Химия углекислый газ формула: Химические и физические свойства углекислого газа. Качественная реакция на углекислый газ Качественные реакции в химии кислород углекислый газ

Содержание

Разработка урока «Углекислый газ» для учащихся 7-го класса в элективном курсе «Введение в химию»

Цель урока:

  1. Систематизировать знания о физических свойствах углекислого газа.
  2. Повторить понятия «простое» и «сложное» вещества, «оксиды».
  3. Познакомиться со способами получения углекислого газа.
  4. Получить углекислый газ и доказать наличие углекислого газа в сосуде.

Приложение 1 (слайд 2).

Молекулярная формула углекислого газа СО2 .

Проанализируйте молекулярную формулу этого вещества и ответьте на вопросы:

  1. Какой качественный и количественный состав углекислого газа?
  2. Углекислый газ — это простое или сложное вещество?
  3. К каким веществам его можно отнести? (проанализируйте качественный и количественный состав молекулы углекислого газа)

Физические свойства углекислого газа СО2 (слайд 3).

Какие свойства относятся к физическим свойствам?

Углекислый газ –

  • это……….,
  • цвет………,
  • вкус……….. и
  • запах…………,
  • (растворим или нет) …………в воде.

Раствор углекислого газа в воде называют угольной кислотой. Именно ее вы пьете под названием «газированная вода», именно углекислый газ используют для газирования воды.

(Слайд 4)

Углекислый газ можно сделать жидким. Как?

Твердый углекислый газ называют «сухой лед» — это твердое вещество, напоминающее снег. При обычной температуре он переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. Это явление называется «возгонка».

Важное химическое свойство углекислого газа (вспомните природоведение) — он

(поддерживает / не поддерживает) …………… горение.

Получение углекислого газа (Слайд 5).

Углекислый газ можно получить различными способами: (слайд 6)

1. Рассмотрите возможные способы получения углекислого газа.

2. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, укажите простые и сложные вещества.

Способы получения углекислого газа

Уравнение реакции

Простые вещества

Сложные вещества

горение угля (углерода)

С + О2 СО2

 

 

горение природного газа метана

 Ch5 + O2 СО2 + Н2О

 

 

разложение известняка (мела, мрамора) при нагревании

 CaCO3 СО2 + CaO

 

 

взаимодействие известняка с кислотами

CaCO3 + HCl СО2+ CaCl2 + H2O

 

 

взаимодействие соды с кислотой

NaHCO3 + HCl NaCl + CO2+ H2O

 

 

разложением малахита при нагревании

Cu2CO3(OH)2CuO + …….+ …….

 

 

3. Запишите последнее уравнение реакции, если известно, что при разложении малахита получаются три оксида. Какие это оксиды? Расставьте коэффициенты.

(Слайд 7)

А как можно определить, что выделяющийся газ – углекислый газ, если у него нет ни запаха, ни цвета, ни вкуса?

Какое важное свойство углекислого газа (о котором говорилось ранее) вам известно? (отношение к горению)

Если тлеющую лучинку опустить в сосуд с углекислым газом, то лучинка ……………… .

Какая лучинка называется тлеющей?

(Слайды 8, 9)

Лабораторный опыт «Получение углекислого газа и обнаружение его в сосуде»

1. Инструктаж по технике безопасности. Повторить приемы обращения со спиртовкой, правила обращения с лабораторным оборудованием (лабораторной посудой).

2. Лабораторный опыт.

Получить углекислый газ можно взаимодействием мела, мрамора, питьевой соды с кислотами.

Обнаружить присутствие углекислого газа в сосуде можно с помощью:

А) Тлеющей лучинки. Если при опускании в сосуд тлеющая лучинка ……………., следовательно, в сосуде присутствует углекислый газ.

Б) Известковой воды. Из курса природоведения вспомните, что происходит с известковой водой, если через нее пропустить углекислый газ?

План выполнения работы: (слайд 10)

  1. Насыпьте в химический стакан мел, мрамор или питьевую соду.
  2. Зажгите спиртовку
  3. Приготовите тлеющую лучинку
  4. Добавьте в химический стакан раствор кислоты.
  5. Опустите в стакан над раствором тлеющую лучинку.

По разрешению учителя начните выполнять работу. Отчет о ней оформите в вашей тетради в виде таблицы. Сделайте пояснительные надписи к рисунку (слайд 11).

Что делаю (краткое описание хода выполнения опыта)

Рисунок прибора с обозначением, уравнение реакции.

Что наблюдаю

1. Получение углекислого газа

 

 

2.Обнаружение углекислого газа

 

 

(Слайд 12)

Вывод:

1) Углекислый газ в лаборатории можно получить

2) Определить наличие углекислого газа в сосуде можно ……………………….. или ………………………………… .

Найдите уравнение реакции по которому вы получили углекислый газ и запишите его:

объем, масса и сгорание углекислого газа

Углекислый газ, или диоксид углерода, или CO2 — одно из самых распространенных на Земле газообразных веществ. Он окружает нас в течение всей нашей жизни. Углекислый газ не имеет цвета, вкуса и запаха и никак не ощущается человеком.

Углекислый газ

Он является важным участником обмена веществ живых организмов. Газ сам по себе не ядовит, но не поддерживает дыхание, поэтому превышение его концентрации ведет к ухудшению снабжения тканей организма кислородом и к удушью. Углекислый газ широко применяется в быту и в промышленности.

Что такое диоксид углерода

При атмосферном давлении и комнатной температуре диоксид углерода находится в газообразном состоянии. Это наиболее часто встречающаяся его форма, в ней он участвует в процессах дыхания, фотосинтеза и обмена веществ живых организмов.

Диоксид углерода

При охлаждении до -78 °С он, минуя жидкую фазу, кристаллизуется и образует так называемый «сухой лед», широко применяемый как безопасный хладагент в пищевой и химической промышленности и в уличной торговле и рефрижераторных перевозках.

При особых условиях — давлении в десятки атмосфер — углекислота переходит в жидкое агрегатное состояние. Это происходит на морском дне, на глубине свыше 600 м.

 

Свойства углекислого газа

В 17 веке Жан-Батист Ван Гельмонт из Фландрии открыл углекислый газ и определил его формулу. Подробное исследование и описание было сделано столетие спустя шотландцем Джозефом Блэком. Он исследовал свойства углекислого газа и провел серию опытов, в которых доказал, что он выделяется при дыхании животных.

В состав молекулы вещества входит один атом углерода и два атома кислорода. Химическая формула углекислого газа записывается как CO2

В нормальных условиях не обладает вкусом, цветом и запахом. Только вдыхая большое его  количество,  человек ощущает кислый привкус. Его дает  угольная кислота, образующаяся в малых дозах при растворении углекислого газа в слюне. Эта особенность применяется для приготовления газированных напитков. Пузырьки в шампанском, просекко, пиве и лимонаде — это и есть углекислый газ, образовавшийся в результате естественных процессов брожения или добавленный в напиток искусственно.

Физические свойства углекислого газа

Плотность углекислого газа больше плотности воздуха, поэтому при отсутствии вентиляции он скапливается внизу. Он не поддерживает окислительные процессы, такие, как дыхание и горение.

Поэтому углекислоту применяют в огнетушителях. Это свойство углекислого газа иллюстрируют с помощью фокуса — горящую свечу опускают в «пустой» стакан, где она и гаснет. В действительности стакан заполнен CO2.

Углекислый газ в природе естественные источники

К таким источникам относятся окислительные процессы разной интенсивности:

  • Дыхание живых организмов. Из школьного курса химии и ботаники все помнят, что в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но не все помнят, что это происходит только днем, при достаточном уровне освещения. В темное время суток растения наоборот, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Так что попытка улучшить качество воздуха в комнате, превращая ее в заросли фикусов и герани может сыграть злую шутку.
  • Извержения и другая вулканическая активность. CO2 выбрасывается из глубин мантии Земли вместе с вулканическими газами. В долинах рядом с источниками извержений газа настолько много, что, скапливаясь в низинах, он вызывает удушье животных и даже людей. Известны несколько случаев в Африке, когда задыхались целые деревни.
  • Горение и гниение органики. Горение и гниение — это одна и та же реакция окисления, но протекающая с разной скоростью. Богатые углеродом разлагающиеся органические остатки растений и животных, лесные пожары и тлеющие торфяники — все это источники диоксида углерода.
  • Самым же большим природным хранилищем CO2 являются воды мирового океана, в которых он растворен.

Углекислый газ в природе

За миллионы лет эволюции основанной на углеродных соединениях жизни на Земле в различных источниках накопились многие миллиарды тонн углекислого газа. Его одномоментный выброс в атмосферу приведет к гибели всего живого на планете из-за невозможности дыхания. Хорошо, что вероятность такого одномоментного выброса стремится к нулю.

Искусственные источники углекислого газа

Углекислый газ попадает в атмосферу и в результате человеческой жизнедеятельности. Самыми активными источниками в наше время считаются:

  • Индустриальные выбросы, происходящие в ходе сгорания топлива на электростанциях и в технологических установках
  • Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, поездов, самолетов и судов.
  • Сельскохозяйственные отходы — гниение навоза в больших животноводческих комплексах

Кроме прямых выбросов, существует и косвенное воздействие человека на содержание CO2 в атмосфере. Это массовая вырубка лесов в тропической и субтропической зоне, прежде всего в бассейне Амазонки.

Искусственный источник углекислого газа

Несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится менее процента диоксида углерода, он оказывает все возрастающее действие на климат и природные явления. Углекислый газ участвует в создании так называемого парникового эффекта путем поглощения теплового излучения планеты и удерживания этого тепла в атмосфере. Это ведет к постепенному, но весьма угрожающему повышению среднегодовой температуры планеты, таянию горных ледников и полярных ледяных шапок, росту уровня мирового океана, затоплению прибрежных регионов и ухудшению климата в далеких от моря странах.

Знаменательно, что на фоне общего потепления на планете происходит значительное перераспределение воздушных масс и морских течений, и в отдельных регионах среднегодовая температура не повышается, а понижается. Это дает козыри в руки критикам теории глобального потепления, обвиняющим ее сторонников в подтасовке фактов и манипуляции общественным мнением в угоду определенным политическим центрам влияния и финансово-экономическим интересам

Человечество пытается взять под контроль содержание углекислого газа в воздухе, были подписаны Киотский и Парижский протоколы, накладывающие на национальные экономики определенные обязательства. Кроме того, многие ведущие автопроизводители автомобилей объявили о сворачивании к 2020-25 годам выпуска моделей с двигателями внутреннего сгорания и переходе на гибриды и электромобили. Однако некоторые ведущие экономики мира, такие, как Китай и США, не торопятся выполнять старые и брать на себя новые обязательства, мотивируя это угрозой уровню жизни в своих странах.

Углекислый газ и мы: чем опасен CO

2

Углекислый газ — один из продуктов обмена веществ в организме человека. Он играет большую роль в управлении дыханием и снабжением кровью органов. Рост содержания CO2 в крови вызывает расширение сосудов, способных таким образом транспортировать больше кислорода к тканям и органам. Аналогично и система дыхания понуждается к большей активности, если концентрация углекислоты в организме растет. Это свойство используют в аппаратах искусственной вентиляции легких, чтобы подстегнуть собственные органы дыхания пациента к большей активности.

Кроме упомянутой пользы, превышение концентрации СO2 может принести организму и вред. Повышенное содержание во вдыхаемом воздухе приводит к тошноте, головной боли, удушью и даже к потере сознания. Организм протестует против углекислого газа и подает человеку сигналы. При дальнейшем увеличении концентрации развивается кислородное голодание, или гипоксия. Co2 мешает кислороду присоединяться к молекулам гемоглобина, которые и осуществляют перемещение связанных газов по кровеносной системе. Кислородное голодание ведет к снижению работоспособности, ослаблению реакции и способностей к анализу ситуации и принятию решений, апатии и может привести к смерти.

Общие симптомы отравления углекислым газом

Такие концентрации углекислого газа, к сожалению, достижимы не только в тесных шахтах, но и в плохо проветриваемых школьных классах, концертных залах, офисных помещениях и транспортных средствах — везде, где в замкнутом пространстве без достаточного воздухообмена с окружающей средой скапливается большое количество людей.

Основное применение

CO2 широко применяется в промышленности и в быту – в огнетушителях и для изготовления газировки, для охлаждения продуктов и для создания инертной среды при сварке.

Основное применение углекислого газа

Применение углекислого газа отмечено в таких отраслях, как:

  • для чистки поверхностей сухим льдом.

Фармацевтика

  • для химического синтеза компонентов лекарственных средств;
  • создания инертной атмосферы;
  • нормализация индекса pH отходов производства.

Углекислый газ в фармацевтике

Пищевая отрасль

  • производство газированных напитков;
  • упаковка продуктов питания в инертной атмосфере для продления срока годности;
  • декаффеинизация кофейных зерен;
  • замораживание или охлаждение продуктов.

Углекислый газ в пищевой отрасли

Медицина, анализы и экология

  • Создание защитной атмосферы при полостных операциях.
  • Включение в дыхательные смеси в качестве стимулятора дыхания.
  • В хроматографических анализах.
  • Поддержание уровня pH в жидких отходах производства.

Углекислый газ и экология

Электроника

  • Охлаждение электронных компонентов и устройств при тестировании на температурную стойкость.
  • Абразивная очистка в микроэлектронике (в твердой фазе).
  • Очищающее средство в производстве кремниевых кристаллов.

Химическая отрасль

Широко применяется в химическом синтезе в качестве реагента и в качестве регулятора температур в реакторе. CO2 отлично подходит для обеззараживания жидких отходов с низким индексом pH.

Использование углекислого газа

Применяется также для осушения полимерных веществ, растительных или животных фиброматериалов, в целлюлозном производстве для нормализации уровня pH как компонентов основного процесса, так и его отходов.

Металлургическая отрасль

В металлургии CO2 в основном служит делу экологии, защиты природы от вредных выбросов путем их нейтрализации:

Применение углекислого газа в металлургии

  • В черной металлургии — для нейтрализации плавильных газов и для донного перемешивания расплава.
  • В цветной металлургии при производстве свинца, меди, никеля и цинка — для нейтрализации газов при транспортировке ковша с расплавом или горячих слитков.
  • В качестве восстановительного агента при организации оборота кислотных шахтных вод.

Сварка в углекислой среде

Процесс сварки с применением углекислого газа

Разновидность сварки под флюсом является сварка в углекислой среде. Операции сварочных работ с углекислым газом осуществляется плавящимся электродом и распространен  в процессе монтажных работ, устранении дефектов и исправления деталей с тонкими стенками.

Углекислый газ, химические свойства, получение

1

H

1,008

1s1

2,2

Бесцветный газ

пл=-259°C

кип=-253°C

2

He

4,0026

1s2

Бесцветный газ

кип=-269°C

3

Li

6,941

2s1

0,99

Мягкий серебристо-белый металл

пл=180°C

кип=1317°C

4

Be

9,0122

2s2

1,57

Светло-серый металл

пл=1278°C

кип=2970°C

5

B

10,811

2s2 2p1

2,04

Темно-коричневое аморфное вещество

пл=2300°C

кип=2550°C

6

C

12,011

2s2 2p2

2,55

Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал

пл=3550°C

кип=4830°C

7

N

14,007

2s2 2p3

3,04

Бесцветный газ

пл=-210°C

кип=-196°C

8

O

15,999

2s2 2p4

3,44

Бесцветный газ

пл=-218°C

кип=-183°C

9

F

18,998

2s2 2p

5

4,0

Бледно-желтый газ

пл=-220°C

кип=-188°C

10

Ne

20,180

2s2 2p6

Бесцветный газ

пл=-249°C

кип=-246°C

11

Na

22,990

3s1

0,93

Мягкий серебристо-белый металл

пл=98°C

кип=892°C

12

Mg

24,305

3s2

1,31

Серебристо-белый металл

пл=649°C

кип=1107°C

13

Al

26,982

3s2 3p1

1,61

Серебристо-белый металл

пл=660°C

кип=2467°C

14

Si

28,086

3s2 3p2

1,9

Коричневый порошок / минерал

пл=1410°C

кип=2355°C

15

P

30,974

3s2 3p3

2,2

Белый минерал / красный порошок

пл=44°C

кип=280°C

16

S

32,065

3s2 3p4

2,58

Светло-желтый порошок

пл=113°C

кип=445°C

17

Cl

35,453

3s2 3p5

3,16

Желтовато-зеленый газ

пл=-101°C

кип=-35°C

18

Ar

39,948

3s2 3p6

Бесцветный газ

пл=-189°C

кип=-186°C

19

K

39,098

4s1

0,82

Мягкий серебристо-белый металл

пл=64°C

кип=774°C

20

Ca

40,078

4s2

1,0

Серебристо-белый металл

пл=839°C

кип=1487°C

21

Sc

44,956

3d1 4s2

1,36

Серебристый металл с желтым отливом

пл=1539°C

кип=2832°C

22

Ti

47,867

3d2 4s2

1,54

Серебристо-белый металл

пл=1660°C

кип=3260°C

23

V

50,942

3d3 4s2

1,63

Серебристо-белый металл

пл=1890°C

кип=3380°C

24

Cr

51,996

3d5 4s1

1,66

Голубовато-белый металл

пл=1857°C

кип=2482°C

25

Mn

54,938

3d5 4s2

1,55

Хрупкий серебристо-белый металл

пл=1244°C

кип=2097°C

26

Fe

55,845

3d6 4s2

1,83

Серебристо-белый металл

пл=1535°C

кип=2750°C

27

Co

58,933

3d7 4s2

1,88

Серебристо-белый металл

пл=1495°C

кип=2870°C

28

Ni

58,693

3d8 4s2

1,91

Серебристо-белый металл

пл=1453°C

кип=2732°C

29

Cu

63,546

3d10 4s1

1,9

Золотисто-розовый металл

пл=1084°C

кип=2595°C

30

Zn

65,409

3d10 4s2

1,65

Голубовато-белый металл

пл=420°C

кип=907°C

31

Ga

69,723

4s2 4p1

1,81

Белый металл с голубоватым оттенком

пл=30°C

кип=2403°C

32

Ge

72,64

4s2 4p2

2,0

Светло-серый полуметалл

пл=937°C

кип=2830°C

33

As

74,922

4s2 4p3

2,18

Зеленоватый полуметалл

субл=613°C

(сублимация)

34

Se

78,96

4s2 4p4

2,55

Хрупкий черный минерал

пл=217°C

кип=685°C

35

Br

79,904

4s2 4p5

2,96

Красно-бурая едкая жидкость

пл=-7°C

кип=59°C

36

Kr

83,798

4s2 4p6

3,0

Бесцветный газ

пл=-157°C

кип=-152°C

37

Rb

85,468

5s1

0,82

Серебристо-белый металл

пл=39°C

кип=688°C

38

Sr

87,62

5s2

0,95

Серебристо-белый металл

пл=769°C

кип=1384°C

39

Y

88,906

4d1 5s2

1,22

Серебристо-белый металл

пл=1523°C

кип=3337°C

40

Zr

91,224

4d2 5s2

1,33

Серебристо-белый металл

пл=1852°C

кип=4377°C

41

Nb

92,906

4d4 5s1

1,6

Блестящий серебристый металл

пл=2468°C

кип=4927°C

42

Mo

95,94

4d5 5s1

2,16

Блестящий серебристый металл

пл=2617°C

кип=5560°C

43

Tc

98,906

4d6 5s1

1,9

Синтетический радиоактивный металл

пл=2172°C

кип=5030°C

44

Ru

101,07

4d7 5s1

2,2

Серебристо-белый металл

пл=2310°C

кип=3900°C

45

Rh

102,91

4d8 5s1

2,28

Серебристо-белый металл

пл=1966°C

кип=3727°C

46

Pd

106,42

4d10

2,2

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1552°C

кип=3140°C

47

Ag

107,87

4d10 5s1

1,93

Серебристо-белый металл

пл=962°C

кип=2212°C

48

Cd

112,41

4d10 5s2

1,69

Серебристо-серый металл

пл=321°C

кип=765°C

49

In

114,82

5s2 5p1

1,78

Мягкий серебристо-белый металл

пл=156°C

кип=2080°C

50

Sn

118,71

5s2 5p2

1,96

Мягкий серебристо-белый металл

пл=232°C

кип=2270°C

51

Sb

121,76

5s2 5p3

2,05

Серебристо-белый полуметалл

пл=631°C

кип=1750°C

52

Te

127,60

5s2 5p4

2,1

Серебристый блестящий полуметалл

пл=450°C

кип=990°C

53

I

126,90

5s2 5p5

2,66

Черно-серые кристаллы

пл=114°C

кип=184°C

54

Xe

131,29

5s2 5p6

2,6

Бесцветный газ

пл=-112°C

кип=-107°C

55

Cs

132,91

6s1

0,79

Мягкий серебристо-желтый металл

пл=28°C

кип=690°C

56

Ba

137,33

6s2

0,89

Серебристо-белый металл

пл=725°C

кип=1640°C

57

La

138,91

5d1 6s2

1,1

Серебристый металл

пл=920°C

кип=3454°C

58

Ce

140,12

f-элемент

Серебристый металл

пл=798°C

кип=3257°C

59

Pr

140,91

f-элемент

Серебристый металл

пл=931°C

кип=3212°C

60

Nd

144,24

f-элемент

Серебристый металл

пл=1010°C

кип=3127°C

61

Pm

146,92

f-элемент

Светло-серый радиоактивный металл

пл=1080°C

кип=2730°C

62

Sm

150,36

f-элемент

Серебристый металл

пл=1072°C

кип=1778°C

63

Eu

151,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=822°C

кип=1597°C

64

Gd

157,25

f-элемент

Серебристый металл

пл=1311°C

кип=3233°C

65

Tb

158,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1360°C

кип=3041°C

66

Dy

162,50

f-элемент

Серебристый металл

пл=1409°C

кип=2335°C

67

Ho

164,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1470°C

кип=2720°C

68

Er

167,26

f-элемент

Серебристый металл

пл=1522°C

кип=2510°C

69

Tm

168,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1545°C

кип=1727°C

70

Yb

173,04

f-элемент

Серебристый металл

пл=824°C

кип=1193°C

71

Lu

174,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=1656°C

кип=3315°C

72

Hf

178,49

5d2 6s2

Серебристый металл

пл=2150°C

кип=5400°C

73

Ta

180,95

5d3 6s2

Серый металл

пл=2996°C

кип=5425°C

74

W

183,84

5d4 6s2

2,36

Серый металл

пл=3407°C

кип=5927°C

75

Re

186,21

5d5 6s2

Серебристо-белый металл

пл=3180°C

кип=5873°C

76

Os

190,23

5d6 6s2

Серебристый металл с голубоватым оттенком

пл=3045°C

кип=5027°C

77

Ir

192,22

5d7 6s2

Серебристый металл

пл=2410°C

кип=4130°C

78

Pt

195,08

5d9 6s1

2,28

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1772°C

кип=3827°C

79

Au

196,97

5d10 6s1

2,54

Мягкий блестящий желтый металл

пл=1064°C

кип=2940°C

80

Hg

200,59

5d10 6s2

2,0

Жидкий серебристо-белый металл

пл=-39°C

кип=357°C

81

Tl

204,38

6s2 6p1

Серебристый металл

пл=304°C

кип=1457°C

82

Pb

207,2

6s2 6p2

2,33

Серый металл с синеватым оттенком

пл=328°C

кип=1740°C

83

Bi

208,98

6s2 6p3

Блестящий серебристый металл

пл=271°C

кип=1560°C

84

Po

208,98

6s2 6p4

Мягкий серебристо-белый металл

пл=254°C

кип=962°C

85

At

209,98

6s2 6p5

2,2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=302°C

кип=337°C

86

Rn

222,02

6s2 6p6

2,2

Радиоактивный газ

пл=-71°C

кип=-62°C

87

Fr

223,02

7s1

0,7

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=27°C

кип=677°C

88

Ra

226,03

7s2

0,9

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=700°C

кип=1140°C

89

Ac

227,03

6d1 7s2

1,1

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=1047°C

кип=3197°C

90

Th

232,04

f-элемент

Серый мягкий металл

91

Pa

231,04

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

92

U

238,03

f-элемент

1,38

Серебристо-белый металл

пл=1132°C

кип=3818°C

93

Np

237,05

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

94

Pu

244,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

95

Am

243,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

96

Cm

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

97

Bk

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

98

Cf

251,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

99

Es

252,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

100

Fm

257,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

101

Md

258,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

102

No

259,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

103

Lr

266

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

104

Rf

267

6d2 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

105

Db

268

6d3 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

106

Sg

269

6d4 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

107

Bh

270

6d5 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

108

Hs

277

6d6 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

109

Mt

278

6d7 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

110

Ds

281

6d9 7s1

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

чем мы дышим и опасно ли наше дыхание для окружающих – Москва 24, 16.03.2015

Иллюстрация: Ольга Денисова

Ежеминутно мы делаем около 14 вдохов. Это порядка 840 вдохов в час и 20 160 вдохов сутки. Но что же именно вдыхает человек, и может ли он навредит своим дыханием другим? Об этом мы спросили младшего научного сотрудника Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Анну Сильченко.

Воздух, которым мы дышим, на 78% состоит из азота, на 21% — из кислорода и на 0,03% — из углекислого газа. Оставшийся процент приходится на водяные пары, водород, благородные газы и другие примеси. С точки зрения физиологии для нас важны только кислород и углекислый газ. Остальные элементы, хоть и растворены в нашей крови, не влияют на жизнедеятельность организма.

В альвеолах легких происходит газообмен: кислород из воздуха растворяется в крови, а углекислый газ, наоборот, выделяется наружу. В итоге в выдыхаемом воздухе содержится примерно 16-17% кислорода и 4% углекислого газа, а также повышается концентрация водяных паров. В проветриваемых помещениях дыхание других людей не представляет для нас опасности.

Другое дело – если вы оказались заперты в подводной лодке со сломанной системой жизнеобеспечения. В таком случае дыхание экипажа будет приводить к постепенному увеличению концентрации углекислого газа. Если воздух на 2-4% состоит из углекислого газа, человек начинает чувствовать сонливость и слабость. Опасной считается концентрация около 7-10%, при которых развиваются удушье, головная боль, происходит потеря сознания. Смертельной считается концентрация 30-35%.

Что касается азота, опасность для нас он представляет только при высоких давлениях — например, глубоко под водой. Азот в высокой концентрации также представляет угрозу при резком уменьшении давления, так как при этом развивается кессонная болезнь.

А.В.Сильченко, младший научный сотрудник Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, преподаватель образовательного центра для школьников «Improvement». В образовательном центре ведет группы по физике и математике.

О «Физике города»

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему небоскребы не падают? Чем отличается кровь горожанина от крови жителя деревни? Выше какого этажа не стоит жить и почему?

Мы предложили ученым дать ответы на наши вопросы и разъяснить, чем опасно обилие городского освещения, как наше дыхание может навредить окружающим и из-за чего люди болеют зимой. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

Физические и химические свойства углекислого газа: формула,плотность

Применение углекислого газа в сварочной области является очень распространенной. Это один из основных вариантов, которые применяются для различных видов соединения металла. Физические свойства углекислого газа определяют его как универсальную субстанцию для газовой сварки, соединения газовой и электродуговой и так далее. Это относительно недорогое сырье, которое используется здесь на протяжении многих лет. Есть более эффективные варианты, но именно углекислота применяется чаще всего. Она находит применение как для обучения, так и для выполнения самых простых процедур.

Углекислота еще носит название диоксид углерода. Вещество не обладает запахом и бесцветно в обыкновенном состоянии. При нормальном атмосферном давлении, углекислота не состоит в жидком состоянии и из твердого сразу переходит в газообразное.

Область применения углекислого газа

Химическое вещество используется не только для сварки. Физические свойства углекислого газа позволяют применять его как разрыхлитель или консервант в пищевой промышленности. Во многих системах пожаротушения, в частности в ручных огнетушителях. Его применяют для обеспечения питания аквариумных растений. Практически все газированные напитки содержат углекислый газ.

В сварочной сфере применение чистой углекислоты является не совсем безопасным для металла. Дело в том, что при воздействии высокой температуры он распадается и из него выделяется кислород. В свою очередь, кислород является опасным для сварочной ванны и чтобы ликвидировать его негативное воздействие, применяют разнообразные раскислители, такие как кремний и марганец.

Применение углекислоты встречается еще и в баллонах для пневматических пистолетов и винтовок. Как и в сварочных баллонах, углекислота здесь хранится в сжиженном состоянии под давлением.

Баллон с углекислотой для сварки

Химическая формула

Химические свойства углекислого газа, а также его другие характеристики, напрямую зависят от элементов, которые входят в состав формулы. Формула углекислого газа в химии имеет вид CO2. Это означает, что углекислота содержит в себе один атом углерода и два атома кислорода.

Химические и физические свойства

Рассмотрев, как обозначается химических газ в химии, стоит более внимательно рассмотреть его свойства. Физические свойства углекислого газа проявляются в различных параметрах. Плотность углекислого газа при стандартных атмосферных условиях составляет 1,98 кг/м3. Это делает его в 1,5 раза тяжелее, чем воздух в атмосфере. Диоксид углерода не имеет запаха и цвета. Если его подвергнуть сильному охлаждению, то он начинает кристаллизоваться в так называемый «сухой лед». Температура сублимации достигает -78 градусов Цельсия.

Химические свойства углекислого газа определяют его к кислотным оксидам, так как он может образовывать угольную кислоту, когда его растворяют в воде. При взаимодействии с щелочами, вещество начинает образовывать гидрокарбонаты и карбонаты. С некоторыми веществами, такими как фенол, диоксид углерода вступает в реакцию электрофильного замещения. С магнийорганическими вещество вступает в реакцию нуклеофильного присоединения. Использование углекислоты в огнетушителях обусловлено тем, что она не поддерживает процесс горения. Использование в сварке обусловлено тем, что в веществе горят некоторые активные металлы.

Преимущества

  • Использование углекислого газа является относительно недорогим, так как цена на данное вещество достаточно низкая, если сравнивать с другими газами;
  • Это очень распространенное вещество, найти которое можно во многих местах;
  • Углекислый газ удобен в хранении и не требует сверхсложных мер безопасности;
  • Газ хорошо справляется с теми обязанностями, для которых он предназначается.

Недостатки

  • Во время использования на металле могут образовываться оксиды, которые выделяет вещество во время нагревания;
  • Для нормальной работы нужно использовать дополнительные расходные материалы, которые бы помогли ликвидировать негативное воздействие оксидов;
  • Существуют более эффективные газы, применяемые в сварочной сфере.

Применение углекислого газа при сварке

Данное вещество применяется в области сваривания металлических изделий в качестве защитного газа. Он применяется как для автоматических, так и для полуавтоматических сварочных аппаратов. Зачастую его используют не в чистом виде а вместе с аргоном или кислородом в газовой смеси. В производственной сфере существует несколько вариантов снабжения постов. Среди них выделяют следующие методы:

  • Поставка из баллона. Это очень удобно, когда речь идет об относительно небольших объемах вещества. Это обеспечивает мобильность, так как не всегда имеется возможность создать трубопровод к посту.
  • Транспортная емкость для углекислоты. Это также отличный вариант для потребления вещества в небольших баллонах. Она обеспечивает поставку большего количества газа, чем в баллонах, но менее удобна в транспортировке.
  • Стационарный сосуд накопитель. Он применяется для тех, кто использует углекислоту в больших объемах. Их используют при отсутствии на предприятии автономной станции.
  • Автономная станция. Это наиболее широкий по объему метод поставки, так как может обслуживать пост практически для любых процедур, вне зависимости от объемов. Таким образом, пост получает вещество непосредственно с места его производства.

Автономная станция представляет собой специальный цех на предприятии, где получают диоксид углерода. Он может работать как исключительно для собственных нужд, так и на поставку другим цехам и организациям. Для обеспечения рабочих точек предприятия, газ поставляет по трубопроводам. В то время, когда на предприятии имеется необходимость в запасании углекислоты, ее перемещают в специальные накопители.

Меры безопасности

Хранение и использование вещества является относительно безопасным. Но для того, чтобы исключить вероятности несчастных случаев, следует придерживаться основных правил:

  • Несмотря на то, что углекислота не отличается взрывоопасностью и токсичностью, если ее концентрация будет выше 5%, то человек будет чувствовать удушье и кислородную недостаточность. Не следует допускать утечки и хранения всего в закрытом не проветриваемом помещении.
  • Если понизить давление, то жидкая углекислота превращается в газообразное состояние. В это время ее температура может составлять -78 градусов Цельсия. Это вредно для слизистых оболочек организма. Также это приводит к обморожению кожи
  • Осмотр больших емкостей для хранения углекислоты следует проводить с использованием шлангового противогаза. Цистерна должна быть отогрета до температуры окружающей среды и быть хорошо проветренной.
Заключение

Физические свойства являются не единственным показателем, по которому подбирается газ для сварки. Совокупность всех параметров обеспечивает данному веществу уверенные позиции на современном рынке расходных материалов. Среди самых простых процедур это незаменимый газ, с которым сталкивался практически каждый профессиональный и начинающий сварщик.

 

Углекислый газ, свойства, получение и применение


Диоксид углерода
Общие
Систематическое наименованиеДиоксид углерода
Традиционные названияуглекислый газ, углекислота, двуокись углерода, сухой лёд (в твёрдом состоянии)
Хим. формулаCO2
Физические свойства
Состояниебесцветный газ
Молярная масса44,01 г/моль
Плотностьгаз (0 °C): 1,9768 кг/м³ жидкость (0 °С, 35,5 ат): 925 кг/м³ тв. (−78,5 °C): 1560 кг/м³
Динамическая вязкость8,5·10−5 Па·с (10°C, 5,7 МПа)
Энергия ионизации13,77 ± 0,01 эВ[1]
Термические свойства
Т. субл.−78,5 °C
Тройная точка−56,6 °C, 0,52 МПа
Кр. точка31,1 °C, 7,38 МПа
Уд. теплоёмк.846 Дж/(кг·К)
Удельная теплота плавления25,13 кДж/моль
Давление пара56,5 ± 0,1 атм[1]
Химические свойства
Растворимость в воде1,45 кг/м³
Классификация
Рег. номер CAS124-38-9
PubChem280
Рег. номер EINECS204-696-9
SMILES C(=O)=O
InChI 1S/CO2/c2-1-3

CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N

Кодекс АлиментариусE290
RTECSFF6400000
ChEBI16526
Номер ООН1013
ChemSpider274
Безопасность
ПДК9 000 мг/м3
ЛД50LC50: 90 000 мг/м3*5 мин (человек, ингаляция)
ТоксичностьНетоксичен. Опасен лишь в очень больших количествах (обладает удушающим действием). Негорюч.
S-фразыS9, S23, S36
NFPA 704 0

1

0

SA

Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Диокси́д углеро́да

или
двуо́кись углеро́да
(также
углеки́слый газ
,
углекислотá
,
окси́д углеро́да(IV)
,
у́гольный ангидри́д
) — бесцветный газ (в нормальных условиях), почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом), с химической формулой CO2.

Плотность при нормальных условиях 1,98 кг/м³ (в 1,5 раза тяжелее воздуха). При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное (возгонка). Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет в среднем 0,04 %[2]. Углекислый газ легко пропускает излучение в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, которое поступают на Землю от Солнца и обогревает её. В то же время он поглощает испускаемое Землёй инфракрасное излучение и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Свойства

Физические


Изотермы углекислого газа на диаграмме Эндрюса
Оксид углерода (IV) — углекислый газ, бесцветный газ, при малых концентрациях в воздухе не имеет запаха, при больших концентрациях имеет характерный кисловатый запах газированной воды. Тяжелее воздуха приблизительно в 1,5 раза.

Молекула углекислого газа линейна, расстояние от центра центрального атома углерода до центров двух атомов кислорода 116,3 пм.

При температуре −78,3 °С кристаллизуется в виде белой снегообразной массы — «сухого льда». Сухой лёд при атмосферном давлении не плавится, а испаряется, не переходя в жидкое состояние, температура сублимации −78 °С. Жидкий углекислый газ можно получить при повышении давления. Так, при температуре 20 °С и давлении свыше 6 МПа (~60 атм) газ сгущается в бесцветную жидкость.

Негорюч, но в его атмосфере может поддерживаться горение активных металлов, например, щелочных металлов и щелочноземельных — магния, кальция, бария.

Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений. Растворим в воде (0,738 объёмов углекислого газа в одном объёме воды при 15 °С).

Химические

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Оксид углерода(IV) не поддерживает горения. В нём горят только некоторые активные металлы:[3]:

2 M g + C O 2 → 2 M g O + C {\displaystyle {\mathsf {2Mg+CO_{2}\to 2MgO+C}}}

Взаимодействие с оксидом активного металла:

C a O + C O 2 → C a C O 3 {\displaystyle {\mathsf {CaO+CO_{2}\to CaCO_{3}}}}

При растворении в воде образует равновесную смесь раствора диоксида углерода и угольной кислоты, причём равновесие сильно сдвинуто в сторону разложения кислоты:

C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 {\displaystyle {\mathsf {CO_{2}+H_{2}O\rightleftarrows H_{2}CO_{3}}}}

Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов:

C a ( O H ) 2 + C O 2 → C a C O 3 ↓ + H 2 O {\displaystyle {\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\to CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}} (качественная реакция на углекислый газ) K O H + C O 2 → K H C O 3 {\displaystyle {\mathsf {KOH+CO_{2}\to KHCO_{3}}}}

Биологические

Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки[4].

Этот углекислый газ переносится от тканей, где он образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма, по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Таким образом, содержание углекислого газа в крови велико в венозной системе, уменьшается в капиллярной сети лёгких, и мало в артериальной крови. Содержание углекислого газа в пробе крови часто выражают в терминах парциального давления, то есть давления, которое бы имел содержащийся в пробе крови в данном количестве углекислый газ, если бы весь объём пробы крови занимал только он[5].

Содержание углекислого газа в крови человека приблизительно таково:
Референтные значения или средние значения парциального давления углекислого газа в крови (pCO2)

Единицы измеренияГаз венозной кровиАльвеолярный лёгочный газГаз артериальной крови
кПа5,5[6]—6,8[6]4,84,7[6]—6,0[6]
мм рт. ст.41—513635[7]—45[7]

Углекислый газ транспортируется в крови тремя различными способами (точное соотношение каждого из этих трёх способов транспортировки зависит от того, является ли кровь артериальной или венозной).

  • Бо́льшая часть углекислого газа (от 70 % до 80 %) преобразуется ферментом карбоангидразой эритроцитов в ионы гидрокарбоната[8] при помощи реакции CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃⁻.
  • Около 5—10 % углекислого газа растворено в плазме крови[8].
  • Около 5—10 % углекислого газа связано с гемоглобином в виде карбаминосоединений (карбогемоглобин)[8].

Гемоглобин, основной кислород-транспортирующий белок эритроцитов крови, способен транспортировать как кислород, так и углекислый газ. Однако углекислый газ связывается с гемоглобином в ином месте, чем кислород. Он связывается с N-терминальными концами цепей глобина, а не с гемом. Однако благодаря аллостерическим эффектам, которые приводят к изменению конфигурации молекулы гемоглобина при связывании, связывание углекислого газа понижает способность кислорода к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении кислорода, и наоборот — связывание кислорода с гемоглобином понижает способность углекислого газа к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении углекислого газа. Помимо этого, способность гемоглобина к преимущественному связыванию с кислородом или с углекислым газом зависит также и от среды. Эти особенности очень важны для успешного захвата и транспорта кислорода из лёгких в ткани и его успешного высвобождения в тканях, а также для успешного захвата и транспорта углекислого газа из тканей в лёгкие и его высвобождения там.

Углекислый газ является одним из важнейших медиаторов ауторегуляции кровотока. Он является мощным вазодилататором. Соответственно, если уровень углекислого газа в ткани или в крови повышается (например, вследствие интенсивного метаболизма — вызванного, скажем, физической нагрузкой, воспалением, повреждением тканей, или вследствие затруднения кровотока, ишемии ткани), то капилляры расширяются, что приводит к увеличению кровотока и соответственно к увеличению доставки к тканям кислорода и транспорта из тканей накопившейся углекислоты. Кроме того, углекислый газ в определённых концентрациях (повышенных, но ещё не достигающих токсических значений) оказывает положительное инотропное и хронотропное действие на миокард и повышает его чувствительность к адреналину, что приводит к увеличению силы и частоты сердечных сокращений, величины сердечного выброса и, как следствие, ударного и минутного объёма крови. Это также способствует коррекции тканевой гипоксии и гиперкапнии (повышенного уровня углекислоты).

Ионы гидрокарбоната очень важны для регуляции pH крови и поддержания нормального кислотно-щелочного равновесия. Частота дыхания влияет на содержание углекислого газа в крови. Слабое или замедленное дыхание вызывает респираторный ацидоз, в то время как учащённое и чрезмерно глубокое дыхание приводит к гипервентиляции и развитию респираторного алкалоза.

Кроме того, углекислый газ также важен в регуляции дыхания. Хотя наш организм требует кислорода для обеспечения метаболизма, низкое содержание кислорода в крови или в тканях обычно не стимулирует дыхание (вернее, стимулирующее влияние нехватки кислорода на дыхание слишком слабо и «включается» поздно, при очень низких уровнях кислорода в крови, при которых человек нередко уже теряет сознание). В норме дыхание стимулируется повышением уровня углекислого газа в крови. Дыхательный центр гораздо более чувствителен к повышению уровня углекислого газа, чем к нехватке кислорода. Как следствие этого, дыхание сильно разрежённым воздухом (с низким парциальным давлением кислорода) или газовой смесью, вообще не содержащей кислорода (например, 100 % азотом или 100 % закисью азота) может быстро привести к потере сознания без возникновения ощущения нехватки воздуха (поскольку уровень углекислоты в крови не повышается, ибо ничто не препятствует её выдыханию). Это особенно опасно для пилотов военных самолётов, летающих на больших высотах (в случае аварийной разгерметизации кабины пилоты могут быстро потерять сознание). Эта особенность системы регуляции дыхания также является причиной того, почему в самолётах стюардессы инструктируют пассажиров в случае разгерметизации салона самолёта в первую очередь надевать кислородную маску самим, прежде чем пытаться помочь кому-либо ещё — делая это, помогающий рискует быстро потерять сознание сам, причём даже не ощущая до последнего момента какого-либо дискомфорта и потребности в кислороде[8].

Дыхательный центр человека пытается поддерживать парциальное давление углекислого газа в артериальной крови не выше 40 мм ртутного столба. При сознательной гипервентиляции содержание углекислого газа в артериальной крови может снизиться до 10-20 мм ртутного столба, при этом содержание кислорода в крови практически не изменится или увеличится незначительно, а потребность сделать очередной вдох уменьшится как следствие уменьшения стимулирующего влияния углекислого газа на активность дыхательного центра. Это является причиной того, почему после некоторого периода сознательной гипервентиляции легче задержать дыхание надолго, чем без предшествующей гипервентиляции. Такая сознательная гипервентиляция с последующей задержкой дыхания может привести к потере сознания до того, как человек ощутит потребность сделать вдох. В безопасной обстановке такая потеря сознания ничем особенным не грозит (потеряв сознание, человек потеряет и контроль над собой, перестанет задерживать дыхание и сделает вдох, дыхание, а вместе с ним и снабжение мозга кислородом восстановится, а затем восстановится и сознание). Однако в других ситуациях, например, перед нырянием, это может быть опасным (потеря сознания и потребность сделать вдох наступят на глубине, и в отсутствие сознательного контроля в дыхательные пути попадёт вода, что может привести к утоплению)[источник не указан 391 день

]. Именно поэтому гипервентиляция перед нырянием опасна и не рекомендуется.



Углекислый газ, он же углекислота, он же двуокись углерода…

Углекислый газ бесцветный газ с едва ощутимым запахом не ядовит, тяжелее воздуха. Углекислый газ широко распространен в природе. Растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н2CO3, придает ей кислый вкус. В воздухе содержится около 0,03% углекислого газа.
Плотность в 1,524 раза больше плотности воздуха и равна 0,001976 г/см3 (при нулевой температуре и давлении 101,3 кПа). Потенциал ионизации 14,3В. Химическая формула – CO2.

В сварочном производстве используется термин «углекислый газ» см. ГОСТ 2601.

В «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» принят термин «углекислота», а в ГОСТ 8050 – термин «двуокись углерода».

Существует множество способов получения углекислого газа, основные из которых рассмотрены в статье Способы получения углекислого газа.

Плотность двуокиси углерода зависит от давления, температуры и агрегатного состояния, в котором она находится. При атмосферном давлении и температуре -78,5°С углекислый газ, минуя жидкое состояние, превращается в белую снегообразную массу «сухой лед».

Под давлением 528 кПа и при температуре -56,6°С углекислота может находиться во всех трех состояниях (так называемая тройная точка).

Двуокись углерода термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температуре выше 2000°С.

Углекислый газ – это
первый газ, который был описан как дискретное вещество.
В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».

Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).

Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO3) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.

CaCO3 + 2HCl = СО2 + CaCl2 + h3O

Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO2 через водный раствор извести Ca(OH)2 на дно осаждается карбонат кальция CaCO3. Джозеф Блэк использовал этот опыт для доказательства того, что углекислый газ выделяется в результате дыхания животных.

CaO + h3O = Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + h3O

Жидкая двуокись углерода бесцветная жидкость без запаха, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры. Она существует при комнатной температуре лишь при давлении более 5,85 МПа. Плотность жидкой углекислоты 0,771 г/см3 (20°С).

При температуре ниже +11°С она тяжелее воды, а выше +11°С – легче.

Удельная масса жидкой двуокиси углерода значительно изменяется с температурой, поэтому количество углекислоты определяют и продают по массе.

Растворимость воды в жидкой двуокиси углерода в интервале температур 5,8-22,9°С не более 0,05%.

Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. При нормальных условиях (20°С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа.

При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостаточном подводе теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается и при достижении «тройной точки» она превращается в сухой лед, который забивает отверстие в понижающем редукторе, и дальнейший отбор газа прекращается. При нагреве сухой лед непосредственно превращается в углекислый газ, минуя жидкое состояние.

Для испарения сухого льда необходимо подвести значительно больше теплоты, чем для испарения жидкой двуокиси углерода – поэтому если в баллоне образовался сухой лед, то испаряется он медленно.

Впервые жидкую двуокись углерода получили в 1823 г. Гемфри Дэви (Humphry Davy) и Майкл Фарадей (Michael Faraday).

Твердая двуокись углерода «сухой лед», по внешнему виду напоминает снег и лед. углекислого газа, получаемого из брикета сухого льда, высокое – 99,93-99,99%. влаги в пределах 0,06-0,13%.

Сухой лед, находясь на открытом воздухе, интенсивно испаряется, поэтому для его хранения и транспортировки используют контейнеры. Получение углекислого газа из сухого льда производится в специальных испарителях.

Твердая двуокись углерода (сухой лед), поставляемая по ГОСТ 12162.

Двуокись углерода чаще всего применяют:

  • для создания защитной среды при сварке металлов;
  • в производстве газированных напитков;
  • охлаждение, замораживание и хранения пищевых продуктов;
  • для систем пожаротушения;
  • для чистки поверхностей сухим льдом.

Плотность углекислого газа достаточно высока, что позволяет обеспечивать защиту реакционного пространства дуги от соприкосновения с газами воздуха и предупреждает азотирование металла шва при относительно небольших расходах углекислоты в струе. Углекислый газ является активным газом, в процессе сварки он взаимодействует с металлом шва и оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие.

Ранее препятствием для применения углекислоты в качестве защитной среды являлись поры в швах. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения оксиси углерода (СО) вследствие недостаточной его раскисленности.

При высоких температурах углекислый газ диссоциирует с образованием весьма активного свободного, одноатомного кислорода:

СO2=CO+O

Окисление металла шва выделяющимся при сварке из углекислого газа свободным кислородом нейтрализуется содержанием дополнительного количества легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего кремнием и марганцем (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва) или вводимыми в зону сварки флюсами (сварка порошковой проволокой).

Как двуокись, так и окись углерода практически не растворимы в твердом и расплавленном металле. Свободный активный кислород окисляет элементы, присутствующие в сварочной ванне, в зависимости от их сродства к кислороду и концентрации по уравнению:

Мэ + О = МэО

где Мэ – металл (марганец, алюминий или др.).

Кроме того, и сам углекислый газ реагирует с этими элементами.

В результате этих реакций при сварке в углекислоте наблюдается значительное выгорание алюминия, титана и циркония, и менее интенсивное – кремния, марганца, хрома, ванадия и др.

Особенно энергично окисление примесей происходит при полуавтоматической сварке.

Это связано с тем, что при сварке плавящимся электродом взаимодействие расплавленного металла с газом происходит при пребывании капли на конце электрода и в сварочной ванне, а при сварке неплавящимся электродом – только в ванне.

Как известно, взаимодействие газа с металлом в дуговом промежутке происходит значительно интенсивнее вследствие высокой температуры и большей поверхности контактирования металла с газом.

Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом.

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. При концентрациях более 5% (92 г/м3) углекислый газ оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как она тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола.

При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Помещения, где производится сварка с использованием углекислоты, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией.

Предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе рабочей зоны 9,2 г/м3 (0,5%).

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050. Для получения качественных швов используют газообразную и сжиженную двуокись углерода высшего и первого сортов.

Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах по ГОСТ 949 или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы.

В стандартный баллон с водяной емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты, которая при нормальном давлении занимает 67,5% объема баллона и дает при испарении 12,5 м3 углекислого газа. В верхней части баллона вместе с газообразной углекислотой скапливается воздух.

Вода, как более тяжелая, чем жидкая двуокись углерода, собирается в нижней части баллона.

Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10…15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу.

Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух.

Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой двуокиси углерода газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом.

Во избежание этого при отборе углекислого газа перед редуктором устанавливают подогреватель газа.

Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным стеклянной ватой и хлористым кальцием, силикогелием, медным купоросом или другими поглотителями влаги

Баллон с двуокисью углерода окрашен в черный цвет, с надписью желтыми буквами «УГЛЕКИСЛОТА».

Коэффициенты перевода объема и массы двуокиси углерода при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Масса, кгОбъем газа, м3

Коэффициенты перевода объема и массы двуокиси углерода при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Масса, кгОбъем газа, м3



Получение

В промышленных количествах углекислота выделяется из дымовых газов, или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов[9] (известняк, доломит) или при производстве алкоголя (спиртовое брожение).}}}

Использование реакции серной кислоты с мелом или мрамором приводит к образованию малорастворимого сульфата кальция, который мешает реакции, и который удаляется значительным избытком кислоты.

Для приготовления напитков может быть использована реакция пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком. Именно в таком виде появились первые газированные напитки. Их изготовлением и продажей занимались аптекари.



История[ | ]

Двуокись углерода была одним из первых газов, получивших название. В 17 веке фламандский химик Йохан Баптиста ван Гельмонт заметил, что масса древесного угля уменьшалась, когда он сжигался, потому что масса оставшейся золы была меньше массы используемого древесного угля. Его интерпретация заключалась в том, что остальная часть древесного угля превратилась в невидимое вещество, которое он назвал газом или spiritus sylvestre («лесной дух»)[10].

Свойства углекислого газа более тщательно изучил шотландский врач Джозеф Блэк. В 1754 году он обнаружил, что при смешивании растворов карбоната кальция с кислотами выделяется газ, который он назвал неподвижным воздухом[11]. Он понял, что он тяжелее воздуха и не поддерживает процессы горения. Когда этот газ вводили в раствор гидроксида кальция, он мог образовывать осадок. С помощью этого явления он показал, что углекислый газ содержится в дыхании млекопитающих и выделяется в результате микробиологической ферментации. Его работа доказала, что газы могут участвовать в химических реакциях, и внесла свой вклад в дело теории флогистона[12].

Джозефу Пристли удалось создать первую газированную воду в 1772 году, переведя серную кислоту в известковый раствор и растворив полученный диоксид углерода в стакане с водой[13]. Однако Уильям Браунригг[en] обнаружил связь между углекислым газом и угольной кислотой гораздо раньше. В 1823 году Гэмфри Дэви и Майкл Фарадей сжижили углекислый газ, увеличив давление[14]. Первое описание твердого углекислого газа принадлежит Адриену Тилорье, который открыл в 1834 году герметичный контейнер с жидким углекислым газом и обнаружил, что самопроизвольное испарение происходит при охлаждении, что приводит к твердому СО2[15].

Применение

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации.

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 14 февраля 2020 года

.

В пищевой промышленности углекислота используется как консервант и разрыхлитель, обозначается на упаковке кодом Е290

.

В криохирургии используется как одно из основных веществ для криоабляции новообразований.

Жидкая углекислота широко применяется в системах пожаротушения и в огнетушителях. Автоматические углекислотные установки для пожаротушения различаются по системам пуска, которые бывают пневматическими, механическими или электрическими.

Устройство для подачи углекислого газа в аквариум может включать в себя резервуар с газом. Простейший и наиболее распространенный метод получения углекислого газа основан на конструкции для изготовления алкогольного напитка браги. При брожении, выделяемый углекислый газ вполне может обеспечить подкормку аквариумных растений[10]

Углекислый газ используется для газирования лимонада и газированной воды. Углекислый газ используется также в качестве защитной среды при сварке проволокой, но при высоких температурах происходит его распад с выделением кислорода. Выделяющийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители, такие как марганец и кремний. Другим следствием влияния кислорода, также связанного с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в инертной среде.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии (в газобаллонной пневматике) и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Хранение углекислоты в стальном баллоне в сжиженном состоянии выгоднее, чем в виде газа. Углекислота имеет сравнительно низкую критическую температуру +31 °С. В стандартный 40-литровый баллон заливают около 30 кг сжиженного углекислого газа, и при комнатной температуре в баллоне будет находиться жидкая фаза, а давление составит примерно 6 МПа (60 кгс/см²). Если температура будет выше +31 °С, то углекислота перейдёт в сверхкритическое состояние с давлением выше 7,36 МПа. Стандартное рабочее давление для обычного 40-литрового баллона составляет 15 МПа (150 кгс/см²), однако он должен безопасно выдерживать давление в 1,5 раза выше, то есть 22,5 МПа, — таким образом, работа с подобными баллонами может считаться вполне безопасной.

Твёрдая углекислота — «сухой лёд» — используется в качестве хладагента в лабораторных исследованиях, в розничной торговле, при ремонте оборудования (например: охлаждение одной из сопрягаемых деталей при посадке внатяг) и т. д. Для сжижения углекислого газа и получения сухого льда применяются углекислотные установки.

Углекислый газ: применение, технические характеристики и способы промышленного производства

Человечество научилось использовать газообразные вещества для поддержания искусственных процессов и реакций, в результате которых удаётся получить другие химические соединения.

Кроме этого, различные газы используются для получения определённых физических явлений и свойств.

Углекислый газ или СО2 обладает большим количеством качеств, которые не могут не использоваться в химической промышленности и быту.

Что такое углекислый газ

Оксид углерода (IV) представляет собой тяжёлый газ. Плотность углекислоты примерно в полтора раза больше чем у атмосферного воздуха.

Несмотря на то, что этот газ уже при температуре минус 78,3 градуса Цельсия превращается в снегообразную массу, получить жидкую углекислоту при нормальном давлении не представляется возможным. Так называемый сухой лёд при малейшем повышении температуры сразу переходит из твёрдой, в газообразную форму.

Получить жидкую углекислоту можно только при давлении более 60 атмосфер. В таких условиях газ конденсируется даже при комнатной температуре с образованием бесцветной жидкости.

Углекислый газ не окисляется, но может поддерживать горение некоторых металлов. В среде углекислоты, при определённых условиях, могут возгораться такие активные элементы как магний, кальций и барий.

Этот газ хорошо растворим в воде, а в воздухе его содержится большое количество благодаря дыханию живых организмов и растений, наличию вулканической активности на земле, а также в результате сгорания органических веществ.

В результате растворения СО2 в воде в большой концентрации образуется угольная кислота. Это вещество может вступать в реакцию с фенолом и магнийорганическими соединениями. Углекислый газ также реагирует с щелочами. В результате такой реакции образуются соли и эфиры угольной кислоты.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ невозможно определить органами зрения или обоняния. Если концентрация СО2 невелика, то не будет ощущаться и вкуса, но при наличии большого количества этого газа в воздухе может ощущаться кисловатый привкус.

При большой концентрации углекислоты во вдыхаемом воздухе может наступить отравление. Признаками негативного воздействия СО2 на организм человека являются:

  • Шум и гул в ушах.
  • Обильный холодный пот.
  • Потеря сознания.

Учитывая тот факт, что углекислый газ тяжелее воздуха, его концентрация в нижней части помещения будет более значительной.

По этой причине, первую очередь симптомы отравления могут наблюдаться у животных и детей, а также у взрослых очень маленького роста. Большая концентрация СО2 может привести к гибели людей.

При потере сознания человек может оказаться на полу, где количество кислорода будет недостаточным для поддержания нормального процесса дыхания.

Углекислый газ: получение в промышленности

Существует большое количество способов промышленного получения углекислоты. Наиболее рентабельными являются варианты добычи газа, основанные на получении СО2, который образовывается на химических производствах в виде отходов.

Газообразный оксид углерода (IV) получают из промышленного дыма способом адсорбции моноэтаноламина. Частицы этого вещества подаются в трубу с отходами и вбирают в себя углекислоту. После прохождение через смесь CO2 моноэтаноламины направляются на очистку в специальные резервуары, в которых, при определённых показателях температуры и давления, происходит высвобождение углекислого газа.

Углекислый газ высокого качества получается в результате брожения сырья при изготовлении спиртных напитков. На таких производствах газообразный СО2 обрабатывают водородом, перманганатом калия и углем. В результате реакции получают жидкую форму углекислоты.

Твёрдое состояние СО2 или «сухой лёд» также получают из отходов пивоваренных заводов и ликероводочных производств. Это агрегатное состояние вещества в промышленных масштабах образуется в такой последовательности:

  • Из резервуара, где происходит брожение, газ подаётся в ёмкость для промывки.
  • Углекислота направляется в газгольдер, в котором подвергается воздействию повышенного давления.
  • В специальных холодильниках СО2 охлаждается до определённой температуры.
  • Образовавшаяся жидкость фильтруется через слой угля.
  • Углекислота снова направляется в холодильник, где производится дополнительное охлаждение вещества с последующим прессованием.

Таким образом получается высококачественный «сухой лёд», который может использоваться в пищевой промышленности, растениеводстве или в быту.

Применение углекислого газа

Благодаря наличию определённых физических и химических свойств углекислый газ может использоваться в различных сферах. В химической промышленности углекислота используется для:

  • Синтеза искусственных химических соединений.
  • Для очистки животной и растительной ткани.
  • Регулирования температуры реакций.
  • Нейтрализации щёлочи.

В металлургии CO2 применяется с целью:

  • Регулирования отвода воды в шахтах.
  • Создания лазерного луча для резки металлов.
  • Осаждения вредных газообразных веществ.

Кроме перечисленных областей углекислый газ активно используется при производстве бумаги. Оксид углерода применяется регулирования водородного показателя древесной массы, а также усиления мощности производственных машин.

Углекислый газ используется в пищевой промышленности в качестве добавки, которая оказывает консервирующее действие. При изготовлении выпечки СО2 применяется в качестве разрыхлителя. Газированные напитки также изготавливаются с применением углекислоты, а для хранения быстро портящихся продуктов используется «сухой лёд».

Незаменим углекислый газ и при выращивании овощей и фруктов в зимних теплицах. В таких помещения в воздухе недостаточное количество СО2, который необходим для «дыхания» растений, поэтому приходится искусственно насыщать атмосферу этим газом.

В медицине углекислота применяется во время проведения сложных операций на внутренних органах. Наиболее ценным качеством этого газа, является использование его для реанимационных мероприятий, ведь благодаря возможности повысить его концентрацию можно эффективно стимулировать процесс дыхания пациента.

При сварке металлов углекислота применяется в качестве инертного облака, которое служит защитой расплавленного участка от попадания в него активного кислорода. В результате такой обработки сварочный шов получается идеально ровным и не подверженным окислению.

Благодаря способности охлаждаться при испарении, СО2 используется для тушения пожаров. Заправленные этим веществом огнетушители являются эффективным средством борьбы с возгораниями на объектах, где применение порошковых или пенных средств тушения невозможно.

В быту углекислота используется в качестве напорного газа в пневматическом оружии, а также для отпугивания комаров и борьбы с грызунами.

Углекислый газ: хранение и транспортировка

Хранение СО осуществляется в баллонах чёрного цвета, на корпусе которых обязательно должна быть надпись «Углекислота».

Кроме этого, на ёмкости наносится маркировка, по которой можно получить информацию о производителе баллона, весе пустой ёмкости, а также узнать дату последнего освидетельствования. Нельзя использовать углекислотные баллоны, у которых:

  • Истёк срок освидетельствования.
  • Имеются повреждения.
  • Неисправны вентили.

Транспортировка наполненных газом баллонов должна осуществляться по следующим правилам:

  • Транспортировать ёмкости только в горизонтальном положении. Вертикальное размещение допускается только в том случае, если имеются специальные ограждения, которые препятствуют падению баллона во время перевозки.
  • Для безопасного перемещения на баллонах должны быть резиновые кольца.
  • Не допускать механических воздействий, а также чрезмерного нагрева.
  • Запрещается перевозка углекислотных баллонов в торговых аппаратах.

Кроме этого, техникой безопасности запрещается переносить баллоны вручную или перекатывать их по земле.

Хранение баллонов с углекислотой может осуществляться как в специально оборудованных помещениях, так и под открытым небом. В зданиях ёмкости следует размещать на расстоянии не менее 1 метра от отопительных приборов.

При хранении на улице необходимо оградить ёмкости от воздействия прямых солнечных лучей и осадков, поэтому размещать резервуары таким способом рекомендуется под навесом.

Если хранение баллонов осуществляется в неотапливаемом помещении или под открытым небом, то в зимнее время необходимо следить за тем, чтобы ёмкости не охлаждались ниже минус 40 градусов Цельсия.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта. Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф. Для измерения низких концентраций CO₂ (а также ) в технологических газах или в атмосферном воздухе можно использовать газохроматографический метод с метанатором и регистрацией на пламенно-ионизационном детекторе[11].

Физиологическое действие[ | ]

Углекислый газ в высоких концентрациях токсичен[31]; при вдыхании его повышенных концентраций в воздухе по воздействию на воздуходышащие живые организмы его относят к удушающим газам (англ.)русск.. По ГОСТу (ГОСТ 8050-85) углекислота относится к IV классу опасности.

Растворенный в крови углекислый газ активирует дыхательный центр мозга в физиологических и несколько повышенных концентрациях. Незначительные повышения концентрации, вплоть до 0,2−0,4 % (2000−4000 ppm), в помещениях приводят к развитию у людей сонливости и слабости. В значительно более высоких концентрациях он приводит к снижению или устранению рефлекторного респираторного раздражителя, сначала к угнетению дыхания и, наконец, к остановке дыхания[32]. От 5 % углекислого газа во вдыхаемом воздухе возникают головные боли и головокружение, при более высоких концентрациях учащенное сердцебиение (тахикардия), повышение артериального давления, одышка и потеря сознания, так называемая углекислотная анестезия. Концентрация углекислого газа 8 % приводит к смерти в течение 30-60 минут[33][34]. Накопление углекислого газа в крови называется гиперкапнией.

Для помещений нормальным является уровень CO₂ около 600 ppm (частей на миллион). Повышенные концентрации углекислого газа снижают когнитивные способности людей. Уже при 1200 ppm расширяются кровеносные сосуды в мозге, снижается активность нейронов и уменьшается объём коммуникации между регионами мозга[35]. В школьных классах типичной является концентрация 2000−2500, а общий разброс значений — от 1000 до 6000, это вызывает обеспокоенность у исследователей[36], поскольку выявлено снижение результатов учеников, выполняющих тестовые задания в душных помещениях[37].

Влияние на взрослых здоровых людейКонцентрация углекислого газа, ppm
Нормальный уровень на открытом воздухе350—450
Приемлемые уровни<600
Жалобы на несвежий воздух600—1000
Максимальный уровень стандартов ASHRAE и OSHA[38]1000
Общая вялость1000—2500
Возможны нежелательные эффекты на здоровье1000—2500
Максимально допустимая концентрация в течение 8 часового рабочего дня5000
Лёгкое отравление, учащается пульс и частота дыхания, тошнота и рвота30 000
Добавляется головная боль и лёгкое нарушение сознания50 000
Потеря сознания, в дальнейшем — смерть100 000

Вдыхание воздуха с повышенной концентрацией этого газа не приводит к долговременным расстройствам здоровья. После удаления пострадавшего из атмосферы с высокой концентрацией углекислого газа быстро наступает полное восстановление здоровья и самочувствия[39].

Углекислый газ в природе

Основная статья: Углекислый газ в атмосфере Земли


Изменения концентрации атмосферного углекислого газа (кривая Килинга). Измерения в обсерватории на горе Мауна-Лоа, Гавайи.

Ежегодные колебания концентрации атмосферной углекислоты на планете определяются, главным образом, растительностью средних (40—70°) широт Северного полушария.

Вегетация в тропиках практически не зависит от сезона, сухой пояс пустынь 20—30° (обоих полушарий) даёт малый вклад в круговорот углекислоты, а полосы суши, наиболее покрытые растительностью, расположены на Земле асимметрично (в Южном полушарии в средних широтах находится океан). Поэтому с марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание СО2 в атмосфере падает, а с октября по февраль — повышается. Вклад в зимний прирост дают как окисление древесины (гетеротрофное дыхание растений, гниение, разложение гумуса, лесные пожары), так и сжигание ископаемого топлива (угля, нефти, газа), заметно увеличивающееся в зимний сезон[12].

Большое количество углекислоты растворено в океане.

Углекислый газ составляет значительную часть атмосфер некоторых планет Солнечной системы: Венеры, Марса.

Физиологическое действие

Углекислый газ нетоксичен, но при вдыхании его повышенных концентраций в воздухе по воздействию на воздуходышащие живые организмы его относят к удушающим газам (англ.)русск.. По ГОСТу (ГОСТ 8050-85) углекислота относится к 4-му классу опасности.

Незначительные повышения концентрации, вплоть до 2—4 %, в помещениях приводят к развитию у людей сонливости и слабости. Опасными для здоровья концентрациями считаются концентрации около 7—10 %, при которых развиваются симптомы удушья, проявляющиеся в виде головной боли, головокружения, расстройстве слуха и в потере сознания (симптомы, сходные с симптомами высотной болезни), эти симптомы развиваются, в зависимости от концентрации, в течение времени от нескольких минут до одного часа.

При вдыхании воздуха с очень высокими концентрациями газа смерть наступает очень быстро от удушья, вызванного гипоксией[13].

Несмотря на то, что даже концентрация 5—7 % CO₂ в воздухе несмертельна, но при концентрации 0,1 % (такое содержание углекислого газа иногда наблюдается в воздухе мегаполисов), люди начинают чувствовать слабость, сонливость. Это показывает, что даже при высоком уровне кислорода, большая концентрация CO₂ существенно влияет на самочувствие человека.

Вдыхание воздуха с повышенной концентрацией этого газа не приводит к долговременным расстройствам здоровья. После удаления пострадавшего из атмосферы с высокой концентрацией углекислого газа быстро наступает полное восстановление здоровья и самочувствия[14].

Температура замерзания углекислого газа – Портал по безопасности

Любите удивлять своих друзей разными интересными фишками? Это очень здорово, уметь делать что-то, что не умеют другие, знать какие-то секреты. Но иногда для того, чтобы удивить публику, не нужно ни обмана, ни особой ловкости или специальных навыков.

Достаточно лишь иметь хорошие знания химии и сухой лёд. С ним вы сможете творить настоящие чудеса.

Кипение

Удивить публику бурлящей газообразной массой вы сможете благодаря отличному знанию законов физики

Для опыта вам понадобится стакан с горячей или сильно тёплой водой и несколько кубиков твёрдого газа.

Вы берёте кубики, и просто бросаете их в воду.

И тут же вода начинает очень сильно бурлить, а из стакана густыми клубами валит пар, который больше даже похож на туман, так как очень густой, белый и, выходя из стакана, стелется понизу. Незнающие люди будут поражены. Особенно, если они будут думать, что это обыкновенная замороженная вода.

Почему получается такая реакция?

  • Температура замерзания углекислого газа очень низкая. Он сублимирует даже на воздухе.
  • Попробуйте оставить стакан с кубиками на какое-то время, и вы увидите, что через определённый временной промежуток стакан станет пустым. А в тёплой воде процесс протекает быстрее.
  • Так как из твёрдого состояния вещество сразу переходит в газообразное, получается то, что получается. При этом, чем горячее будет вода, тем сильнее будет эффект.

Для зрелищности можно добавить в воду немного жидкого мыла или шампуня. Тогда будет образовываться много пены с крупными пузырьками. Ей можно зачерпнуть в ладошку и размять в руках. Тогда из лопнувших пузырьков будет выходить туман.

Прыгающий кубик

Поймать прыгающий кубик льда будет уже невозможно!

Этот эксперимент надо проводить в тёплом помещении, так как вам понадобится тёплая металлическая поверхность, а если в помещении будет холодно, металл тоже будет холодным, и ничего не получится.

Вам будет нужна любая металлическая поверхность (покрытие раковины, дно алюминиевой кастрюли, металлический поднос – что угодно).

Главное, чтобы поверхность не была холодной. Вы кладёте на неё кубик. И он начинает прыгать. При этом поймать его, после того, как он начал прыгать, практически невозможно.

Такая реакция происходит опять из-за свойства твёрдой формы газа сублимировать. На тёплой поверхности это происходит быстрее. Пузырьки газа лопаются, и кусочек подскакивает. А со стороны выглядит, как настоящая магия.

Музыка с помощью льда

Попробуйте извлекать музыку из льда — получится удивительное шоу!

Ещё один трюк, который работает за счёт сублимации. Положите кусочек на какую-нибудь мягкую поверхность, возьмите металлический предмет, например, алюминиевую ложечку, и надавите на кубик.

  • Предмет из металла будет продавливать поверхность, а сам кубик при этом будет дребезжать.
  • Дребезжит, на самом деле, конечно, не кусочек, а газовые пузырьки, которые при испарении бьются о металлические стенки.

Вещество используют в своём ремесле профессиональные иллюзионисты. Например, на его применении основан известный фокус с картой и льдом.

Зная свойства этого вещества, можно творить настоящие чудеса и поражать зрителей своим искусством.

Примечания

  1. 12
    https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0103.html
  2. Trends in Atmospheric Carbon Dioxide (англ.). National Oceanic and Atmospheric Administration. Проверено 24 сентября 2013.
  3. А. С. Егоров. Репетитор по химии — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2009.
  4. How much carbon dioxide do humans contribute through breathing?. Проверено 30 апреля 2009. Архивировано 2 февраля 2011 года.
  5. Charles Henrickson.
    Chemistry. — Cliffs Notes, 2005. — ISBN 0-7645-7419-1.
  6. 1234
    Пересчитано из значений в мм. рт. ст. с использованием коэффициента пересчёта 0,133322 кПа/мм. рт. ст.
  7. 12
    Таблица референсных значений. Юго-Западный медицинский центр при Университете Далласа.
  8. 1234
    Carbon dioxide.
    solarnavigator.net
    . Проверено 12 октября 2007.
  9. 12Glinka, Nikolaj Leonidovič (1882-1965).
    Obŝaâ himiâ. — Izd. 27-e ster. — Leningrad: «Himiâ», 1988. — 702, [2] s. с. — ISBN 5724500035, 9785724500036.
  10. Большая Энциклопедия Нефти и Газа.
  11. ГОСТ 31371.6-2008 (ИСО 6974-6:2002). Газ природный. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С ОЦЕНКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ. Часть 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА, ГЕЛИЯ, КИСЛОРОДА, АЗОТА, ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И УГЛЕВОДОРОДОВ C1 — C8 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ КАПИЛЛЯРНЫХ КОЛОНОК.
  12. А. В. Бялко. Растения убыстряют рост. «Природа». No 10, 1996. (по Keeling C.D., Whorf Т.P., Wahlen M., van der Plicht J. // Nature. 1995. V. 375, № 6533. P.666-670
    )
  13. (англ.) Carbon Dioxide as a Fire Suppressant: Examining the Risks, U.S. Environmental Protection Agency:.
  14. (англ.) Glatte Jr H. A., Motsay G. J., Welch B. E. (1967). «Carbon Dioxide Tolerance Studies». Brooks AFB, TX School of Aerospace Medicine Technical ReportSAM-TR-67-77
    . Проверено 2008-05-02.

Примечания[ | ]

  1. Carbon Dioxide — Thermophysical Properties
  2. Carbon dioxide: Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH)
  3. 12
    https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0103.html
  4. Раков Э. Г.
    , Углерода диоксид, 2020.
  5. Trends in Atmospheric Carbon Dioxide (англ.). National Oceanic and Atmospheric Administration. Дата обращения: 24 сентября 2013.
  6. Die Zukunft des Klimas : neue Erkenntnisse, neue Herausforderungen : ein Report der Max-Planck-Gesellschaft. — München: C.H. Beck, 2020. — С. 9—22. — 1 online resource с. — ISBN 978-3-406-66968-2, 3-406-66968-9.
  7. Eggleton, R. A.
    A short introduction to climate change. — Cambridge: Cambridge University Press, 2012. — 1 online resource (240 pages) с. — ISBN 978-1-139-52435-3, 1-139-52435-6, 978-1-139-62739-9, 1-139-62739-2, 978-1-283-94302-4, 1-283-94302-6, 978-1-139-62794-8, 1-139-62794-5, 1-139-62705-8, 978-1-139-62705-4.
  8. Treibhausgas-Konzentration erreicht neuen Rekordwert (неопр.). klimareporter°
    . Дата обращения: 22 сентября 2020.
  9. Chen Zhou, Mark D. Zelinka & Stephen A. Klein.
    Impact of decadal cloud variations on the Earth’s energy budget (англ.). Nature Geoscience. Дата обращения: 4 декабря 2020.
  10. Brock, William H. 1936-.
    Viewegs Geschichte der Chemie. — Braunschweig. — С. 35. — XII, 472 S с. — ISBN 978-3-528-06645-1, 3-528-06645-8, 3-540-67033-5, 978-3-540-67033-9.
  11. Brock, William H. 1936-.
    Viewegs Geschichte der Chemie. — Braunschweig. — С. 50. — XII, 472 S с. — ISBN 978-3-528-06645-1, 3-528-06645-8, 3-540-67033-5, 978-3-540-67033-9.
  12. Brock, William H. 1936-.
    Viewegs Geschichte der Chemie. — Braunschweig. — С. 72. — XII, 472 S с. — ISBN 978-3-528-06645-1, 3-528-06645-8, 3-540-67033-5, 978-3-540-67033-9.
  13. Joseph Priestley.
    XIX. Observations on different kinds of air. // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. — 1772-01-01. — Т. 62. — С. 147–264. — doi:10.1098/rstl.1772.0021.
  14. XVIII. On the application of liquids formed by the condensation of gases as mechanical agents (EN) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. — 1823-12-31. — Т. 113. — С. 199–205. — ISSN 2053-9223 0261-0523, 2053-9223. — doi:10.1098/rstl.1823.0020.
  15. Joost Mertens.
    Du côté d’un chimiste nommé Thilorier // L’Année balzacienne. — 2003. — Т. 4, вып. 1. — С. 251. — ISSN 0084-6473. — doi:10.3917/balz.004.0251.
  16. Die Zukunft des Klimas : neue Erkenntnisse, neue Herausforderungen : ein Report der Max-Planck-Gesellschaft. — München: C.H. Beck, 2020. — С. 125. — 123-136 с. — ISBN 978-3-406-66968-2, 3-406-66968-9.
  17. Kappas, M. (Martin).
    Klimatologie : Klimaforschung im 21. Jahrhundert — Herausforderung für Natur- und Sozialwissenschaften. — Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2009. — С. 159. — 1 online resource с. — ISBN 978-3-8274-2242-2, 3-8274-2242-6.
  18. Permafrost — Auf dünnem Eis (нем.). Deutschlandfunk
    . Дата обращения: 22 сентября 2020.
  19. International Permafrost Association Country Reports (англ.). International Permafrost Association
    . Дата обращения: 22 сентября 2020.
  20. NABU — Moore und Klimawandel (нем.). NABU — Naturschutzbund Deutschland e.V.
    . Дата обращения: 22 сентября 2020.
  21. Егоров А. С.
    Репетитор по химии — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2009.
  22. 7. How much carbon dioxide do humans contribute through breathing?. Frequent Questions — Emissions (англ.). US EPA
    . Дата обращения: 4 декабря 2020. Архивировано 2 февраля 2011 года.
  23. Charles Henrickson.
    Chemistry (англ.). — Cliffs Notes, 2005. — ISBN 0-7645-7419-1.
  24. 1234
    Пересчитано из значений в мм. рт. ст. с использованием коэффициента пересчёта 0,133322 кПа/мм. рт. ст.
  25. 12
    Таблица референсных значений. Юго-Западный медицинский центр при Университете Далласа.
  26. 1234
    Carbon dioxide
    (неопр.)
    (недоступная ссылка).
    solarnavigator.net
    . Дата обращения: 12 октября 2007. Архивировано 14 сентября 2008 года.
  27. 123Glinka, Nikolaj Leonidovič (1882-1965).
    Obŝaâ himiâ. — Izd. 27-e ster. — Leningrad: «Himiâ», 1988. — 702, [2] s. с. — ISBN 5724500035, 9785724500036.
  28. Большая Энциклопедия Нефти и Газа.
  29. ГОСТ 31371.6-2008 (ИСО 6974-6:2002). Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределённости. Часть 6. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов C1 — C8 с использованием трёх капиллярных колонок (рус.). Docs.cntd.ru
    . — М.: Стандартинформ, 2009.
    . Дата обращения: 4 декабря 2020.
  30. Бялко А. В.
    Растения убыстряют рост // Природа. — 1996. — № 10. (по
    Keeling C.D., Whorf Т.P., Wahlen M., van der Plicht J. // Nature. 1995. V. 375, № 6533. P.666-670
    )
  31. Carbon dioxide poisoning: a literature review of an often forgotten cause of intoxication in the emergency department
  32. Rauchvergiftungen/Vergiftungen durch Gase (TK) (неопр.)
    .
    web.archive.org
    (4 июня 2010). Дата обращения: 22 сентября 2020.
  33. Deutsches Rotes Kreuz.
    Vergiftungen und Hilfe bei Erbrechen — Erste Hilfe (нем.).
    DRK e.V.
    (17. Juni 2020). Дата обращения: 22 сентября 2020.
  34. Carbon Dioxide — Life and Death (неопр.)
    .
    web.archive.org
    (22 мая 2013). Дата обращения: 22 сентября 2020.
  35. Greenwood, Veronique.
    Is Conference Room Air Making You Dumber? : [англ.] // The New York Times : газ. — 2020. — 6 May.
  36. Ventilation rates and carbon dioxide concentrations in schools. — In: Ventilation with Outdoor Air : [англ.] // Berkeley Lab : [сайт]. — 2020.
  37. Сорокин, Андрей.
    «Глобальное потепление отупляет. От этого уже страдают школьники и офисные работники» // Republic : [сайт]. — 2020. — 7 января.
  38. Indoor Air Quality in Commercial and Institutional Buildings
  39. (англ.) Glatte Jr H. A., Motsay G. J., Welch B. E.
    Carbon Dioxide Tolerance Studies (англ.) // Brooks AFB, TX School of Aerospace Medicine Technical Report. — 1967. — Vol. SAM—TR—67—77. Архивировано 9 мая 2008 года.

Литература

  • Вукалович М. П., Алтунин В. В.
    Теплофизические свойства двуокиси углерода. — М.: Атомиздат, 1965. — 456 с.
  • Тезиков А. Д.
    Производство и применение сухого льда. — М.: Госторгиздат, 1960. — 86 с.
  • Гродник М. Г., Величанский А. Я.
    Проектирование и эксплуатация углеслотных установок. — М.: Пищевая промышленность, 1966. — 275 с.
  • Талянкер Ю. Е.
    Особенности хранения баллонов со сжиженным газом // Сварочное производство. — 1972. — № 11.

Углекислый газ – определение и примеры

Углекислый газ
n.
[daɪˈɒksaɪd]
Определение: Неорганическое соединение, состоящее из двух атомов кислорода и углерода

Двуокись углерода Определение

сущ. , с химической формулой CO 2 , состоит из двух атомов кислорода, связанных с одним атомом углерода ковалентной связью, и необходим для многих биохимических и биологических процессов. Синонимы: оксид углерода, оксид углерода(iv) ангидрид углерода, оксид углерода, углекислый газ, сухой лед (твердая фаза).

Подробнее о углекислом газе

Углекислый газ (CO 2 ) стал первым газом, который был отличен от обычного воздуха. Примерно в 1630 году Ян Баптист ван Гельмонт , фламандский химик, обнаружил пар, отличный от воздуха, когда сжигал древесный уголь в закрытом сосуде. Он назвал пар «древесным газом» ( spiritus sylvestris ).Он думал, что это элемент или отдельное вещество. 1 В 1756 году Джозеф Блэк , шотландский врач, заметил этот газ при нагревании карбоната кальция (CaCO 3 ). Он назвал это «неподвижным воздухом». Он также определил его по выдыхаемому воздуху и описал его как более плотный, чем воздух, слегка кислый. В 1803 году Джон Дальтон (английский химик) предположил, что это вещество состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Теперь он называется «двуокись углерода» .

Углекислый газ представляет собой химическое соединение, состоящее из атома углерода и двух атомов кислорода. Каждый из атомов кислорода связан с центральным атомом углерода двойной ковалентной связью. Связь CO имеет длину 116,3 пм. Конфигурация соединения линейная и центросимметричная. Его химическая формула CO 2 .

Углекислый газ представляет собой бесцветный негорючий газ без запаха. Помимо газа, углекислый газ также может находиться в жидком и твердом состояниях. Сухой лед представляет собой замороженный углекислый газ.Возгоняется при -78,5°С при нормальном атмосферном давлении.

Общее представление о неорганическом соединении — это соединение, в котором отсутствует атомов углерода и которое архаично, не производится живым существом ( Витализм ). Тем не менее углекислый газ является исключением из этого общего правила. Углекислый газ имеет атом углерода и может вырабатываться живыми существами посредством дыхания. Однако он не имеет ковалентных связей С-С и С-Н, присутствующих в органических соединениях.

Из-за линейности и центросимметрии двуокиси углерода это соединение является неполярным .Неравномерное распределение валентных электронов отсутствует. Два атома кислорода имеют равную силу или электроотрицательность, поскольку они оттягивают электронную плотность от углерода на 180°. Таким образом, никакого чистого смещения электронов не происходит ни в каком направлении, и поэтому ни на одном из атомов не возникает суммарного заряда. 2

Двуокись углерода растворима в воде, но только при сохранении давления. Когда он реагирует с водой, он образует угольную кислоту , которая является слабой кислотой. Химическая реакция выглядит следующим образом: CO 2 + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 .Таким образом, углекислый газ присутствует не только в атмосфере Земли, но и в океанах, морях, реках, озерах, подземных водах, ледниках и ледяных шапках. Жидкий углекислый газ возвращается в газообразное состояние при падении давления, т.е. при давлениях ниже 5,1 атм.

Углекислый газ имеет молярную массу 44,01 г·моль −1 . Его температура плавления составляет -56,6 ° C. При стандартной температуре и давлении его плотность составляет 1,98 кг/м 3 . Его удельный вес составляет 1,53 при 21 ° C. Это негорючий газ.

 

 

Углекислый газ в углеродном цикле

Углерод является четвертым по распространенности элементом во Вселенной. Углеродный цикл — это биогеохимический цикл, отражающий углеродный обмен на Земле. Круговорот углерода в литосфере, гидросфере и атмосфере Земли.
В атмосфере углерод существует в основном в виде двуокиси углерода и метана. Эти два фактора являются основными факторами, ответственными за парниковый эффект .Хотя углекислый газ находится рядом с метаном с точки зрения создания парникового эффекта на единицу объема, он дольше живет, чем метан, и встречается в гораздо более высокой концентрации. Таким образом, углекислый газ считается более важным парниковым газом, чем метан. Концентрация углекислого газа в атмосфере с годами росла. Одним из основных факторов, приведших к этому росту, является человеческая деятельность . В начале Эпохи Индустриализации концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась примерно до 43%.Во многом это связано со сжиганием ископаемого топлива. Кроме того, к этому добавилась вырубка лесов. Деревья и другие фотосинтезирующие организмы служат основным поглотителем углекислого газа. Без них углекислый газ не утилизировался бы максимально и тем самым накапливался бы в атмосфере. Другими видами деятельности человека являются сжигание биомассы и производство цемента. Деятельность человека является основным источником углекислого газа на Земле. На их долю приходится около 29 миллиардов тонн углекислого газа в год.
Другими естественными биогенными источниками диоксида углерода являются биологические процессы, такие как дыхание и разложение органических веществ .При клеточном дыхании кислород поглощается для метаболизма, так что может производиться химическая энергия (например, АТФ). Одним из побочных продуктов клеточного дыхания является углекислый газ. У людей и других животных углекислый газ собирается из клеток и тканей, чтобы в конечном итоге высвобождаться за пределы тела при его выдыхании. Углекислый газ также может образовываться в процессе разложения или разложения органического вещества.
Помимо этих биогенных источников, углекислый газ производится из других природных источников, таких как вулканы, горячие источники и гейзеры.Вулканы, в частности, выбрасывают от 0,2 до 0,3 миллиарда тонн углекислого газа в год. Карбонатные породы, растворенные в воде и кислотах, также являются источником углекислого газа. Углекислый газ растворяется в различных водоемах при давлении выше 5,1 атм. Он возвращается в атмосферу в виде газа, когда давление падает.

 

Биологическое значение

Углекислый газ является одним из основных неорганических соединений, необходимых для жизни. У животных углекислый газ представляет собой химическое соединение, которое накапливается в тканях и удаляется из организма при выдохе животного.Таким образом, это метаболический побочный продукт метаболизма углеводов, особенно клеточного дыхания, при котором углеводы или липиды метаболизируются для синтеза метаболической энергии, такой как АТФ.

Фотоавтотрофные организмы, такие как растения и цианобактерии, используют углекислый газ в качестве важного реагента для производства сахаров путем фотосинтеза. Химическая реакция фотосинтеза выглядит следующим образом:
N CO 2 + N H 2 O → (CH 2 O) N + N O 2

Фотосинтез является основным средством удаления углекислого газа из атмосферы.

Использование диоксида углерода

Диоксид углерода используется в пищевой промышленности, особенно при производстве газированных напитков. Он также используется в качестве охлаждающей жидкости и хладагента. Это также эффективный огнетушитель, поскольку он плотнее воздуха и негорюч.

Читать:

Ссылка

  1. Углекислый газ Encyclopedia.com. (2000, 1 января). Получено с https://www.encyclopedia.com/science-and-technology/chemistry/compounds-and-elements/carbon-dioxide
  2. Ashish.(2017, 26 октября). Углекислый газ (CO2) полярный или неполярный? Получено с https://www.scienceabc.com/pure-sciences/is-carbon-dioxide-co2-polar-or-nonpolar.html

© Biology Online. Контент предоставлен и модерируется онлайн-редактором Biology Online Editors

. Следующий

Формула двуокиси углерода и применение | Что такое углекислый газ? — Видео и стенограмма урока

Формула и структура двуокиси углерода

Какова формула двуокиси углерода? В предыдущем разделе углекислый газ также упоминался как CO2.Термин «CO2» на самом деле является его химической формулой, которая описывает составляющие атомы, составляющие одну молекулу соединения. В случае двуокиси углерода каждая молекула состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода, следовательно, формула двуокиси углерода представляет собой комбинацию «C» и 2 «O», или «CO2».

Что такое диоксид? Определение диоксида относится к двум атомам кислорода и представляет собой комбинацию слов «ди» (что означает два) и «оксид». Следовательно, мы можем сделать вывод, что значение двуокиси углерода играет ту же роль, что и химическая формула, и сообщает нам об атомах, составляющих эту молекулу.

Тип химической связи между атомами углерода и кислорода в CO2 называется ковалентной связью , которая представляет собой тип химической связи, в которой электроны являются общими для атомов. Одиночный атом углерода связывается с одним атомом кислорода с каждой стороны, в результате чего образуется молекула с линейной структурой (угол связи 180 градусов).

Химическая структура двуокиси углерода (CO2)

Свойства двуокиси углерода

Ключевые свойства двуокиси углерода следующие:

  • Молекулярная масса- Молекулярная масса углекислого газа равна сумме атомных масс каждого атома в нем.Поскольку он состоит из 1 атома углерода (атомная масса — 12) и 2 атомов кислорода (атомная масса — 16), молекулярная масса CO2 составляет 44.
  • Состояние при комнатной температуре. Углекислый газ представляет собой молекулу, которая подвергается сублимации, то есть прямому переходу из твердого состояния в газообразное (и наоборот). Это преобразование из твердого состояния в газообразное происходит при температуре -78,48 градусов по Цельсию, поэтому при стандартных условиях он существует в виде газа.
  • Внешний вид- Углекислый газ представляет собой бесцветный газ при комнатных условиях.В твердом (замороженном) состоянии углекислый газ выглядит белым и хлопьевидным, и его обычно называют сухим льдом.
  • Плотность. Углекислый газ имеет плотность 1600 граммов на кубический метр при стандартных условиях. Это плотнее обычного воздуха, который имеет плотность всего 1225 граммов на кубический метр. Это означает, что в смеси обоих чистый углекислый газ должен опуститься на дно.
  • Вкус и запах. Углекислый газ обычно считается газом без запаха, но иногда его описывают как обладающий очень слабым острым вкусом.
  • Растворимость. Углекислый газ растворим в воде.
  • Реакционная способность. Углекислый газ считается очень инертным соединением с относительно низкой реакционной способностью
  • .

Применение двуокиси углерода

Двуокись углерода является коммерчески важным соединением и играет множество важных ролей в промышленных процессах. Некоторые хорошо известные области применения двуокиси углерода включают:

  • Сельское хозяйство: двуокись углерода является одним из основных компонентов фотосинтеза, биологического процесса, посредством которого зеленые растения преобразуют солнечный свет в химическую энергию (пищу.) CO2 также используется в качестве метода борьбы с вредителями, особенно для растений, выращиваемых в теплицах, и для защиты урожая после его сбора.
  • Производство продуктов питания и напитков: Двуокись углерода используется при производстве газированных напитков (например, газированных напитков). Для достижения желаемой шипучести в напитки растворяют углекислый газ при низких температурах и высоком давлении. Когда этот газ высвобождается под высоким давлением (т. е. когда бутылка открывается), углекислый газ выходит из раствора, что приводит к появлению отчетливых пузырьков газа, которые можно увидеть в таких напитках, как газированные напитки и игристые вина.Газирование напитков также может помочь предотвратить порчу без необходимости пастеризации.
  • Химическое производство: CO2 используется в качестве сырья для коммерческого синтеза различных химических веществ, таких как салициловая кислота и мочевина.
  • Охлаждение: Двуокись углерода в твердой форме — сухой лед — часто используется для охлаждения скоропортящихся продуктов (таких как замороженные продукты, мясо и напитки) во время транспортировки.

Двуокись углерода используется при производстве газированных напитков

Краткий обзор урока

Двуокись углерода или CO2 — это химическое соединение, состоящее из одного атома углерода и двух атомов кислорода.Он образуется в результате различных природных процессов, включая горение, дыхание и ферментацию, и впервые был обнаружен Яном Баптиста ван Гельмонтом в 17 веке. Углекислый газ представляет собой газообразное соединение, и его можно найти в атмосфере Земли в количестве 412 частей на миллион, что составляет 0,0407% атмосферы по объему. Молекула CO2 состоит из атома углерода , ковалентно связанного с двумя атомами кислорода, образуя линейную молекулу с валентным углом 180 градусов.Свойства этого соединения включают:

  • Молекулярный вес: 44
  • Точка сублимации: -78,48 градусов
  • Бесцветный газ без запаха при комнатной температуре
  • Плотность: 1600 г/м3
  • Растворим в воде

Двуокись углерода используется в различных областях, включая сельское хозяйство, производство продуктов питания и напитков, химический синтез и охлаждение.

Новое уравнение состояния для углекислого газа, покрывающего область жидкости от температуры тройной точки до 1100 К при давлении до 800 МПа: Журнал физических и химических справочных данных: Том 25, № 6

В этой работе рассматриваются имеющиеся данные о термодинамических свойствах двуокиси углерода и представляет новое уравнение состояния в форме фундаментального уравнения, явно выраженного через свободную энергию Гельмгольца.Функция остаточной части свободной энергии Гельмгольца была адаптирована к выбранным данным следующих свойств: (а) тепловые свойства однофазной области ( p ρ T ) и (б) парожидкостная область кривая насыщения ( p s , ρ′, ρ″), включая критерий Максвелла, (c) скорость звука w и (d) удельная изобарная теплоемкость c p однофазной области и кривой насыщения, (д) ​​удельная изохорная теплоемкость c v , (е) удельная энтальпия h , (ж) удельная внутренняя энергия u , (з) коэффициент Джоуля–Томсона мк.Применяя современные стратегии оптимизации математической формы уравнения состояния и одновременной нелинейной подгонки к данным всех этих свойств, полученная формулировка способна представить даже самые точные данные в пределах их экспериментальной неопределенности. В технически наиболее важной области до давлений 30 МПа и до температур 523 К расчетная неопределенность уравнения составляет от ±0,03 % до ±0,05 % по плотности, от ±0,03 % до ±1 % по скорости звука и ±0.от 15% до ±1,5% изобарной теплоемкости. Особый интерес был сосредоточен на описании критической области и экстраполяционного поведения формулировки. Без сложной связи с масштабированным уравнением состояния новая формулировка дает разумное описание даже калорических свойств в непосредственной близости от критической точки. По крайней мере, для основных свойств, таких как давление, фугитивность и энтальпия, уравнение можно экстраполировать до пределов химической стабильности двуокиси углерода.Также включены независимые уравнения для давления пара и давления на кривой сублимации и плавления, для плотности насыщенной жидкости и пара и для изобарной теплоемкости идеального газа. Таблицы свойств, рассчитанные по уравнению состояния, приведены в приложении.

ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА СМЕСЬ | Камео Химикалс

Химический паспорт

Химические идентификаторы | Опасности | Рекомендации по ответу | Физические свойства | Нормативная информация | Альтернативные химические названия

Химические идентификаторы

Поля химического идентификатора включают общие идентификационные номера, алмаз NFPA У.S. Знаки опасности Департамента транспорта и общее описание хим. Информация в CAMEO Chemicals поступает из множества источники данных.

NFPA 704

Алмаз Опасность Значение Описание
Здоровье 3 Может привести к серьезной или необратимой травме.
Воспламеняемость 0 Не горит в обычных условиях пожара.
нестабильность 0 Обычно стабилен даже в условиях пожара.
Особый ОХ Обладает окисляющими свойствами.

(NFPA, 2010 г.)

Общее описание

Углекислородно-кислородная смесь представляет собой бесцветный газ без запаха.И углекислый газ, и кислород негорючи; однако кислород может ускорить горение огня. При длительном воздействии огня или сильного нагрева контейнеры могут сильно разорваться и взорваться.

Опасности

Предупреждения о реактивности

Реакции воздуха и воды

Углекислый газ растворим в воде и образует в воде угольную кислоту, мягкую кислоту.

Пожарная опасность

Выдержка из Руководства ERG 122 [Газы — Окисляющие (включая охлажденные жидкости)]:

Вещество не горит, но поддерживает горение.Некоторые из них могут вступать во взрывоопасную реакцию с топливом. Может воспламенить горючие материалы (дерево, бумагу, масло, одежду и т. д.). Пары сжиженного газа изначально тяжелее воздуха и распространяются по земле. Слив может создать опасность пожара или взрыва. Контейнеры могут взорваться при нагревании. Разорванные цилиндры могут взлететь. (ЭРГ, 2020)

Опасность для здоровья

Выдержка из Руководства ERG 122 [Газы — Окисляющие (включая охлажденные жидкости)]:

Пары могут вызвать головокружение или удушье без предупреждения. Контакт с газом или сжиженным газом может вызвать ожоги, серьезные травмы и/или обморожение.При пожаре могут выделяться раздражающие и/или ядовитые газы. (ЭРГ, 2020)

Профиль реактивности

Чистый кислород является сильным окислителем. CO2 инертен, поэтому большая часть реакционной способности этой смеси связана с процентным содержанием каждого компонента. Чем выше процентное содержание инертного газа, тем менее реакционноспособным он является в качестве окислителя. Пыли магния, лития, калия, натрия, циркония, титана и некоторых магниево-алюминиевых сплавов, а также нагретые алюминий, хром и магний во взвешенном состоянии в углекислом газе воспламеняются и взрывоопасны.Это особенно верно в присутствии сильных окислителей, таких как пероксиды. Наличие двуокиси углерода в растворах гидрида алюминия в эфире может вызвать бурное разложение при нагревании остатка [J. амер. хим. Соц., 1948, 70, 877]. Рассмотрены опасности, возникающие при использовании углекислого газа в системах предотвращения и тушения замкнутых объемов воздуха и горючих паров. Опасность, связанная с его использованием, заключается в том, что могут создаваться сильные электростатические разряды, которые инициируют взрыв [Quart.Саф. Сумм., 1973, 44(1740, 10).

Принадлежит к следующей реакционной группе (группам)

Потенциально несовместимые абсорбенты

Будьте осторожны: жидкости с этой классификацией реактивной группы были Известно, что он реагирует с абсорбенты перечислено ниже. Больше информации о абсорбентах, в том числе о ситуациях, на которые следует обратить внимание…

  • Абсорбенты на основе целлюлозы
  • Вспененные полимерные абсорбенты

Рекомендации по ответу

Поля рекомендации ответа включают в себя расстояния изоляции и эвакуации, а также рекомендации по пожаротушение, пожарное реагирование, защитная одежда и первая помощь. информация в CAMEO Chemicals поступает из различных источники данных.

Изоляция и эвакуация

Выдержка из Руководства ERG 122 [Газы — Окисляющие (включая охлажденные жидкости)]:

НЕМЕДЛЕННЫЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ: Изолируйте место разлива или утечки на расстоянии не менее 100 метров (330 футов) во всех направлениях.

КРУПНЫЙ РАЗЛИВ: Рассмотрите начальную эвакуацию по ветру на расстояние не менее 500 метров (1/3 мили).

ПОЖАР: Если цистерна, железнодорожная цистерна или автоцистерна вовлечены в пожар, ИЗОЛИРОВАТЬ на расстоянии 800 метров (1/2 мили) во всех направлениях; также рассмотрите первоначальную эвакуацию на 800 метров (1/2 мили) во всех направлениях.(ЭРГ, 2020)

Пожаротушение

Выдержка из Руководства ERG 122 [Газы — Окисляющие (включая охлажденные жидкости)]:

Используйте огнетушащее вещество, подходящее для типа окружающего пожара.

НЕБОЛЬШОЙ ПОЖАР: Сухой химикат или CO2.

БОЛЬШОЙ ПОЖАР: Распыление воды, туман или обычная пена. Если это можно сделать безопасно, уберите неповрежденные контейнеры из зоны вокруг огня. С поврежденными баллонами должны обращаться только специалисты.

ПОЖАР В РЕЗЕРВУАРАХ: Боритесь с огнём с максимального расстояния или используйте беспилотные устройства основного потока или контрольные насадки.Охладите контейнеры заливающим количеством воды до тех пор, пока огонь не погаснет. Не направляйте воду на источник утечки или предохранительные устройства; может произойти обледенение. Немедленно отозвать в случае усиления звука от вентиляционных предохранительных устройств или обесцвечивания бака. ВСЕГДА держитесь подальше от танков, охваченных огнем. При массовом возгорании используйте беспилотные устройства управления потоком или стволы-мониторы; если это невозможно, отойдите от зоны и дайте огню гореть. (ЭРГ, 2020)

Непожарный ответ

Выдержка из Руководства ERG 122 [Газы — Окисляющие (включая охлажденные жидкости)]:

Храните горючие материалы (древесину, бумагу, масло и т.) вдали от просыпанного материала. Не прикасайтесь к рассыпанному материалу и не ходите по нему. Остановите утечку, если вы можете сделать это без риска. Если возможно, переверните контейнеры с протечками так, чтобы выходил газ, а не жидкость. Не направляйте воду на разлив или источник утечки. Используйте распыление воды, чтобы уменьшить количество паров или отклонить дрейф облаков паров. Избегайте попадания стекающей воды на разлитый материал. Не допускать попадания в водные пути, канализацию, подвалы или замкнутые пространства. Дайте веществу испариться. Изолируйте зону, пока газ не рассеется. ВНИМАНИЕ! При контакте с охлажденными/криогенными жидкостями многие материалы становятся хрупкими и могут неожиданно сломаться.(ЭРГ, 2020)

Защитная одежда

Выдержка из Руководства ERG 122 [Газы — окисляющие (включая охлажденные жидкости)]:

Наденьте автономный дыхательный аппарат с избыточным давлением (SCBA). Носите одежду химической защиты, специально рекомендованную производителем, когда НЕТ РИСКА ПОЖАРА. Структурная защитная одежда пожарных обеспечивает тепловую защиту, но лишь ограниченную химическую защиту. Всегда надевайте термозащитную одежду при работе с охлажденными/криогенными жидкостями.(ЭРГ, 2020)

Ткани для костюмов DuPont Tychem®

Нет доступной информации.

Первая помощь

Выдержка из Руководства ERG 122 [Газы — Окисляющие (включая охлажденные жидкости)]:

Позвоните в службу 911 или в службу неотложной медицинской помощи. Убедитесь, что медицинский персонал знает о материале(ах) и принимает меры предосторожности для своей защиты. Переместите пострадавшего на свежий воздух, если это можно сделать безопасно. Сделайте искусственное дыхание, если пострадавший не дышит. Дайте кислород, если дыхание затруднено.Снять и изолировать загрязненную одежду и обувь. Одежду, примерзшую к коже, следует разморозить, прежде чем снимать. В случае контакта со сжиженным газом оттаивайте обледеневшие части теплой водой. Держите пострадавшего в покое и тепле. (ЭРГ, 2020)

Физические свойства

Точка воспламенения: данные недоступны

Нижний предел взрываемости (НПВ): данные недоступны

Верхний предел взрываемости (ВПВ): данные недоступны

Температура самовоспламенения: данные недоступны

Точка плавления: данные недоступны

Давление паров: данные недоступны

Плотность пара (относительно воздуха): данные недоступны

Удельный вес: данные недоступны

Точка кипения: данные недоступны

Молекулярная масса: данные недоступны

Растворимость в воде: данные недоступны

Энергия/потенциал ионизации: 13.77 эВ [Из NPG: Углекислый газ] (НИОСХ, 2022 г.)

ИДЛХ: 40000 частей на миллион [Из NPG: Углекислый газ] (НИОСХ, 2022 г.)

AEGL (рекомендательные уровни острого воздействия)

Информация об AEGL отсутствует.

ERPG (Руководство по планированию реагирования на чрезвычайные ситуации)

Информация о ERPG отсутствует.

PAC (критерии защитных действий)

Информация о PAC отсутствует.

Нормативная информация

Поля нормативной информации включить информацию из У.S. Раздел III Агентства по охране окружающей среды Сводный список списки, Химический завод Агентства кибербезопасности и безопасности инфраструктуры США антитеррористические стандарты, и Управление по охране труда и здоровья США Перечень стандартов по управлению безопасностью технологического процесса при работе с особо опасными химическими веществами (подробнее об этих источники данных).

Сводный перечень списков EPA

Отсутствует нормативная информация.

Антитеррористические стандарты химических предприятий CISA (CFATS)

Отсутствует нормативная информация.

Список стандартов управления безопасностью процессов (PSM) OSHA

Отсутствует нормативная информация.

Альтернативные химические названия

В этом разделе представлен список альтернативных названий этого химического вещества, включая торговые названия и синонимы.

  • КАРБОГЕН
  • КАРБОГЕН 240
  • СМЕСЬ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА
  • СМЕСЬ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА СЖАТАЯ
  • СМЕСЬ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА.
  • СМЕСЬ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОДА
  • СМЕСЬ КИСЛОРОДА И УГЛЕРОДА
  • КИСЛОРОД И УГЛЕРОДА СМЕСЬ СЖАТАЯ
  • КИСЛОРОД, СМЕСЬ.СОДЕРЖИТ

Углекислый газ — атмосфера, формула, структура, факты, использование

Что такое углекислый газ?

Углекислый газ (молекулярная формула CO 2 ) представляет собой бесцветный беспорядочный газ, который легко сжижается при критической температуре и давлении. Это самый важный промышленный химикат или парниковый газ, вызывающий глобальное потепление окружающей среды. Углекислый газ хорошо растворяется в воде, образуя слабые кислые растворы H 3 CO 3 .Это основной промышленный химикат, полученный в результате нескольких промышленных процессов. Например, ферментационные производства, кальцинирование известняка и дымовые газы угольных электростанций.

Углекислый газ в атмосфере

Атмосферный углекислый газ является основным источником углерода в нашей жизни. Основными потребителями газа CO 2 из атмосферы являются зеленые растения и океаны. Зеленые растения поглощали CO 2 из атмосферы для получения углеводов в процессе фотосинтеза.В то время как океаны растворяют CO 2 с образованием карбонатных пород.

Сегодня, в связи с увеличением сжигания углеродистого топлива и сокращением лесных площадей, концентрация СО 2 в атмосфере находится на тревожном уровне. Это вызывает повышение глобальной температуры нашей земной среды. Эффект повышения глобальной температуры называется парниковым эффектом. Молекулы углекислого газа в атмосфере улавливают инфракрасное излучение, исходящее от поверхности земли.

Формула и структура

Молекула двуокиси углерода является линейной и симметричной с длиной химической связи C=O 116,3 пм. Атом углерода в линейной молекуле CO 2 находится в состоянии sp-гибридизации. Два наполовину заполненных sp-гибридизированных атома углерода образуют две сигма-связи с двумя атомами кислорода. Две однократно занятые р-орбитали атома углерода образуют по две пи-связи каждая из р-орбиталей двух атомов кислорода. Следовательно, линейная молекула СО 2 имеет в своей структуре две сигма- и две пи-связи.

Физические свойства

CO 2 представляет собой бесцветный беспорядочный газ, хорошо растворимый в воде. Растворимость заметно увеличивается под давлением.

Свойства двуокиси углерода
Химическая формула CO 2
Молярная масса 44,009 г/моль
Внешний вид Бесцветный газ
Плотность Газ Жидкость Твердый
1562 кг/м3 при 1 атм и −78.5°С 1101 кг/м3 при −37 °C 1,977 кг/м3 при 1 атм и 0 °C
Критические константы Критическая температура (T C ) Критическое давление (P C )
30,978 °С 72.808 атм
Дипольный момент 0 Дебай
Молекулярная форма Линейный
Теплоемкость 37,135 Дж К -1 моль -1

Факты о двуокиси углерода

Углекислый газ представляет собой мягкую кислоту Льюиса за счет образования карбонатов с ионами оксида или гидроксида.Он также действует как основание Льюиса по отношению к атомам металла в низкой степени окисления. Нейтрализация растворенного CO 2 происходит двумя путями в зависимости от шкалы рН раствора.

При pH < 8
H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3 (медленный)
H 2 CO 3 + OH → HCO 3 + H 2 O (быстрый)

При pH < 8 общая реакция следует химической кинетике псевдопервого порядка, поскольку H 2 O всегда находится в большом избытке.

При pH > 10
CO 2 + OH- → HCO 3 (медленный)
HCO 3 + OH → CO 3 -2 + H 2 O (быстро)

При pH > 10 общая скорость соответствует первому порядку. При pH от 8 до 10 задействовано все химическое равновесие.

Химическая реакция

CO 2 электрохимически восстанавливается до CO в водной среде.
CO 2 + 2H + + 2e → CO + H 2 O

Электролиз с использованием платинированного оксида титана (TiO 2 ) или комплексов переходных металлов восстанавливает CO 2 до различных продуктов, таких как монооксид углерода, метан, метиловый спирт и т. д.

Восстановление CO 2 до органических соединений в обычных условиях происходит во время фотосинтеза.
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Использование двуокиси углерода

Жидкий диоксид углерода используется для охлаждения мороженого, мяса, рыбы и т. д.За последние два столетия сжатый жидкий CO 2 постепенно заменяется сухим льдом из-за более низких производственных затрат и транспортных средств. Жидкий CO 2 также используется в качестве заменителя хлорфторуглеродов в аэрозольных пропеллентах.

Газообразный диоксид углерода широко используется для приготовления газированной воды и других безалкогольных напитков. Он обеспечивает инертную атмосферу для сварки и нейтрализует щелочь. При производстве карбоната натрия, бикарбоната и мочевины мы использовали огромное количество газообразного диоксида углерода.

Химическая формула — Более 100 миллионов химических соединений

Мгновенная формула для более чем 100 миллионов соединений

Химическая формула химических соединений является одной из основных сведений для исследований и разработок, которые часто доступны только на определенных веб-сайтах, связанных с химическими веществами, когда соединение не популярно. Для наших клиентов Mol-Instincts, , мы разработали автоматический процесс создания формул химических соединений, доступных в Интернете. Формула может быть мгновенно найдена поиском Google, пока Google их индексирует.

Общее количество переработанных химических соединений превышает 100 миллионов. Мы будем постоянно обновлять дополнительную информацию о формулах редких химических соединений.

Как найти химическую формулу с помощью поиска Google

Найти информацию о формуле с помощью Google довольно просто. Просто введите текст ввода и добавьте «Mol-Instincts» на экране поиска Google.

Например, если вы хотите найти формулу холестерина, просто введите,
Вы можете использовать другой текст вместо названия химического вещества (холестерин), например номер CAS или код InChI, или любую другую информацию, которая у вас может быть.

Что доступно

В дополнение к информации о формуле, основная молекулярная информация, такая как молекулярная масса, химический идентификатор, например, название IUPAC, строка SMILES, InChI и т. д., а также 2-мерные и 3-мерные изображения.

Щелкните следующую ссылку, чтобы перейти на пример страницы:

Пример страницы
Формула холестерина — C27h56O | Мол-Инстинкты

Информационный веб-проект Mol-Instincts

Механизм генерации формул был разработан как часть платформы Mol-Instincts для одновременной обработки десятков миллионов химических соединений в автоматическом режиме, который выполняется на параллельной вычислительной платформе, оснащенной тысячами процессорных ядер.

В настоящее время этот движок применяется для создания информации о формулах, доступной в Интернете, с целью создания миллиардов химических формул в течение нескольких лет.

окись углерода

Оксид углерода
Название ИЮПАК Оксид углерода
Другие названия Углекислый газ,
Угольный газ
Идентификаторы
CAS-номер 630-08-0
Номер РТЭКС ФГ3500000
Недвижимость
Молекулярная формула СО
Молярная масса 28.0101 г/моль
Внешний вид Бесцветный газ без запаха
Плотность 0,789 г/см³, жидкость
1,250 г/л при 0°C, 1 атм.
1,145 г/л при 25°C, 1 атм.
(легче воздуха)
Температура плавления

-205 °С (68 К)

Точка кипения

-192 ° С (81 К)

Растворимость в воде 0,0026 г/100 мл (20 °C)
Дипольный момент 0.112 Д (3,74×10 −31 Кл·м)
Опасности
Паспорт безопасности Внешний паспорт безопасности
Классификация ЕС Легковоспламеняющийся ( F+ )
Репр. Кот. 1
Токсичный ( T )
NFPA 704
Фразы риска Р12, Р23, Р33, Р48, Р61
S-фразы С9, С16, С33, С45, С53
Температура вспышки Горючий газ
Родственные соединения
Родственные оксиды двуокись углерода; перекись углерода; монооксид диуглерода; триоксид углерода
Страница дополнительных данных
Структура и
свойства
n , ε r и т.д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
Твердое, жидкое, газообразное
Спектральные данные УФ, ИК, ЯМР, МС
Если не указано иное, данные приведены для
материалов в их стандартном состоянии
(при 25 °C, 100 кПа)
Заявление об отказе от ответственности и ссылки на информацию

Оксид углерода с химической формулой CO представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса.Это продукт частичного сгорания углеродсодержащих соединений, особенно в двигателях внутреннего сгорания. Угарный газ образуется вместо более обычного двуокиси углерода, когда в процессе горения снижается доступность кислорода. Угарный газ имеет значительную топливную ценность, сгорая на воздухе с характерным голубым пламенем, образуя углекислый газ. Несмотря на свою серьезную токсичность, CO играет очень полезную роль в современных технологиях, являясь предшественником множества продуктов.Он состоит из одного атома углерода, ковалентно связанного с одним атомом кислорода. Это газ при комнатной температуре.

Дополнительные рекомендуемые знания

Производство

Оксид углерода настолько важен, что для его производства было разработано множество методов. [1]

Генераторный газ образуется при сгорании углерода в кислороде при высоких температурах при избытке углерода.В печи воздух пропускается через слой кокса. Первоначально полученный CO 2 уравновешивается с оставшимся горячим углеродом с образованием CO. Реакция O 2 с углеродом с образованием CO описывается как равновесие Будуара. При температуре выше 800 °C CO является преобладающим продуктом:

O 2 + 2 C → 2 CO ΔH = -221 кДж/моль

Недостатком этого метода является то, что при использовании воздуха остается смесь, состоящая в основном из азота.

Синтез-газ или Водяной газ получают эндотермической реакцией пара и углерода:

H 2 O + C → H 2 + CO ΔH = 131 кДж/моль

CO также является побочным продуктом восстановления руд оксидов металлов углеродом, что показано в упрощенной форме следующим образом:

MO + C → M + CO ΔH = 131 кДж/моль

Поскольку CO является газом, процесс восстановления можно проводить путем нагревания, используя положительную (благоприятную) энтропию реакции.Диаграмма Эллингема показывает, что при высоких температурах образование CO предпочтительнее, чем CO 2 .

CO – ангидрид муравьиной кислоты. Как таковой его удобно получать дегидратацией муравьиной кислоты, например серной кислотой. Еще одна лабораторная подготовка к угарному газу заключается в нагревании однородной смеси порошкообразного металлического цинка и карбоната кальция.

Zn + CaCO 3 → ZnO + CaO + CO

Структура

Молекула CO характеризуется длиной связи 0.1128 нм. [2] Формальный заряд и разница в электроотрицательности компенсируют друг друга. Результатом является небольшой дипольный момент с его отрицательным концом на атоме углерода [3] , хотя на самом деле шесть общих электронов, вероятно, будут притягиваться ближе к кислороду, чем к углероду. Это расстояние согласуется с частичной тройной связью. Молекула имеет малый дипольный момент и может быть представлена ​​тремя резонансными структурами:

Крайняя левая форма резонанса является наиболее важной. [2]

Диназот изоэлектронен монооксиду углерода, что означает, что эти молекулы имеют одинаковое количество электронов и аналогичные связи. Физические свойства N 2 и CO схожи, хотя CO более реакционноспособен.

Основные химические реакции

Промышленное использование

Угарный газ является основным промышленным газом, который имеет множество применений в производстве сыпучих химикатов. [4]

Альдегиды большого объема получают реакцией гидроформилирования алкенов, CO и H 2 .В одном из многих применений этой технологии гидроформилирование сочетается с процессом Shell Higher Olefin Process для получения прекурсоров моющих средств.

Метанол получают путем гидрирования CO. В родственной реакции гидрирование CO связано с образованием связи C-C, как в процессе Фишера-Тропша, где CO гидрогенизируется до жидкого углеводородного топлива. Эта технология позволяет превращать уголь в бензин.

В процессе Monsanto монооксид углерода и метанол реагируют в присутствии гомогенного родиевого катализатора и HI с образованием уксусной кислоты.Этот процесс отвечает за большую часть промышленного производства уксусной кислоты.

Координационная химия

Основная статья: карбонил металла

Большинство металлов образуют координационные комплексы, содержащие ковалентно присоединенный монооксид углерода. Только те, которые находятся в более низких степенях окисления, будут образовывать комплексы с лигандами монооксида углерода. Это связано с тем, что должна быть достаточная плотность электронов, чтобы облегчить обратное пожертвование с металлической d xz -орбитали на молекулярную орбиталь π * из CO.Неподеленная пара на атоме углерода в CO также отдает электронную плотность d x²-y² на металле, образуя сигма-связь. В карбониле никеля Ni (CO) 4 образуется в результате прямого соединения монооксида углерода и металлического никеля при комнатной температуре. По этой причине никель в любой трубке или детали не должен подвергаться длительному контакту с окисью углерода (коррозия). Карбонил никеля легко разлагается обратно на Ni и CO при контакте с горячими поверхностями, и этот метод когда-то использовался для промышленной очистки никеля в процессе Монда. [5]

В карбониле никеля и других карбонилах электронная пара на углероде взаимодействует с металлом; окись углерода отдает электронную пару металлу. В этих ситуациях монооксид углерода называют карбонильным лигандом. Одним из наиболее важных карбонилов металлов является пентакарбонил железа, Fe(CO) 5 :


Многие комплексы металл-CO получают путем декарбонилирования органических растворителей, а не из CO. Например, трихлорид иридия и трифенилфосфин реагируют в кипящем метоксиэтаноле или ДМФА с образованием IrCl(CO)(PPh 3 ) 2 .

Органическая химия и химия основных групп

В присутствии сильных кислот и воды монооксид углерода реагирует с олефинами с образованием карбоновых кислот в процессе, известном как реакция Коха-Хаафа. [6] В реакции Гаттермана-Коха арены превращаются в производные бензальдегида в присутствии AlCl 3 и HCl. [7] Литийорганические соединения, напр. реакция бутиллития с CO, но эта реакция малопригодна.

Хотя CO реагирует с карбокатионами и карбанионами, он относительно не реагирует с органическими соединениями без вмешательства металлических катализаторов. [8]

С реагентами основной группы CO вступает в несколько заслуживающих внимания реакций. Хлорирование CO — это промышленный путь получения важного соединения фосгена. С бораном CO образует аддукт H 3 BCO, изоэлектронный с ацилиевым катионом [H 3 CCO] + . CO реагирует с натрием с образованием продуктов, образующихся в результате сочетания CC, таких как Na 2 C 2 O 2 (ацетилендиолат натрия) и Na 2 C 4 O 4 (квадратный натрий).

Окись углерода в атмосфере

Угарный газ, который сегодня считается загрязняющим веществом, всегда присутствовал в атмосфере, в основном как продукт вулканической деятельности. Он растворяется в расплавленной вулканической породе при высоком давлении в мантии Земли. Содержание оксида углерода в вулканических газах варьируется от менее 0,01% до 2% в зависимости от вулкана. Это также происходит в природе при лесных пожарах. Поскольку естественные источники окиси углерода настолько изменчивы из года в год, чрезвычайно трудно точно измерить естественные выбросы газа.

Оксид углерода оказывает косвенное радиационное воздействие, повышая концентрацию метана и тропосферного озона в результате химических реакций с другими компонентами атмосферы (например, гидроксильным радикалом, OH . ), которые в противном случае разрушили бы их. В результате естественных процессов в атмосфере он в конечном итоге окисляется до углекислого газа. Концентрации окиси углерода недолговечны в атмосфере и изменчивы в пространстве.

Антропогенный CO от автомобильных и промышленных выбросов может способствовать парниковому эффекту и глобальному потеплению.В городских районах окись углерода вместе с альдегидами вступает в фотохимическую реакцию с образованием перекисных радикалов. Перекисные радикалы реагируют с оксидом азота, увеличивая отношение NO 2 к NO, что снижает количество NO, доступного для реакции с озоном. Угарный газ также входит в состав табачного дыма.

Роль в физиологии и питании

Монооксид углерода используется в системах упаковки с модифицированной атмосферой в США, в основном, со свежими мясными продуктами, такими как говядина и свинина.CO соединяется с миоглобином с образованием карбоксимиоглобина, ярко-вишнево-красного пигмента. Карбоксимиоглобин более стабилен, чем кислородсодержащая форма миоглобина, оксимиоглобин, который может окисляться до коричневого пигмента, метмиоглобина. Этот устойчивый красный цвет может сохраняться гораздо дольше, чем у обычно упакованного мяса, создавая впечатление свежести. [9] Типичные уровни содержания CO составляют от 0,4% до 0,5%.

Эта технология была впервые признана безопасной FDA в 2002 году для использования в качестве системы вторичной упаковки.В 2004 году FDA одобрило CO как метод первичной упаковки, заявив, что CO не маскирует запах порчи. [10] Несмотря на это постановление, технология остается спорной в США из-за опасений, что она обманчива и маскирует порчу. [11]

В результате одной реакции в организме образуется CO. Угарный газ естественным образом вырабатывается в результате распада гема (одного из фрагментов гемоглобина), субстрата для фермента гемоксигеназы. В результате ферментативной реакции гем расщепляется до СО, биливердина и радикала Fe 3+ .Эндогенно продуцируемый CO может играть важную физиологическую роль в организме (например, в качестве нейротрансмиттера или релаксанта кровеносных сосудов). Кроме того, CO регулирует воспалительные реакции таким образом, что предотвращает развитие ряда заболеваний, таких как атеросклероз или тяжелая форма малярии.

CO является питательным веществом для метаногенных бактерий, [12] строительным блоком для ацетилкоэнзима А. Эта тема является предметом новой области биоорганометаллической химии. В бактериях CO вырабатывается путем восстановления диоксида углерода с помощью фермента дегидрогеназы моноксида углерода, белка, содержащего Fe-Ni-S. [13]

Известен СО-сенсорный белок на основе гема, CooA. [14] Объем его биологической роли до сих пор неясен, он, по-видимому, является частью сигнального пути у бактерий и архей, но его встречаемость у млекопитающих не установлена.

CO также в настоящее время изучается в нескольких исследовательских лабораториях по всему миру на предмет его противовоспалительных и цитопротекторных свойств, которые можно использовать в терапевтических целях для предотвращения развития ряда патологических состояний, таких как ишемия, реперфузионное повреждение, отторжение трансплантата, атеросклероз, сепсис. , тяжелая малярия или аутоиммунитет.Клинических применений СО у человека пока нет.

История

Угарный газ впервые был получен французским химиком де Лассоном в 1776 году при нагревании оксида цинка с коксом. Он ошибочно заключил, что газообразный продукт был водородом, так как он горел голубым пламенем. Газ был идентифицирован как соединение, содержащее углерод и кислород, английским химиком Уильямом Круикшенком в 1800 году.

Токсические свойства угарного газа были впервые тщательно исследованы французским физиологом Клодом Бернаром примерно в 1846 году.Он травил собак этим газом и заметил, что их кровь во всех сосудах была более рутилантной . «Рутилант» — французское слово, но в английских словарях оно также означает румяный, мерцающий или золотой. Однако в то время он переводился как малиновый, алый, а теперь широко известен как «вишнево-розовый».

Во время Второй мировой войны угарный газ использовался для поддержания работы автомобилей в тех частях мира, где не хватало бензина. Были установлены внешние угольные или дровяные горелки, а угарный газ, образующийся в результате газификации, подавался в карбюратор.CO в этом случае известен как «древесный газ». Сообщается, что угарный газ также использовался в небольших масштабах во время Холокоста в некоторых нацистских лагерях смерти и в программе «эвтаназии» Action T4.

Исходные концентрации

  • 0,1 ppm — естественный фоновый уровень атмосферы (MOPITT)
  • от 0,5 до 5 ppm — средний фоновый уровень в домах [15]
  • от 5 до 15 ppm — уровни возле правильно отрегулированных газовых плит в домах [15]
  • 100-200 ppm — центральная часть Мехико от автомобилей и т. д. [16]
  • 5000 PPM — дымоход домашнего дерева огня [17]
  • 7000 PPM — неразбавленный теплый выхлоп автомобиля — без каталитического преобразователя [17]
  • 30 000 ppm — неразбавленный сигаретный дым [17 ]

Токсичность

Основная статья: Отравление угарным газом

Угарный газ является очень токсичным газом и не имеет ни запаха, ни цвета. Это самый распространенный вид отравления со смертельным исходом во многих странах. [18] Воздействие может привести к значительной токсичности центральной нервной системы и сердца. После отравления часто возникают долгосрочные последствия. Угарный газ также может оказывать серьезное воздействие на плод беременной женщины. Симптомы легкого отравления включают головные боли и головокружение при концентрациях менее 100 частей на миллион. При такой низкой концентрации, как 667 частей на миллион, до 50% гемоглобина организма может быть преобразовано в карбоксигемоглобин (HbCO). Карбокси-гемоглобин достаточно стабилен, но это изменение обратимо.Карбокси-гемоглобин неэффективен для доставки кислорода, в результате чего некоторые части тела не получают необходимого кислорода. В результате облучение такого уровня может быть опасным для жизни. В Соединенных Штатах OSHA ограничивает уровни долгосрочного воздействия на рабочем месте до 35 частей на миллион.

Механизмы, посредством которых окись углерода оказывает токсическое действие, еще полностью не изучены, но считается, что гемоглобин, миоглобин и митохондриальная цитохромоксидаза подвергаются риску. Лечение в основном состоит из введения 100% кислорода или гипербарической оксигенотерапии, хотя оптимальное лечение остается спорным.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2019 © Все права защищены.