Kooldioxide. Fysische eigenschappen CO2 Fysische eigenschappen van koolstofdioxide

Kooldioxide

Een integraal onderdeel van de atmosfeer, de belangrijkste grondstof voor het fotosyntheseproces van groene planten, een product van de vitale activiteit van levende organismen.

Volgens de systematische internationale nomenclatuur (IUPAC) wordt de stof met de formule CO2 Koolmonoxide (IV) genoemd. Triviaal (gewone namen) - kooldioxide of kooldioxide, koolzuuranhydride (zoutvormend oxide met zure eigenschappen).

Kooldioxide formule

Het kooldioxidemolecuul wordt gevormd door twee zuurstofatomen en een koolstofatoom. Structuurformule – O=C=O. De valentie van koolstof is 4. De oxidatietoestand is (+4). Type binding: polair covalent.

Kooldioxide produceren

Natuurlijke bronnen van kooldioxide

Koolstofdioxide wordt gevormd tijdens langzame oxidatie tijdens de processen van ademhaling, fermentatie en verval van organische stoffen. Komt vrij bij de afbraak van natuurlijke carbonaten, de verbranding van brandstof en de vorming van rookgassen. Opgenomen in de lucht en minerale bronnen.

Het menselijk lichaam stoot 1 kg CO 2 per dag uit. De lucht bevat 0,03% koolstofdioxide.

Laboratoriummethoden voor het verkrijgen

In het laboratorium kan gas worden verkregen door zoutzuur te laten reageren met krijt, marmer en frisdrank. Gas wordt verzameld door middel van luchtverplaatsing.

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

NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2.

Industriële productiemethoden

Roosteren van kalksteen: CaCO 3 → CaO + CO 2.
Als bijproduct van luchtscheiding bij de productie van zuurstof, stikstof, argon.

Eigenschappen van koolstofdioxide

Fysieke eigenschappen

De stof is niet giftig, niet brandbaar.

Een stof in een vaste aggregatietoestand wordt “droogijs” genoemd.

Een hoge concentratie kooldioxide kan organoleptisch worden bepaald - in de mond verschijnt een zure smaak op de tong. Hoge niveaus zijn gevaarlijk voor het lichaam - het veroorzaakt verstikking.

Chemische eigenschappen

Kwalitatieve reactie: Wanneer kooldioxide reageert met kalkmelk (calciumhydroxide), wordt calciumcarbonaat gevormd - een wit neerslag.

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

CO 2 als zuur oxide, reageert met water met de vorming van koolzuur. Dit zuur is een onstabiele verbinding en wordt gemakkelijk afgebroken tot kooldioxide en water. Reactietype – samengestelde reactie, omkeerbaar.

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Bij verhitting valt het uiteen in koolmonoxide (II) en water: 2CO2 = 2CO + O2.

Interageert met basische oxiden, met de vorming van zouten:

CaO + CO2 = CaCO3; Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3.

Reactietype– samengestelde reactie.

Interageert met alkaliën, met de vorming van zure en middelmatige zouten:

C02 + NaOH = NaHC03;

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

Middelmatig zout wordt gevormd als er een overmaat aan alkali is. Een zuur zout ontstaat als de verhouding tussen de hoeveelheden oxide en alkalische stoffen 1:1 is.

Bij temperatuur reageert het met actieve metalen:

CO2 + 2Mg = C + 2MgO

Kooldioxide vertoont voornamelijk reducerende eigenschappen, maar is bij interactie met actieve metalen een oxidatiemiddel.

Gaat reacties aan met eenvoudige stoffen:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (reactieomstandigheden - hoge temperatuur, katalysator Cu 2 O).

Toepassing van kooldioxide

IN Voedselindustrie:

gebruikt bij de productie van mineraalwater en koolzuurhoudende dranken;
als voedingsadditief (E290), verlengt de houdbaarheid van producten;
als rijsmiddel geeft het lichtheid en luchtigheid aan zoetwaren;
als koelmiddel;
om cafeïne uit koffie te verwijderen.

Bij vliegtuigmodellering wordt het gebruikt als energiebron voor motoren; gebruikt in pneumatische wapens; als navulling voor kooldioxidebrandblussers. Gebruikt als beschermend medium tijdens het lassen.

Kooldioxide wordt ook in de geneeskunde gebruikt - het wordt gebruikt voor cryoablatie van tumoren en dient als stimulator van diepe ademhaling.

In de chemische industrie wordt gas gebruikt bij de synthese van chemicaliën, de productie van koolzuurzouten, droog- en zuiveringsprocessen van polymeren, vezels van plantaardige en dierlijke oorsprong. Gebruikt voor de behandeling van afvalwater, verhoogt de geleidbaarheid van ultrapuur water.

Voorbeelden van probleemoplossing

Probleem 1

Zoek de massafractie van koolstof in koolstofdioxide.

Oplossing

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

Antwoord: de massafractie koolstof in koolstofdioxide is 27%.

Probleem 2

Bereken het volume koolstofdioxide dat vrijkomt tijdens de interactie van zoutzuur met marmer met een gewicht van 100 g.

Oplossing

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

Antwoord: Het volume kooldioxide is 67,2 liter.

Encyclopedisch YouTube

1 / 5

Kool(IV)monoxide ondersteunt de verbranding niet. Er branden slechts enkele actieve metalen in::

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

Interactie met actief metaaloxide:

C een O + C O 2 → C een C O 3 (\ Displaystyle (\ mathsf (CaO + CO_ (2) \ rechterpijl CaCO_ (3))))

Wanneer het in water wordt opgelost, vormt het koolzuur:

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

Reageert met alkaliën en vormt carbonaten en bicarbonaten:

C een (O H) 2 + C O 2 → C een C O 3 ↓ + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (Ca(OH)_(2)+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3)\downarrow +H_( 2)O)))(kwalitatieve reactie op kooldioxide) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\ Displaystyle (\ mathsf (KOH + CO_ (2) \ rechterpijl KHCO_ (3))))

Biologisch

Het menselijk lichaam stoot ongeveer 1 kg kooldioxide per dag uit.

Deze koolstofdioxide wordt vanuit de weefsels, waar het als een van de eindproducten van de stofwisseling wordt gevormd, via het veneuze systeem getransporteerd en vervolgens via de longen in de uitgeademde lucht uitgescheiden. Het kooldioxidegehalte in het bloed is dus hoog in het veneuze systeem, neemt af in het capillaire netwerk van de longen en is laag in het arteriële bloed. Het kooldioxidegehalte van een bloedmonster wordt vaak uitgedrukt in termen van partiële druk, dat wil zeggen de druk die een bepaalde hoeveelheid kooldioxide in een bloedmonster zou hebben als deze op zichzelf het volledige volume van het bloedmonster zou innemen.

Kooldioxide (CO2) wordt op drie verschillende manieren in het bloed getransporteerd (de exacte verhouding van elk van deze drie transportmethoden hangt af van het feit of het bloed arterieel of veneus is).

Hemoglobine, het belangrijkste zuurstoftransporterende eiwit van rode bloedcellen, is in staat zowel zuurstof als koolstofdioxide te transporteren. Kooldioxide bindt zich echter op een andere plaats aan hemoglobine dan zuurstof. Het bindt zich aan de N-terminale uiteinden van globineketens, in plaats van aan heem. Echter, als gevolg van allosterische effecten, die leiden tot een verandering in de configuratie van het hemoglobinemolecuul bij binding, vermindert de binding van kooldioxide het vermogen van zuurstof om eraan te binden, bij een bepaalde partiële zuurstofdruk, en omgekeerd - het binding van zuurstof aan hemoglobine vermindert het vermogen van kooldioxide om eraan te binden, bij een gegeven partiële kooldioxidedruk. Bovendien hangt het vermogen van hemoglobine om zich bij voorkeur te binden met zuurstof of kooldioxide ook af van de pH van de omgeving. Deze kenmerken zijn erg belangrijk voor de succesvolle opname en transport van zuurstof uit de longen naar de weefsels en de succesvolle afgifte ervan in de weefsels, evenals voor de succesvolle opname en transport van kooldioxide uit de weefsels naar de longen en de afgifte daar.

Kooldioxide is een van de belangrijkste mediatoren van de autoregulatie van de bloedstroom. Het is een krachtige vaatverwijder. Dienovereenkomstig, als het kooldioxidegehalte in weefsel of bloed toeneemt (bijvoorbeeld als gevolg van een intens metabolisme – veroorzaakt door bijvoorbeeld inspanning, ontsteking, weefselbeschadiging of als gevolg van obstructie van de bloedstroom, weefselischemie), verwijden de haarvaten zich. , wat leidt tot een verhoogde bloedstroom en dienovereenkomstig tot een verhoging van de zuurstoftoevoer naar de weefsels en het transport van opgehoopt koolstofdioxide uit de weefsels. Bovendien heeft kooldioxide in bepaalde concentraties (verhoogd, maar bereikt nog geen toxische waarden) een positief inotroop en chronotroop effect op het myocardium en verhoogt het de gevoeligheid voor adrenaline, wat leidt tot een toename van de kracht en frequentie van hartcontracties, output en, als gevolg daarvan, het beroerte- en minuutbloedvolume. Dit helpt ook om weefselhypoxie en hypercapnie (verhoogd kooldioxidegehalte) te corrigeren.

Bicarbonaationen zijn erg belangrijk voor het reguleren van de pH van het bloed en het handhaven van een normaal zuur-base-evenwicht. De ademhalingssnelheid beïnvloedt het kooldioxidegehalte in het bloed. Zwakke of langzame ademhaling veroorzaakt respiratoire acidose, terwijl snelle en te diepe ademhaling leidt tot hyperventilatie en de ontwikkeling van respiratoire alkalose.

Bovendien is kooldioxide ook belangrijk bij het reguleren van de ademhaling. Hoewel ons lichaam zuurstof nodig heeft voor de stofwisseling, stimuleren lage zuurstofniveaus in het bloed of de weefsels meestal niet de ademhaling (of beter gezegd, het stimulerende effect van een laag zuurstofniveau op de ademhaling is te zwak en gaat laat in, bij zeer lage zuurstofniveaus in het lichaam). het bloed, waarbij iemand vaak al het bewustzijn verliest). Normaal gesproken wordt de ademhaling gestimuleerd door een verhoging van het kooldioxidegehalte in het bloed. Het ademhalingscentrum is veel gevoeliger voor verhoogde kooldioxideniveaus dan voor een gebrek aan zuurstof. Als gevolg hiervan kan het inademen van zeer dunne lucht (met een lage partiële zuurstofdruk) of een gasmengsel dat helemaal geen zuurstof bevat (bijvoorbeeld 100% stikstof of 100% lachgas) snel leiden tot bewustzijnsverlies zonder een gevoel van door gebrek aan lucht (omdat het kooldioxidegehalte in het bloed niet toeneemt, omdat niets de uitademing ervan verhindert). Dit is vooral gevaarlijk voor piloten van militaire vliegtuigen die op grote hoogte vliegen (in het geval van een nooddrukverlaging van de cabine kunnen piloten snel het bewustzijn verliezen). Dit kenmerk van het ademhalingsregulatiesysteem is ook de reden waarom stewardessen in vliegtuigen passagiers in geval van drukverlaging in de vliegtuigcabine instrueren om eerst zelf een zuurstofmasker op te zetten, voordat ze iemand anders proberen te helpen - door dit te doen , loopt de helper het risico zelf snel het bewustzijn te verliezen, en zelfs zonder tot het laatste moment enig ongemak of behoefte aan zuurstof te voelen.

Het menselijke ademhalingscentrum probeert de partiële druk van kooldioxide in het arteriële bloed niet hoger dan 40 mmHg te houden. Bij bewuste hyperventilatie kan het kooldioxidegehalte in het arteriële bloed afnemen tot 10-20 mmHg, terwijl het zuurstofgehalte in het bloed vrijwel onveranderd blijft of licht stijgt en de noodzaak om nog een keer adem te halen afneemt als gevolg van een afname van de bloeddruk. in het stimulerende effect van kooldioxide op de activiteit van het ademhalingscentrum. Dit is de reden dat het na een periode van bewuste hyperventilatie makkelijker is om de adem langere tijd in te houden dan zonder eerdere hyperventilatie. Deze opzettelijke hyperventilatie gevolgd door het inhouden van de adem kan leiden tot bewustzijnsverlies voordat de persoon de behoefte voelt om adem te halen. In een veilige omgeving bedreigt een dergelijk bewustzijnsverlies niets bijzonders (als hij het bewustzijn heeft verloren, zal een persoon de controle over zichzelf verliezen, stoppen met het inhouden van zijn adem en ademhalen, ademen, en daarmee zal de zuurstoftoevoer naar de hersenen worden verstoord. hersteld, en dan zal het bewustzijn worden hersteld). In andere situaties, zoals vóór het duiken, kan dit echter gevaarlijk zijn (bewustzijnsverlies en de noodzaak om adem te halen zullen op diepte optreden, en zonder bewuste controle zal water de luchtwegen binnendringen, wat tot verdrinking kan leiden). Dit is de reden waarom hyperventilatie vóór het duiken gevaarlijk is en niet wordt aanbevolen.

Ontvangst

In industriële hoeveelheden komt kooldioxide vrij uit rookgassen, of als bijproduct van chemische processen, bijvoorbeeld tijdens de afbraak van natuurlijke carbonaten (kalksteen, dolomiet) of tijdens de productie van alcohol (alcoholische fermentatie). Het mengsel van de resulterende gassen wordt gewassen met een oplossing van kaliumcarbonaat, dat kooldioxide absorbeert en in bicarbonaat verandert. Een oplossing van bicarbonaat ontleedt bij verhitting of onder verminderde druk, waarbij kooldioxide vrijkomt. In moderne installaties voor de productie van kooldioxide wordt in plaats van bicarbonaat vaker een waterige oplossing van monoethanolamine gebruikt, die onder bepaalde omstandigheden in staat is CO₂ in het rookgas te absorberen en bij verhitting vrij te geven; Hierdoor wordt het eindproduct gescheiden van andere stoffen.

Kooldioxide wordt ook geproduceerd in luchtscheidingsinstallaties als bijproduct bij de productie van zuivere zuurstof, stikstof en argon.

In het laboratorium worden kleine hoeveelheden verkregen door carbonaten en bicarbonaten te laten reageren met zuren, zoals marmer, krijt of soda met zoutzuur, bijvoorbeeld met behulp van een Kipp-apparaat. Het gebruik van de reactie van zwavelzuur met krijt of marmer resulteert in de vorming van enigszins oplosbaar calciumsulfaat, dat de reactie verstoort en dat wordt verwijderd door een aanzienlijke overmaat zuur.

Om drankjes te bereiden, kan de reactie van zuiveringszout met citroenzuur of zuur citroensap worden gebruikt. Het was in deze vorm dat de eerste koolzuurhoudende dranken verschenen. Apothekers hielden zich bezig met de productie en verkoop ervan.

Sollicitatie

In de voedingsmiddelenindustrie wordt kooldioxide gebruikt als conserveermiddel en rijsmiddel en wordt op de verpakking aangegeven met de code E290.

De inrichting voor het toevoeren van kooldioxide aan het aquarium kan een gasreservoir omvatten. De eenvoudigste en meest gebruikelijke methode voor het produceren van kooldioxide is gebaseerd op het ontwerp voor het maken van de alcoholische drankbrij. Tijdens de fermentatie kan de vrijkomende kooldioxide wellicht voeding bieden voor aquariumplanten

Koolstofdioxide wordt gebruikt om limonade en bruisend water te carboniseren. Kooldioxide wordt ook gebruikt als beschermend medium bij draadlassen, maar bij hoge temperaturen ontleedt het en komt er zuurstof vrij. De vrijgekomen zuurstof oxideert het metaal. In dit opzicht is het noodzakelijk om deoxidatiemiddelen zoals mangaan en silicium in de lasdraad te introduceren. Een ander gevolg van de invloed van zuurstof, ook geassocieerd met oxidatie, is een scherpe afname van de oppervlaktespanning, wat onder meer leidt tot intensere metaalspatten dan bij lassen in een inerte omgeving.

Het opslaan van koolstofdioxide in een stalen cilinder in vloeibare toestand is winstgevender dan in de vorm van gas. Kooldioxide heeft een relatief lage kritische temperatuur van +31°C. Ongeveer 30 kg vloeibaar kooldioxide wordt in een standaardcilinder van 40 liter gegoten, en bij kamertemperatuur zal er een vloeibare fase in de cilinder zijn en zal de druk ongeveer 6 MPa (60 kgf/cm²) zijn. Als de temperatuur boven +31°C ligt, zal koolstofdioxide in een superkritische toestand terechtkomen met een druk boven 7,36 MPa. De standaard werkdruk voor een gewone cilinder van 40 liter is 15 MPa (150 kgf/cm²), maar deze moet veilig bestand zijn tegen een druk die 1,5 keer hoger is, dat wil zeggen 22,5 MPa, dus het werken met dergelijke cilinders kan als redelijk veilig worden beschouwd.

Vast kooldioxide – “droogijs” – wordt gebruikt als koelmiddel in laboratoriumonderzoek, in de detailhandel, tijdens reparatie van apparatuur (bijvoorbeeld: het koelen van een van de bijpassende onderdelen tijdens een perspassing), enz. Kooldioxide wordt gebruikt om vloeibaar te maken kooldioxide en productie van droogijs installaties

Registratiemethoden

Het meten van de partiële druk van kooldioxide is vereist in technologische processen, in medische toepassingen - analyse van ademhalingsmengsels tijdens kunstmatige ventilatie en in gesloten levensondersteunende systemen. Analyse van de CO 2 -concentratie in de atmosfeer wordt gebruikt voor milieu- en wetenschappelijk onderzoek om het broeikaseffect te bestuderen. Kooldioxide wordt geregistreerd met behulp van gasanalysatoren gebaseerd op het principe van infraroodspectroscopie en andere gasmeetsystemen. Een medische gasanalysator voor het registreren van het kooldioxidegehalte in de uitgeademde lucht wordt een capnograaf genoemd. Voor het meten van lage concentraties CO 2 (ook) in procesgassen of in atmosferische lucht kan gebruik worden gemaakt van een gaschromatografische methode met een methanator en registratie op een vlamionisatiedetector.

Kooldioxide in de natuur

Jaarlijkse schommelingen in de concentratie van kooldioxide in de atmosfeer op de planeet worden voornamelijk bepaald door de vegetatie op de middelste breedtegraden (40-70°) van het noordelijk halfrond.

In de oceaan wordt een grote hoeveelheid koolstofdioxide opgelost.

Kooldioxide vormt een aanzienlijk deel van de atmosfeer van sommige planeten in het zonnestelsel: Venus, Mars.

Toxiciteit

Koolstofdioxide is niet giftig, maar vanwege het effect van de verhoogde concentraties in de lucht op luchtademende levende organismen, wordt het geclassificeerd als een verstikkend gas. (Engels) Russisch. Een lichte verhoging van de concentratie tot 2-4% binnenshuis leidt tot slaperigheid en zwakte bij mensen. Gevaarlijke concentraties worden beschouwd als niveaus van ongeveer 7-10%, waarbij verstikking ontstaat, wat zich uit in hoofdpijn, duizeligheid, gehoorverlies en bewustzijnsverlies (symptomen vergelijkbaar met die van hoogteziekte), afhankelijk van de concentratie, gedurende een periode van meerdere keren. minuten tot een uur. Als lucht met hoge gasconcentraties wordt ingeademd, treedt de dood door verstikking zeer snel op.

Hoewel zelfs een concentratie van 5-7% CO 2 niet dodelijk is, beginnen mensen zich al bij een concentratie van 0,1% (dit niveau van koolstofdioxide wordt waargenomen in de lucht van megasteden) zwak en slaperig te voelen. Hieruit blijkt dat zelfs bij hoge zuurstofniveaus een hoge concentratie CO 2 een sterk effect heeft op het welzijn.

Het inademen van lucht met een verhoogde concentratie van dit gas leidt niet tot gezondheidsproblemen op de lange termijn, en nadat het slachtoffer uit de vervuilde atmosfeer is verwijderd, treedt snel een volledig herstel van de gezondheid op.

Kooldioxide (kooldioxide), ook wel kooldioxide genoemd, is het belangrijkste bestanddeel in koolzuurhoudende dranken. Het bepaalt de smaak en biologische stabiliteit van dranken, geeft ze sprankelende en verfrissende eigenschappen.

Chemische eigenschappen. Chemisch gezien is koolstofdioxide inert. Het wordt gevormd door het vrijkomen van een grote hoeveelheid warmte en is, als product van de volledige oxidatie van koolstof, zeer stabiel. Kooldioxidereductiereacties treden alleen op bij hoge temperaturen. Dus door interactie met kalium bij 230° C wordt koolstofdioxide gereduceerd tot oxaalzuur:

Door een chemische interactie aan te gaan met water, vormt het gas, in een hoeveelheid van niet meer dan 1% van zijn inhoud in de oplossing, koolzuur, dat dissocieert in H +, HCO 3 -, CO 2 3- ionen. In een waterige oplossing gaat kooldioxide gemakkelijk chemische reacties aan, waarbij verschillende kooldioxidezouten worden gevormd. Daarom is een waterige oplossing van kooldioxide zeer agressief ten opzichte van metalen en heeft het ook een destructief effect op beton.

Fysieke eigenschappen. Om dranken te carboniseren wordt kooldioxide gebruikt, dat door compressie onder hoge druk in vloeibare toestand wordt gebracht. Afhankelijk van de temperatuur en druk kan kooldioxide zich ook in gasvormige of vaste toestand bevinden. De temperatuur en druk die overeenkomen met deze aggregatietoestand worden weergegeven in het fase-evenwichtsdiagram (Fig. 13).

Bij een temperatuur van minus 56,6 ° C en een druk van 0,52 Mn/m 2 (5,28 kg/cm 2), overeenkomend met het tripelpunt, kan kooldioxide zich tegelijkertijd in een gasvormige, vloeibare en vaste toestand bevinden. Bij hogere temperaturen en drukken bevindt koolstofdioxide zich in vloeibare en gasvormige toestand; bij temperaturen en drukken die onder deze waarden liggen, gaat het gas, direct voorbij de vloeibare fase, over in de gasvormige toestand (sublimeert). Bij temperaturen boven de kritische temperatuur van 31,5° C kan geen enkele druk kooldioxide in vloeibare vorm houden.

In gasvormige toestand is kooldioxide kleurloos, geurloos en heeft het een lichtzure smaak. Bij een temperatuur van 0° C en atmosferische druk is de dichtheid van kooldioxide 1,9769 kg/f 3; het is 1,529 keer zwaarder dan lucht. Bij 0°C en atmosferische druk neemt 1 kg gas een volume in van 506 liter. De relatie tussen volume, temperatuur en druk van kooldioxide wordt uitgedrukt door de vergelijking:

waarbij V het volume is van 1 kg gas in m 3 /kg; T - gastemperatuur in ° K; P - gasdruk in N/m 2; R - gasconstante; A is een aanvullende waarde die rekening houdt met de afwijking van de toestandsvergelijking van een ideaal gas;

Vloeibaar kooldioxide- een kleurloze, transparante, gemakkelijk mobiele vloeistof, die qua uiterlijk lijkt op alcohol of ether. De dichtheid van de vloeistof bij 0°C is 0,947. Bij een temperatuur van 20°C wordt het vloeibaar gemaakte gas onder een druk van 6,37 Mn/m2 (65 kg/cm2) opgeslagen in stalen cilinders. Wanneer de vloeistof vrij uit de cilinder stroomt, verdampt deze en absorbeert een grote hoeveelheid warmte. Wanneer de temperatuur daalt tot min 78,5° C, bevriest een deel van de vloeistof en verandert in zogenaamd droogijs. Droogijs heeft een hardheid die bijna krijt is en een matwitte kleur heeft. Droogijs verdampt langzamer dan vloeibaar en verandert onmiddellijk in een gasvormige toestand.

Bij een temperatuur van minus 78,9 ° C en een druk van 1 kg/cm 2 (9,8 MN/m 2) bedraagt de sublimatiewarmte van droogijs 136,89 kcal/kg (573,57 kJ/kg).

Je weet al dat wanneer je uitademt, koolstofdioxide uit je longen komt. Maar wat weet jij over deze stof? Waarschijnlijk een beetje. Vandaag zal ik al uw vragen over koolstofdioxide beantwoorden.

Definitie

Deze stof is onder normale omstandigheden een kleurloos gas. In veel bronnen kan het anders worden genoemd: koolmonoxide (IV), en koolanhydride, en kooldioxide, en kooldioxide.

Eigenschappen

Kooldioxide (formule CO 2) is een kleurloos gas, heeft een zure geur en smaak en is oplosbaar in water. Als het goed wordt afgekoeld, vormt het een sneeuwachtige massa, droogijs genaamd (foto hieronder), die sublimeert bij een temperatuur van -78 o C.

Het is een van de producten van verval of verbranding van organisch materiaal. Het lost alleen op in water bij een temperatuur van 15 o C en alleen als de verhouding water:kooldioxide 1:1 is. De dichtheid van kooldioxide kan variëren, maar is onder standaardomstandigheden gelijk aan 1,976 kg/m3. Dit is als het zich in gasvormige vorm bevindt, en in andere toestanden (vloeistof/gasvormig) zullen de dichtheidswaarden ook anders zijn. Deze stof is een zuuroxide; als je het aan water toevoegt, ontstaat er koolzuur. Als je kooldioxide combineert met een alkali, resulteert de daaropvolgende reactie in de vorming van carbonaten en bicarbonaten. Dit oxide kan de verbranding niet ondersteunen, op enkele uitzonderingen na. Dit zijn reactieve metalen, en bij dit soort reacties onttrekken ze er zuurstof aan.

Ontvangst

Koolstofdioxide en enkele andere gassen komen in grote hoeveelheden vrij wanneer alcohol wordt geproduceerd of natuurlijke carbonaten ontleden. De resulterende gassen worden vervolgens gewassen met opgelost kaliumcarbonaat. Dit wordt gevolgd door hun absorptie van kooldioxide, het product van deze reactie is bicarbonaat, bij verwarming wordt de oplossing verkregen waarvan het gewenste oxide wordt verkregen.

Maar nu wordt het met succes vervangen door ethanolamine opgelost in water, dat koolmonoxide in het rookgas absorbeert en bij verhitting vrijgeeft. Dit gas is ook een bijproduct van de reacties die zuivere stikstof, zuurstof en argon produceren. In het laboratorium wordt een deel van de kooldioxide geproduceerd wanneer carbonaten en bicarbonaten reageren met zuren. Het wordt ook gevormd wanneer zuiveringszout en citroensap of hetzelfde natriumbicarbonaat en azijn reageren (foto).

Sollicitatie

De voedingsindustrie kan niet zonder het gebruik van kooldioxide, waar het bekend staat als conserveermiddel en rijsmiddel, code E290. Elke brandblusser bevat het in vloeibare vorm.

Ook dient tetravalent koolstofoxide, dat vrijkomt tijdens het fermentatieproces, als een goede voeding voor aquariumplanten. Het zit ook in de bekende frisdrank, die veel mensen vaak in de supermarkt kopen. Draadlassen vindt plaats in een kooldioxide-omgeving, maar als de temperatuur van dit proces erg hoog is, gaat dit gepaard met de dissociatie van kooldioxide, waarbij zuurstof vrijkomt, waardoor het metaal oxideert. Dan kan er niet gelast worden zonder deoxidatiemiddelen (mangaan of silicium). Koolstofdioxide wordt gebruikt om fietswielen op te blazen; het zit ook in de blikken van luchtgeweren (dit type wordt een gasfles genoemd). Ook is dit oxide in vaste vorm, droogijs genoemd, nodig als koelmiddel in de handel, bij wetenschappelijk onderzoek en bij het repareren van bepaalde apparatuur.

Conclusie

Dit is hoe gunstig koolstofdioxide is voor de mens. En niet alleen in de industrie speelt het ook een belangrijke biologische rol: zonder dit kunnen gasuitwisseling, regulering van de vasculaire tonus, fotosynthese en vele andere natuurlijke processen niet plaatsvinden. Maar het overschot of tekort ervan in de lucht gedurende enige tijd kan de fysieke toestand van alle levende organismen negatief beïnvloeden.

DEFINITIE

Kooldioxide(kooldioxide, koolzuuranhydride, kooldioxide) – koolmonoxide (IV).

Formule – CO 2. Molaire massa – 44 g/mol.

Chemische eigenschappen van kooldioxide

Kooldioxide behoort tot de klasse van zure oxiden, d.w.z. Bij interactie met water vormt het een zuur dat koolzuur wordt genoemd. Koolzuur is chemisch instabiel en valt op het moment van vorming onmiddellijk uiteen in zijn componenten, d.w.z. De reactie tussen koolstofdioxide en water is omkeerbaar:

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

Bij verhitting wordt kooldioxide afgebroken tot koolmonoxide en zuurstof:

2CO2 = 2CO + O2.

Zoals alle zure oxiden wordt kooldioxide gekenmerkt door interactiereacties met basische oxiden (alleen gevormd door actieve metalen) en basen:

CaO + CO2 = CaCO3;

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

CO 2 + NaOH (verdund) = NaHCO 3;

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

Kooldioxide ondersteunt de verbranding niet; daarin branden alleen actieve metalen:

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

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

Kooldioxide reageert met eenvoudige stoffen zoals waterstof en koolstof:

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

CO2 + C = 2CO (t).

Wanneer kooldioxide reageert met peroxiden van actieve metalen, worden carbonaten gevormd en komt zuurstof vrij:

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

Een kwalitatieve reactie op kooldioxide is de reactie van de interactie met kalkwater (melk), d.w.z. met calciumhydroxide, waarbij een wit neerslag ontstaat - calciumcarbonaat:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Fysische eigenschappen van kooldioxide

Kooldioxide is een gasvormige stof zonder kleur of geur. Zwaarder dan lucht. Thermisch stabiel. Wanneer het wordt gecomprimeerd en gekoeld, verandert het gemakkelijk in vloeibare en vaste toestand. Kooldioxide in vaste toestand wordt ‘droogijs’ genoemd en sublimeert gemakkelijk bij kamertemperatuur. Kooldioxide is slecht oplosbaar in water en reageert er gedeeltelijk mee. Dichtheid – 1,977 g/l.

Productie en gebruik van koolstofdioxide

Er zijn industriële en laboratoriummethoden voor de productie van kooldioxide. Zo wordt het in de industrie verkregen door kalksteen te verbranden (1), en in het laboratorium door de werking van sterke zuren op koolzuurzouten (2):

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

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

Kooldioxide wordt gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie (koolzuurhoudende limonade), chemische industrie (temperatuurregeling bij de productie van synthetische vezels), metallurgische industrie (milieubescherming, zoals bruingasneerslag) en andere industrieën.

Voorbeelden van probleemoplossing

VOORBEELD 1

Oefening

Welk volume kooldioxide zal vrijkomen door de werking van 200 g van een 10% oplossing van salpeterzuur per 90 g calciumcarbonaat dat 8% onzuiverheden bevat die onoplosbaar zijn in zuur?

Oplossing

Molaire massa's van salpeterzuur en calciumcarbonaat, berekend met behulp van de tabel met chemische elementen van D.I. Mendelejev - respectievelijk 63 en 100 g/mol.

Laten we de vergelijking schrijven voor het oplossen van kalksteen in salpeterzuur:

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

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

De massa van zuiver calciumcarbonaat is dan:

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

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

De hoeveelheid calciumcarbonaatstof is gelijk aan:

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

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

De massa salpeterzuur in oplossing is gelijk aan:

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

m(HNO3) = 200 × 10 / 100% = 20 g.

De hoeveelheid calciumsalpeterzuur is gelijk aan:

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

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

Door de hoeveelheden stoffen die hebben gereageerd te vergelijken, stellen we vast dat er een tekort aan salpeterzuur is. Daarom worden verdere berekeningen gemaakt met salpeterzuur. Volgens de reactievergelijking n(HNO 3): n(CO 2) = 2:1, dus n(CO 2) = 1/2×n(HNO 3) = 0,16 mol. Dan is het volume koolstofdioxide gelijk aan:

V(CO 2) = n(CO 2)×Vm;

V(CO2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.

Antwoord

Het volume kooldioxide is 3,58 g.