Ugljični dioksid. Fizička svojstva CO2 Fizička svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid

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

Prema međunarodnoj sustavnoj nomenklaturi (IUPAC) tvar formule CO2 naziva se ugljikov monoksid (IV). Trivijalni (uobičajeni nazivi) - ugljikov dioksid ili ugljikov dioksid, ugljični anhidrid (oksid koji stvara sol s kiselim svojstvima).

Formula ugljičnog dioksida

Molekula ugljičnog dioksida sastoji se od dva atoma kisika i atoma 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 tijekom procesa disanja, fermentacije i raspadanja organskih tvari. Oslobađa se tijekom razgradnje prirodnih karbonata, izgaranja goriva i stvaranja dimnih plinova. Sadržano u zraku i mineralnim izvorima.

Ljudsko tijelo emitira 1 kg CO 2 dnevno. Zrak sadrži 0,03% ugljičnog dioksida.

Laboratorijske metode dobivanja

U laboratoriju se plin može dobiti reakcijom klorovodične kiseline s kredom, mramorom i sodom. Plin se prikuplja 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

Prženje vapnenca: CaCO 3 → CaO + CO 2.
Kao nusproizvod odvajanja zraka pri proizvodnji kisika, dušika, argona.

Svojstva ugljičnog dioksida

Fizička svojstva

Tvar je netoksična, nezapaljiva.

Tvar u čvrstom agregatnom stanju naziva se "suhi led".

Visoka koncentracija ugljičnog dioksida može se odrediti organoleptički - u ustima se pojavljuje kiseli okus na jeziku. Visoke razine su opasne za tijelo - uzrokuju gušenje.

Kemijska svojstva

Kvalitativna reakcija: Kada ugljični dioksid reagira s vapnenim mlijekom (kalcijev hidroksid), nastaje kalcijev karbonat – bijeli talog.

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

CO 2 kao kiseli oksid, reagira s vodom uz stvaranje ugljične kiseline. Ova kiselina je nestabilan spoj i lako se razgrađuje na ugljikov dioksid i vodu. Vrsta reakcije – reakcija spoja, reverzibilna.

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Zagrijavanjem se raspada na ugljikov monoksid (II) i vodu: 2CO2 = 2CO + O2.

Interakcija sa bazični oksidi, uz stvaranje soli:

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

Vrsta reakcije– reakcija spoja.

Interakcija sa lužine, uz stvaranje kiselih i srednjih soli:

CO2 + NaOH = NaHCO3;

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.

Srednja sol nastaje kada postoji višak lužine. Kisela sol nastaje kada je omjer količina oksida i alkalijskih tvari 1:1.

Na temperaturi reagira sa aktivni metali:

CO2 + 2Mg = C + 2MgO

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

Ulazi u reakcije sa jednostavne tvari:

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

Primjena ugljičnog dioksida

U Industrija hrane:

koristi se u proizvodnji mineralne vode i gaziranih pića;
kao aditiv hrani (E290), produljuje rok trajanja proizvoda;
kao sredstvo za dizanje slastica daje lakoću i lepršavost;
kao rashladno sredstvo;
za uklanjanje kofeina iz kave.

U zrakoplovnom modelarstvu koristi se kao izvor energije za motore; koristi se u pneumatskom oružju; kao punjenje za aparate za gašenje požara ugljičnim dioksidom. Koristi se kao zaštitni medij tijekom zavarivanja.

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

U kemijskoj industriji plin se koristi u sintezi kemikalija, proizvodnji soli ugljične kiseline, procesima sušenja i pročišćavanja polimera, vlakana biljnog i životinjskog podrijetla. Koristi se za pročišćavanje otpadnih voda, povećava vodljivost ultračiste vode.

Primjeri rješavanja problema

Problem 1

Odredite maseni udio ugljika u ugljikovom dioksidu.

Riješenje

M(CO2) = 12+2x16 = 44 g/mol.
Ar(C) = 12 g/mol.
W(C) = 12/44 = 0,27 ili 27%

Odgovor: maseni udio ugljika u ugljikovom dioksidu je 27%.

Problem 2

Izračunajte volumen ugljičnog dioksida koji se oslobodi tijekom interakcije klorovodične kiseline s mramorom mase 100 g.

Riješenje

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

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

x(CO2) = 300x22,4/100 = 67,2 (l).

Odgovor: Volumen ugljičnog dioksida je 67,2 litre.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

Ugljikov(IV) monoksid ne podržava gorenje. U njemu izgaraju samo neki aktivni metali:

2 M g + CO 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))))

Reagira s 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)))(kvalitativna reakcija na ugljikov dioksid) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))

Biološki

Ljudsko tijelo emitira približno 1 kg ugljičnog dioksida dnevno.

Taj se ugljični dioksid iz tkiva, gdje nastaje kao jedan od krajnjih produkata metabolizma, transportira kroz venski sustav, a zatim se izlučuje izdahnutim zrakom kroz pluća. Tako je sadržaj ugljičnog dioksida u krvi visok u venskom sustavu, a smanjuje se u kapilarnoj mreži pluća, a nizak je u arterijskoj krvi. Sadržaj ugljičnog dioksida u uzorku krvi često se izražava kroz parcijalni tlak, odnosno tlak koji bi određena količina ugljičnog dioksida sadržana u uzorku krvi imala kada bi sama zauzimala cijeli volumen uzorka krvi.

Ugljični dioksid (CO2) prenosi se krvlju na tri različita načina (točan omjer svakog od ova tri načina prijenosa ovisi o tome je li krv arterijska ili venska).

Hemoglobin, glavni protein crvenih krvnih zrnaca koji prenosi kisik, sposoban je prenositi i kisik i ugljični dioksid. Međutim, ugljični dioksid se veže na hemoglobin na drugom mjestu nego kisik. Veže se na N-terminalne krajeve globinskih lanaca, a ne na hem. Međutim, zbog alosteričkih učinaka, koji dovode do promjene konfiguracije molekule hemoglobina pri vezanju, vezanje ugljičnog dioksida smanjuje sposobnost vezanja kisika na njega, pri određenom parcijalnom tlaku kisika, i obrnuto - vezanje kisika na hemoglobin smanjuje sposobnost ugljičnog dioksida da se veže na njega, pri određenom parcijalnom tlaku ugljičnog dioksida. Osim toga, sposobnost hemoglobina da se preferirano veže s kisikom ili ugljikovim dioksidom također ovisi o pH okoliša. Ove su osobine vrlo važne za uspješan unos i transport kisika iz pluća u tkiva i njegovo uspješno otpuštanje u tkiva, kao i za uspješan unos i transport ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća i njegovo otpuštanje tamo.

Ugljični dioksid jedan je od najvažnijih medijatora autoregulacije krvotoka. Snažan je vazodilatator. Sukladno tome, ako se razina ugljičnog dioksida u tkivu ili krvi poveća (primjerice, zbog intenzivnog metabolizma – uzrokovanog, recimo, vježbanjem, upalom, oštećenjem tkiva ili zbog opstrukcije krvotoka, ishemije tkiva), kapilare se šire. , što dovodi do povećanog protoka krvi, a time i do povećanja dopreme kisika u tkiva i transporta nakupljenog ugljičnog dioksida iz tkiva. Osim toga, ugljični dioksid u određenim koncentracijama (povećane, ali još ne dosegnute toksične vrijednosti) ima pozitivan inotropni i kronotropni učinak na miokard te povećava njegovu osjetljivost na adrenalin, što dovodi do povećanja snage i učestalosti srčanih kontrakcija, izlaz i, kao posljedica toga, udarni i minutni volumen krvi. Ovo također pomaže u ispravljanju hipoksije tkiva i hiperkapnije (povećane razine ugljičnog dioksida).

Bikarbonatni ioni vrlo su važni za regulaciju pH krvi i održavanje normalne acidobazne ravnoteže. Brzina disanja utječe na sadržaj ugljičnog dioksida u krvi. Slabo ili usporeno disanje uzrokuje respiratornu acidozu, dok ubrzano i pretjerano duboko disanje dovodi do hiperventilacije i razvoja respiratorne alkaloze.

Osim toga, ugljikov dioksid također je važan u regulaciji disanja. Iako je našem tijelu potreban kisik za metabolizam, niske razine kisika u krvi ili tkivima obično ne stimuliraju disanje (odnosno, stimulirajući učinak niske razine kisika na disanje je preslab i “uključuje se” kasno, pri vrlo niskim razinama kisika u krvi, pri čemu osoba često već gubi svijest). Normalno, disanje je stimulirano povećanjem razine ugljičnog dioksida u krvi. Respiratorni centar puno je osjetljiviji na povećanu razinu ugljičnog dioksida nego na nedostatak kisika. Kao posljedica toga, udisanje vrlo rijetkog zraka (s niskim parcijalnim tlakom kisika) ili mješavine plinova koja uopće ne sadrži kisik (na primjer, 100% dušika ili 100% dušikovog oksida) može brzo dovesti do gubitka svijesti bez izazivanja osjećaja nedostatka zraka (jer se ne povećava razina ugljičnog dioksida u krvi, jer ništa ne sprječava njegovo izdisanje). To je posebno opasno za pilote vojnih zrakoplova koji lete na velikim visinama (u slučaju hitne depresurizacije kabine, piloti mogu brzo izgubiti svijest). Ova značajka sustava regulacije disanja ujedno je i razlog zašto stjuardese u zrakoplovima upućuju putnike u slučaju pada tlaka u kabini zrakoplova, prije svega, da sami stave masku za kisik, prije nego što pokušaju pomoći bilo kome drugome - time , pomagač riskira da i sam brzo izgubi svijest, pa čak i bez osjećaja nelagode ili potrebe za kisikom do posljednjeg trenutka.

Ljudski respiratorni centar nastoji održavati parcijalni tlak ugljičnog dioksida u arterijskoj krvi ne višim od 40 mmHg. Kod svjesne hiperventilacije sadržaj ugljičnog dioksida u arterijskoj krvi može se smanjiti na 10-20 mmHg, dok će sadržaj kisika u krvi ostati gotovo nepromijenjen ili neznatno porasti, a zbog smanjenja će se smanjiti potreba za ponovnim udahom. u stimulirajućem učinku ugljičnog dioksida na aktivnost dišnog centra. To je razlog zašto je nakon razdoblja svjesne hiperventilacije lakše dugo zadržati dah 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 ničemu posebnom (gubitak svijesti, osoba će izgubiti kontrolu nad sobom, prestati zadržavati dah i udahnuti, disati, a time će biti i opskrba mozga kisikom vraćena, a zatim će se vratiti svijest). Međutim, u drugim situacijama, primjerice prije ronjenja, to može biti opasno (na dubini će doći do gubitka svijesti i potrebe za udahom, a bez svjesne kontrole voda će ući u dišne putove, što može dovesti do utapanja). Zbog toga je hiperventilacija prije ronjenja opasna i ne preporučuje se.

Priznanica

U industrijskim količinama ugljični dioksid se oslobađa iz dimnih plinova, ili kao nusproizvod kemijskih procesa, npr. tijekom razgradnje prirodnih karbonata (vapnenac, dolomit) ili tijekom proizvodnje alkohola (alkoholna fermentacija). Smjesa nastalih plinova ispire se otopinom kalijevog karbonata, koji apsorbira ugljični dioksid, pretvarajući se u bikarbonat. Otopina bikarbonata se zagrijavanjem ili pod sniženim tlakom raspada, oslobađajući ugljični dioksid. U suvremenim postrojenjima 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 otpuštati ga zagrijavanjem; Time se gotov proizvod odvaja od ostalih tvari.

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 hidrogenkarbonata s kiselinama, poput mramora, krede ili sode s klorovodičnom kiselinom, pomoću, na primjer, Kippovog aparata. Reakcijom sumporne kiseline s kredom ili mramorom dolazi do stvaranja slabo topljivog kalcijevog sulfata koji ometa reakciju, a koji se uklanja znatnim viškom kiseline.

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

Primjena

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

Uređaj za dovod ugljičnog dioksida u akvarij može uključivati spremnik plina. Najjednostavniji i najčešći način proizvodnje ugljičnog dioksida temelji se na dizajnu za izradu kaše alkoholnog pića. Tijekom fermentacije, ugljični dioksid koji se oslobađa može poslužiti kao hrana za akvarijske biljke

Ugljični dioksid se koristi za karboniziranje limunade i gazirane vode. Ugljični dioksid se također koristi kao zaštitni medij kod zavarivanja žice, ali se na visokim temperaturama raspada i oslobađa kisik. Oslobođeni kisik oksidira metal. U tom smislu potrebno je u žicu za zavarivanje uvesti sredstva za deoksidaciju kao što su mangan i silicij. 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 tekućem stanju isplativije je nego u obliku plina. Ugljični dioksid ima relativno nisku kritičnu temperaturu od +31°C. U standardnu bocu od 40 litara ulije se oko 30 kg ukapljenog ugljičnog dioksida, a na sobnoj temperaturi u cilindru će biti tekuća faza, a tlak će biti približno 6 MPa (60 kgf/cm²). Ako je temperatura iznad +31°C, tada će ugljični dioksid prijeći u superkritično stanje s tlakom iznad 7,36 MPa. Standardni radni tlak za običnu bocu od 40 litara je 15 MPa (150 kgf/cm²), ali mora sigurno izdržati tlak 1,5 puta veći, odnosno 22,5 MPa, pa se rad s takvim bocama može smatrati prilično sigurnim.

Čvrsti ugljični dioksid - "suhi led" - koristi se kao rashladno sredstvo u laboratorijskim istraživanjima, u trgovini na malo, tijekom popravka opreme (na primjer: hlađenje jednog od spojnih dijelova tijekom prešanja), itd. Ugljični dioksid se koristi za ukapljivanje ugljikov dioksid i proizvode suhi led.instalacije

Metode registracije

Mjerenje parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida potrebno je u tehnološkim procesima, u medicinskim primjenama - analiza respiratornih smjesa tijekom umjetne ventilacije iu zatvorenim sustavima za održavanje života. Analiza koncentracije CO 2 u atmosferi koristi se za ekološka i znanstvena istraživanja, za proučavanje efekta staklenika. Ugljični dioksid se bilježi analizatorima plina na principu infracrvene spektroskopije i drugim plinskim mjernim sustavima. Medicinski analizator plina za bilježenje sadržaja ugljičnog dioksida u izdahnutom zraku naziva se kapnograf. Za mjerenje niskih koncentracija CO 2 (kao i) u procesnim plinovima ili u atmosferskom zraku može se koristiti metoda plinske kromatografije s metanatorom i registracijom na plamenoionizacijskom detektoru.

Ugljični dioksid u prirodi

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

Velika količina ugljičnog dioksida otopljena je u oceanu.

Ugljični dioksid čini značajan dio atmosfere nekih planeta Sunčeva sustava: Venere, Marsa.

Toksičnost

Ugljični dioksid nije otrovan, ali zbog utjecaja povećanih koncentracija u zraku na žive organizme koji udišu zrak, svrstava se u zagušljive plinove (Engleski) ruski. Blagi porast koncentracije do 2-4% u zatvorenim prostorima dovodi do pospanosti i slabosti kod ljudi. Opasnim koncentracijama smatraju se razine od oko 7-10%, pri kojima dolazi do gušenja, koje se očituje glavoboljom, vrtoglavicom, gubitkom sluha i gubitkom svijesti (simptomi slični onima kod visinske bolesti), ovisno o koncentraciji, u razdoblju od nekoliko minuta do jednog sata. Ako se udahne zrak s visokim koncentracijama 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% (ova razina ugljičnog dioksida opaža se u zraku velegradova) ljudi počinju osjećati slabost i pospanost. To pokazuje da čak i pri visokim razinama kisika, visoka koncentracija CO 2 ima snažan učinak na dobrobit.

Udisanje zraka s povećanom koncentracijom ovog plina ne dovodi do dugotrajnih zdravstvenih problema, a nakon izvlačenja unesrećenog iz onečišćene atmosfere brzo dolazi do potpunog ozdravljenja.

Ugljični dioksid (ugljični dioksid), koji se naziva i ugljikov dioksid, najvažniji je sastojak gaziranih pića. Određuje okus i biološku stabilnost pića, daje im pjenušava i osvježavajuća svojstva.

Kemijska svojstva. Kemijski je ugljikov dioksid inertan. Nastala uz oslobađanje velike količine topline, ona je, kao produkt potpune oksidacije ugljika, vrlo stabilna. Reakcije redukcije ugljičnog dioksida odvijaju se samo pri visokim temperaturama. Tako, na primjer, u interakciji s kalijem na 230° C, ugljikov dioksid se reducira u oksalnu kiselinu:

Ulaskom u kemijsku interakciju s vodom, plin, u količini ne većoj od 1% svog sadržaja u otopini, tvori ugljičnu kiselinu, koja disocira na ione H +, HCO 3 -, CO 2 3-. U vodenoj otopini ugljični dioksid lako ulazi u kemijske reakcije, tvoreći razne soli ugljičnog dioksida. Stoga je vodena otopina ugljičnog dioksida vrlo agresivna prema metalima, a ima i destruktivan učinak na beton.

Fizička svojstva. Za karboniziranje pića koristi se ugljični dioksid koji se kompresijom do visokog tlaka dovodi u tekuće stanje. Ovisno o temperaturi i tlaku, ugljikov dioksid može biti i u plinovitom ili krutom stanju. Temperatura i tlak koji odgovaraju ovom agregacijskom stanju prikazani su u dijagramu fazne ravnoteže (slika 13).

Na temperaturi od minus 56,6 ° C i tlaku od 0,52 Mn/m 2 (5,28 kg/cm 2), što odgovara trojnoj točki, ugljikov dioksid može istovremeno biti u plinovitom, tekućem i krutom stanju. Pri višim temperaturama i tlakovima ugljikov dioksid je u tekućem i plinovitom stanju; pri temperaturama i tlakovima koji su ispod tih vrijednosti, plin neposredno zaobilazeći tekuću fazu prelazi u plinovito stanje (sublimira). Na temperaturama iznad kritične temperature od 31,5° C, nikakav pritisak ne može zadržati ugljični dioksid u tekućem obliku.

U plinovitom stanju ugljikov dioksid je bez boje, mirisa i blagog kiselkastog okusa. Pri temperaturi od 0° C i atmosferskom tlaku gustoća ugljičnog dioksida iznosi 1,9769 kg/f 3 ; 1,529 puta je teži od zraka. Pri 0°C i atmosferskom tlaku 1 kg plina zauzima volumen od 506 litara. Odnos između volumena, temperature i tlaka ugljičnog dioksida izražava se jednadžbom:

gdje je V volumen 1 kg plina u m 3 /kg; T - temperatura plina u ° K; P - tlak plina u N/m 2; R - plinska konstanta; A je dodatna vrijednost koja uzima u obzir odstupanje od jednadžbe stanja idealnog plina;

Ukapljeni ugljikov dioksid- bezbojna, prozirna, lako pokretljiva tekućina, izgledom podsjeća na alkohol ili eter. Gustoća tekućine pri 0°C je 0,947. Na temperaturi od 20°C, ukapljeni plin se skladišti pod tlakom od 6,37 Mn/m2 (65 kg/cm2) u čeličnim cilindrima. Kada tekućina slobodno teče iz cilindra, ona isparava, apsorbirajući veliku količinu topline. Kada temperatura padne na minus 78,5°C, dio tekućine se smrzne, pretvarajući se u takozvani suhi led. Suhi led je blizak kredi po tvrdoći i ima mat bijelu boju. Suhi led isparava sporije od tekućeg i odmah prelazi u plinovito stanje.

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

Već znate da kada izdišete, ugljični dioksid izlazi iz vaših pluća. Ali što znate o ovoj tvari? Vjerojatno malo. Danas ću odgovoriti na sva vaša pitanja u vezi ugljičnog dioksida.

Definicija

Ova je tvar u normalnim uvjetima bezbojan plin. U mnogim izvorima može se nazvati drugačije: ugljični monoksid (IV), i ugljikov anhidrid, i ugljični dioksid, i ugljični dioksid.

Svojstva

Ugljični dioksid (formula CO 2) je plin bez boje, kiselkastog mirisa i okusa, topiv u vodi. Ako se pravilno ohladi, stvara se snježna masa koja se naziva suhi led (fotografija ispod), koja sublimira na temperaturi od -78 o C.

To je jedan od proizvoda raspadanja ili izgaranja bilo koje organske tvari. U vodi se otapa samo na temperaturi od 15 o C i samo ako je omjer voda:ugljikov 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 (tekuće/plinovito) vrijednosti gustoće također će biti različite. Ova tvar je kiseli oksid; dodavanjem u vodu proizvodi se ugljična kiselina. Ako spojite ugljični dioksid s bilo kojom alkalijom, naknadna reakcija rezultira stvaranjem karbonata i bikarbonata. Ovaj oksid ne može podržavati izgaranje, uz neke iznimke. To su reaktivni metali, au ovoj vrsti reakcije oduzimaju mu kisik.

Priznanica

Ugljični dioksid i neki drugi plinovi oslobađaju se u velikim količinama pri proizvodnji alkohola ili razgradnji prirodnih karbonata. Nastali plinovi se zatim isperu s otopljenim kalijevim karbonatom. Nakon toga slijedi njihova apsorpcija ugljičnog dioksida, produkt te reakcije je bikarbonat, zagrijavanjem otopine kojeg se dobiva željeni oksid.

Ali sada ga uspješno zamjenjuje etanolamin otopljen u vodi, koji apsorbira ugljični monoksid sadržan u dimnim plinovima i oslobađa ga zagrijavanjem. Ovaj plin je također nusprodukt onih reakcija koje proizvode čisti dušik, kisik i argon. U laboratoriju se nešto ugljičnog dioksida proizvodi kada karbonati i bikarbonati reagiraju s kiselinama. Također nastaje kada reagiraju soda bikarbona i limunov sok ili isti natrijev bikarbonat i ocat (foto).

Primjena

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

Također, četverovalentni ugljikov oksid, koji se oslobađa tijekom procesa fermentacije, služi kao dobra hrana za akvarijske biljke. Ima ga i u dobro poznatom gaziranom sodu, koji mnogi često kupuju u trgovini. Zavarivanje žice odvija se u okruženju ugljičnog dioksida, ali ako je temperatura ovog procesa vrlo visoka, onda je popraćeno disocijacijom ugljičnog dioksida, koji oslobađa kisik, koji oksidira metal. Tada se zavarivanje ne može izvesti bez deoksidirajućih sredstava (mangan ili silicij). Ugljični dioksid se koristi za napuhavanje kotača bicikla, a ima ga i u limenkama zračnog oružja (ova vrsta se naziva plinski cilindar). Također, ovaj oksid u čvrstom stanju, nazvan suhi led, potreban je kao rashladno sredstvo u trgovini, znanstvenim istraživanjima i pri popravcima neke opreme.

Zaključak

Ovako je ugljični dioksid koristan za ljude. I ne samo u industriji, on ima i važnu biološku ulogu: bez njega ne može doći do izmjene plinova, regulacije krvožilnog 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

Ugljični dioksid(ugljikov dioksid, ugljični anhidrid, ugljikov dioksid) – ugljikov monoksid (IV).

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

Kemijska svojstva ugljičnog dioksida

Ugljikov dioksid pripada klasi kiselih oksida, tj. U interakciji s vodom stvara kiselinu koja se naziva ugljična kiselina. Ugljična kiselina je kemijski nestabilna i u trenutku nastanka 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(otopina) ↔ H 2 CO 3 .

Zagrijavanjem ugljikov dioksid se razgrađuje na ugljikov monoksid i kisik:

2CO 2 = 2CO + O 2.

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

CaO + CO 2 = CaCO 3;

Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3;

CO2 + NaOH (razrijeđen) = NaHCO3;

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

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

CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t);

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

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

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H20 (t, kat = Cu20);

CO 2 + C = 2CO (t).

Kada ugljikov 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 vapnenom vodom (mlijekom), tj. s kalcijevim hidroksidom, u kojem nastaje bijeli talog - kalcijev karbonat:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Fizikalna svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid je plinovita tvar bez boje i mirisa. Teži od zraka. Termički stabilan. Kada se stisne i ohladi, lako prelazi u tekuće i čvrsto stanje. Ugljični dioksid u čvrstom agregatnom stanju naziva se "suhi led" i lako sublimira na sobnoj temperaturi. Ugljični dioksid je slabo topljiv u vodi i djelomično s njom reagira. Gustoća – 1,977 g/l.

Proizvodnja i korištenje ugljičnog dioksida

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

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

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

Ugljični dioksid se koristi u prehrambenoj (karboniziranje limunade), kemijskoj (kontrola temperature u proizvodnji sintetičkih vlakana), metalurškoj (zaštita okoliša, kao što je taloženje smeđeg plina) i drugim industrijama.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

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

Riješenje

Molarne mase dušične kiseline i kalcijevog karbonata, izračunate pomoću tablice kemijskih elemenata D.I. Mendelejev - 63 odnosno 100 g/mol.

Napišimo jednadžbu za otapanje vapnenca u dušičnoj kiselini:

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

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

Tada je masa čistog kalcijevog karbonata:

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

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

Količina tvari kalcijevog karbonata jednaka je:

n(CaCO3) = m(CaCO3)cl / M(CaCO3);

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

Masa dušične kiseline u otopini bit će jednaka:

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

m(HNO3) = 200 × 10 / 100 % = 20 g.

Količina kalcij dušične kiseline jednaka je:

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

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

Usporedbom količina tvari koje su reagirale utvrđujemo manjak dušične kiseline, stoga se daljnji izračuni rade s dušičnom kiselinom. Prema jednadžbi 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(CO2) = n(CO2)×Vm;

V(CO 2 ) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.

Odgovor

Volumen ugljičnog dioksida je 3,58 g.