Вуглекислий газ та його властивості. Вуглекислий газ (вуглекислота). Одержання CO2 при повному спалюванні вуглеводневого палива

Оксид вуглецю(IV) (вуглекислий газ, диоксид вуглецю, двоокис вуглецю, вугільний ангідрид) - CO 2 , безбарвний газ (в нормальних умовах), без запаху, зі злегка кислуватим смаком.

Концентрація вуглекислого газу атмосфері Землі становить середньому 0,0395 %.

Вуглекислий газв організмах тварин має і фізіологічне значення, наприклад, бере участь у регуляції судинного тонусу (див. Артеріоли).

Отримання

У промислових кількостях вуглекислота виділяється з димових газівабо як побічний продукт хімічних процесів, наприклад, при розкладанні природних карбонатів (вапняк, доломіт) або при виробництві алкоголю. Суміш отриманих газів промивають розчином карбонату калію, які поглинають вуглекислий газ, переходячи в гідрокарбонат. Розчин гідрокарбонату при нагріванні або зниженому тиску розкладається, вивільняючи вуглекислоту. У сучасних установкахотримання вуглекислого газу замість гідрокарбонату, частіше застосовується водний розчин моноетаноламіну , який за певних умов здатний абсорбувати СО₂, що міститься в димовому газіа при нагріванні віддавати його, таким чином, відокремлюється готовий продукт від інших речовин.

Також вуглекислий газ отримують на установках поділу повітря як побічний продукт отримання чистого кисню, азоту та аргону .

У лабораторних умовневеликі кількості отримують взаємодією карбонатів та гідрокарбонатів з кислотами, наприклад мармуру, крейди або соди з соляною кислотою. Використання реакції сірчаної кислоти з крейдою або мармуром призводить до утворення малорозчинного сульфату кальцію, який заважає реакції, який видаляється значним надлишком кислоти.

Для приготування напоїв може бути використана реакція харчової содиіз лимонною кислотою або з кислим лимонним соком. Саме у такому вигляді з'явилися перші газовані напої. Їх виготовленням та продажем займалися аптекарі.

Застосування

У харчової промисловостівуглекислота використовується як консервант і розпушувач, що позначається на упаковці кодом Е290.

Рідка вуглекислота широко застосовується в системах пожежогасіння, вогнегасниках та для виробництва газованої води та лимонаду.

Вуглекислий газ використовується як захисне середовище при зварюванні дротом, але при високих температурах відбувається його дисоціація з виділенням кисню. Кисень, що виділяється, окислює метал. У зв'язку з цим припадає на зварювальний дрітвводити розкислювачі, такі як марганець та кремній. Іншим наслідком впливу кисню, також пов'язаного з окисленням, є різке зниження поверхневого натягущо призводить, серед іншого, до більш інтенсивного розбризкування металу, ніж при зварюванні в аргоні або гелії.

Коли вуглекислота застосовується в газовій фазі, для зберігання вона використовується під тиском, як зріджений газу вигляді рідкої фази. Зберігання вуглекислоти в балоні у зрідженому стані набагато вигідніше, ніж у вигляді газу. Вуглекислота має порівняно низьку критичну температуру 31°С. Коли в 40-літровий балон із нормальним тиском 100 кгс/см² залито 30 кг зрідженого вуглекислого газу, то при температурі 31°С у балоні буде лише рідка фаза з тиском 100 кгс/см². Якщо температура буде вищою, слід зменшити заповнення балона або використовувати балони з більш високим робочим тиском. Якщо вуглекислота охолоджуватиметься, то при температурі 21°С при нормальному заповненні в балоні з'явиться газова фаза.

Тверда вуглекислота - «сухий лід» - використовується як холодоагент в лабораторних дослідженнях, роздрібній торгівліі т.д.

Методи реєстрації

Вимірювання парціального тиску вуглекислого газу потрібно в технологічних процесах, в медичних застосуваннях- аналіз дихальних сумішей при штучної вентиляціїлегень і в замкнутих системахжиттєзабезпечення. Аналіз концентрації CO 2 в атмосфері використовується для екологічних та наукових досліджень, вивчення парникового ефекту . Вуглекислий газ реєструють за допомогою газоаналізаторів, заснованих на принципі інфрачервоної спектроскопії та інших газовимірювальних систем. Медичний газоаналізатор для реєстрації вмісту вуглекислоти в повітрі, що видихається, називається капнограф.

Вуглекислий газ у природі

Щорічні коливання концентрації атмосферної вуглекислоти планети визначаються, переважно, рослинністю середніх (40-70°) широт Північної півкулі.

Велика кількість вуглекислоти розчинена в океані.

Вуглекислий газ становить значну частину атмосфер деяких планет Сонячна система: Венери, Марса.

Токсичність

Вуглекислий газ є важким, порівняно з повітрям, газом без кольору та запаху. Вплив його підвищених концентрацій на живі організми відносить його до задушливих газів (англ.)російська. . Незначні підвищення концентрації до 2-4% у непровітрюваних приміщеннях призводять до розвитку сонливості та слабкості. Небезпечними концентраціями вважаються рівні 7-10%, при яких розвивається ядуха, що виявляє себе в головному болю, запамороченні, розладі слуху і в свідомості протягом періоду часу від декількох хвилин до однієї години. Отруєння цим газом не призводить до тривалих наслідків і після його завершення відбувається повне відновлення організму.

Див. також

Примітки

Література

  • Вукалович М.П., ​​Алтунін В.В., Тепло Фізичні властивостідвоокису вуглецю, Атоміздат, Москва, 1965. 456 с.
  • Тезіков А.Д., Виробництво та застосування сухого льоду, Держторгвидав, Москва, 1960. 86 с.
  • Гродник М.Г., Величанський А.Я., Проектування та експлуатація вуглеслотних установок, "Харчова промисловість", Москва, 1966. 275 с.
  • Талянкер Ю.Є., Особливості зберігання балонів зі зрідженим газом, Журнал "Зварювальне виробництво", №11, 1972, Москва.

Посилання

  • International Chemical Safety Card 0021 (англ.)
  • CID 280 із сайту PubChem (англ.)
  • CO 2 Діоксид вуглецю, властивості, застосування (англ.)
  • Фазова діаграма (тиск-температура) для діоксиду вуглецю
  • Molview from bluerhinos.co.uk Діоксид вуглецю в 3D
  • Dry Ice information (англ.)

Всі ми ще зі шкільної лави знаємо, що вуглекислий газ викидається в атмосферу як продукт життєдіяльності людини та тварини, тобто він є тим, що ми видихаємо. У досить невеликих кількостях він засвоюється рослинами і перетворюється на кисень. Однією з причин глобального потепління є той же вуглекислий газ або іншими словами двоокис вуглецю.

Але не все так погано як здається на перший погляд, адже людство навчилося використовувати його у великій зоні своєї діяльності в благих цілях. Так, наприклад, вуглекислий газ використовується в газованих водах, або в харчовій промисловості його можна зустріти на етикетці під кодом Е290 як консервант. Досить часто діоксид вуглецю виконує роль розпушувача в борошняних виробах, куди він потрапляє під час приготування тіста. Найчастіше вуглекислий газ зберігають у рідкому стані у спеціальних балонах, які використовуються неодноразово та піддаються заправці. Детально про це можна дізнатися на сайті https://wice24.ru/product/uglekislota-co2. Його можна зустріти, як у газоподібному стані, так і у вигляді сухого льоду, але зберігання у зрідженому стані набагато вигідніше.

Біохіміки довели, що добриво повітря вуглецевим газом – дуже гарний засібдля отримання великих урожаїввід різних культур. Ця теорія вже давно знайшла своє практичне застосування. Так у Голландії квітникарі ефективно використовують вуглекислий газ для добрива різних кольорів(Гербери, тюльпани, троянди) в тепличних умовах. І якщо раніше необхідний клімат створювався методом спалювання природного газу(така технологія була визнана не ефективною та шкідливою для довкілля), то сьогодні вуглецевий газ потрапляє до рослин по спеціальних трубочках з отворами і використовується в необхідної кількостів основному зимовий час.

Широке розповсюдженнядіоксид вуглецю знайшов і в пожежній сфері як заправку вогнегасника. Вуглекислий газ у балончиках знайшов своє застосування в пневматичній зброї, а в авіамоделюванні він є джерелом енергії для двигунів.

У твердому стані CO2 має як згадувалося назва сухого льоду, й у харчової промисловості використовується зберігання продуктів. Варто зазначити, що порівняно з звичайним льодом, сухий лід має низку переваг, серед яких висока холодопродуктивність (у 2 рази вища за звичайну), і при його випаровуванні не залишається побічних продуктів.

І це далеко не всі області, де ефективно і доцільно використовується вуглекислий газ.

Ключові слова: Де застосовується вуглекислий газ, Використання вуглекислого газу, промисловість, в побуті, заправка балонів, зберігання вуглекислого газу, Е290

Вуглекислий газ

Оксид вуглецю(IV) (вуглекислий газ, діоксид вуглецю, двоокис вуглецю, вугільний ангідрид, вуглекислота ) — CO 2, безбарвний газ, без запаху, з трохи кислуватим смаком.
Концентрація вуглекислого газу атмосфері Землі становить середньому 0,038 %.
Він непридатний підтримки життя. Однак саме їм «живляться» рослини, перетворюючи їх на органічні речовини. До того ж, він є своєрідним «ковдрою» Землі. Якщо цей газ раптом зникне з атмосфери, на Землі стане прохолодніше, а дощі практично зникнуть.

«Ковдра Землі»

Вуглекислий газ (двоокис вуглецю, діоксид вуглецю, CO 2 ) формується при з'єднанні двох елементів: вуглецю та кисню. Він утворюється в процесі спалювання вугілля або вуглеводневих сполук, при ферментації рідин, а також як продукт дихання людей та тварин. У невеликих кількостях він міститься й у атмосфері, звідки він асимілюється рослинами, які, своєю чергою, виробляють кисень.
Вуглекислий газ безбарвний і важчий за повітря. Замерзає при температурі -78.5 ° C з утворенням снігу, що складається з двоокису вуглецю. У вигляді водного розчинувін утворює вугільну кислоту, проте вона не має достатньої стабільності для того, щоб її можна було легко ізолювати.
Вуглекислий газ - це «ковдра» Землі. Він легко пропускає ультрафіолетові промені, які обігрівають нашу планету, і відображає інфрачервоні, що випромінюються з її поверхні в космічний простір. І якщо раптом вуглекислий газ зникне з атмосфери, то це насамперед позначиться на кліматі. На Землі стане набагато прохолодніше, дощі будуть дуже рідко. До чого це врешті-решт призведе, здогадатися неважко.
Щоправда, така катастрофа нам поки що не загрожує. Швидше навіть навпаки. Спалювання органічних речовин: нафти, вугілля, природного газу, деревини - поступово збільшує вміст вуглекислого газу в атмосфері. Отже, згодом слід очікувати значного потепління та зволоження земного клімату. До речі, старожили вважають, що вже зараз помітно тепліше, ніж було за часів їхньої молодості.
Двоокис вуглецю випускається рідка низькотемпературна, рідка високого тиску та газоподібна. Її одержують із відкидних газів виробництв аміаку, спиртів, а також на базі спеціального спалювання палива та інших виробництв. Газоподібний двоокис вуглецю- газ без кольору та запаху при температурі 20°С та тиску 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), щільність - 1,839 кг/м 3 . Рідкий двоокис вуглецю- Просто безбарвна рідина без запаху.
Вуглекислий газнетоксичний і невибухонебезпечний. При концентраціях більше 5% (92 г/м 3 ) двоокис вуглецю надає шкідливий вплив на здоров'я людини — вона важча за повітря і може накопичуватися в приміщеннях, що слабо провітрюються, у підлоги. При цьому знижується об'ємна частка кисню в повітрі, що може спричинити явище кисневої недостатності та ядухи.

Одержання двоокису вуглецю

У промисловості вуглекислий газ отримують з пічних газівз продуктів розкладання природних карбонатів (вапняк, доломіт). Суміш газів промивають розчином карбонату калію, який поглинає вуглекислий газ, переходячи до гідрокарбонату. Розчин гідрокарбонату під час нагрівання розкладається, вивільняючи вуглекислоту. При промислове виробництвогаз закачується у балони.
У лабораторних умовах невеликі кількості отримують взаємодією карбонатів і гідрокарбонатів з кислотами, наприклад мармуру соляною кислотою.

Застосування

У харчовій промисловостідіоксид вуглецю використовується як консервант і позначається на упаковці під кодом Е290
Рідка вуглекислота(рідка харчова вуглекислота) - зріджений вуглекислий газ, що зберігається під високим тиском(~ 65-70 Атм). Безбарвна рідина. При випуску рідкої вуглекислоти з балона в атмосферу частина випаровується, а інша частина утворює пластівці сухого льоду.
Балони з рідкою вуглекислотоюшироко застосовуються як вогнегасники і для виробництва газованої води та лимонаду.
Вуглекислий газвикористовується як захисне середовище при зварюванні дротом, але при високих температурах відбувається його дисоціація з виділенням кисню. Кисень, що виділяється, окислює метал. У зв'язку з цим доводиться у зварювальний дріт вводити розкислювачі, такі як марганець та кремній. Іншим наслідком впливу кисню, також пов'язаного з окисленням, є різке зниження поверхневого натягу, що призводить, серед іншого, до інтенсивнішого розбризкування металу, ніж при зварюванні в аргоні або гелії.
Вуглекислота в балончикахзастосовується в пневматичній зброї та як джерело енергії для двигунів в авіамоделюванні.
Тверда вуглекислота - сухий лід- Використовується в льодовиках. Рідка вуглекислота використовується як холодоагент і робоче тіло в теплоенергетичних установках (у холодильниках, морозильниках, сонячних електрогенераторах і т.д.).

«Сухий лід» та інші корисні властивості діоксиду вуглецю

У повсякденній практиці вуглекислий газ використовується досить широко. Наприклад, газована вода з добавками ароматних есенцій – чудовий освіжаючий напій. У харчовій промисловості діоксид вуглецю використовується як консервант — він позначається на упаковці під кодом Е290 , а також як розпушувач тесту.
Вуглекислотними вогнегасниками користуються під час пожеж. Біохіміки виявили, що добриво... повітря вуглекислим газом дуже ефективний засібдля збільшення врожайності різних культур. Мабуть, таке добриво має єдину, але істотну ваду: застосовувати його можна тільки в оранжереях. На заводах, що виробляють діоксид вуглецю, скраплений газ розфасовують у сталеві балони та відправляють споживачам. Якщо відкрити вентиль, то з отвору із шипінням виривається... сніг. Що за диво?
Все просто пояснюється. Робота, витрачена на стиск газу, виявляється значно меншою за ту, яка потрібна на його розширення. І щоб якось компенсувати дефіцит, що виникає, вуглекислий газ різко охолоджується, перетворюючись на «сухий лід». Він широко використовується для збереження харчових продуктіві перед звичайним льодом має значні переваги: ​​по-перше, «холодопродуктивність» його вдвічі вища на одиницю ваги; по-друге, він випаровується без залишку.
Вуглекислий газ використовується як активне середовище при зварюванні дротом, так як при температурі дуги вуглекислота розкладається на чадний газСО та кисень, який, у свою чергу, і входить у взаємодію з рідким металом, окислюючи його.
Вуглекислота в балончиках застосовується в пневматичній зброї та як джерело енергії для двигунів в авіамоделюванні.

Показники якості двоокису вуглецю ГОСТ 8050-85

найменування показника

У ній дорівнює +4), називається діоксид вуглецю (інші назви: вуглекислий газ, ангідрид вугільної кислоти, двоокис вуглецю). Цю речовину прийнято записувати молекулярною формулою CO2. Молярна маса його дорівнює 44,01 г/моль. за зовнішньому виглядуза нормальних умов вугільний ангідрид є безбарвним газом. При низьких концентраціях він не має запаху, при більш високих концентраціях набуває гострого, кислого запаху.

Для цього хімічної речовиниможливі три агрегатні стани, які характеризуються різними значеннямищільності:

  • тверде (сухий лід); при тиску 1 атм. та температурі -78,5 °С - 1562 кг/м³;
  • рідке (вуглекислота); при тиску 56 атм. та температурі +20 °С — 770 кг/м³;
  • газоподібне; при тиску 1 атм. та температурі 0 °С — 1,977 кг/м³.

Температура плавлення двоокису вуглецю дорівнює -78 °С, температура кипіння-57 °С. Речовина розчиняється у воді: при 25 °С та тиску 100 кПа його розчинність дорівнює 1,45 г/л.

Діоксид вуглецю є природною хімічною сполукою, в молекулі якої атоми кисню з атомом вуглецю пов'язані. ковалентним зв'язком. Молекула вуглекислого газу є лінійною та центросиметричною. Обидва зв'язки між вуглецем та двома кисневими атомами еквівалентні (по суті є подвійними). Молекула симетрична щодо свого центру, тому вона не має електричного дипольного моменту.

Діоксид вуглецю був одним із перших газоподібних хімічних сполук, які перестали ототожнювати з повітрям. У сімнадцятому столітті фламандський хімік Ян Баптіста ван Гельмонт зауважив, що коли він спалюється вугілля в закритій посудині, маса отриманої золи набагато менша, ніж у звичайної Властивостідвоокису вуглецю були вивчені ретельніше в 1750 році шотландським лікарем Джозефом Блеком.

Діоксид вуглецю при стандартному тиску та температурі знаходиться в атмосфері Землі в кількості приблизно 0,04% об'ємних. В рамках вуглецевого циклу, відомого як фотосинтез, двоокис вуглецю поглинається рослинами, водоростями, ціанобактеріями. В результаті утворюється вода та вуглеводи, але відбувається цей процес тільки під дією світла. Вуглекислий газ також утворюється при спалюванні вугілля або вуглеводнів, при ферментації рідин та при видиханні повітря людьми та тваринами. Крім того, викидається із вулканів, гарячих джерел, гейзерів.

У діоксид вуглецю грає важливу роль(поглинає та випромінює випромінювання в тепловому інфрачервоному діапазоні). Також ця хімічна сполука є одним із основних джерел зниження рН океану: розчиняючись у воді, вона утворює слабку вугільну кислоту: CO2 + H2O ↔ H2CO3, нездатну повністю дисоціювати на іони.

Вуглекислий газ не підтримує горіння та дихання. Запалена скіпка в його атмосфері гасне. Тварини та людина при великій концентрації CO2 задихаються. При 3% концентрації в повітрі частішає дихання, при 10% настає втрата свідомості і швидка смерть, а 20% зміст викликає миттєвий параліч.

Діоксид вуглецю є ангідридом вугільної кислоти, тому йому характерні властивості кислотного оксиду. У лабораторних умовах його отримують при взаємодії крейди з соляною кислотою CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O. У промисловості його виробляють термічним розкладанням вапняку або крейди (рідше за магнезит або доломіт): CaCO3 → CaO + CO2. Одержання вуглекислоти є побічним процесом низькотемпературного поділу повітря на азот та кисень. В наш час випускаються спеціальні генератори для одержання вуглекислого газу з повітря. Застосовуються такі генератори для подачі CO2 у теплиці з метою створення сприятливого середовища для рослин.

Діоксид вуглецю має широке застосуванняу хімічних виробництвах. Його використовують для отримання соди, синтезу органічних кислот, виготовлення безалкогольних напоїв. використовується як холодильний агент, наприклад, у виноробстві. Вуглекислотна атмосфера створюється для запобігання гниття харчових продуктів того ж винограду після його збирання і до початку виробництва вина.

Виробництво вуглекислоти або зрідженого вуглекислого газу здійснюється для заповнення ним, які використовуються для гасіння загорянь. Однак їм не можна гасити людину, так значна частина струменя рідкого CO2 випаровується, при цьому температура різко знижується (що може викликати обмороження) і CO2 перетворюється на сухий лід. Вуглекислотою зазвичай гасять і електропроводку. Механізм полягає у припиненні надходження доступу кисню повітря до осередку займання.

(IV), діоксид вуглецю або двоокис вуглецю. Також його ще називають вугільним ангідридом. Він є абсолютно безбарвним газом, який не має запаху, із кислуватим смаком. Вуглекислий газ важчий за повітря і погано розчиняється у воді. За температури нижче - 78 градусів Цельсія кристалізується і стає схожим на сніг.

З газоподібного стану ця речовина переходить у твердий, оскільки не може існувати в рідкому стані в умовах атмосферного тиску. Щільність вуглекислого газу в нормальних умовах становить 1,97 кг/м3 – в 1,5 рази вище Діоксид вуглецю у твердому вигляді називається «сухий лід». У рідкий стан, в якому його можна зберігати довгий час, він переходить у разі підвищення тиску. Розглянемо докладніше цю речовину та її хімічна будова.

Вуглекислий газ, формула якого CO2, складається з вуглецю та кисню, а виходить він у результаті спалювання або гниття органічних речовин. Оксид вуглецю міститься у повітрі та підземних мінеральних джерелах. Люди та тварини також виділяють вуглекислий газ при видиханні повітря. Рослини без освітлення виділяють її, а під час фотосинтезу інтенсивно поглинають. Завдяки процесу метаболізму клітин всіх живих істот оксид вуглецю є одним із головних складових навколишньої природи.

Цей газ не токсичний, але якщо він накопичується у великій концентрації, може початися ядуха (гіперкапнія), а при його нестачі розвивається протилежний стан - гіпокапнія. Діоксид вуглецю пропускає та відображає інфрачервоні. Він є безпосередньо впливає на глобальне потепління. Це відбувається через те, що рівень його вмісту в атмосфері постійно зростає, що призводить до парникового ефекту.

Діоксид вуглецю отримують промисловим шляхом з димних або пічних газів, або шляхом розкладання карбонатів доломіту і вапняку. Суміш цих газів ретельно промивається. спеціальним розчином, що складається з карбонату калію. Далі вона переходить у гідрокарбонат і при нагріванні розкладається, у результаті вивільняється вуглекислота. Вуглекислота (H2CO3) утворюється з вуглекислого газу, розчиненого у воді, але в сучасних умовах одержують її та іншими, більш прогресивними методами. Після того, як вуглекислий газ очищений, його стискають, охолоджують і закачують у балони.

У промисловості ця речовина широко та повсюдно застосовується. Харчовики використовують його як розпушувач (наприклад, для приготування тіста) або як консервант (Е290). За допомогою вуглекислого газу виробляють різні тонізуючі напої та газування, які так улюблені не лише дітьми, а й дорослими. Діоксид вуглецю використовують для виготовлення харчової соди, пива, цукру, шипучих вин.

Вуглекислий газ застосовується і під час виробництва ефективних вогнегасників. За допомогою вуглекислого газу створюється активне середовище, необхідне при високій температурізварювальної дуги вуглекислий газ розпадається на кисень і чадний газ. Кисень взаємодіє з рідким металом та окислює його. Вуглекислота в балончиках застосовується в пневматичних рушницях та пістолетах.

Авіамоделісти використовують цю речовину як паливо для своїх моделей. За допомогою вуглекислого газу можна значно підвищити врожайність культур, які вирощуються в оранжереї. Також у промисловості широко використовується в якому продукти харчування зберігаються значно краще. Його застосовують як холодоагент в холодильниках, морозильні камери, електричні генератори та інші теплоенергетичні установки.



Схожі статті
Обговорюють:
Контакти Про проект та редакцію Реклама на сайті Карта сайту

2024 parki48.ru. Будуємо каркасний будинок. Ландшафтний дизайн. Будівництво. Фундамент.