksidira metal. Tada se zavarivanje ne može obaviti bez deoksidirajućih sredstava (mangan ili silicijum). Ugljični dioksid se koristi za napuhavanje kotača bicikla, a prisutan je i u limenkama zračnih pušaka (ovaj tip se naziva plinski cilindar). Takođe, ovaj oksid u čvrstom stanju, koji se naziva suvi led, potreban je kao rashladno sredstvo u trgovini, naučnim istraživanjima i prilikom popravke neke opreme.

Zaključak

Ovako je ugljični dioksid koristan za ljude. I ne samo u industriji, on također igra važnu biološku ulogu: bez njega ne može doći do izmjene plinova, regulacije vaskularnog tonusa, fotosinteze i mnogih drugih prirodnih procesa. Ali njegov višak ili nedostatak u zraku neko vrijeme može negativno utjecati na fizičko stanje svih živih organizama.

DEFINICIJA

Ugljen-dioksid(ugljični dioksid, ugljični anhidrid, ugljični dioksid) – ugljični monoksid (IV).

Formula – CO 2. Molarna masa – 44 g/mol.

Hemijska svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid spada u klasu kiselih oksida, tj. U interakciji s vodom stvara kiselinu koja se zove ugljična kiselina. Ugljena kiselina je hemijski nestabilna i u trenutku stvaranja odmah se raspada na svoje komponente, tj. Reakcija između ugljičnog dioksida i vode je reverzibilna:

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

Kada se zagrije, ugljični dioksid se razlaže na ugljični monoksid i kisik:

2CO 2 = 2CO + O 2.

Kao i svi kiseli oksidi, ugljični dioksid karakteriziraju reakcije interakcije s bazičnim oksidima (koji nastaju samo od aktivnih metala) i bazama:

CaO + CO 2 = CaCO 3;

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

CO 2 + NaOH (razrijeđen) = NaHCO 3;

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

Ugljični dioksid ne podržava sagorijevanje, u njemu izgaraju samo aktivni metali:

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

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

Ugljični dioksid reagira s jednostavnim tvarima kao što su vodik i ugljik:

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

CO 2 + C = 2CO (t).

Kada ugljični dioksid reagira s peroksidima aktivnih metala, nastaju karbonati i oslobađa se kisik:

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

Kvalitativna reakcija na ugljični dioksid je reakcija njegove interakcije s krečnom vodom (mlijekom), tj. s kalcijevim hidroksidom, u kojem se formira bijeli talog - kalcijev karbonat:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Fizička svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid je plinovita tvar bez boje i mirisa. Teži od vazduha. Termički stabilan. Kada se kompresuje i ohladi, lako prelazi u tečno i čvrsto stanje. Ugljični dioksid u čvrstom agregatnom stanju naziva se "suhi led" i lako sublimira na sobnoj temperaturi. Ugljični dioksid je slabo topiv u vodi i djelomično reagira s njim. Gustina – 1,977 g/l.

Proizvodnja i upotreba ugljičnog dioksida

Postoje industrijske i laboratorijske metode za proizvodnju ugljičnog dioksida. Tako se u industriji dobiva spaljivanjem krečnjaka (1), a u laboratoriji djelovanjem jakih kiselina na soli ugljične kiseline (2):

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

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).

Ugljični dioksid se koristi u prehrambenoj (gazirana limunada), kemijskoj (kontrola temperature u proizvodnji sintetičkih vlakana), metalurškoj (zaštita okoliša, poput taloženja smeđih plinova) i drugim industrijama.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Koliki volumen ugljičnog dioksida će se osloboditi djelovanjem 200 g 10% otopine dušične kiseline na 90 g kalcijum karbonata koji sadrži 8% nečistoća nerastvorljivih u kiselini?

Rješenje

Molarne mase azotne kiseline i kalcijum karbonata, izračunate pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev - 63 i 100 g/mol, respektivno.

Napišimo jednačinu za otapanje krečnjaka u azotnoj kiselini:

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

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

Tada je masa čistog kalcijum karbonata:

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

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

Količina supstance kalcijum karbonata jednaka je:

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

n(CaCO 3) = 82,8 / 100 = 0,83 mol.

Masa azotne kiseline u rastvoru biće jednaka:

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

m(HNO 3) = 200 × 10 / 100% = 20 g.

Količina kalcijum azotne kiseline jednaka je:

n(HNO 3) = m(HNO 3) / M(HNO 3);

n(HNO 3) = 20 / 63 = 0,32 mol.

Upoređivanjem količina supstanci koje su reagovale, utvrđujemo da je azotna kiselina manjkava, pa se dalji proračuni vrše uz pomoć azotne kiseline. Prema jednačini reakcije n(HNO 3): n(CO 2) = 2:1, dakle n(CO 2) = 1/2×n(HNO 3) = 0,16 mol. Tada će volumen ugljičnog dioksida biti jednak:

V(CO 2) = n(CO 2)×V m;

V(CO 2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.

Odgovori

Volumen ugljičnog dioksida je 3,58 g.