Khí cacbonic. Tính chất vật lý CO2 Tính chất vật lý của carbon dioxide

Khí cacbonic

Là một phần không thể thiếu của khí quyển, là nguyên liệu chính cho quá trình quang hợp của cây xanh, là sản phẩm của hoạt động sống của các sinh vật sống.

Theo danh pháp quốc tế có hệ thống (IUPAC), chất có công thức CO2 được gọi là Carbon Monoxide (IV). Tầm thường (tên thường gọi) - carbon dioxide hoặc carbon dioxide, anhydrit carbonic (oxit tạo muối có tính axit).

Công thức cacbon dioxit

Phân tử carbon dioxide được hình thành bởi hai nguyên tử oxy và một nguyên tử carbon. Công thức cấu tạo – O=C=O. Hóa trị của carbon là 4. Trạng thái oxy hóa là (+4). Loại liên kết: cộng hóa trị có cực.

Sản xuất khí cacbonic

Nguồn carbon dioxide tự nhiên

Carbon dioxide được hình thành trong quá trình oxy hóa chậm trong quá trình hô hấp, lên men và phân hủy các chất hữu cơ. Được giải phóng trong quá trình phân hủy cacbonat tự nhiên, đốt cháy nhiên liệu và hình thành khí thải. Chứa trong không khí và suối khoáng.

Cơ thể con người thải ra 1 kg CO 2 mỗi ngày. Không khí chứa 0,03% carbon dioxide.

Các phương pháp thu được trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, khí có thể thu được bằng cách cho axit clohydric phản ứng với phấn, đá cẩm thạch và soda. Khí được thu bằng phương pháp dịch chuyển không khí.

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

NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2.

Phương pháp sản xuất công nghiệp

Nung đá vôi: CaCO 3 → CaO + CO 2.
Là sản phẩm phụ của quá trình tách khí khi sản xuất oxy, nitơ, argon.

Tính chất của carbon dioxide

Tính chất vật lý

Chất này không độc, không cháy.

Chất ở trạng thái kết tụ rắn được gọi là “đá khô”.

Nồng độ carbon dioxide cao có thể được xác định bằng cảm quan - trong miệng, vị chua xuất hiện trên lưỡi. Mức độ cao rất nguy hiểm cho cơ thể - nó gây ngạt thở.

Tính chất hóa học

Phản ứng định tính: Khi carbon dioxide phản ứng với sữa vôi (canxi hydroxit), canxi cacbonat được hình thành - kết tủa màu trắng.

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

CO2 là oxit axit phản ứng với nước với sự hình thành axit cacbonic. Axit này là một hợp chất không ổn định và dễ dàng phân hủy thành carbon dioxide và nước. Loại phản ứng - phản ứng phức hợp, thuận nghịch.

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Khi đun nóng, nó phân hủy thành carbon monoxide (II) và nước: 2CO2 = 2CO + O2.

Tương tác với oxit cơ bản, với sự hình thành muối:

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

Loại phản ứng- phản ứng tổng hợp.

Tương tác với chất kiềm, với sự hình thành muối axit và trung bình:

CO 2 + NaOH = NaHCO 3;

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

Muối trung bình được hình thành khi có quá nhiều chất kiềm. Muối axit được hình thành khi tỉ lệ giữa lượng oxit và chất kiềm là 1:1.

Ở nhiệt độ nó phản ứng với kim loại hoạt động:

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO

Carbon dioxide chủ yếu thể hiện tính chất khử, nhưng khi tương tác với các kim loại hoạt động, nó là tác nhân oxy hóa.

Tham gia phản ứng với chất đơn giản:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (điều kiện phản ứng - nhiệt độ cao, xúc tác Cu 2 O).

Ứng dụng của carbon dioxide

TRONG Công nghiệp thực phẩm:

dùng trong sản xuất nước khoáng, đồ uống có ga;
làm phụ gia thực phẩm (E290), tăng thời hạn sử dụng của sản phẩm;
như một chất tạo men, nó mang lại độ nhẹ và độ bông cho các sản phẩm bánh kẹo;
như một chất làm lạnh;
để loại bỏ caffeine khỏi cà phê.

Trong mô hình máy bay, nó được sử dụng làm nguồn năng lượng cho động cơ; được sử dụng trong vũ khí khí nén; như một chất nạp lại cho bình chữa cháy carbon dioxide. Được sử dụng làm phương tiện bảo vệ trong quá trình hàn.

Carbon dioxide cũng được sử dụng trong y học - nó được sử dụng để đốt lạnh các khối u và đóng vai trò như một chất kích thích thở sâu.

Trong công nghiệp hóa chất, khí được sử dụng trong quá trình tổng hợp hóa chất, sản xuất muối axit cacbonic, quá trình sấy khô và tinh chế polyme, sợi có nguồn gốc thực vật và động vật. Dùng để xử lý nước thải, tăng độ dẫn điện của nước siêu tinh khiết.

Ví dụ về giải quyết vấn đề

Vấn đề 1

Tìm phần khối lượng của cacbon trong cacbon đioxit.

Giải pháp

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

Trả lời: phần khối lượng của cacbon trong cacbon đioxit là 27%.

Vấn đề 2

Tính thể tích khí cacbonic thoát ra khi axit clohydric tác dụng với viên bi có khối lượng 100 g.

Giải pháp

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

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

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

Trả lời: Thể tích của carbon dioxide là 67,2 lít.

YouTube bách khoa toàn thư

1 / 5

Carbon(IV) monoxide không hỗ trợ quá trình đốt cháy. Chỉ một số kim loại hoạt động cháy trong đó::

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

Tương tác với oxit kim loại hoạt động:

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

Khi hòa tan trong nước, nó tạo thành axit cacbonic:

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

Phản ứng với chất kiềm tạo thành cacbonat và bicarbonat:

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)))(phản ứng định tính với carbon dioxide) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))

sinh học

Cơ thể con người thải ra khoảng 1 kg carbon dioxide mỗi ngày.

Carbon dioxide này được vận chuyển từ các mô, nơi nó được hình thành như một trong những sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất, qua hệ thống tĩnh mạch và sau đó được bài tiết vào không khí thở ra qua phổi. Như vậy, hàm lượng carbon dioxide trong máu cao ở hệ thống tĩnh mạch, giảm ở mạng lưới mao mạch của phổi và thấp ở máu động mạch. Hàm lượng carbon dioxide trong mẫu máu thường được biểu thị dưới dạng áp suất riêng phần, nghĩa là áp suất mà một lượng carbon dioxide nhất định có trong mẫu máu sẽ có nếu chỉ riêng nó chiếm toàn bộ thể tích của mẫu máu.

Carbon dioxide (CO2) được vận chuyển trong máu theo ba cách khác nhau (tỷ lệ chính xác của mỗi phương pháp vận chuyển này phụ thuộc vào máu là động mạch hay tĩnh mạch).

Hemoglobin, protein vận chuyển oxy chính của hồng cầu, có khả năng vận chuyển cả oxy và carbon dioxide. Tuy nhiên, carbon dioxide liên kết với hemoglobin ở một vị trí khác với oxy. Nó liên kết với đầu N của chuỗi globin chứ không phải với heme. Tuy nhiên, do tác dụng allosteric, dẫn đến sự thay đổi cấu hình của phân tử hemoglobin khi liên kết, sự liên kết của carbon dioxide làm giảm khả năng oxy liên kết với nó, ở một áp suất riêng phần nhất định của oxy và ngược lại - sự liên kết của oxy với huyết sắc tố làm giảm khả năng liên kết của carbon dioxide với nó ở áp suất riêng phần nhất định của carbon dioxide. Ngoài ra, khả năng liên kết ưu tiên của hemoglobin với oxy hoặc carbon dioxide cũng phụ thuộc vào độ pH của môi trường. Những đặc điểm này rất quan trọng cho sự hấp thu và vận chuyển thành công oxy từ phổi vào các mô và giải phóng thành công nó vào các mô, cũng như cho sự hấp thu và vận chuyển thành công carbon dioxide từ các mô vào phổi và giải phóng nó ở đó.

Carbon dioxide là một trong những chất trung gian quan trọng nhất của quá trình tự điều hòa lưu lượng máu. Nó là một thuốc giãn mạch mạnh mẽ. Theo đó, nếu mức độ carbon dioxide trong mô hoặc máu tăng lên (ví dụ, do quá trình trao đổi chất mạnh mẽ - do tập thể dục, viêm, tổn thương mô hoặc do tắc nghẽn lưu lượng máu, thiếu máu cục bộ ở mô), thì các mao mạch sẽ giãn ra. , dẫn đến tăng lưu lượng máu và theo đó, làm tăng việc cung cấp oxy đến các mô và vận chuyển carbon dioxide tích lũy từ các mô. Ngoài ra, carbon dioxide ở một số nồng độ nhất định (tăng nhưng chưa đạt đến giá trị độc hại) có tác dụng tăng co bóp và điều hòa nhịp tim tích cực trên cơ tim và làm tăng độ nhạy cảm của nó với adrenaline, dẫn đến tăng cường độ và tần suất các cơn co thắt tim, tăng nhịp tim. sản lượng và, do đó, đột quỵ và lượng máu phút. Điều này cũng giúp điều chỉnh tình trạng thiếu oxy mô và tăng CO2 máu (tăng nồng độ carbon dioxide).

Các ion bicarbonate rất quan trọng để điều chỉnh độ pH trong máu và duy trì cân bằng axit-bazơ bình thường. Tốc độ hô hấp ảnh hưởng đến hàm lượng carbon dioxide trong máu. Thở yếu hoặc chậm gây nhiễm toan hô hấp, trong khi thở nhanh và quá sâu dẫn đến giảm thông khí và phát triển nhiễm kiềm hô hấp.

Ngoài ra, carbon dioxide còn có vai trò quan trọng trong việc điều hòa hô hấp. Mặc dù cơ thể chúng ta cần oxy để trao đổi chất, nhưng lượng oxy thấp trong máu hoặc các mô thường không kích thích hô hấp (hay nói đúng hơn là tác dụng kích thích của lượng oxy thấp đối với quá trình thở quá yếu và “bật” muộn, ở mức oxy rất thấp trong cơ thể). máu, lúc đó một người thường bất tỉnh). Thông thường, hơi thở được kích thích bởi sự gia tăng nồng độ carbon dioxide trong máu. Trung tâm hô hấp nhạy cảm hơn nhiều với mức tăng của carbon dioxide hơn là thiếu oxy. Kết quả là, hít thở không khí rất loãng (với áp suất riêng phần oxy thấp) hoặc hỗn hợp khí hoàn toàn không chứa oxy (ví dụ: 100% nitơ hoặc 100% oxit nitơ) có thể nhanh chóng dẫn đến mất ý thức mà không gây cảm giác. thiếu không khí (vì nồng độ carbon dioxide không tăng trong máu, vì không có gì ngăn cản sự thở ra của nó). Điều này đặc biệt nguy hiểm đối với phi công lái máy bay quân sự bay ở độ cao lớn (trong trường hợp cabin giảm áp khẩn cấp, phi công có thể nhanh chóng bất tỉnh). Tính năng này của hệ thống điều hòa nhịp thở cũng là lý do tại sao tiếp viên trên máy bay hướng dẫn hành khách trong trường hợp cabin máy bay giảm áp suất, trước hết phải tự đeo mặt nạ dưỡng khí trước khi cố gắng giúp đỡ người khác - bằng cách làm này , người trợ giúp có nguy cơ nhanh chóng bất tỉnh và thậm chí không cảm thấy khó chịu hay cần oxy cho đến giây phút cuối cùng.

Trung tâm hô hấp của con người cố gắng duy trì áp suất riêng phần của carbon dioxide trong máu động mạch không cao hơn 40 mmHg. Khi tăng thông khí có ý thức, hàm lượng carbon dioxide trong máu động mạch có thể giảm xuống 10-20 mmHg, trong khi hàm lượng oxy trong máu hầu như không thay đổi hoặc tăng nhẹ, và nhu cầu hít thở lại sẽ giảm do giảm. về tác dụng kích thích của carbon dioxide đối với hoạt động của trung tâm hô hấp. Đây là lý do tại sao sau một thời gian tăng thông khí có ý thức, bạn sẽ dễ dàng nín thở trong thời gian dài hơn là không bị tăng thông khí trước đó. Việc tăng thông khí có chủ ý này sau đó là nín thở có thể dẫn đến mất ý thức trước khi người đó cảm thấy cần phải hít thở. Trong một môi trường an toàn, việc mất ý thức như vậy không đe dọa điều gì đặc biệt (khi mất ý thức, một người sẽ mất kiểm soát bản thân, ngừng nín thở và hít thở, thở và cùng với đó là lượng oxy cung cấp cho não sẽ bị suy giảm. được phục hồi, và sau đó ý thức sẽ được phục hồi). Tuy nhiên, trong các tình huống khác, chẳng hạn như trước khi lặn, điều này có thể nguy hiểm (mất ý thức và cần phải thở sẽ xảy ra ở độ sâu và nếu không có ý thức kiểm soát, nước sẽ xâm nhập vào đường thở, có thể dẫn đến chết đuối). Đây là lý do tại sao việc tăng thông khí trước khi lặn là nguy hiểm và không được khuyến khích.

Biên lai

Với số lượng công nghiệp, carbon dioxide được giải phóng từ khí thải hoặc dưới dạng sản phẩm phụ của các quá trình hóa học, ví dụ, trong quá trình phân hủy cacbonat tự nhiên (đá vôi, dolomite) hoặc trong quá trình sản xuất rượu (lên men rượu). Hỗn hợp khí thu được được rửa bằng dung dịch kali cacbonat, dung dịch này hấp thụ carbon dioxide, biến thành bicarbonate. Dung dịch bicarbonate bị phân hủy khi đun nóng hoặc dưới áp suất giảm, giải phóng carbon dioxide. Trong các cơ sở hiện đại để sản xuất carbon dioxide, thay vì bicarbonate, dung dịch nước monoetanolamine thường được sử dụng nhiều hơn, trong những điều kiện nhất định, có khả năng hấp thụ CO₂ có trong khí thải và giải phóng nó khi đun nóng; Điều này tách thành phẩm ra khỏi các chất khác.

Carbon dioxide cũng được tạo ra trong các nhà máy tách không khí như một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất oxy, nitơ và argon tinh khiết.

Trong phòng thí nghiệm, một lượng nhỏ thu được bằng cách phản ứng cacbonat và bicarbonat với axit, chẳng hạn như đá cẩm thạch, phấn hoặc soda với axit clohydric, ví dụ, sử dụng thiết bị Kipp. Sử dụng phản ứng của axit sunfuric với phấn hoặc đá cẩm thạch sẽ tạo thành canxi sunfat ít tan, cản trở phản ứng và bị loại bỏ bởi một lượng axit dư đáng kể.

Để pha chế đồ uống, có thể sử dụng phản ứng của baking soda với axit xitric hoặc nước chanh chua. Chính ở dạng này mà đồ uống có ga đầu tiên đã xuất hiện. Dược sĩ đã tham gia vào việc sản xuất và bán hàng của họ.

Ứng dụng

Trong công nghiệp thực phẩm, carbon dioxide được sử dụng làm chất bảo quản và tạo men và được ghi trên bao bì bằng mã số E290.

Thiết bị cung cấp carbon dioxide cho bể cá có thể bao gồm một bình chứa khí. Phương pháp đơn giản và phổ biến nhất để sản xuất carbon dioxide là dựa trên thiết kế để tạo ra thức uống có cồn dạng nghiền. Trong quá trình lên men, carbon dioxide được giải phóng có thể cung cấp dinh dưỡng cho cây thủy sinh

Carbon dioxide được sử dụng để cacbonat nước chanh và nước có ga. Carbon dioxide cũng được sử dụng làm môi trường bảo vệ trong hàn dây, nhưng ở nhiệt độ cao nó phân hủy và giải phóng oxy. Oxy giải phóng sẽ oxy hóa kim loại. Về vấn đề này, cần đưa các chất khử oxy như mangan và silicon vào dây hàn. Một hậu quả khác do ảnh hưởng của oxy, cũng liên quan đến quá trình oxy hóa, là sức căng bề mặt giảm mạnh, dẫn đến hiện tượng bắn tung tóe kim loại mạnh hơn so với khi hàn trong môi trường trơ.

Lưu trữ carbon dioxide trong xi lanh thép ở trạng thái hóa lỏng có lợi hơn ở dạng khí. Carbon dioxide có nhiệt độ tới hạn tương đối thấp là +31°C. Khoảng 30 kg carbon dioxide hóa lỏng được đổ vào một xi lanh tiêu chuẩn 40 lít, ở nhiệt độ phòng sẽ có pha lỏng trong xi lanh và áp suất sẽ xấp xỉ 6 MPa (60 kgf/cm2). Nếu nhiệt độ trên +31°C thì carbon dioxide sẽ chuyển sang trạng thái siêu tới hạn với áp suất trên 7,36 MPa. Áp suất vận hành tiêu chuẩn cho xi lanh 40 lít thông thường là 15 MPa (150 kgf/cm2), nhưng nó phải chịu được áp suất cao hơn 1,5 lần một cách an toàn, tức là 22,5 MPa, vì vậy làm việc với những xi lanh như vậy có thể được coi là khá an toàn.

Carbon dioxide rắn - "đá khô" - được sử dụng làm chất làm lạnh trong nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, trong thương mại bán lẻ, trong quá trình sửa chữa thiết bị (ví dụ: làm mát một trong các bộ phận giao phối trong quá trình ép), v.v. Carbon dioxide được sử dụng để hóa lỏng carbon dioxide và sản xuất đá khô.

Phương thức đăng ký

Đo áp suất riêng phần của carbon dioxide là cần thiết trong các quy trình công nghệ, trong các ứng dụng y tế - phân tích hỗn hợp hô hấp trong quá trình thông gió nhân tạo và trong các hệ thống hỗ trợ sự sống khép kín. Phân tích nồng độ CO 2 trong khí quyển được sử dụng cho nghiên cứu khoa học và môi trường, nghiên cứu hiệu ứng nhà kính. Carbon dioxide được ghi lại bằng máy phân tích khí dựa trên nguyên lý quang phổ hồng ngoại và các hệ thống đo khí khác. Máy phân tích khí y tế để ghi lại hàm lượng carbon dioxide trong không khí thở ra được gọi là capnograph. Để đo nồng độ CO 2 thấp (cũng như) trong khí xử lý hoặc trong không khí trong khí quyển, có thể sử dụng phương pháp sắc ký khí với máy tạo metan và ghi trên máy dò ion hóa ngọn lửa.

Cacbon dioxit trong tự nhiên

Sự biến động hàng năm về nồng độ carbon dioxide trong khí quyển trên hành tinh được xác định chủ yếu bởi thảm thực vật ở vĩ độ trung bình (40-70°) của Bắc bán cầu.

Một lượng lớn carbon dioxide được hòa tan trong đại dương.

Carbon dioxide chiếm một phần đáng kể trong bầu khí quyển của một số hành tinh trong hệ mặt trời: Sao Kim, Sao Hỏa.

Độc tính

Carbon dioxide không độc hại, nhưng do ảnh hưởng của nồng độ tăng lên trong không khí lên các sinh vật sống thở bằng không khí nên nó được phân loại là khí gây ngạt thở. (Tiếng Anh) tiếng Nga. Tăng nhẹ nồng độ lên tới 2-4% trong nhà dẫn đến buồn ngủ và suy nhược ở người. Nồng độ nguy hiểm được coi là ở mức khoảng 7-10%, tại đó phát triển tình trạng ngạt thở, biểu hiện bằng nhức đầu, chóng mặt, giảm thính lực và mất ý thức (các triệu chứng tương tự như say độ cao), tùy theo nồng độ, trong khoảng thời gian vài ngày. phút đến một giờ. Nếu hít phải không khí có nồng độ khí cao, tử vong do ngạt thở sẽ xảy ra rất nhanh.

Mặc dù trên thực tế, ngay cả nồng độ 5-7% CO 2 cũng không gây chết người, nhưng ở nồng độ 0,1% (mức carbon dioxide này được quan sát thấy trong không khí của các siêu đô thị), mọi người bắt đầu cảm thấy yếu ớt và buồn ngủ. Điều này cho thấy ngay cả ở mức oxy cao, nồng độ CO 2 cao vẫn có tác động mạnh mẽ đến sức khỏe.

Hít phải không khí với nồng độ khí này tăng lên không dẫn đến các vấn đề sức khỏe lâu dài và sau khi đưa nạn nhân ra khỏi bầu không khí ô nhiễm, sức khỏe sẽ nhanh chóng được phục hồi hoàn toàn.

Cacbon dioxit (cacbon dioxit), còn gọi là carbon dioxide, là thành phần quan trọng nhất trong đồ uống có ga. Nó quyết định hương vị và độ ổn định sinh học của đồ uống, mang lại cho chúng đặc tính sủi bọt và sảng khoái.

Tính chất hóa học. Về mặt hóa học, carbon dioxide là trơ. Được hình thành bằng cách giải phóng một lượng nhiệt lớn, nó là sản phẩm của quá trình oxy hóa hoàn toàn carbon, rất ổn định. Phản ứng khử carbon dioxide chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao. Vì vậy, ví dụ, khi tương tác với kali ở 230° C, carbon dioxide bị khử thành axit oxalic:

Khi tham gia vào tương tác hóa học với nước, khí với lượng không quá 1% hàm lượng trong dung dịch sẽ tạo thành axit cacbonic, phân ly thành các ion H +, HCO 3 -, CO 2 3-. Trong dung dịch nước, carbon dioxide dễ dàng tham gia các phản ứng hóa học, tạo thành các muối carbon dioxide khác nhau. Do đó, dung dịch nước của carbon dioxide có tính ăn mòn cao đối với kim loại và cũng có tác dụng phá hủy bê tông.

Tính chất vật lý.Đối với đồ uống có ga, carbon dioxide được sử dụng, đưa về trạng thái lỏng bằng cách nén ở áp suất cao. Tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất, carbon dioxide cũng có thể ở trạng thái khí hoặc rắn. Nhiệt độ và áp suất tương ứng với trạng thái kết tụ này được thể hiện trong sơ đồ cân bằng pha (Hình 13).

Ở nhiệt độ âm 56,6 ° C và áp suất 0,52 Mn/m 2 (5,28 kg/cm 2), tương ứng với điểm ba, carbon dioxide có thể đồng thời ở trạng thái khí, lỏng và rắn. Ở nhiệt độ và áp suất cao hơn, carbon dioxide ở trạng thái lỏng và khí; ở nhiệt độ và áp suất dưới các giá trị này, khí, trực tiếp bỏ qua pha lỏng, chuyển sang trạng thái khí (thăng hoa). Ở nhiệt độ trên nhiệt độ tới hạn 31,5°C, không có áp suất nào có thể giữ được carbon dioxide ở dạng lỏng.

Ở trạng thái khí, carbon dioxide không màu, không mùi và có vị chua nhẹ. Ở nhiệt độ 0° C và áp suất khí quyển, mật độ của carbon dioxide là 1,9769 kg/f 3 ; nó nặng hơn không khí 1,529 lần. Ở 0°C và áp suất khí quyển, 1 kg khí chiếm thể tích 506 lít. Mối quan hệ giữa thể tích, nhiệt độ và áp suất của carbon dioxide được thể hiện bằng phương trình:

trong đó V là thể tích của 1 kg khí tính bằng m 3 /kg; T - nhiệt độ khí tính bằng ° K; P - áp suất khí tính bằng N/m 2; R - hằng số khí; A là giá trị bổ sung có tính đến độ lệch so với phương trình trạng thái của khí lý tưởng;

CO2 hóa lỏng- chất lỏng không màu, trong suốt, dễ di chuyển, bề ngoài giống rượu hoặc ete. Mật độ của chất lỏng ở 0°C là 0,947. Ở nhiệt độ 20°C, khí hóa lỏng được bảo quản dưới áp suất 6,37 Mn/m2 (65 kg/cm2) trong các bình thép. Khi chất lỏng chảy tự do ra khỏi xi lanh, nó sẽ bay hơi và hấp thụ một lượng nhiệt lớn. Khi nhiệt độ giảm xuống âm 78,5°C, một phần chất lỏng đóng băng, biến thành cái gọi là đá khô. Đá khô có độ cứng gần bằng phấn và có màu trắng mờ. Đá khô bay hơi chậm hơn chất lỏng và ngay lập tức chuyển sang trạng thái khí.

Ở nhiệt độ âm 78,9°C và áp suất 1 kg/cm 2 (9,8 MN/m 2), nhiệt thăng hoa của đá khô là 136,89 kcal/kg (573,57 kJ/kg).

Bạn đã biết rằng khi thở ra, carbon dioxide sẽ thoát ra khỏi phổi. Nhưng bạn biết gì về chất này? Có lẽ là một chút. Hôm nay tôi sẽ trả lời tất cả các câu hỏi của bạn liên quan đến carbon dioxide.

Sự định nghĩa

Chất này ở điều kiện bình thường là chất khí không màu. Trong nhiều nguồn, nó có thể được gọi khác nhau: carbon monoxide (IV), carbon anhydride, carbon dioxide và carbon dioxide.

Của cải

Carbon dioxide (công thức CO 2) là một loại khí không màu, có mùi và vị axit, hòa tan trong nước. Nếu được làm lạnh đúng cách, nó tạo thành một khối giống như tuyết gọi là đá khô (ảnh bên dưới), thăng hoa ở nhiệt độ -78 o C.

Nó là một trong những sản phẩm của quá trình phân hủy hoặc đốt cháy bất kỳ chất hữu cơ nào. Nó chỉ hòa tan trong nước ở nhiệt độ 15 o C và chỉ khi tỷ lệ nước:cacbon dioxit là 1:1. Mật độ của carbon dioxide có thể khác nhau, nhưng trong điều kiện tiêu chuẩn, nó bằng 1,976 kg/m3. Điều này xảy ra nếu nó ở dạng khí và ở các trạng thái khác (lỏng/khí), các giá trị mật độ cũng sẽ khác nhau. Chất này là oxit axit, khi thêm vào nước sẽ tạo ra axit cacbonic. Nếu bạn kết hợp carbon dioxide với bất kỳ chất kiềm nào, phản ứng tiếp theo sẽ dẫn đến sự hình thành cacbonat và bicarbonate. Oxit này không thể hỗ trợ quá trình đốt cháy, ngoại trừ một số trường hợp ngoại lệ. Đây là những kim loại phản ứng và trong loại phản ứng này, chúng lấy oxy ra khỏi kim loại.

Biên lai

Carbon dioxide và một số loại khí khác được giải phóng với số lượng lớn khi rượu được sản xuất hoặc cacbonat tự nhiên bị phân hủy. Khí thu được sau đó được rửa bằng kali cacbonat hòa tan. Tiếp theo là sự hấp thụ carbon dioxide của chúng, sản phẩm của phản ứng này là bicarbonate, khi đun nóng dung dịch thu được oxit mong muốn.

Nhưng hiện nay nó đã được thay thế thành công bằng ethanolamine hòa tan trong nước, chất này hấp thụ carbon monoxide có trong khí thải và giải phóng nó khi đun nóng. Khí này cũng là sản phẩm phụ của những phản ứng tạo ra nitơ, oxy và argon tinh khiết. Trong phòng thí nghiệm, một số carbon dioxide được tạo ra khi cacbonat và bicarbonate phản ứng với axit. Nó cũng được hình thành khi baking soda và nước chanh hoặc cùng một loại natri bicarbonate và giấm phản ứng (ảnh).

Ứng dụng

Ngành công nghiệp thực phẩm không thể thiếu việc sử dụng carbon dioxide, nơi nó được biết đến như một chất bảo quản và tạo men, mã E290. Bất kỳ bình chữa cháy nào cũng chứa nó ở dạng lỏng.

Ngoài ra, oxit cacbon hóa trị bốn, được giải phóng trong quá trình lên men, đóng vai trò là thức ăn tốt cho cây thủy sinh. Nó cũng được tìm thấy trong loại soda nổi tiếng mà nhiều người thường mua ở cửa hàng tạp hóa. Quá trình hàn dây xảy ra trong môi trường carbon dioxide, nhưng nếu nhiệt độ của quá trình này rất cao thì nó sẽ kéo theo sự phân ly của carbon dioxide, giải phóng oxy, làm oxy hóa kim loại. Khi đó việc hàn không thể được thực hiện nếu không có chất khử oxy (mangan hoặc silicon). Carbon dioxide được dùng để bơm bánh xe đạp, nó cũng có mặt trong lon súng hơi (loại này gọi là bình gas). Ngoài ra, oxit này ở trạng thái rắn, được gọi là đá khô, cần thiết làm chất làm lạnh trong thương mại, nghiên cứu khoa học và khi sửa chữa một số thiết bị.

Phần kết luận

Đây là lợi ích của carbon dioxide đối với con người. Và không chỉ trong công nghiệp, nó còn đóng một vai trò sinh học quan trọng: không có nó, quá trình trao đổi khí, điều hòa trương lực mạch máu, quang hợp và nhiều quá trình tự nhiên khác không thể xảy ra. Nhưng sự dư thừa hoặc thiếu hụt nó trong không khí một thời gian có thể ảnh hưởng tiêu cực đến tình trạng thể chất của tất cả các sinh vật sống.

SỰ ĐỊNH NGHĨA

Khí cacbonic(carbon dioxide, carbonic anhydrit, carbon dioxide) – carbon monoxide (IV).

Công thức – CO2. Khối lượng mol – 44 g/mol.

Tính chất hóa học của carbon dioxide

Carbon dioxide thuộc nhóm oxit axit, tức là. Khi tác dụng với nước sẽ tạo thành axit gọi là axit cacbonic. Axit cacbonic không ổn định về mặt hóa học và tại thời điểm hình thành, nó ngay lập tức bị phân hủy thành các thành phần của nó, tức là. Phản ứng giữa carbon dioxide và nước là thuận nghịch:

CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 ×H 2 O(dung dịch) ↔ H 2 CO 3 .

Khi đun nóng, carbon dioxide phân hủy thành carbon monoxide và oxy:

2CO2 = 2CO + O2.

Giống như tất cả các oxit axit, carbon dioxide được đặc trưng bởi các phản ứng tương tác với các oxit cơ bản (chỉ được hình thành bởi các kim loại hoạt động) và bazơ:

CaO + CO 2 = CaCO 3;

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

CO 2 + NaOH (pha loãng) = NaHCO 3;

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

Carbon dioxide không hỗ trợ quá trình đốt cháy; chỉ có kim loại hoạt động cháy trong đó:

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

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

Carbon dioxide phản ứng với các chất đơn giản như hydro và carbon:

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

CO2 + C = 2CO(t).

Khi carbon dioxide phản ứng với peroxit của kim loại hoạt động, cacbonat được hình thành và oxy được giải phóng:

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

Phản ứng định tính với carbon dioxide là phản ứng tương tác của nó với nước vôi (sữa), tức là. với canxi hydroxit, trong đó tạo thành kết tủa trắng - canxi cacbonat:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Tính chất vật lý của carbon dioxide

Carbon dioxide là một chất khí không có màu hoặc mùi. Nặng hơn không khí. Ổn định nhiệt. Khi được nén và làm nguội, nó dễ dàng chuyển sang trạng thái lỏng và rắn. Carbon dioxide ở trạng thái tổng hợp rắn được gọi là “đá khô” và dễ dàng thăng hoa ở nhiệt độ phòng. Carbon dioxide hòa tan kém trong nước và phản ứng một phần với nó. Mật độ – 1,977 g/l.

Sản xuất và sử dụng carbon dioxide

Có các phương pháp công nghiệp và phòng thí nghiệm để sản xuất carbon dioxide. Vì vậy, trong công nghiệp nó thu được bằng cách đốt đá vôi (1), và trong phòng thí nghiệm bằng tác dụng của axit mạnh với muối axit cacbonic (2):

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

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

Carbon dioxide được sử dụng trong thực phẩm (nước chanh có ga), hóa học (kiểm soát nhiệt độ trong sản xuất sợi tổng hợp), luyện kim (bảo vệ môi trường, như kết tủa khí nâu) và các ngành công nghiệp khác.

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Bài tập

Thể tích khí cacbonic sẽ thoát ra khi cho 200 g dung dịch axit nitric 10% tác dụng với 90 g canxi cacbonat chứa 8% tạp chất không tan trong axit là bao nhiêu?

Giải pháp

Khối lượng mol của axit nitric và canxi cacbonat, được tính toán bằng bảng nguyên tố hóa học của D.I. Mendeleev - lần lượt là 63 và 100 g/mol.

Hãy viết phương trình hòa tan đá vôi trong axit nitric:

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

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

Khi đó khối lượng canxi cacbonat nguyên chất là:

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

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

Khối lượng chất canxi cacbonat bằng:

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

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

Khối lượng axit nitric trong dung dịch sẽ bằng:

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

m(HNO 3) = 200 × 10 / 100% = 20 g.

Khối lượng axit nitric canxi bằng:

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

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

Bằng cách so sánh lượng chất đã phản ứng, chúng tôi xác định rằng axit nitric đang bị thiếu hụt, do đó, các tính toán tiếp theo được thực hiện bằng cách sử dụng axit nitric. Theo phương trình phản ứng n(HNO 3): n(CO 2) = 2:1, do đó n(CO 2) = 1/2×n(HNO 3) = 0,16 mol. Khi đó thể tích khí cacbonic sẽ bằng:

V(CO 2) = n(CO 2)×V m;

V(CO 2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.

Trả lời

Thể tích của khí cacbonic là 3,58 g.