Вода и углекислый газ формула: Углекислый газ: свойства и все характеристики

Углекислый газ и карбонатная система воды

Многим аквариумистам известны рекомендации по использованию для размножения рыб воды, более мягкой и кислой, по сравнению с аквариумной. Удобно пользоваться для этой цели дистиллированной водой, мягкой и слабокислой, смешивая ее с водой из аквариума. Но оказывается, что при этом жесткость исходной воды уменьшается пропорционально разведению, а рН практически не изменяется. Свойство сохранять значение показателя рН независимо от степени разведения, называется буферностью. В этой статье мы познакомимся с основными компонентами буферных систем аквариумной воды: кислотностью воды — рН, содержанием углекислого газа — СО₂, карбонатной «жесткостью» — dКН (эта величина показывает содержание в воде гидрокарбонат-ионов НСО₃^—; в рыбохозяйственной гидрохимии этот параметр называют щелочностью), общей жесткостью – dGН

(для упрощения принимается, что ее составляют только ионы кальция – Са⁺⁺). Обсудим их влияние на химический состав природной и аквариумной воды, собственно буферные свойства, а также механизм воздействия рассматриваемых параметров на организм рыб. Большинство химических реакций, рассматриваемых ниже, являются обратимыми, поэтому вначале важно познакомиться с химическими свойствами обратимых реакций; это удобно сделать на примере воды и показателя рН.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Далее — смотри вторую часть

• 6. СО₂ и физиология дыхания аквариумных рыб
• 7. Мини-практикум
• 8. Использованная литература

1. О ХИМИЧЕСКИХ РАВНОВЕСИЯХ, ЕДИНИЦАХ ИЗМЕРЕНИЯ И pН

Вода является хотя и слабым, но все же электролитом, т. е. способна к диссоциации, описываемой уравнением

Н₂О↔Н⁺ +ОН^—

Этот процесс обратим, т.е.

Н⁺+ОН^—↔Н₂О

C химической точки зрения ион водорода Н⁺ всегда является кислотой.

Ионы, способные связывать, нейтрализовывать кислоту (Н⁺), являются основаниями. В нашем примере это – гидроксил-ионы (ОН^—), но в аквариумной практике, как будет показано ниже, доминирующим основанием является гидрокрабонат-ион НСО₃^—, ион карбонатной «жесткости». Обе реакции протекают с вполне измеримыми скоростями, определяемыми концентрацией: скорости химических реакций пропорциональны произведению концентраций реагирующих веществ. Так для обратной реакции диссоциации воды Н⁺+ОН^—>Н₂О ее скорость выразится следующим образом:

V_обр = К_обр[Н⁺][OH^—]

К – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.
[ ]-квадратные скобки обозначают молярную концентрацию вещества, т. е. количество молей вещества в 1 литре раствора. Моль можно определить как вес в граммах (или объем в литрах — для газов) 6•10²³ частиц (молекул, ионов) вещества — число Авогадро. Число, показывающее вес 6•10

23 частиц в граммах равно числу, показывающему вес одной молекулы в дальтонах.

Так, например, выражение [H₂O] обозначает молярную концентрацию водного раствора … воды. Молекулярный вес воды составляет 18 дальтон (два атома водорода по 1д, плюс атом кислорода 16д), соответственно 1 моль (1М) Н₂О – 18 грамм. Тогда 1 литр (1000 грамм) воды содержит 1000:18=55,56 молей воды, т.е. [H₂O]=55,56М=const.

Поскольку диссоциация – процесс обратимый (Н₂О-Н⁺+ОН^—), то при условии равенства скоростей прямой и обратной реакции (

V_пр=V_обр), наступает состояние химического равновесия, при котором продукты реакции и реагирующие вещества находятся в постоянных и определенных соотношениях: К_пр[H₂O] = K_обр[H⁺][OН^—]. Если константы объединить в одной части уравнения, а реагенты в другой, то получим

К_пр/К_обр = [H⁺][OH^—]/[H₂O] = К

где К также является постоянной величиной и называется константой равновесия.

Последнее уравнение является математическим выражением т.н. закона действия масс: в состоянии химического равновесия отношение произведений равновесных концентраций реагентов является постоянной величиной. Константа равновесия показывает, при каких пропорциях реагентов наступает химическое равновесие. Зная значение К, можно предсказать направление и глубину протекания химической реакции. Если К>1, реакция протекает в прямом направлении, если К<1 – в обратном. Используя константу равновесия, с химическими уравнениями можно обращаться как с алгебраическими и производить соответствующие вычисления. Точность их не очень высока, но они относительно просты и наглядны, что позволяет глубже понять смысл рассматриваемых процессов. Численное значение константы равновесия индивидуально и постоянно для каждой обратимой химической реакции. Оно определяется экспериментально, и эти значения приводятся в химических справочниках.

В нашем примере К_{= [H⁺][OН^—]/[H2O] = 1,8•10^-16}. Поскольку [H₂O] =55,56 =const, то ее можно объединить с К в левой части уравнения. Тогда:

К[H₂O]=[H

+][OH^—]=(1,8•10^-16)•(55,56)=1•10^-14= const. = К_w

Преобразованное в такую форму уравнение диссоциации воды называется ионным произведением воды и обозначается К_w. Значение К_w остается постоянным при любых значениях концентраций Н⁺ и ОН^—, т. е. с увеличением концентрации ионов водорода Н⁺, уменьшается концентрация ионов гидроксила – ОH^— и наоборот. Так, например, если

[H⁺] = 10^-6, то [OH^—] = K_w/[H⁺] = (10^-14)/(10^-6)=10^-8. Но К_w = (10^-6)^.(10^-8) =10^-14 = const. Из ионного произведения воды следует, что в состоянии равновесия [H⁺] = [OH^—] = √К_w = √1•10^-14 = 10^-7М.

Однозначность связи между концентрацией ионов водорода и гидроксила в водном растворе позволяет для характеристики кислотности или щелoчности среды пользоваться одной из этих величин. Принято пользоваться величинoй концентрации ионов водорода

Н⁺. Поскольку величинами порядка 10^-7 оперировавть неудобно, в 1909 году шведский химик К. Серензен предложил использовать для этой цели отрицательный логарифм концентрации водородных ионов Н⁺ и обозначил его рН, от лат. potentia hydrogeni – сила водорода: рН = -lg[H⁺]. Тогда выражение [H⁺]=10^—7 можно записать коротко как pH=7. Т.к. предложенный параметр не имеет единиц измерения, он называется показателем (рН

). Удобство предложения Серензона вроде бы очевидно, но он подвергался критике современников за непривычную обратную зависимость между концентрацией ионов водорода Н⁺ и значением показателя рН: с увеличением концентрации Н⁺, т.е. с увеличением кислотности раствора, значение показателя рН уменьшается. Из ионного произведения воды следует, что показатель рН может принимать значения от 0 до 14 с точкой нейтральности рН=7. Органы вкуса человека начинают различать кислый вкус со значения показателя рН=3,5 и ниже.

Для аквариумистики актуален диапазон рН 4,5-9,5 (ниже будет рассматриваться только он) и традиционно принята следующая шкала с непостоянной ценой деления:

• рН<6-кислая
• рН 6,0-6,5 – слабокислая
• рН 6,5-6,8 – очень слабокислая
• рН 6,8-7,2 –нейтральная

• рН 7,2-7,5 – очень слабощелочная

• рН 7,5-8,0 — слабощелочная

• рН>8 – щелочная

На практике в большинстве случаев гораздо информативнее оказывается более грубая шкала с постоянной ценой деления:

• рН=5±0,5 – кислая
• рН=6±0,5 – слабокислая
• рН=7±0,5 – нейтральная
• рН=8±0,5 – слабощелочная
• рН>8,5 – щелочная

Среды с рН<4,5 и рН>9,5 являются биологически агрессивными, и их следует считать непригодными для жизни обитателей аквариума. Поскольку показатель рН является логарифмической величиной, то изменение рН на 1 единицу означает изменение концентрации ионов водорода в 10 раз, на 2 – в 100 раз и т.д.. Изменение концентрации Н⁺ вдвое приводит к изменению значения показателя рН лишь на 0,3 единицы.

Многие аквариумные рыбы без особого вреда для здоровья переносят и 100-кратные (т.е. на 2 единицы рН) изменения кислотности воды. Разводчики харациновых и других т.н. мягководных рыб, перекидывают производителей из общего аквариума (часто со слабощелочной водой) в нерестовик (со слабокислой) и обратно без промежуточной адаптации. Практика также показывает, что большинство обитателей биотопов с кислой водой в неволе лучше чувствует себя в воде с рН 7,0-8,0. С. Спотт считает рН 7,1-7,8 оптимальным для пресноводного аквариума.

Дистиллированная вода имеет рН 5,5–6,0, а не ожидаемое рН=7. Чтобы разобраться с этим парадоксом, необходимо познакомиться с «благородным семейством»: СО₂ и его производными.

2. СО2 СО ТОВАРИЩИ, pН, И СНОВА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Согласно закону Генри содержание газа воздушной смеси в воде пропорционально его доле в воздухе (парциальному давлению) и коэффициенту абсорбции. Воздух содержит до 0,04% СО₂, что соответствует его концентрации до 0,4 мл/л. Коэффициент абсорбции СО₂ водой=12,7. Тогда 1 литр воды может растворить 0,6 – 0,7 мл СО₂ (мл, а не мг!). Для сравнения, его биологический антипод – кислород, при 20%-ном содержании в атмосфере и коэффициенте абсорбции 0,05 обладает растворимостью 7 мл/л. Сравнение коэффициентов абсорбции показывает, что при прочих равных растворимость СО₂ значительно превышает растворимость кислорода. Попробуем разобраться, за что же такая несправедливость.

В отличие от кислорода и азота, углекислый газ — СО₂, является не простым веществом, а химическим соединением – оксидом. Как и другие оксиды, он взаимодействует с водой с образованием гидратов оксидов и, как и у других неметаллов, его гидроксидом является кислота (угольная):

СО₂+Н₂О = Н₂СО₃.

В итоге большей относительной растворимостью углекислый газ обязан химическому связыванию его водой, чего не происходит ни с кислородом, ни с азотом. Рассмотрим внимательнее кислотные свойства угольной кислоты, применив закон действия масс и приняв во внимание, что [H₂O] = const:

СО₂+Н₂О=Н⁺+НСО₃^—;  К₁ = [Н⁺][HCO₃^—]/[CO₂] = 4•10^-7
НСО₃^—=Н⁺+СО₃^—;  К₂ = [H⁺][CO₃^—]/[HCO₃^—] = 5,6•10^-11

здесь К₁ и К₂ – константы диссоциации угольной кислоты по 1 и 2-ой ступени.

Ионы НСО₃^— называются гидрокарбонатами (в старой литературе бикарбонатами), а ионы СО₃^— — карбонатами. Порядок величин К₁ и К₂ говорит о том, что угольная кислота является весьма слабой кислотой (К₁<1 и К₂ <1), а сравнение величин К₁ и К₂ – о том, что в ее растворе доминируют гидрокарбонат-ионы (К₁>К₂).

Из уравнения К₁ можно рассчитать концентрацию ионов водорода Н⁺:

[H⁺] = K₁[CO₂]/[HCO₃^—]

Если выразить концентрацию Н⁺ через рН, как это в свое время сделали Хендерсон и Хассельбальх для теории буферных растворов, то получим:

рН = рК₁ – lg[CO₂]/[HCO₃^—]
или удобнее
рН = рК₁ + lg[HCO₃^—]/[CO₂]

где, по аналогии с рН, рК₁ = -lgК₁ =-lg4•10^-7 = 6,4 = const. Тогда pH=6,4 + lg[HCO₃^—]/[CO₂]. Последнее уравнение известно как уравнение Хендерсона – Хассельбальха. Из уравнения Хендерсона – Хассельбальха следуют по крайней мере два важных вывода. Во-первых, для анализа величины показателя рН необходимо и достаточно знания концентраций компонентов только СО₂-системы. Во-вторых, значение показателя рН определяется отношением концентраций [HCO₃^—]/[CO₂], а не наоборот.

Поскольку содержание [HCO₃^—] неизвестно, для вычисления концентрации Н⁺ в дистиллированной воде можно воспользоваться принятой в аналитической химии формулой [H⁺] = √K₁[CO₂]. Тогда рН = -lg√K₁[CO₂]. Чтобы оценить интересующую нас величину показателя рН, вернемся к единицам измерения. Из закона Генри известно, что концентрация СО₂ в дистиллированной воде составляет 0,6мл/л. Выражение [CO₂] означает молярную концентрацию (см. выше) углекислого газа. 1М СО₂ весит 44 грамма, и при нормальных условиях занимает объем 22,4 литра. Тогда для решения задачи необходимо определить, какую долю от 1М, т.е. от 22,4 литров, составляют 0,6 мл. Если концентрация СО₂ выражена не в объемных, а в весовых единицах, т.е. в мг/л, то искомую долю необходимо считать от молярного веса СО₂ – от 44 грамм. Тогда искомая величина составит:

[CO₂] = x•10^-3/22,4 = y•10^-3/44

где х – объемная (мл/л), у – весовая (мг/л) концентрация СО₂. Простейшие вычисления дают приблизительную величину 3•10^-5М СО_2, или 0,03mM. Тогда

рН = -lg√K₁[CO₂] = -lg√(4•10^-7)(3•10^-5) = -lg√12•10^-12 = -lg(3,5•10^-6) = 5,5

что вполне согласуется с измеряемыми значениями.

Из уравнения Хендерсона-Хассельбальха видно, как величина показателя рН зависит от отношения [НСO₃^—]/[СО₂]. Приблизительно можно считать, что если концентрация одного компонента превышает концентрацию другого в 100 раз, то последней можно пренебречь. Тогда при [НСО₃^—]/[СО₂] = 1/100   рН = 4,5, что можно считать нижним пределом для СО₂-системы. Меньшие значения показателя рН обусловлены присутствием не угольной, а других минеральных кислот, например серной, соляной. При [НСО₃^—]/[СО₂] = 1/10, рН = 5,5. При [НСО₃^—]/[СО₂] = 1, или [НСО₃^—] = [СО₂], рН = 6,5. При [НСО₃^—]/[СО₂] = 10, рН = 7,5. При [НСО₃^—]/[СО₂] =100, рН = 8,5. Считается, что при рН>8,3 (точка эквивалентности фенолфталеина) свободная углекислота в воде практически отсутствует.

3. ПРИРОДНАЯ ВОДА И УГЛЕКИСЛОТНОЕ РАВНОВЕСИЕ

В природе атмосферная влага, насыщаясь СО₂ воздуха и выпадая с осадками, фильтруется через геологическую кору выветривания. Принято считать, что там она, взаимодействуя с минеральной частью коры выветривания, обогащается т.н. типоморфными ионами: Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, SO₄^—, Сl^— и формирует свой химический состав.

Однако работами В.И. Вернадского и Б.Б. Полынова показано, что химический состав поверхностных и грунтовых вод регионов с влажным и умеренно влажным климатом формирует в первую очередь почва. Влияние же коры выветривания связано с ее геологическим возрастом, т.е. со степенью выщелоченности. Разлагающиеся растительные остатки поставляют в воду СО₂, НСО₃^— и зольные элементы в пропорции, соответствующей их содержанию в живом растительном веществе: Cа>Na>Mg. Любопытно, что практически во всем мире питьевая вода, используемая и в аквриумистике, в качестве доминирующего аниона содержит гидрокарбонат-ион НСО₃^—, а из катионов – Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, нередко с некоторой долей Fe. А поверхностные воды влажных тропиков вообще удивительно однообразны по химическому составу, отличаясь лишь степенью разведения. Жесткость таких вод крайне редко достигает значений (8° dGH), удерживаясь обычно на уровне до 4°dGН. Ввиду того, что в таких водах [CO₂]=[HCO₃^—], они имеют слабокислую реакцию и значение показателя рН 6,0-6,5. Обилие листового опада и активно идущее его разрушение при большом количестве осадков могут приводить к весьма высокому содержанию в таких водах СО₂ и гумусовых веществ (фульвокислот) при почти полном отсутствии зольных элементов. Таковы т.н. «черные воды» Амазонии, в которых значение показателя рН может опускаться до 4,5 и дополнительно удерживаться т.н. гуматным буфером.

На содержание СО₂ в природных водах оказывает влияние и их подвижность. Так в проточных водах СО₂ содержится в концентрации 2 – 5 мг/л (до 10), тогда как в стоячих водах болот и прудов эти величины достигают значения 15 – 30 мг/л .

В засушливых и бедных растительностью регионах на формирование ионного состава поверхностных вод заметное влияние оказывает геологический возраст горных пород, слагающих кору выветривания и их химический состав. В них рН и пропорции типоморфных ионов будут отличаться от приведенных выше. В результате формируются воды с заметным содержанием SО₄^— и Сl^—, а из катионов могут преобладать Nа⁺ с заметной долей Mg⁺⁺. Возрастает и общее содержание солей – минерализация. В зависимости от содержания гидрокарбонатов, значение показателя рН таких вод колеблется в среднем от рН 7±0,5 до рН 8±0,5, а жесткость всегда выше 10°dGH. В стабильно щелочных водах, при рН>9, основными катионами всегда будут Mg⁺⁺ и Na⁺ с заметным содержанием калия, поскольку Са⁺⁺ осаждается в форме известняка. В этом плане особенно интересны воды Великой Африканской рифтовой долины, которая характеризуется т.н. содовым засолением. При этом даже воды таких гигантов, как озера Виктория, Малави и Танганьика отличаются повышенной минерализацией и таким высоким содержанием гидрокарбонатов, что карбонатная «жесткость» в их водах превышает жесткость общую: dKH>dGH.

Содержащиеся в воде СО₂ и его производные – гидрокарбонаты и карбонаты, связаны между собой т.н. углекислотным равновесием:

СО₂ + Н₂О↔Н⁺+НСО₃^—↔2Н⁺ + СО₃^—

 В тех регионах, где кора выветривания молодая и содержит известняк (СаСО₃), углекислотное равновесие выражается уравнением

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Cа⁺⁺ + 2НСО₃^—

Применив к этому уравнению закон действия масс (см. выше) и приняв во внимание, что [H₂O]=const и [CaCO₃]=const (твердая фаза), получаем:

[Ca⁺⁺][HCO₃^—]²/[CO₂] = К_СО2

где К_СО2 – константа углекислотного равновесия.

Если концентрации действующих веществ выражены в миллимолях (mM,10^-3М), то К_СО2 = 34,3. Из уравнения К_СО2 видна неустойчивость гидрокарбонатов: в отсутствие СО_2, т.е. при [CO₂]=0, уравнение не имеет смысла. При отсутствии углекислого газа гидрокарбонаты разлагаются до СО₂ и подщелачивают воду: НСО₃^—→ОН^—+СО₂. Содержание свободной СО₂ (для «неживой» воды весьма незначительное), которое обеспечивает устойчивость данной концентрации гидрокарбонатов при неизменном рН, называется равновесной углекислотой — [CO₂]_р. Она связана как с содержанием углекислого газа в воздухе так и с dКН воды: с ростом dКН увеличивается и количество [СО₂]_р. Содержание СО₂ в природных водах как правило близко к равновесной и именно эта их особенность, а не значения dKH, dGН и рН чаще всего отличает состояние природных вод от аквариумной воды. Решив уравнение К_СО2 относительно СО₂, можно определить концентрацию равновесной углекислоты:

[CO₂]_р = [Ca⁺⁺][HCO₃^—]²/К_СО2

Поскольку в пресноводной аквариумистике понятия общей жесткости, карбонатной «жесткости» и кислотности являются культовыми, то интересно, что уравнения:

К₁ = [H⁺][HCO₃^—]/[CO₂]
и
К_СО2 = [Ca⁺⁺][HCO₃^—]²/[CO₂]

объединяют их в одну систему. Разделив К_СО2 на К_1, получим обобщенное уравнение:

К_СО2/К₁=[Ca⁺⁺][HCO₃^—]/[H⁺]

Напомним, что [H⁺] и рН объединяет обратнопропорциональная зависимость. Тогда последнее уравнение показывает, что параметры: dGH, dKH и рН связаны прямопропорционально. Это значит, что в состоянии, близком к газовому равновесию, увеличение концентрации одного компонента приведет к увеличению концентрации остальных. Данное свойство хорошо заметно при сравнении химического состава природных вод разных регионов: более жесткие воды отличаются более высокими значениями рН и dКН.

Для рыб оптимальное содержание СО₂ составляет 1–5мг/л. Концентрации более 15мг/л опасны для здоровья многих видов аквариумных рыб (см. ниже).

Таким образом, с точки зрения углекислотного равновесия, содержание СО₂ в природных водах всегда близко к [CO₂]р.

4. ОБ АКВАРИУМНОЙ ВОДЕ И ПРОИЗВЕДЕНИИ РАСТВОРИМОСТИ

Аквариумная вода не бывает равновесной по содержанию СО₂ в принципе. Измерение содержания углекислоты с помощью СО₂-теста позволяет определить общее содержание углекислого газа – [CO₂]_общ, значение которого, как правило, превышает концентрацию равновесной углекислоты – [CO₂]_общ>[CO₂]_р. Это превышение называется неравновесной углекислотой – [CO₂]_нер. Тогда

[CO₂]_нер = [CO₂]_общ – [CO₂]_р

Обе формы углекислоты – и равновесная и неравновесная, являются не измеряемыми, а только расчетными параметрами. Именно неравновесный углекислый газ обеспечивает активный фотосинтез водных растений и с другой стороны, может создавать проблемы при содержании отдельных видов рыб. В хорошо сбалансированном аквариуме естественные суточные колебания содержания углекислого газа не приводят к падению его концентрации ниже [CО₂]_ри не превышают возможностей буфера аквариумной воды. Как будет показано в следующей главе, амплитуда этих колебаний не должна превышать ±0,5[CO₂]_р. Но при увеличении содержания углекислого газа на более, чем 0,5[CO₂]_р, динамика заявленных компонентов СО₂-системы – dGH, dKH и рН, будет сильно отличаться от природной: общая жесткость (dGH) в такой ситуации возрастает на фоне падения значений рН и dКН. Именно такая ситуация в корне может отличать аквариумную воду от природной. Происходит повышение dGH в результате растворения известняка грунта. В такой воде могут затрудняться жизненно важные процессы газообмена в организме рыб, в частности – выведение СО₂, а формирующиеся ответные патологические процессы часто приводят к ошибкам при оценке ситуации (см ниже). В морских рифовых аквариумах такая вода может растворять свежеосажденный СаСО₃ скелета жестких кораллов, в том числе на месте травмы, что может приводить к отслоению тела полипа от скелета и гибели животного при благополучии аквариума по другим параметрам.

При обилии водных растений, на свету возможна ситуация, когда [CO₂]_общ<[CO₂]р. В этом случае растения будут влачить жалкое существование, а вода будет склонна к отложению СаСО₃, особенно на зрелых листьях. Поэтому в аквариумах для выращивания водных растений рекомендуется поддерживать [CO₂]_нер< 3 – 5 мг/л. Последнее неравенство также характерно для морских вод коралловых рифов. В океанологии данная ситуация описывается т.н. индексом насыщенности вод карбонатом кальция. В такой обстановке фотосинтез симбионтных зооксантелл в телах коралловых полипов еще больше усиливает приведенное неравенство, что в итоге приводит к отложению СаСО₃ и росту скелета полипа. К сожалению, в морской аквариумистике этот параметр применения пока не нашел. Ввиду такого важного значения растворимости известняка СаСО₃, познакомимся с химией этого процесса подробнее.

Как известно, осаждение из раствора кристаллов любого вещества начинается при его т.н. насыщенных концентрациях, когда вода больше не способна вмещать в себе это вещество. Водный раствор над осадком (твердой фазой) всегда будет насыщен ионами вещества, независимо от его растворимости и будет находиться в состоянии химического равновесия с твердой фазой. Для известняка это выразится уравнением: СаСО_3(тв.)=Са⁺⁺+СО₃^—_(р-р). Применив закон действия масс, получим: [Ca⁺⁺][CO₃^—]_(р-р)/[CaCO₃]_(тв.)=К. Поскольку [CaCO₃]_(тв.)=const (твердая фаза), то тогда [Ca⁺⁺][CO₃^—]_(р-р)=К. Т.к. последнее уравнение характеризует способность вещества растворяться, то такое произведение насыщенных концентраций ионов трудно растворимых веществ назвали произведением растворимости — ПР (ср. с ионным произведением воды К_w).

ПР_СаСО3 = [Ca⁺⁺][CO₃^—] = 5•10^-9. Как и ионное произведение воды, ПР_СаСО3 остается постоянным, независимо от изменения концентраций ионов кальция и карбонатов. Тогда при наличии в аквариумном грунте известняка, в воде всегда будут присутствовать карбонат-ионы в количестве, определяемом ПР_СаСО3 и общей жесткостью:

[CO₃^—] = ПР_СаСО3/[Ca⁺⁺]

В присутствии в воде неравновесного углекислого газа происходит реакция:

СО₃^—+СО₂+Н₂О=2НСО₃^—

которая понижает насыщающую концентрацию карбонат-ионов [СО₃^—]. В результате в соответствии с произведением растворимости, в воду будут поступать компенсаторные количества СО₃^— из СаСО₃, т.е. известняк начнет растворяться. Поскольку СО₂+Н₂О=Н⁺+НСО₃^—, смысл приведенного выше уравнения можно сформулировать точнее: СО₃^—+Н⁺=НСО₃^—. Последнее уравнение говорит о том, что карбонаты, находящиеся в воде в соответствии с ПР_СаСО3, нейтрализуют кислоту (Н⁺), образующуюся при растворении СО₂, в результате чего рН воды сохраняется неизменным. Таким образом, мы постепенно пришли к тому, с чего начинали разговор:

5. КАРБОНАТНАЯ БУФЕРНАЯ СИСТЕМА

Растворы называют буферными, если они обладают двумя свойствами:

А: Значение показателя рН растворов не зависит от их концентрации, или от степени их разведения.

Б: При добавлении кислоты (Н⁺), или щелочи (ОН^—), величина их показателя рН мало изменяется, пока концентрация одного из компонентов буферного раствора не изменится более, чем наполовину.

Указанными свойствами обладают растворы, состоящие из слабой кислоты и ее соли. В аквариумной практике такой кислотой является углекислота, а ее доминирующей солью – гидрокарбонат кальция – Са(НСО₃)₂. С другой стороны, повышение содержания СО₂ выше равновесного эквивалентно добавлению в воду кислоты — Н⁺, а понижение его концентрации ниже равновесного – равносильно добавлению щелочи — ОН^— (разложение гидрокарбонатов — см. выше). Количество кислоты или щелочи, которое необходимо внести в буферный раствор (аквариумную воду), чтобы значение показателя рН изменилось на 1 единицу, называется буферной емкостью. Отсюда следует, что рН аквариумной воды начинает изменяться раньше, чем исчерпывается ее буферная емкость, но по исчерпании буферной емкости, рН изменяется уже эквивалентно количеству внесенной кислоты, или щелочи. В основе работы буферной системы лежит т.н. принцип Ле Шателье: химическое равновесие всегда смещается в сторону, противоположную приложенному воздействию. Рассмотрим свойства А и Б буферных систем.

А. Независимость рН буферных растворов от их концентрации выводится из уравнения Хендерсона-Хассельбальха: рН = рК₁ +lg[HCO₃^—]/[CO₂]. Тогда при разных концентрациях НСО₃^— и СО₂ их отношение [HCO₃^—]/[CO₂] может быть неизменным. Так, например, [HCO₃^—]/[CО₂] = 20/8 = 10/4 = 5/2 = 2,5/1 = 0,5/0,2 = 2,5, — т.е. разные воды, отличающиеся значением карбонатной «жесткости» dКН и содержанием СО₂, но содержащие их в одинаковой пропорции, будут иметь одинаковое значение показателя рН (см.также гл.2). Уверенно отличаться такие воды будут по своей буферной емкости: чем выше концентрация компонентов буферной системы, тем больше ее буферная емкость и наоборот.

Аквариумисты сталкиваются с данным свойством буферных систем обычно в периоды весеннего и осеннего паводка, если станции водозабора снабжаются поверхностной, а не артезианской водой. В такие периоды буферная емкость воды может уменьшаться настолько, что некоторые виды рыб не выдерживают традиционной плотной посадки. Тогда начинают появляться истории о загадочных болезнях, выкосивших например, скалярий, или меченосцев и против которых бессильны все лекарства.

Б. Можно говорить о трех буферных системах аквариумной воды, каждая из которых устойчива в своем диапазоне рН:

1. рН<8,3 СО₂/НСО₃^— гидрокарбонатный буфер

2. рН=8,3 НСО₃^— гидрокарбонатный буфер

3. рН>8,3 НСО₃^—/СО₃^— карбонатный буфер.

Рассмотрим свойсво Б в двух вариантах: вар. Б1 — при возрастании содержания СО₂ и вар. Б2 – при уменьшении его содержания.

Б1. Концентрация СО₂ увеличивается (плотная посадка, очень старая вода, перекорм).

Кислотные свойства СО₂ проявляются в образовании ионов водорода Н⁺ при взаимодействии его с водой: СО₂+Н₂О→Н⁺+НСО₃^—. Тогда увеличение концентрации СО₂ равносильно увеличению концентрации ионов водорода Н⁺. Согласно принципа Ле Шателье это приведет к нейтрализации Н⁺. В этом случае буферные системы работают следующим образом.

Карбонатный буфер 3: при наличии карбонатного грунта ионы водорода будут поглощаться присутствующими в воде карбонатами: Н⁺+СО₃^—→НСО₃^—. Следствием этой реакции будет растворение СаСО₃ грунта (см. выше).

Гидрокарбонатный буфер 1 – 2: по реакции Н⁺+НСО₃^—→CO₂↑+Н₂О. Стабильность рН будет достигнута за счет уменьшения карбонатной «жесткости» dКН, а удаление образующегося СО₂ – либо за счет фотосинтеза, либо за счет диффузии его в воздух (при надлежащей аэрации).

Если источник избытка СО₂ не будет устранен, то при уменьшении значения dКН вдвое от исходного, рН воды начнет понижаться при сопутствующем падении буферной емкости и увеличении общей жесткости. Когда величина показателя рН уменьшится на 1 единицу, емкость буферной системы будет исчерпана. При значении рН=6,5 содержание оставшихся ги

Wikizero — Диоксид углерода

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Диоксид углерода
Систематическое наименование	Диоксид углерода
Традиционные названия	углекислый газ, углекислота, двуокись углерода, сухой лёд (в твёрдом состоянии)
Хим. формула	CO2
Рац. формула	CO2
Состояние	бесцветный газ
Молярная масса	44,01 г/моль
Плотность	газ (0 °C): 1,9768 кг/м³ жидкость (0 °С, 35,5 ат): 925 кг/м³ тв. (−78,5 °C): 1560 кг/м³
Динамическая вязкость	8,5⋅10−5 Па·с (10°C, 5,7 МПа)
Энергия ионизации	13,77 ± 0,01 эВ[3]
Скорость звука в веществе	269 м/с
Температура
• сублимации	−78,5 °C
Тройная точка	−56,6 °C, 0,52 МПа [1]
Критическая точка	31 °C, 7,38 МПа
Критическая плотность	467 кг/м³ см³/моль
Уд. теплоёмк.	849 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	0,0166 Вт/(м·K)
Энтальпия
• образования	-394 кДж/моль
• плавления	9,02 кДж/моль
• кипения	16,7 кДж/моль
• сублимации	26 кДж/моль
Удельная теплота испарения	379,5 кДж/кг
Удельная теплота плавления	205 кДж/кг
Давление пара	56,5 ± 0,1 атм[3]
Растворимость
• в воде	1,48 кг/м³
Рег. номер CAS	124-38-9
PubChem	280
Рег. номер EINECS	204-696-9
SMILES
InChI
Кодекс Алиментариус	E290
RTECS	FF6400000
ChEBI	16526
Номер ООН	1013
ChemSpider	274
Предельная концентрация	9 г/м³ (5000 ppm) долговременное воздействие, 54 г/м³ (30 000 ppm) кратковременное воздействие (<15 мин.) [2]
ЛД50	LC50: 90 000 [

Углекислый газ: объем, масса и сгорание углекислого газа

• Для решения задач этого типа необходимо знать общие формулы классов ор­ганических веществ и общие формулы для вычисления молярной массы веществ этих классов:
• Алгоритм решения большинства задач на нахождение молекулярной формулы включает следующие действия:
• —   запись уравнений реакций в общем виде;
• —   нахождение количество вещества n, для которого даны масса или объем, или массу или объём которого можно вычислить по условию задачи;
• —    нахождение молярной массы вещества М = m/n, формулу которого нужно устано­вить;
• —    нахождение числа атомов углерода в молекуле и составление молекуляр­ной формулы вещества.
• Примеры решения задачи 35 ЕГЭ по химии на нахождение молекулярной формулы органического вещества по продуктам сгорания с объяснением
• Задача 1.

При сгорании 11,6 г органического вещества образуется 13,44 л углекислого газа и 10,8 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2. Установлено, что это вещество взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра, каталитически восстанавливается водородом с образованием первичного спирта и способно окисляться подкисленным раствором перманганата калия до карбоновой кислоты. На основании этих данных:
1) установите простейшую формулу исходного вещества,
2) составьте его структурную формулу,
3) приведите уравнение реакции его взаимодействия с водородом.

1. Решение: общая формула органического вещества СxHyOz.
2. Переведем объем углекислого газа и массу воды в моли по формулам:
3. n= m/М  и  n= V/Vm,
4. Молярный объем Vm = 22,4 л/моль
5. n(CO2) = 13,44/22,4= 0,6 моль, =>в исходном веществе содержалось n(C) =0,6 моль,
6. n(h3O) = 10,8/18 = 0,6 моль,  => в исходном веществе содержалось в два раза больше n(H) = 1,2 моль,
7. Узнаем, содержался ли кислород в органическом соединении. Для этого от массы органического вещества отнимаем массу углерода и массу водорода: m(O)= 11,6 – 0,6* 12 – 1,2= 3,2 г,
8. Значит, искомое соединение содержит кислород количеством:
9. n(O)= 3,2/16 = 0,2 моль
10. Посмотрим соотношение атомов С, Н и О, входящих в состав исходного органического вещества:
11. n(C) : n(H) : n(O) = x : y : z = 0,6 : 1,2 : 0,2 = 3 : 6 : 1
12. Нашли простейшую формулу: С3H6О
13. Чтобы узнать истинную формулу, найдем молярную массу органического соединения по формуле:
14. М(СxHyOz) = Dвозд(СxHyOz) *M(возд)
15. Mист(СxHyOz) = 29*2 = 58 г/моль
16. Проверим, соответствует ли истинная молярная масса молярной массе простейшей формулы:
17. М (С3H6О) = 12*3 + 6 + 16 = 58 г/моль — соответствует, => истинная формула совпадает с простейшей.
18. Молекулярная формула: С3H6О
19. Из данных задачи: » это вещество взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра, каталитически восстанавливается водородом с образованием первичного спирта и способно окисляться подкисленным раствором перманганата калия до карбоновой кислоты» делаем вывод, что это альдегид.

2) При взаимодействии 18,5 г предельной одноосновной карбоновой кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Опре­делите молекулярную формулу кислоты.

Показать

3) Некоторая предельная карбоновая одноосновная кислота массой 6 г требует для полной этерификации такой же массы спирта. При этом получается 10,2 г сложного эфира. Установите молекулярную формулу кислоты.

Показать

4) Определите молекулярную формулу ацетиленового углеводорода, если молярная масса продукта его реакции с избытком бромоводорода в 4 раза больше,чем молярная масса исходного углеводорода

Показать

5) При сгорании органического вещества массой 3,9 г образовались оксид углерода (IV) массой 13,2 г и вода массой 2,7 г. Выведите формулу вещества, зная, что плотность паров этого вещества по водороду равна 39.

Показать

6) При сгорании органического вещества массой 15 г образовались оксид углерода (IV) объемом 16,8 л и вода массой 18 г. Выведите формулу вещества, зная, что плотность паров этого вещества по фтороводороду равна 3.

Показать

7) При сгорании 0,45 г газообразного органического вещества выделилось 0,448 л (н.у.) углекислого газа, 0,63 г воды и 0,112 л (н.у.) азота. Плотность исходного газообразного вещества по азоту 1,607. Установите молекулярную формулу этого вещества.

Показать

8) При сгорании бескислородного органического вещества образовалось 4,48 л (н.у.) углекислого газа, 3,6 г воды и 3,65 г хлороводорода. Определите молекулярную формулу сгоревшего соединения.

9) При сгорании органического вещества массой 9,2 г образовались оксид углерода (IV) объёмом 6,72 л (н.у.) и вода массой 7,2 г. Установите молекулярную формулу вещества.

10) При сгорании органического вещества массой 3 г образовались оксид углерода (IV) объёмом 2,24 л (н.у.) и вода массой 1,8 г. Известно, что это вещество реагирует с цинком.

На основании данных условия задания:
1) произведите вычисления, необходимые для установления молекулярной формулы органического вещества;
2) запишите молекулярную формулу исходного органического вещества;
3) составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
4 ) напишите уравнение реакции этого вещества с цинком.

Источник: http://himege.ru/zadacha-35-ege-po-ximii/

Объем углекислого газа, его концентрация в воздухе, масса, молекула и физические свойства

Главная › Диоксид углерода ›

Молекула углекислого газа

Углекислый газ представляет собой бесцветный газ, без запаха,который относится к неорганическим веществам. Другие названия вещества — диоксид углерода, двуокись углерода, углекислота, диоксид карбона, угольный ангидрид. Молекула углекислого газа состоит из атома углерода, соединенного двойной ковалентной связью с двумя атомами кислорода.

Электронная формула диоксида углерода

Химическая формула — CO2. Молярная масса углекислоты равна 44,01 г/моль. Расстояние от центра центрального атома углерода до каждого центра атома кислорода равно 116,3 пикометров (10 в -12 степени).

Структурная формула молекулы

CO2 при низких температурах и нормальном давлении замерзает и кристаллизуется в белую массу, похожую на снег — «Сухой лед». При превышении температуры (-78.5 °C) начинается его испарение (кипение), минуя фазу жидкостного состояния.

В жидкостное состояние газ преобразуется при высоком давлении (73.8 атм.) и средних температурах (+31.1 °C). Это критическая точка углекислоты.

Подъем температуры или давления после нее приводит к образованию сверхкритической жидкости (Отсутствует различие между жидкостной и газовой фазой). При снижении температуры до -56.6 °C и давления до 5.2 атм. он остается в жидкостной фазе.

Это предельные значения, при изменении которых углекислота переходит в газообразную или твердую фазу (тройная точка состояний).

CO2 не ядовит, но при превышении концентрации в десятки раз, он оказывает удушающее воздействие на живые организмы и вызывает кисловатый вкус и запах (реакция CO2 со слюной и слизистыми образует угольную кислоту).

 Углекислый газ в помещении.

Двуокись углерода превышает по плотности кислород на 37 процентов и равна 1,96 кг/м3 при нормальных условиях среды (температура — 273 К, давление — 101 кПа).

Этим физическим свойством объясняется потеря сознания у животных в «Собачьей пещере», расположенной рядом с городом Поццуоли, Италия. Диоксид углерода скапливался из трещин кратеров в нижних слоях пещеры, тем самым достигая больших концентраций.

Туристов приводили туда обычно с собакой, которая в пещере с течением времени теряла сознание. Человек обычно не подвергался воздействию CO2, так как дышал воздухом с более высокого уровня.

Плотность углекислоты, воздуха и кислорода.

Объем углекислого газа в окружающем нас воздухе, составляет 0,04% (406 ppm – 406 частиц на миллион).

Углекислый газ и его физические свойства — объем, плотность, масса, формула Ссылка на основную публикацию

Источник: https://UglekislyGaz.ru/dioksid-ugleroda/fizicheskie-svojstva-co2/

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

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

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.

Источник: https://ballonis.ru/stati/uglekislyy-gaz-harakteristiki-i-primenenie

Удельный вес углекислого газа и его плотность

Углекислота, или углекислый газ, при естественных условиях находится в газообразном состоянии, не имеет запаха и цвета, на вкус кислая. Содержание диоксида СО2 (диоксида углерода) в атмосфере Земли составляет 0,03–0,04%, то есть от 0,3 до 0,4 мл на 1 литр воздуха и в жидкой форме при нормальном атмосферном давлении его не существует, переходит сразу из твердого состояния в газообразное. Он тяжелее воздуха в полтора раза. В естественных условиях плотность или удельный вес углекислого газа составляет 1,977 кг/м3.

Таблица перерасчета удельного веса углекислого газа (плотности) в метрической системе

т/м3	кг/м3	г/м3	мл/м3	кг/л	г/л	мл/л	г/дм3	г/мл	мг/мл
0.001977	1.977	1 977	1 977 000	0.001977	1.977	1 977	1.977	0.001977	1.977

Углекислый газ – важнейший компонент жизни человека

Источниками углекислоты, которой в доисторические времена в атмосфере нашей планеты содержалось более 80%, являются гнилостные процессы, вулканические выделения, процессы горения и окисления. Выделяют углекислый газ люди и животные в процессе дыхания. Многие не знают, но в ночное время растения тоже выделяют углекислоту в атмосферу.

СО2 выполняет основополагающую роль в жизни всей планеты и всех ее живых существ. Основным «заданием» можно считать поддержание процесса фотосинтеза, также он принимает участие во множестве метаболических процессов каждой живой клетки. Он не токсичен и не поддерживает дыхания, хотя играет важнейшую роль в самом его процессе.

Интересно, что в крови плода количество кислорода в 4 раза меньше, чем у взрослого человека, а углекислоты в 2 раза больше. При увеличении процентного соотношения кислорода, эмбрион погибает.

СО2 – один из необходимых факторов в поддержании кислотно-щелочного баланса крови, регулирует активность ферментов в организме. Для нормальной жизнедеятельности человеческого организма, количество углекислоты в крови должно быть на уровне 7–7,5 %, снижение этого уровня до 4 % грозит гибелью организма.

Его нехватка включает защитную систему, начинаются спазмы сосудов и гладкой мускулатуры, увеличивается количество слизи в дыхательных путях, образуется больше холестерина, вследствие чего уплотняются клеточные мембраны, препятствуя транспортировке веществ.

Все это приводит к глубокому кислородному голоданию (согласно эффекту Бора).

Итак, согласно результатам научных исследований, СО2 незаменим при:

• дыхании,
• метаболизме,
• регуляции внутренних гормональных процессов,
• возбуждении дыхательного центра,
• успокоении нервной системы,
• расширении сосудов.

Круговорот веществ в природе обеспечивает относительно стабильный уровень углекислоты в атмосфере. При содержании животных крайне важным является поддержания естественного уровня СО2 в помещении.

Соответствующая чистота, вентиляция и правильное размещение животных решают проблему перенасыщения углекислого газа. Напомним, что его нормальное содержание  – 0,3-0,4 мл на 1 литр воздуха.

При несоблюдении условий содержания животных количество углекислоты может увеличиться до 1% и более.

Например, лошадь выделяет около 130 л СО2 в час, корова – до 200 л, овцы – до 30 л, свиньи – до 90 л. Если в закрытом помещении концентрация углекислого газа превысит 0,5%, это будет негативно сказываться на жизнедеятельности организма, наступает отравление, снижается продуктивность и иммунитет, проявляется вялость, апатия, потеря аппетита, животные худеют.

Углекислота жизненно необходима для всех живых организмов нашей планеты. Если его не станет, все живое погибнет, но если его будет очень много, результат окажется тот же.

Источник: https://naruservice.com/articles/udelnyj-ves-uglekislogo-gaza

Углекислый газ

Диоксид углерода, оксид углерода, углекислота – все эти названия одного вещества, известного нам, как углекислый газ. Так какими же свойствами обладает этот газ, и каковы области его применения?

Углекислый газ состоит из углерода и кислорода. Формула углекислого газа выглядит так – CO₂. В природе он образуется при сжигании или гниении органических веществ. В воздухе и минеральных источниках содержание газа также достаточно велико. кроме того люди и животные также выделяют диоксид углерода при выдыхании.

Рис. 1. Молекула углекислого газа.

Диоксид углерода является абсолютно бесцветным газом, его невозможно увидеть. Также он не имеет и запаха. Однако при его большой концентрации у человека может развиться гиперкапния, то есть удушье. Недостаток углекислого газа также может причинить проблемы со здоровьем. В результате недостатка это газа может развиться обратное состояние к удушью – гипокапния.

Если поместить углекислый газ в условия низкой температуры, то при -72 градусах он кристаллизуется и становится похож на снег. Поэтому углекислый газ в твердом состоянии называют «сухой снег».

Рис. 2. Сухой снег – углекислый газ.

Углекислый газ плотнее воздуха в 1,5 раза. Его плотность составляет 1,98 кг/м³ Химическая связь в молекуле углекислого газа ковалентная полярная. Полярной она является из-за того, что у кислорода больше значение электроотрицательности.

Важным понятием при изучении веществ является молекулярная и молярная масса. Молярная масса углекислого газа равна 44. Это число формируется из суммы относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы.

Значения относительных атомных масс берутся из таблицы Д.И. Менделеева и округляются до целых чисел. Соответственно, молярная масса CO₂ = 12+2*16.

Чтобы вычислить массовые доли элементов в углекислом газе необходимо следовать формулерасчета массовых долей каждого химического элемента в веществе.

n – число атомов или молекул.
Ar – относительная атомная масса химического элемента.
Mr – относительная молекулярная масса вещества.
Рассчитаем относительную молекулярную массу углекислого газа.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 или 27 % Так как в формулу углекислого газа входит два атома кислорода, то n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 или 73 %
Ответ: w(C) = 0,27 или 27 %; w(O) = 0,73 или 73 %

Углекислый газ обладает кислотными свойствами, так как является кислотным оксидом, и при растворении в воде образует угольную кислоту:

Вступает в реакцию со щелочами, в результате чего образуются карбонаты и гидрокарбонаты. Этот газ не подвержен горению. В нем горят только некоторые активные металлы, например, магний.

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

Как и другие кислотные оксиды, данный газ легко вступает в реакцию с другими оксидами:

Углекислый газ входит в состав всех органических веществ. Круговорот этого газа в природе осуществляется с помощью продуцентов, консументов и редуцентов.

В процессе жизнедеятельности человек вырабатывает примерно 1 кг углекислого газа в сутки. При вдохе мы получаем кислород, однако в этот момент в альвеолах образуется углекислый газ.

В этот момент происходит обмен: кислород попадает в кровь, а углекислый газ выходит наружу.

Получение углекислого газа происходит при производстве алкоголя. Также этот газ является побочным продуктом при получении азота, кислорода и аргона. Применение углекислого газа необходимо в пищевой промышленности, где углекислый газ выступает в качестве консерванта, а также углекислый газ в виде жидкости содержится в огнетушителях.

Рис. 3. Огнетушитель.

Углекислый газ – вещество, которое в нормальных условиях не имеет цвета и запаха. помимо своего обычного названия – углекислый газ, его также называют оксидом углерода или диоксидом углерода.

Средняя оценка: 4.3. Всего получено оценок: 118.

Источник: https://obrazovaka.ru/himiya/uglekislyy-gaz-formula-8-klass.html

Задания 29. Расчет массы вещества или объема газа

Какой объем (н.у.) углекислого газа образуется при горении 32 л (н.у.) этана в избытке кислорода?

Решение

• Ответ: 64 л
• Пояснение
• Реакция горения этана в избытке кислорода:
• 2Ch4-Ch4 + 7O2 → 4CO2 + 6h3O
• Следствием из закона Авогадро является то, что объемы газов, находящихся в одинаковых условиях, относятся друг к другу так же, как и количества молей этих газов. Если по уравнению реакции ν(CO2) = 2ν(C2H6), то и V(CO2) = 2V(C2H6), следовательно:
• V(CO2) = 32 л · 2 = 64 л

Вычислите массу кислорода (в граммах), необходимого для полного сжигания 6,72 л (н.у.) сероводорода.

Решение

1. Ответ: 14,4
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. 2h3S + 3O2 = 2SO2 + 2h3O
5. Из условия найдем количество вещества сероводорода:
6. n(h3S) = 6,72/22,4 = 0,3 моль;
7. В уравнении реакции перед кислородом стоит коэффициент 3, а перед водородом 2. Отсюда следует, что количество вещества, вступившего в реакцию кислорода через количество вещества сероводорода, выражается следующим образом:
8. n(O2) = n(h3S) ⋅ 3/2 = 0,45 моль.
9. Следовательно:
10. m(O2) = M(O2) ⋅ n(O2) = 32*0,45 = 14,4 г

Какой объём (в литрах при н.у.) кислорода образуется при разложении 0,6 моль оксида ртути(II)? (Запишите число с точностью до сотых.)

Решение

• Ответ: 6,72
• Пояснение:
• Уравнение реакции:
• 2HgO =to=> O2↑+ 2Hg
• Из условия задачи количество вещества оксида ртути равно:
• n(HgO) = 0,6 моль
• В уравнении реакции перед кислородом стоит коэффициент 1, а оксидом ртути — 2. Отсюда следует, что количество вещества, образовавшегося в результате реакции кислорода через количество вещества оксида ртути, выражается следующим образом:
• n(O2) = n(HgO) ⋅ 1/2 = 0,6 ⋅ 1/2 = 0,3 моль,
• Следовательно:
• V(O2) = Vm ⋅ n(O2) = 22,4 ⋅ 0, 3 = 6,72 л

Какой объём (в литрах при н.у.) кислорода образуется при разложении 4 моль пероксида водорода? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

1. Ответ: 44,8
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. 2h3O2 =to=> 2h3O + O2↑
5. Из условия задачи:
6. n(h3O2) = 4 моль,
7. В уравнении реакции перед кислородом стоит коэффициент 1 (в уравнении не ставится), а перед пероксидом водорода — 2. Это значит, что количество вещества кислорода через количество вещества пероксида водорода выражается следующим образом:
8. n(O2) = n(h3O2) ⋅ 1/2 = 4 ⋅ 1/2 = 2 моль.
9. Следовательно:
10. V(O2) = Vm⋅ n(O2) = 22,4⋅ 2 = 44,8 л.

При обжиге сульфида цинка было получено 0,5 моль оксида цинка. Какой объем (в литрах н.у.) оксида серы (IV) образовался в результате этого процесса? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

• Ответ: 11,2
• Пояснение:
• Уравнение реакции:
• 2ZnS + 3O2 =to=> 2ZnO+ 2SO2
• Из условия задания:
• n(ZnO) = 0,5 моль,
• И перед оксидом цинка и перед оксидом серы в уравнении стоит одинаковый коэффициент. Следовательно равны и количества молей указанных веществ:
• n(SO2) = n(ZnO) = 0,5 моль
• Следовательно:
• V(SO2) = Vm ⋅ n(SO2) = 22,4 ⋅ 0.5 = 11,2 л

При растворении сульфида железа (II) в избытке соляной кислоты выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Масса сульфида железа (II) равна _____ г. (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

1. Ответ: 22
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. FeS + 2HCl = h3S↑ + FeCl2
5. Как видно из уравнения реакции, газообразным продуктом реакции является сероводород. Рассчитаем количество его вещества:
6. n(h3S) = V(h3S)/Vm = 5,6/22,4 = 0,25 моль
7. В уравнении реакции и перед FeS и перед h3S стоят одинаковые коэффициенты равные единице. Это значит что и равны количества молей указанных веществ:
8. n(FeS) = n(h3S) = 0,25 моль.
9. Следовательно:
10. m(FeS) = M(FeS) ⋅ n(FeS) = 88 ⋅ 0,25 = 22 г.

Карбид алюминия массой 86,4 г растворили в избытке соляной кислоты. Определите массу (в граммах) соли, образовавшейся при этом. (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

• Ответ: 320,4
• Пояснение:
• Уравнение реакции:
• Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3Ch5↑
• Из условия задачи m(Al4C3) = 86,4 г. Найдем количество вещества Al4C3:
• n(Al4C3) = m(Al4C3)/M(Al4C3) = 86,4/144 = 0,6 моль.

Образовавшаяся соль в результате реакции — это хлорид алюминия. В уравнении реакции перед Al4C3 стоит коэффициент 1, а перед AlCl3 — 4. Тогда количество вещества хлорида алюминия через количество вещества карбида алюминия выражается следующим образом:

n(AlCl3) = n(Al4C3) ⋅  4/1 = 0,6 ⋅ 4/1 = 2,4 моль.

m(AlCl3) = n(AlCl3) ⋅ M(AlCl3) = 2,4 ⋅ 133,5 = 320,4 г.

Через раствор, содержащий 29,4 г серной кислоты, пропустили аммиак до образования средней соли. Объем (н.у.) прореагировавшего газа составил _____ л. (Запишите число с точностью до сотых.)

Решение

1. Ответ: 13,44
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. h3SO4 + 2Nh4 = (Nh5)2SO4
5. Из условия задания m(h3SO4) = 29,4 г. Найдем количество вещества серной кислоты:
6. n(h3SO4) = m(h3SO4)/M(h3SO4) = 29,4/98 = 0,3 моль.
7. Перед h3SO4 в уравнении реакции коэффициент равный 1 (коэффициент равный единице в уравнении реакции не ставится),  а перед Nh4 — коэффициент равный 2. Следовательно количество вещества аммиака связано с количеством вещества серной кислоты следующим образом:
8. n(Nh4) = n(h3SO4) ⋅ 2/1 = 0,3 ⋅ 2/1 = 0,6 моль
9. Следовательно:
10. V(Nh4) = n(Nh4) ⋅ Vm = 0,6 ⋅ 22,4 = 13,44 л.

Объем (н.у.) оксида углерода (IV), который необходимо пропустить через раствор гидроксида кальция для получения 8,1 г гидрокарбоната кальция, равен _____л. (Запишите число с точностью до сотых.)

Решение

• Ответ: 2,24
• Пояснение:
• Уравнение реакции:
• 2CO2 + Ca(OH)2 = Ca(HCO3)2
• Из условия m(Ca(HCO3)2) = 8,1 г. Найдем количество вещества гидрокарбоната кальция:
• n(Ca(HCO3)2) = m(Ca(HCO3)2)/M(Ca(HCO3)2) = 8,1/162 = 0,05 моль.
• В уравнении реакции перед CO2 стоит коэффициент 2, а перед Ca(HCO3)2 — 1. Поэтому количество вещества CO2  через количество вещества Ca(HCO3)2 можно выразить следующим образом:
•  n(CO2) = n(Ca(HCO3)2) ⋅ 2/1 = 0,05 ⋅ 2 =  0,1 моль,
• Следовательно:
• V(CO2) = n(CO2) ⋅ Vm =  0,1 ⋅ 22,4 = 2,24 л

Какой объем (в литрах при н.у.) кислорода необходим для каталитического окисления 16 л (н.у.) аммиака? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

1. Ответ: 20
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. 4Nh4 + 5O2     кат.,t°  >  4NO + 6h3O
5. Из условия V(Nh4) = 16 л. Рассчитаем количество вещества аммиака:
6. n(Nh4) = V(Nh4)/Vm = 16/22,4 = 0,7143 моль;
7. Перед Nh4 в уравнении стоит коэффициент равный 4, а перед O2 — 5. Таким образом, количество вещества кислорода через количество вещества аммиака выражается следующим образом:
8. n(O2) = n(Nh4) ⋅ 5/4 = 0,7143 ⋅ 5/4 = 0,8929 моль
9. Следовательно:
10. V(O2) = n(O2) ⋅ M(O2) = 0,8929 ⋅ 22,4 = 20 л.

Какой объем (н.у.) хлороводорода образуется при полном хлорировании 112 л (н.у.) метана? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

• Ответ: 448
• Пояснение:
• Ch5 + 4Cl2 = CCl4 + 4HCl
• Из условия задания V(Ch5) = 112 л. Рассчитаем количество вещества метана:
• n(Ch5) = V(Ch5)/Vm = 112/22,4 = 5 моль.
• В уравнении реакции перед метаном стоит коэффициент равный 1, а перед хлороводородом — 4. Исходя из этого:
• n(HCl) = n(Ch5) ⋅ 4/1 = 5 ⋅ 4/1 = 20 моль;
• V(HCl) = n(HCl) ⋅ Vm = 20 ⋅  22,4 = 448 л.

Какой объем (н.у.) углекислого газа образовался в результате горения 3 л ацетилена в кислороде? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

1. Ответ: 6
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. 2C2h3 + 5O2 = 4CO2 + 2h3O
5. n(C2h3) = V(C2h3) /Vm = 3 / 22,4 = 0,1339 моль
6. Перед C2h3 коэффициент 2, перед CO2 — 4. Поэтому количество вещества углекислого газа через количество вещества ацетилена можно выразить следующим образом:
7. n(CO2) = n(C2h3) ⋅ 4/2 = 0,1339 ⋅ 4/2 = 0,2678 моль.
8. Следовательно:
9. V(CO2) = n(CO2) ⋅ Vm = 0,2678 ⋅ 22,4 = 6 л.

Рассчитайте, какой объем азота (н.у.) образуется при полном сгорании 67,2 л (н.у.) аммиака. (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

• Ответ: 33,6
• Пояснение:
• Уравнение реакции:
• 4Nh4 + 3O2 → 6h3O + 2N2
• Рассчитаем количество вещества аммиака:
• n(Nh4) = V(Nh4)/Vm = 67,2/22,4 = 3 моль
• Перед Nh4 стоит коэффициент 4, а перед N2 — 2. Следовательно количество вещества азота через количество вещества аммиака можно выразить следующим образом:
• n(N2) = n(Nh4) ⋅ 2/4 = 3 ⋅ 2/4 = 1,5 моль
• V(N2) = n(N2) ⋅ Vm = 1,5 ⋅ 22,4 = 33,6 л.

60 г сульфида алюминия обработали избытком водного раствора хлороводородной кислоты. Рассчитайте объем (в литрах при н.у.) газа, выделившегося в результате этой реакции. (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

1. Ответ: 27
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. Al2S3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3h3S↑
5. Рассчитаем количество вещества сульфида алюминия:
6. n(Al2S3) = m(Al2S3)/M(Al2S3) = 60 / 150 = 0,4 моль,
7. Перед Al2S3 коэффициент равный 1, а h3S — 3. Следовательно, количество вещества h3S через количество вещества Al2S3 можно выразить следующим образом:
8. n(h3S) = n(Al2S3) ⋅  3/1 = 0,4 ⋅  3/1 = 1,2 моль
9. Следовательно:
10. V(h3S) = n(h3S) ⋅ Vm = 1,2 ⋅ 22,4 = 26,88 л ≈ 27 л

Определите объем (в литрах при н.у.) водорода, который потребуется для восстановления 16 г оксида меди (II). Выход продукта считать 100%. (Запишите число с точностью до сотых.)

Решение

• Ответ: 4,48
• Пояснение:
• CuO + h3 t° > Cu + h3O
• Рассчитаем количество вещества оксида меди:
• n(CuO) = m(CuO)/M(CuO) = 16/80 = 0,2 моль,
• В уравнении реакции перед CuO и перед h3 стоят одинаковые коэффициенты. Это означает что равны и количества молей этих веществ:
• n(h3) = n(CuO) =0,2 моль
• Следовательно:
• V(h3) = n(h3) ⋅ Vm = 0,2 ⋅ 22,4 = 4,48 л

При растворении оксида меди (II) в избытке серной кислоты образовалась соль массой 40 г. Масса оксида меди (II) равна _____г. (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

1. Ответ: 20
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. CuO + h3SO4 = CuSO4 + h3O
5. Из уравнения реакции можно сделать вывод, что образовавшаяся соль это сульфат меди. Рассчитаем его количество вещества:
6. n(CuSO4) = m(CuSO4)/M(CuSO4) = 40 / 160= 0,25 моль.

В уравнении реакции перед оксидом меди и сульфатом меди стоят одинаковые коэффициенты. Это значит, что равны также их количества вещества, т.е.:

• n(CuO) = n(CuSO4) = 0,25 моль
• Следовательно, масса оксида меди равна:
• m(CuO) = n(CuO) ⋅ M(CuO) = 0,25 ⋅ 80 = 20 г.

Какой объем (н.у.) газа образуется в результате взаимодействия угарного газа с 9 л (н.у.) кислорода? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

1. Ответ: 18
2. Пояснение:
3. Уравнение реакции:
4. 2CO + O2 → 2CO2
5. Рассчитаем количество вещества кислорода:
6. n(O2) = V(O2) / Vm = 9 /22,4 = 0,402 моль
7. Перед O2 стоит коэффициент 1, а перед СO2 — 2. Таким образом, количество вещества CO2 через количество вещества O2 можно выразить следующим образом:
8. n(CO2) = n(O2) ⋅ 2/1 = 0,402 ⋅ 2 = 0,804 моль
9. Следовательно:
10. V(CO2) = n(CO2) ⋅ Vm = 0,804 ⋅ 22,4 = 18 л

Какой объем (в литрах при н.у.) водорода можно получить при взаимодействии 0,25 моль магния с избытком разбавленной серной кислоты? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

• Ответ: 5,6
• Пояснение:
• Запишем уравнение реакции:
• Mg + h3SO4 = h3↑ + MgSO4

В уравнении реакции перед магнием и водородом стоят одинаковые коэффициенты. Это значит, что равны также их количества вещества, т.е.:

1. n(h3) = n(Mg) = 0,25 моль
2. Следовательно:
3. V(h3) = n(h3) ⋅ Vm = 0,25 ⋅ 22,4 = 5,6 моль

Определите массу (в граммах) этанола, необходимого для получения этилена объемом 5,6 л (н.у.). Выход продукта считать 100%. (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

• Ответ: 11,5
• Пояснение:
• Запишем уравнение реакции:
• C2H5OH    H₂SO₄(конц.), t° > C2h5 + h3O
• Рассчитаем количество вещества этилена:
• n(C2h5) = V(C2h5) / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль
• В уравнении реакции перед C2H5OH и C2h5 стоят одинаковые коэффициенты. Это значит, что равны также и количества молей указанных веществ:
• n(C2H5OH) = n(C2h5) =  0,25 моль
• Следовательно:
• m(C2H5OH) = n(C2H5OH) ⋅ M(C2H5OH) = 0,25 ⋅ 46 = 11,5 г

Какой объем (н.у.) углекислого газа образуется при горении 32 л (н.у.) этана в избытке кислорода? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

1. Ответ: 64
2. Пояснение:
3. Запишем уравнение реакции:
4. 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6h3O
5. Рассчитаем количество вещества этана:
6. n(C2H6) = V(C2H6) / Vm = 32 / 22,4 = 1,429 моль
7. В уравнении реакции перед C2H6 стоит коэффициент 2, а перед CO2 — 4. Это значит, что количество вещества CO2 через количество C2H6 можно следующим образом:
8. n(CO2) = n(C2H6) ⋅ 4/2 = 2,858 моль
9. V(CO2) = n(CO2) ⋅ Vm = 2,858 ⋅ 22,4 = 64 л

В результате реакции алюминия с соляной кислотой выделилось 0,3 моль водорода. Какая масса хлороводорода потребовалась для реакции? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Какова масса продукта, образовавшегося в результате окисления 0,6 моль оксида серы(IV) кислородом? Выход продукта считать равным 100%. (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Какая масса альдегида образуется при окислении 0,5 моль этанола оксидом меди(II)? Выход продукта считать равным 100%. (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Какова масса серебра, выделившегося в результате реакции окисления 0,2 моль уксусного альдегида избытком аммиачного раствора оксида серебра? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Какая масса соли образуется в результате нейтрализации 1,2 моль уксусной кислоты раствором гидроксида кальция? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Какова масса меди, образовавшейся при окислении 23 г этанола оксидом меди(II)? Выход продукта считать равным 100%. (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Определите массу цинка, который вступает в реакцию с соляной кислотой для получения 2,24 л (н.у.) водорода. (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Источник: https://scienceforyou.ru/reshenie-realnyh-zadanij-egje-2016-goda/zadanija-na-raschet-massy-veshhestva-ili-obema-gaza-podgotovka-k-egje-po-himii

Двуокись углерода

Что такое двуокись углерода и как ее обнаруживают? Джозеф Блэк, шотландский химик и врач, впервые обнаружил углекислый газ в 1750-х годах. При комнатной температуре (20-25 o C) углекислый газ представляет собой бесцветный газ без запаха, слабокислый и негорючий. Углекислый газ — это молекула с молекулярной формулой CO 2 . Линейная молекула состоит из атома углерода, который дважды связан с двумя атомами кислорода, O = C = O. Хотя диоксид углерода в основном находится в газообразной форме, он также имеет твердую и жидкую формы. Он может быть твердым только при температурах ниже -78 o C. Жидкая двуокись углерода существует в основном, когда двуокись углерода растворена в воде. Углекислый газ растворяется в воде только при поддержании давления. После падения давления газ CO2 попытается уйти в воздух. Это событие характеризуется образованием пузырьков CO2 в воде. CO 2 -молекула [../_adsense/adlink hori uk general.htm] Свойства двуокиси углерода Углекислый газ имеет несколько физических и химических свойств. Здесь мы суммируем их в таблице. Свойство Значение Молекулярный вес 44,01 Удельный вес 1.53 при 21 o C Критическая плотность 468 кг / м 3 Концентрация в воздухе 370,3 * 10 7 ppm Стабильность Высокая Жидкость Давление <415.8 кПа Твердое вещество Температура <-78 o C Константа Генри для растворимости 298,15 моль / кг * бар Растворимость в воде 0,9 об. / Об. При 20 o C Где на Земле мы находим диоксид углерода? Двуокись углерода содержится в основном в воздухе, но также и в воде как часть углеродного цикла.Мы можем показать вам, как работает углеродный цикл, с помощью объяснения и схематического изображения. -> Перейти к углеродному циклу. Применение двуокиси углерода людьми Люди используют двуокись углерода по-разному. Самый известный пример — его использование в безалкогольных напитках и пиве для придания им газообразности. Двуокись углерода, выделяемая разрыхлителем или дрожжами, поднимает тесто для торта. В некоторых огнетушителях используется углекислый газ, потому что он плотнее воздуха. Углекислый газ может покрыть огонь из-за своей тяжести.Это предотвращает попадание кислорода в огонь, и в результате горящий материал лишается кислорода, необходимого для продолжения горения. Двуокись углерода также используется в технологии, называемой сверхкритической жидкостной экстракцией, которая используется для удаления кофеина из кофе. Твердая форма углекислого газа, широко известная как сухой лед, используется в театрах для создания сценических туманов и создания пузырей вроде «волшебных зелий». Роль двуокиси углерода в экологических процессах Двуокись углерода — один из наиболее распространенных газов в атмосфере.Углекислый газ играет важную роль в жизненно важных процессах растений и животных, таких как фотосинтез и дыхание. Эти процессы будут кратко объяснены здесь. Зеленые растения превращают углекислый газ и воду в пищевые соединения, такие как глюкоза и кислород. Этот процесс называется фотосинтезом. Реакция фотосинтеза следующая: 6 CO 2 + 6 H 2 O -> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Растения и животные, в свою очередь, преобразовывают пищевые соединения, объединяя их с кислородом, чтобы высвободить энергию для роста и другой жизнедеятельности.Это процесс дыхания, обратный фотосинтезу. Реакция дыхания следующая: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 -> 6 CO 2 + 6 H 2 O Фотосинтез и дыхание важную роль в углеродном цикле и находятся в равновесии друг с другом. Фотосинтез преобладает в более теплое время года, а дыхание — в более холодное время года. Однако оба процесса происходят круглый год.Таким образом, в целом содержание углекислого газа в атмосфере уменьшается в течение вегетационного периода и увеличивается в остальное время года. Поскольку сезоны в северном и южном полушариях противоположны, углекислый газ в атмосфере увеличивается на севере и уменьшается на юге, и наоборот. Цикл более отчетливо присутствует в северном полушарии; потому что здесь относительно больше суши и наземной растительности. Океаны доминируют в южном полушарии. Влияние двуокиси углерода на щелочность Двуокись углерода может изменять pH воды.Вот как это работает: Двуокись углерода слегка растворяется в воде с образованием слабой кислоты, называемой угольной кислотой, H 2 CO 3 , в соответствии со следующей реакцией: CO 2 + H 2 O — -> H 2 CO 3 После этого угольная кислота слабо и обратимо реагирует в воде с образованием катиона гидроксония H 3 O + и бикарбонат-иона HCO 3 — согласно следующему реакция: H 2 CO 3 + H 2 O -> HCO 3 — + H 3 O + Это химическое поведение объясняет, почему вода, которая обычно имеет нейтральный pH 7 имеет кислый pH приблизительно 5.5 при контакте с воздухом. Выбросы углекислого газа людьми В результате деятельности человека количество CO 2 , выбрасываемое в атмосферу, за последние 150 лет значительно увеличилось. В результате он превысил количество, поглощенное биомассой, океанами и другими стоками. Концентрация углекислого газа в атмосфере выросла с 280 ppm в 1850 году до 364 ppm в 1998 году, в основном из-за деятельности человека во время и после промышленной революции, которая началась в 1850 году. Люди увеличивают количество углекислого газа в воздухе за счет сжигания ископаемого топлива, производства цемента, расчистки земель и сжигания лесов. Около 22% нынешних концентраций CO 2 в атмосфере существует из-за этой деятельности человека, учитывая, что естественные количества диоксида углерода не меняются. Мы более подробно рассмотрим эти эффекты в следующем абзаце. Экологические проблемы — парниковый эффект Тропосфера — это нижняя часть атмосферы толщиной около 10-15 километров.В тропосфере есть газы, называемые парниковыми газами. Когда солнечный свет достигает Земли, часть его превращается в тепло. Парниковые газы поглощают часть тепла и удерживают его у поверхности земли, так что земля нагревается. Этот процесс, широко известный как парниковый эффект, был обнаружен много лет назад и позже подтвержден лабораторными экспериментами и атмосферными измерениями. Жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, существует только благодаря этому естественному парниковому эффекту, потому что этот процесс регулирует температуру Земли.Когда не было бы парникового эффекта, вся земля была бы покрыта льдом. Количество тепла, удерживаемого в тропосфере, определяет температуру на Земле. Количество тепла в тропосфере зависит от концентрации парниковых газов в атмосфере и времени, в течение которого эти газы остаются в атмосфере. Наиболее важными парниковыми газами являются диоксид углерода, CFC (хлор-фторуглероды), оксиды азота и метан. С начала промышленной революции 1850 года человеческие процессы стали причиной выбросов парниковых газов, таких как CFC и углекислый газ.Это вызвало экологическую проблему: количество парниковых газов выросло настолько сильно, что климат Земли меняется из-за повышения температуры. Это неестественное дополнение к парниковому эффекту известно как глобальное потепление. Есть подозрения, что глобальное потепление может вызвать усиление штормовой активности, таяние ледяных шапок на полюсах, что вызовет затопление обитаемых континентов, и другие экологические проблемы. Вместе с водородом диоксид углерода является основным парниковым газом.Однако водород не выделяется во время промышленных процессов. Люди не вносят вклад в количество водорода в воздухе, оно изменяется естественным образом только в течение гидрологического цикла, и в результате не является причиной глобального потепления. Увеличение выбросов углекислого газа вызывает около 50-60% глобального потепления. Выбросы углекислого газа выросли с 280 ppm в 1850 году до 364 ppm в 1990-х годах. В предыдущем абзаце упоминались различные виды деятельности человека, которые способствуют выбросу углекислого газа.Из этих видов деятельности сжигание ископаемого топлива для производства энергии вызывает около 70-75% выбросов диоксида углерода, являясь основным источником выбросов диоксида углерода. Остальные 20-25% выбросов вызваны расчисткой и сжиганием земель, а также выбросами выхлопных газов автомобилей. Большая часть выбросов углекислого газа происходит в результате промышленных процессов в развитых странах, таких как США и Европа. Однако выбросы углекислого газа в развивающихся странах растут.Ожидается, что в этом столетии выбросы углекислого газа увеличатся вдвое, и, как ожидается, они будут продолжать расти и вызывать проблемы после этого. Углекислый газ остается в тропосфере от пятидесяти до двухсот лет. Первым, кто предсказал, что выбросы углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива и других процессов горения вызовут глобальное потепление, был Сванте Аррениус, опубликовавший статью «О влиянии углекислоты в воздухе на температуру земли. »в 1896 году. В начале 1930 года было подтверждено, что содержание двуокиси углерода в атмосфере действительно увеличивается. В конце 1950-х годов, когда были разработаны высокоточные методы измерения, было найдено еще больше подтверждений. К 1990-м годам теория глобального потепления получила широкое признание, хотя и не всеми. Вопрос о том, действительно ли глобальное потепление вызвано увеличением содержания углекислого газа в атмосфере, все еще обсуждается. Рост концентрации углекислого газа в воздухе за последние десятилетия Киотский договор Мировые лидеры собрались в Киото, Япония, в декабре 1997 года, чтобы обсудить всемирный договор, ограничивающий выбросы парниковых газов, в основном углерода диоксид, которые, как считается, вызывают глобальное потепление.К сожалению, хотя Киотские договоры какое-то время работали, Америка теперь пытается уклониться от них. Углекислый газ и здоровье Углекислый газ необходим для внутреннего дыхания в организме человека. Внутреннее дыхание — это процесс, при котором кислород транспортируется к тканям тела, а углекислый газ уносится от них. Углекислый газ обеспечивает уровень pH крови, необходимый для выживания. Буферная система, в которой диоксид углерода играет важную роль, называется карбонатным буфером.Он состоит из ионов бикарбоната и растворенного углекислого газа с угольной кислотой. Углекислота может нейтрализовать ионы гидроксида, которые при добавлении увеличивают pH крови. Бикарбонат-ион может нейтрализовать ионы водорода, что при добавлении может вызвать снижение pH крови. И увеличение, и уменьшение pH опасно для жизни. Известно, что углекислый газ не только является важным буфером в организме человека, но и оказывает воздействие на здоровье, когда его концентрация превышает определенный предел. Углекислый газ представляет собой основную опасность для здоровья: — Удушье . Вызвано выбросом углекислого газа в замкнутом или непроветриваемом помещении. Это может снизить концентрацию кислорода до уровня, непосредственно опасного для здоровья человека. — Обморожение . Температура твердого углекислого газа всегда ниже -78 o C при обычном атмосферном давлении, независимо от температуры воздуха. Работа с этим материалом более одной-двух секунд без надлежащей защиты может вызвать серьезные волдыри и другие нежелательные эффекты.Газообразный диоксид углерода, выделяющийся из стального баллона, такого как огнетушитель, вызывает аналогичные эффекты. — Повреждение почек или кома . Это вызвано нарушением химического равновесия карбонатного буфера. Когда концентрация углекислого газа увеличивается или уменьшается, вызывая нарушение равновесия, может возникнуть ситуация, угрожающая жизни. [../_adsense/eng_hor.htm] Ресурсы: http://www.oism.org/pproject/s33p36.htm http://cdiac.ornl.gov/pns/faq.html http://www.ilpi.com/msds/ref/carbondioxide.html Жизнь в окружающей среде, книга Дж. Тайлера Миллера

Понимание науки о подкислении океана и прибрежных районов | Окисление океана и прибрежных районов

На этой странице:

---

Подкисление океана

Влияние промышленной революции на глобальный углеродный цикл

До недавнего времени количество углекислого газа в атмосфере колебалось незначительно и медленно в течение последних 10 000 лет.Однако промышленная революция 1700-х годов положила начало глобальному внедрению ископаемых видов топлива в качестве источника энергии для деятельности человека. Скорость сжигания ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и природный газ, увеличилась до настоящего времени. При сжигании ископаемого топлива в атмосферу выделяется углекислый газ, а постоянно растущее глобальное использование ископаемого топлива привело к увеличению количества углекислого газа в атмосфере до концентрации, которая выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет. Вырубка леса для топлива или для расчистки земель для сельскохозяйственных нужд за последние 200 лет способствовала увеличению содержания двуокиси углерода в атмосфере, поскольку деревья улавливают и накапливают двуокись углерода.

Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере меняет не только климат Земли, но и химический состав океана. Это явление связано с тем, что содержащийся в воздухе углекислый газ может растворяться в водоемах.

Начало страницы

Растворенный диоксид углерода: газы в жидкости?

По мере увеличения количества растворенного диоксида углерода в морской воде снижение pH указывает на повышение кислотности. Точно так же, как твердые вещества, такие как сахар, могут растворяться в воде, такие газы, как углекислый газ, тоже растворяются.Эту идею легко продемонстрировать в бутылке газировки. Производитель растворяет в напитке углекислый газ. Растворенный углекислый газ невидим невооруженным глазом, но при открытии бутылки углекислый газ улетучивается в виде пузырьков, которые щекочут вам нос. Дополнительный углекислый газ в содовой воде придает жидкости большую кислотность, чем негазированная вода. Точно так же около одной трети углекислого газа в атмосфере Земли растворяется в океанах.

Начало страницы

Двуокись углерода придает кислотность: превращения двуокиси углерода в воде

Когда диоксид углерода растворяется в воде, молекулы диоксида углерода реагируют с молекулами воды с образованием угольной кислоты угольная кислота Слабая кислота с формулой H ₂ CO ₃ .Угольная кислота может быть далее преобразована в бикарбонат , бикарбонат HCO ₃ ^— и карбонат карбонат CO ₃ ^2- ионы. Эти четыре разные формы углерода (растворенный диоксид углерода, углекислота, бикарбонат и карбонат) существуют в морской воде в сбалансированных пропорциях. По мере того, как в морскую воду добавляется больше углекислого газа, баланс смещается, и карбонат теряется, поскольку он превращается в бикарбонат из-за увеличения кислотности.

Начало страницы

Как измеряется кислотность: pH

Молекулы углекислого газа из воздуха реагируют с молекулами воды с образованием угольной кислоты. Графика, разработанная нашим партнером, Национальным фондом экологического образования (NEEF). Кислотность жидкости указывается как pH pH Представление концентрации ионов водорода (молярная концентрация ионов водорода до отрицательного логарифма с основанием 10). Чем ниже значение pH, тем выше кислотность жидкости. Растворы с низким pH являются кислыми, а растворы с высоким pH — щелочными (также известными как щелочные).

До промышленной революции средний pH океана был около 8.2. Сегодня средний pH океана составляет около 8,1. Это может показаться незначительной разницей, но связь между pH и кислотностью не является прямой. Каждое уменьшение на одну единицу pH означает десятикратное увеличение кислотности. Это означает, что кислотность океана сегодня в среднем примерно на 25% выше, чем в доиндустриальные времена.

Начало страницы

Кислотность и доступность кальция, образующего оболочку

Углекислота, образующаяся в воде, снижает доступность карбоната, который необходим морским организмам для создания раковин и скелетов. Графика, разработанная нашим партнером, Национальным фондом экологического образования (NEEF).

Карбонат

Морские обитатели используют карбонат из воды для создания раковин и скелетов. По мере того, как морская вода становится более подкисленной, карбонат становится все менее доступным для животных, чтобы строить раковины и скелеты. В условиях сильного подкисления раковины и скелеты могут растворяться.

Начало страницы

Подкисление прибрежных районов

Ближе к дому: подкисление прибрежных районов

Деятельность человека также способствует подкислению прибрежных вод.Помимо углекислого газа, выделяются кислотообразующие соединения. Кислотность жидкости зависит от концентрации в ней ионов водорода, которая обычно измеряется и указывается как pH. Предоставлено WHOI. в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, а избыток питательных веществ способствует подкислению прибрежных вод во время цветения водорослей цветение водорослей Быстрый и часто чрезмерный рост одного или нескольких видов водорослей, обычно в озере или прибрежных водах, достигает пика и умирает .

Начало страницы

Кислотный дождь

При сжигании ископаемого топлива для получения энергии в качестве основных побочных продуктов выделяются вода и диоксид углерода, но оксиды азота и диоксид серы также выделяются в меньших количествах.Эти два кислотообразующих соединения падают обратно на поверхность Земли. Они могут приземляться непосредственно в прибрежных водах или чаще смешиваться с атмосферной водой, прежде чем выпадать в виде кислотных осадков, таких как кислотный дождь. Кислотный дождь обычно имеет pH от 4,2 до 4,4.

Начало страницы

Избыток питательных веществ, доставленный потоками

Элементы азот и фосфор являются важными питательными веществами для живых существ. По этой причине фермеры, домовладельцы и садовники поставляют азот и фосфор для сельскохозяйственных культур, газонов и садов, чтобы стимулировать рост растений.Однако вода может переносить избыток питательных веществ вниз по течению и в прибрежные воды. Сельскохозяйственная деятельность является основным источником питательных веществ для прибрежных вод, но и другие источники включают: Чрезмерный рост водорослей увеличивает кислотность, когда они умирают и разлагаются, выделяя углекислый газ в прибрежные воды. сточные воды, сточные воды очистных сооружений и загрязнение воздуха оксидами азота. В прибрежных водах избыток питательных веществ стимулирует рост водорослей. В идеальных условиях выращивания водоросли быстро размножаются, а цветение водорослей может ухудшить качество воды, вызывая гипоксию, неприятный запах и даже токсины.Менее известен факт, что цветение водорослей может способствовать подкислению. Когда водоросли умирают, их разлагающаяся ткань выделяет углекислый газ прямо в воду, что приводит к ее подкислению.

Начало страницы

Учебное пособие по химии сжигания углеводородов

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Полное сжигание углеводородов

Любой углеводород сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара.

Для полного сгорания углеводорода:

⚛ газообразный кислород — избыток реагента

⚛ углеводород — ограничивающий реагент

Мы можем написать общее словесное уравнение для полного сгорания любого углеводорода, как показано ниже:

углеводород + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

Углеводороды включают алканы, алкены и алкины, поэтому мы можем сказать, что:

⚛ любой алкан сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара

алкан + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

⚛ любой алкен сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара

алкен + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

⚛ любой алкин сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода и водяного пара

алкин + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

Пример: полное сгорание метана

Метан, CH _{4 (г)} , представляет собой углеводород.Это соединение, состоящее только из элементов углерода (C) и водорода (H).

Метан — это газ при комнатной температуре и давлении. Это обычный компонент природного газа, который используется в качестве топлива.

Метан сгорает в избытке кислорода с образованием газообразного диоксида углерода (CO _{2 (г)} ) и водяного пара (H ₂ O _(г) ).

Сгорание с избытком кислорода называется полным сгоранием.

Мы можем написать сбалансированное химическое уравнение для представления полного сгорания метана, как показано ниже:

1. Напишите словесное уравнение для полного сгорания метана:

   общее уравнение:	реактивы			→	товаров
   словесное уравнение:	метан	+	газообразный кислород	→	углекислый газ	+	водяной пар

2. Запишите молекулярную формулу для каждого реагента и продукта в словесном уравнении:

   Реагенты			Продукты
   метан: газообразный кислород:	CH 4 (г) O 2 (г)		углекислый газ: водяной пар:	CO 2 (г) H 2 O (г)

3. Напишите несбалансированное химическое уравнение, подставив молекулярную формулу для названия каждого реагента и продукта в словесное уравнение:

   общее уравнение:	реактивы			→	товаров
   слово уравнение:	метан	+	газообразный кислород	→	углекислый газ	+	водяной пар
   несбалансированное химическое уравнение:	CH 4 (г)	+	O 2 (г)	→	CO 2 (г)	+	H 2 O (г)

4. Выровняйте химическое уравнение:

   несбалансированное химическое уравнение:	CH 4 (г)	+	O 2 (г)	→	CO 2 (г)	+	H 2 O (г)
   №Атомы C:	1			=	1			Сбалансированные атомы углерода
   Кол-во атомов H:	4			≠			2	Атомы H НЕ сбалансированы
   Необходимо умножить количество молекул воды на 2 , чтобы уравновесить атомы водорода.Затем проверьте баланс этого нового химического уравнения, как показано ниже.
   	CH 4 (г)	+	O 2 (г)	→	CO 2 (г)	+	2 H 2 O (г)
   Кол-во атомов C:	1			=	1			Сбалансированные атомы углерода
   №Атомы H:	4			=			4	Атомы H сбалансированы
   Кол-во атомов О:			2	≠	2	+	2	Атомы O НЕ сбалансированы
   Необходимо умножить количество молекул кислорода на 2 , чтобы уравновесить атомы кислорода.Затем проверьте баланс этого нового химического уравнения, как показано ниже:
   	CH 4 (г)	+	2 O 2 (г)	→	CO 2 (г)	+	2H 2 O (г)
   Кол-во атомов C:	1			=	1			Сбалансированные атомы углерода
   №Атомы H:	4			=			4	Атомы H сбалансированы
   Кол-во атомов О:			4	=	2	+	2	Атомов О сбалансировано

5. Сбалансированное химическое уравнение полного сгорания газообразного метана:

   CH _{4 (г)} + 2O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} + 2H ₂ O _(г)

Неполное сжигание углеводородов

Если присутствует недостаточно газообразного кислорода для сгорания углеводорода, чтобы произвести наиболее окисленную форму углерода, которой является газообразный диоксид углерода, мы называем реакцию неполным сгоранием углеводорода.

Для неполного сгорания углеводорода:

⚛ газообразный кислород — ограничивающий реагент

⚛ углеводород — избыток реагента

Неполное сгорание углеводорода обычно приводит к возникновению «сажистого» пламени из-за присутствия углерода (C) или сажи как продукта реакции неполного сгорания.

Водород в углеводороде будет окислен до воды, H ₂ O, но углерод в углеводороде может или не может быть окислен до газообразного монооксида углерода (CO _(г) ).

Пример: неполное сгорание метана

В конкретном эксперименте избыточный газообразный метан (CH _(g) ) сжигался в ограниченном количестве газообразного кислорода с образованием сажи (твердого углерода) и водяного пара.

Мы можем написать сбалансированное химическое уравнение, чтобы представить это неполное сгорание метана в этом эксперименте, как показано ниже:

1. Напишите словесное уравнение неполного сгорания метана:

   общее уравнение:	реактивы			→	товаров
   словесное уравнение:	метан	+	газообразный кислород	→	твердый углерод	+	водяной пар

2. Запишите молекулярную формулу для каждого реагента и продукта в словесном уравнении:

   Реагенты			Продукты
   метан: газообразный кислород:	CH 4 (г) O 2 (г)		твердый углерод: водяной пар:	C (с) H 2 O (г)

3. Напишите несбалансированное химическое уравнение, подставив формулу названия каждого реагента и продукта в словесное уравнение:

   общее уравнение:	реактивы			→	товаров
   словесное уравнение:	метан	+	газообразный кислород	→	твердый углерод	+	водяной пар
   несбалансированное химическое уравнение:	CH 4 (г)	+	O 2 (г)	→	C (т)	+	H 2 O (г)

4. Выровняйте химическое уравнение:

   несбалансированное химическое уравнение:	CH 4 (г)	+	O 2 (г)	→	C (т)	+	H 2 O (г)
   №Атомы C:	1			=	1			Сбалансированные атомы углерода
   Кол-во атомов H:	4			≠			2	Атомы H НЕ сбалансированы
   Необходимо умножить количество молекул воды на 2 , чтобы уравновесить атомы водорода.Затем проверьте баланс нового уравнения:
   	CH 4 (г)	+	O 2 (г)	→	C (т)	+	2 H 2 O (г)
   Кол-во атомов C:	1			=	1			Сбалансированные атомы углерода
   №Атомы H:	4			=			4	Атомы H сбалансированы
   Кол-во атомов О:			2	=			2	Атомов О сбалансировано

5. Уравновешенное химическое уравнение неполного сгорания газообразного метана в этом эксперименте имеет следующий вид:

   CH _{4 (г)} + O _{2 (г)} → C _(с) + 2H ₂ O _(г)

1A: Деревья — эксперты по хранению углерода!

Генерал Шерман Секвойя, Национальный парк Секвойя.Предоставлено: Wikicommons / Jim Bahn.

Provenance: WikiCommons Creative Commons Attribution 2.0 Generic / Jim Bahn
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Часть A: Деревья — Эксперты по хранению углерода

Вы когда-нибудь стояли рядом с деревом и задавались вопросом, как это дерево стало таким большим? В Калифорнии некоторым деревьям гигантской секвойи более 2000 лет, а их высота превышает 300 футов. Генерал Шерман , изображенный на изображении справа, является самым большим деревом в мире по объему и, по оценкам, весит более миллиона килограммов (2 204 622 фунта). Откуда вся эта масса?

Подумайте о приведенном выше вопросе, наблюдая, как ученые проводят измерения The President , второй по величине гигантской секвойи в видеоролике National Geographic «Великолепное гигантское дерево: Секвойя в метели».

Если видео не загружается, вы можете просмотреть его по этой ссылке Великолепное гигантское дерево: Секвойя в метели — YouTube

Обсудить

Вместе с партнером запишите идеи того, откуда, по вашему мнению, образуется масса гигантского дерева секвойи по мере его роста, а затем составьте список всех возможных идей для класса:

• В каких представлениях об источнике массы дерева вы более уверены? Зачем? Подсказка: помните, что масса является мерой материи, а материя состоит из атомов.

Затем посмотрите, как Дерек Мюллер из Veritasium спрашивает людей, , откуда, по их мнению, происходит масса дерева. Во время просмотра записывайте гипотезы, выдвинутые опрошенными людьми, и будьте готовы сравнить свои записи с результатами класса.

Если видео не загружается, вы можете просмотреть его по этой ссылке. Откуда деревья получают свою массу? — YouTube.

Обсудить

Сравните и обсудите гипотезы людей из видео с идеями вашего класса о том, откуда берется масса дерева.

• Какие элементы в обоих списках являются неправильным представлением о том, как дерево растет и увеличивает массу.
• Откуда дерево на самом деле получает большую часть своей массы?

Деревья используют углерод углекислого газа для образования молекул сахара

Древесная ткань и кора деревьев составляют большую часть биомассы дерева. Древесина и кора состоят из целлюлозы, содержащей атомы углерода, водорода и кислорода.

Происхождение: Кэндис Данлэп
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Деревья, как и все организмы, растут за счет добавления массы (биомасса). — это масса живого или некогда живого материала. . Углерод является центральным ингредиентом в создании этой новой биомассы. Биомасса дерева состоит из всех частей дерева; листья, стебли, ветви, корни, стволы деревьев. Биомасса древесной ткани дерева, изображенного справа, состоит в основном из целлюлозы — длинного волокнистого углевода (C6h22O6) n, производимого растениями; древесина и кора в основном состоят из целлюлозы., соединение углерода. В процессе, называемом фиксация углерода, процесс, с помощью которого фотосинтезирующие организмы, такие как растения и водоросли, превращают неорганические углеродные соединения (обычно диоксид углерода) в органические углеродные соединения (обычно углеводные сахара). , растения превращают CO ₂ , неорганическое углеродное соединение , углеродное соединение, которое не содержит ни углерода, ни водорода и имеет тенденцию быть более простым, чем органические соединения. Примеры включают диоксид углерода (CO ₂ ) и карбонаты (CaCO ₃ ).на органические соединения углерода содержат атомы углерода, связанные с атомами водорода и, возможно, другими элементами, такими как азот или фосфор; примеры включают белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и жиры, масла и воски. .

Растения используют органические соединения углерода для энергии, роста и обмена веществ. Изучите изображения глюкозы и целлюлозы, изображенные ниже. Затем ответьте на вопросы проверки ниже. ПРИМЕЧАНИЕ: Атомы углерода серые, атомы водорода белые и атомы кислорода красные.Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

Молекула глюкозы, сахара, вырабатываемая растениями и водорослями в процессе фотосинтеза.

Provenance: Candace Dunlap
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент для — в коммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Молекула целлюлозы. Целлюлоза — это углевод, производимый растениями, и он составляет большую часть биомассы древесной ткани растений.

Provenance: Candace Dunlap
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент для — в коммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Круговорот атомов углерода в геосфере и биосфере как часть миллионов различных типов углеродных соединений

Геосфера и биосфера — два компонента системы Земли; геосфера — это собирательное название литосферы, гидросферы, криосферы и атмосферы. Все части системы Земля взаимодействуют и взаимосвязаны посредством климатических процессов, круговорота воды и биогеохимических циклов.Солнце является доминирующим источником всей внешней энергии для системы Земля. Схема разработана Джеймсом А. Томберлином, Геологическая служба США.

Происхождение: USGS
Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может использоваться повторно без ограничений.

Атомы углерода постоянно перемещаются, циклически перемещаясь в различные компоненты биосферы и геосферы и выходя из них. Атомы углерода не циклируются как одиночные атомы, а вместо этого движутся как часть углеродных соединений. Переход от одного типа углеродного соединения к другому по мере того, как углеродные циклы и сохраняются, является ключевой особенностью углеродного цикла.Вы узнаете больше о превращениях соединений углерода в Лаборатории 1С.

Количество CO ₂ деревья поглощают от атмосферных воздействий климата

Как и все растения, деревья являются важным компонентом биосферы системы Земля. биосферы. включает в себя все живые существа, существующие в атмосфере, гидросфере и литосфере. в первую очередь потому, что они поглощают так много углекислого газа из атмосферы и хранят углерод в своей биомассе. Как парниковый газ (ПГ) атмосферные газы, которые нагревают температуру нижних слоев атмосферы Земли за счет поглощения и испускания инфракрасного излучения, которое в противном случае могло бы выйти в космическое пространство; включает углекислый газ, метан, водяной пар, закись азота озон и CFC., двуокись углерода (CO ₂ ) играет важную роль в регулировании климата Земли. Уменьшая количество CO _{2 в атмосфере, деревья} могут влиять на климат. Вы узнаете больше о роли углекислого газа в регулировании климата Земли в Лаборатории 3.

Количество углерода, хранящегося в биомассе, зависит от баланса поступления углерода через фотосинтез и выхода углерода через дыхание

Существует три важных процесса круговорота углерода, в результате которых углеродные соединения попадают в деревья и из них, а также хранятся в биомассе:

Если поступление углерода в результате фотосинтеза больше, чем выход углерода в результате дыхания, деревья будут биосинтезировать больше биомассы, что приведет к большему накоплению углерода.Меры АЭС будут выше. И наоборот, если выброс углерода при дыхании больше, чем ввод углерода при фотосинтезе, будет храниться меньше углерода и показатели NPP будут ниже.

Углеродный цикл одного дерева. Предоставлено: Валери Мартин, TERC

.

1. Изучите диаграмму углеродного цикла одного дерева, изображенную справа.
2. Потратьте несколько минут, чтобы проследить, куда идет углерод. Когда вы закончите, ответьте на вопросы Checking In ниже.

Остановись и подумай

1: Используя приведенную выше древовидную диаграмму, чтобы помочь вам, объясните, почему деревья (и все растения) представляют собой небольшой, но полный углеродный цикл. Нарисуйте свою диаграмму, чтобы проиллюстрировать свой ответ.

Дополнительный добавочный номер

Хотите узнать больше о деревьях, углероде и первичной продукции? Ознакомьтесь с этими ресурсами:

• Используйте эту анимацию НАСА, чтобы исследовать сезонные изменения на АЭС

углеводород

В органической химии углеводород — это органическое соединение, полностью состоящее из водорода и углерода.Что касается химической терминологии, ароматические углеводороды или арены, алканы, алкены и соединения на основе алкинов, полностью состоящие из углерода или водорода, называются «чистыми» углеводородами, тогда как другие углеводороды со связанными соединениями или примесями серы или азота упоминаются как как «нечистые» и остаются несколько ошибочно именуемыми углеводородами. Углеводороды называются состоящими из «основной цепи» или «каркаса», полностью состоящего из углерода, водорода и других связанных соединений, и не имеют функциональной группы, которая обычно способствует горению без неблагоприятных последствий.Большинство углеводородов, встречающихся в природе, встречается в сырой нефти, где разложившееся органическое вещество обеспечивает изобилие углерода и водорода, которые, будучи связанными, могут катенировать, образуя, казалось бы, безграничные цепи. [1] [2] Рекомендуемые дополнительные знания Виды углеводородов Классификации углеводородов, определенные номенклатурой органической химии ИЮПАК, следующие: Насыщенные углеводороды (алканы) являются наиболее простыми из углеводородных разновидностей, полностью состоят из одинарных связей и насыщены водородом; они являются основой нефтяного топлива и встречаются в неограниченном количестве как линейные, так и разветвленные.Общая формула для насыщенных углеводородов: C n H 2 n + 2 (при условии нециклических структур). Ненасыщенные углеводороды имеют одну или несколько двойных или тройных связей между атомами углерода. Алкены с одной двойной связью называются алкенами с формулой C n H 2n (при условии нециклической структуры). Те, которые содержат тройные связи, называются алкинами. Циклоалканы представляют собой углеводороды, содержащие одно или несколько углеродных колец, к которым присоединены атомы водорода.Общая формула для насыщенного углеводорода, содержащего одно кольцо: C n H 2 n Ароматические углеводороды, также известные как арены, имеющие по крайней мере одно ароматическое кольцо Углеводороды могут быть газами (например, метан и пропан), жидкостями (например, гексаном и бензолом), парафинами или твердыми веществами с низкой температурой плавления (например, парафиновый воск и нафталин) или полимерами (например, полиэтиленом, полипропиленом и полистиролом). Общая недвижимость Из-за различий в молекулярной структуре эмпирические формулы для углеводородов различны; в линейных или «прямогонных» алканах, алкенах и алкинах количество связанного водорода уменьшается в алкенах и алкинах из-за «самосвязи» или катенации углерода, предотвращающей полное насыщение углеводорода за счет образования двойных или тройных облигации. Эта врожденная способность углеводородов связываться с собой называется катенацией и позволяет углеводородам образовывать более сложные молекулы, такие как циклогексан, и, в более редких случаях, арены, такие как бензол. Эта способность проистекает из того факта, что характер связи между атомами углерода является полностью неполярным, поскольку распределение электронов между двумя элементами в некоторой степени даже из-за одинаковых значений электроотрицательности элементов (~ 0,30) и не приводит к образование электрофила. Как правило, с катенацией происходит потеря общего количества связанных углеводородов и увеличение количества энергии, необходимой для разрыва связи из-за напряжения, оказываемого на молекулу; в молекулах, таких как циклогексан, это называется деформацией кольца и происходит из-за «дестабилизированной» пространственной электронной конфигурации атома. В простой химии, согласно теории валентной связи, атом углерода должен следовать «правилу 4-водорода », которое гласит, что максимальное количество атомов, доступных для связи с углеродом, равно количеству электронов, которые притягиваются. во внешнюю оболочку из углерода.Что касается оболочек, углерод состоит из неполной внешней оболочки, которая содержит 4 электрона и, таким образом, имеет 4 электрона, доступных для ковалентной или дативной связи. Простые углеводороды и их разновидности Горючие углеводороды Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки. Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив достоверные ссылки. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. (сентябрь 2007 г.) Углеводороды — один из важнейших энергетических ресурсов Земли. Углеводороды в настоящее время являются основным источником мировой электрической энергии и источников тепла (например, для отопления домов) из-за энергии, производимой при сжигании. Часто эта энергия используется непосредственно в качестве тепла, например, в домашних обогревателях, которые используют нефть или природный газ. Углеводород сжигается, а тепло используется для нагрева воды, которая затем циркулирует. Аналогичный принцип используется для выработки электроэнергии на электростанциях.Углеводороды (обычно уголь) сжигаются, и выделяемая таким образом энергия используется для превращения воды в пар, который используется для вращения турбины, вырабатывающей энергию. В идеальной реакции отходами были бы только вода и углекислый газ, но поскольку уголь не является чистым или чистым, часто возникает много токсичных побочных продуктов, таких как ртуть и мышьяк. Кроме того, неполное сгорание вызывает образование окиси углерода (CO), который токсичен для человека из-за его тенденции связываться с молекулами гемоглобина в кровотоке.После связывания CO не позволяет кислороду переноситься гемоглобином и может вызвать гипоксию. Неполное сгорание также имеет побочный продукт углерода в виде сажи. Поскольку метан выделяет только одну двуокись углерода на две молекулы воды, он считается самым чистым топливом. В настоящее время разрабатываются экологически чистые угольные технологии, в основном в связи с проблемами климата. Например, Великобритания и Китайская Народная Республика подписали соглашение о разработке такой технологии с улавливанием и хранением выбросов углекислого газа как в Китае, так и в ЕС к 2020 году.Аналогичные исследования проводятся в США и других странах. Все больше свидетельств связывает использование углеводородов в форме ископаемого топлива с загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением. Нефть Основная статья: Нефть Жидкие геологически извлеченные углеводороды называются нефтью (буквально «каменная нефть») или минеральной нефтью, тогда как газообразные геологические углеводороды называются природным газом. Все они являются важными источниками топлива и сырья в качестве сырья для производства органических химикатов и обычно находятся в недрах Земли с использованием инструментов нефтяной геологии. Добыча жидкого углеводородного топлива из ряда осадочных бассейнов является неотъемлемой частью современного развития энергетики. Углеводороды добываются из битуминозных песков, горючего сланца и потенциально извлекаются из осадочных гидратов метана. Эти запасы требуют дистилляции и обогащения для производства синтетической нефти и нефти. Запасы нефти в осадочных породах являются основным источником углеводородов для энергетики, транспорта и нефтехимии. Углеводороды имеют первостепенное экономическое значение, поскольку они включают компоненты основных ископаемых видов топлива (уголь, нефть, природный газ и т. Д.). McMurry, J. (2000), p75-81 Ссылки Макмерри Дж. (2000). « Органическая химия » 5 -е изд. Брукс / Коул: обучение Томсона Clayden, J., Greeves, N., et al. (2000) « Органическая химия, » Оксфорд См. Также Список литературы http://www.hydrocarbononline.com/ http://www.hydrocarbonprocessing.com/

Двуокись углерода (CO2) и жизнь

Двуокись углерода и здоровье человека

Загрязняющие вещества представляют собой опасные соединения для живых существ.

Как и вода, CO2 жизненно важен для жизни на Земле; таким образом, CO2 не является загрязнителем или загрязняющим веществом.

Удельная теплоемкость CO2 составляет 850 Дж / кг K, что означает, что углекислый газ способен поглощать, накапливать и выделять тепло. Однако мы не можем принимать во внимание это свойство при рассмотрении вопроса о том, является ли CO2 загрязнителем, потому что вода имеет удельную теплоемкость 1 996 Дж / кг K, что означает, что она более эффективна, чем CO2, при поглощении, излучении и хранении тепла. Вода, как и СО2, жизненно важна для живых существ.

Плотность CO2 увеличилась до более чем 4000 ppmv в некоторые геологические эпохи, например, в ордовикский период ( Scotesse ; 2002. Avildsen et al ; 1998 ). Когда в прошлом концентрация CO2 в земной атмосфере достигла такой высокой плотности, жизнь процветала. Следовательно, мы не можем рассматривать такую ​​высокую концентрацию СО2 в атмосфере как «загрязнение».

CO2 — основное питательное вещество для растений и других фотосинтезирующих организмов.Растения составляют основу каждой пищевой цепи. Таким образом, чем выше плотность CO2 в данной среде, тем больше будет производства пищи для растений и животных, которые ими питаются.

В последнее время стало модным связывать CO2 с глобальным потеплением, но вода в жидкой или газовой фазе поглощает, накапливает и излучает тепло в 4 раза (400%) эффективнее, чем CO2. Следовательно, если по этому свойству вода не считается загрязняющим веществом, то СО2 также не может считаться загрязняющим веществом.

Двуокись углерода не может отравлять, потому что это неядовитое нетоксичное вещество. Данные по CO2, связанные со здоровьем человека, следующие:

• Плотность CO2 в атмосфере составляет 0,000747 кг на кубический метр воздуха.
  

Нормальные уровни CO2. Воздействие повышенного уровня CO2 на здорового взрослого человека можно резюмировать следующим образом:

• Нормальные внешние уровни: 350 — 600 ppmv.
  

• Допустимые уровни: до 600 ppmv.
  

• Жесткость и запах: 600 — 1000 ppmv.
  

Данные предоставлены Управлением по охране труда ( OSHA ):

• Максимально допустимая концентрация за 8-часовой рабочий период: 5 000 ppmv.
  

Экстремальные и опасные уровни CO2:

• Тошнота и увеличение частоты сердечных сокращений и дыхания (из-за недостатка кислорода): 30 000 ppmv.
  

• Вышеуказанное плюс головные боли и ухудшение зрения: 50 000 ppmv.
  

• Бессознательное состояние и смерть: 100 000 ppmv ( OSHA ).
  

Как видите, углекислый газ не отравляет — он задыхается. Все перечисленные выше эффекты соответствуют асфиксии, а не отравлению; однако вода и песок также задыхаются, и они также не считаются загрязнителями. Следовательно, CO2 нельзя рассматривать как загрязнитель только потому, что он удушает.

Многие пытались пометить CO2 как загрязнитель просто потому, что он является продуктом сгорания ископаемого топлива.Однако CO2 также является продуктом дыхания, брожения и гниения. В любом случае CO2, выделяемый при сжигании ископаемого топлива, ранее был взят из атмосферы фотосинтезирующими организмами и преобразован в органические соединения, которые будут использоваться в их метаболических функциях в качестве структур для воспроизводства и т. Д. Когда эти фотосинтезирующие организмы позже умирали, их останки подверглись сильным геологическим процессам, которые превращают органические вещества в нефть, уголь и метан. (Рекомендуемая литература: Рост CO2 в голоцене: антропогенный или естественный?)

Эти продукты представляют собой ископаемое топливо, которое мы используем сегодня для питания нашей промышленности и транспортных средств; следовательно, мы только возвращаем СО2 на то место, которое он когда-то занимал в каменноугольном периоде.