Co2 вуглекислий. Вуглекислий газ, він же вуглекислота, він же двоокис вуглецю ...
Ви вже знаєте, що при видиху з легких виходить вуглекислий газ. А ось що вам відомо про цю речовину? Напевно, небагато. Сьогодні я відповім на всі питання, що стосуються вуглекислого газу.
визначення
Ця речовина в нормальних умовах є безбарвним газом. У багатьох джерелах його можуть називати по-різному: і оксидом вуглецю (IV), і вугільним ангідридом, і двоокисом вуглецю, і діоксидом вуглецю.
властивості
Вуглекислий газ (формула СО 2) є безбарвним газом, мають кислі запах і смак, розчинним у воді речовиною. Якщо його як слід охолодити, то утворюється снегообразной маса, звана сухим льодом (фотографія нижче), яка сублімує при температурі -78 о С.
Є одним з продуктів гниття або горіння будь-якого органічного речовини. Розчиняється в воді тільки при температурі 15 о С і тільки в тому випадку, якщо відношення вода: вуглекислий газ дорівнює 1: 1. Щільність вуглекислого газу може бути різною, але в стандартних умовах вона дорівнює 1,976 кг / м 3. Це якщо він знаходиться в газоподібному вигляді, а в інших станах (рідкому / газоподібному) значення щільності теж будуть іншими. Дана речовина є кислотним оксидом, його додавання в воду призводить до отримання вугільної кислоти. Якщо з'єднати вуглекислий газ з будь-лугом, то в результаті подальшої реакції утворюються карбонати і гідрокарбонати. Цей оксид не може підтримувати горіння, крім деяких винятків. Це активні метали, і при реакції такого виду вони забирають у нього кисень.
отримання
Вуглекислий і ще деякі гази в великих кількостях виділяються, коли виробляють алкоголь або розкладаються природні карбонати. Потім отримані гази проходять промивання розчиненим карбонатом калію. Далі слід поглинання ними вуглекислого газу, продуктом цієї реакції є гідрокарбонат, при нагріванні розчину якого отримують шуканий оксид.
Але зараз його з успіхом замінює розчинений водою етаноламін, який абсорбує міститься в димовому газі оксид вуглецю і віддає його при нагріванні. Також цей газ є побічним продуктом тих реакцій, при яких отримують чисті азот, кисень і аргон. У лабораторії трохи вуглекислоти виходить, коли карбонати і гідрокарбонати взаємодіють з кислотами. Ще вона утворюється, коли реагують харчова сода і лимонний сік або той же гідрокарбонат натрію і оцет (фото).
застосування
Харчова промисловість не може обійтися без використання вуглекислоти, де вона відома як консервант і розпушувача, що має код E290. Її у вигляді рідини містить будь-який вогнегасник.
Також оксид чотирьохвалентного вуглецю, який виділяється в процесі бродіння, служить хорошою підживленням акваріумних рослин. Він міститься і у всім відомій газованій воді, яку багато хто досить часто купують в продуктовому магазині. Сварка дротом відбувається в вуглекислої середовищі, але якщо температура даного процесу дуже висока, то він супроводжується дисоціацією вуглекислоти, при якій виділяється кисень, що окисляє метал. Тоді зварювання не обходиться без раскислителей (марганцю або кремнію). Вуглекислим газом накачують велосипедні колеса, він присутній і в балончиках пневматичної зброї (така його різновид називається газобалонної). Також даний оксид в твердому стані, званий сухим льодом, потрібен як холодоагент в торгівлі, наукових дослідженнях і при ремонті деякої техніки.
Ось до чого корисний для людини вуглекислий газ. І не тільки в промисловості, він грає і важливу біологічну роль: без нього не може відбуватися газообмін, регуляція судинного тонусу, фотосинтез і багато інших природні процеси. Але його надлишок або недостача в повітрі деякий час можуть негативно впливати на фізичний стан усіх живих організмів.
енциклопедичний YouTube
-
1 / 5
Оксид вуглецю (IV) не підтримує горіння. У ньому горять тільки деякі активні метали::
2 M g + C O 2 → 2 M g O + C (\\ displaystyle (\\ mathsf (2Mg + CO_ (2) \\ rightarrow 2MgO + C)))Взаємодія з оксидом активного металу:
C a O + C O 2 → C a C O 3 (\\ displaystyle (\\ mathsf (CaO + CO_ (2) \\ rightarrow CaCO_ (3))))При розчиненні в воді утворює вугільну кислоту:
C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\\ displaystyle (\\ mathsf (CO_ (2) + H_ (2) O \\ rightleftarrows H_ (2) CO_ (3))))Реагує з лугами з утворенням карбонатів і гідрокарбонатів:
C a (OH) 2 + CO 2 → C a CO 3 ↓ + H 2 O (\\ displaystyle (\\ mathsf (Ca (OH) _ (2) + CO_ (2) \\ rightarrow CaCO_ (3) \\ downarrow + H_ ( 2) O))) (Якісна реакція на вуглекислий газ) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\\ displaystyle (\\ mathsf (KOH + CO_ (2) \\ rightarrow KHCO_ (3))))біологічні
Організм людини виділяє приблизно 1 кг вуглекислого газу на добу.
Цей вуглекислий газ переноситься від тканин, де він утворюється в якості одного з кінцевих продуктів метаболізму, по венозній системі і потім виділяється з повітрям, що видихається через легені. Таким чином, вміст вуглекислого газу в крові підвищується в венозної системі, і зменшується в капілярної мережі легких, і мало в артеріальній крові. Вміст вуглекислого газу в пробі крові часто висловлюють в термінах парціального тиску, тобто тиску, яке б мав міститься в пробі крові в даній кількості вуглекислий газ, якби весь обсяг проби крові займав тільки він.
Вуглекислий газ (CO 2) транспортується в крові трьома різними способами (точне співвідношення кожного з цих трьох способів транспортування залежить від того, чи є кров артеріальної або венозної).
Гемоглобін, основний кисень-транспортує білок еритроцитів крові, здатний транспортувати як кисень, так і вуглекислий газ. Однак вуглекислий газ зв'язується з гемоглобіном в іншому місці, ніж кисень. Він зв'язується з N-термінальними кінцями ланцюгів глобіну, а не з гемом. Однак завдяки аллостерическим ефектів, які призводять до зміни конфігурації молекули гемоглобіну при зв'язуванні, зв'язування вуглекислого газу знижує здатність кисню до зв'язування з ним же, при цьому парціальному тиску кисню, і навпаки - зв'язування кисню з гемоглобіном знижує здатність вуглекислого газу до зв'язування з ним же, при даному парціальному тиску вуглекислого газу. Крім цього, здатність гемоглобіну до переважного зв'язування з киснем або з вуглекислим газом залежить також і від pH середовища. Ці особливості дуже важливі для успішного захоплення і транспорту кисню з легенів до тканин і його успішного вивільнення в тканинах, а також для успішного захоплення і транспорту вуглекислого газу з тканин в легені і його вивільнення там.
Вуглекислий газ є одним з найважливіших медіаторів ауторегуляції кровотоку. Він є потужним вазодилататором. Відповідно, якщо рівень вуглекислого газу в тканини або в крові підвищується (наприклад, внаслідок інтенсивного метаболізму - викликаного, скажімо, фізичним навантаженням, запаленням, пошкодженням тканин, або внаслідок утруднення кровотоку, ішемії тканини), то капіляри розширюються, що призводить до збільшення кровотоку і відповідно до збільшення доставки до тканин кисню і транспорту з тканин накопиченої вуглекислоти. Крім того, вуглекислий газ в певних концентраціях (підвищених, але ще не досягають токсичних значень) робить позитивний інотропну і хронотропное дію на міокард і підвищує його чутливість до адреналіну, що призводить до збільшення сили і частоти серцевих скорочень, величини серцевого викиду і, як наслідок , ударного і хвилинного об'єму крові. Це також сприяє корекції тканинної гіпоксії і гіперкапнії (підвищеного рівня вуглекислоти).
Іони гідрокарбонату дуже важливі для регуляції pH крові і підтримки нормального кислотно-лужної рівноваги. Частота дихання впливає на вміст вуглекислого газу в крові. Слабке або уповільнене дихання викликає респіраторний ацидоз, в той час як прискорене і надмірно глибоке дихання призводить до гіпервентиляції і розвитку респіраторного алкалозу.
Крім того, вуглекислий газ також важливий в регуляції дихання. Хоча наш організм потребує кисню для забезпечення метаболізму, низький вміст кисню в крові або в тканинах зазвичай не стимулює дихання (вірніше, стимулюючий вплив нестачі кисню на дихання занадто слабо і «включається» пізно, при дуже низьких рівнях кисню в крові, при яких людина нерідко вже втрачає свідомість). У нормі дихання стимулюється підвищенням рівня вуглекислого газу в крові. Дихальний центр набагато більш чутливий до підвищення рівня вуглекислого газу, ніж до браку кисню. Як наслідок цього, дихання сильно розрідженим повітрям (з низьким парціальним тиском кисню) або газовою сумішшю, взагалі не містить кисню (наприклад, 100% азотом або 100% закисом азоту) може швидко привести до втрати свідомості без виникнення відчуття нестачі повітря (оскільки рівень вуглекислоти в крові не підвищується, бо ніщо не перешкоджає її видихання). Це особливо небезпечно для пілотів військових літаків, що літають на великих висотах (у разі аварійної розгерметизації кабіни пілотів можуть швидко втратити свідомість). Ця особливість системи регуляції дихання також є причиною того, чому в літаках стюардеси інструктують пасажирів в разі розгерметизації салону літака в першу чергу надягати кисневу маску самим, перш ніж намагатися допомогти кому-небудь ще - роблячи це, що допомагає ризикує швидко втратити свідомість сам, причому навіть НЕ відчуваючи до останнього моменту будь-якого дискомфорту і потреби в кисні.
Дихальний центр людини намагається підтримувати парціальний тиск вуглекислого газу в артеріальній крові не вище 40 мм ртутного стовпа. При свідомої гіпервентиляції вміст вуглекислого газу в артеріальній крові може знизитися до 10-20 мм ртутного стовпа, при цьому вміст кисню в крові практично не зміниться або збільшиться незначно, а потреба зробити черговий вдих зменшиться як наслідок зменшення стимулюючого впливу вуглекислого газу на активність дихального центру. Це є причиною того, чому після деякого періоду свідомої гіпервентиляції легше затримати дихання надовго, ніж без попередньої гіпервентиляції. Така свідома гіпервентиляція з наступною затримкою дихання може привести до втрати свідомості до того, як людина відчує потребу зробити вдих. У безпечній обстановці така втрата свідомості нічим особливим не загрожує (знепритомнівши, людина втратить і контроль над собою, перестане затримувати дихання і зробить вдих, дихання, а разом з ним і постачання мозку киснем відновиться, а потім відновиться і свідомість). Однак в інших ситуаціях, наприклад, перед пірнанням, це може бути небезпечним (втрата свідомості і потреба зробити вдих настануть на глибині, і за відсутності свідомого контролю в дихальні шляхи потрапить вода, що може привести до втоплення). Саме тому гіпервентиляція перед пірнанням небезпечна і не рекомендується.
отримання
У промислових кількостях вуглекислота виділяється з димових газів, або як побічний продукт хімічних процесів, наприклад, при розкладанні природних карбонатів (вапняк, доломіт) або при виробництві алкоголю (спиртове бродіння). Суміш отриманих газів промивають розчином карбонату калію, які поглинають вуглекислий газ, переходячи в гідрокарбонат. Розчин гідрокарбонату при нагріванні або при зниженому тиску розкладається, вивільняючи вуглекислоту. У сучасних установках отримання вуглекислого газу замість гідрокарбонату частіше застосовується водний розчин моноетаноламіна, який за певних умов здатний абсорбувати СО₂, що міститься в димовому газі, а при нагріванні віддавати його; таким чином відокремлюється готовий продукт від інших речовин.
Також вуглекислий газ отримують на установках поділу повітря як побічний продукт отримання чистого кисню, азоту та аргону.
У лабораторних умовах невеликі кількості отримують взаємодією карбонатів і гідрокарбонатів з кислотами, наприклад мармуру, крейди або соди з соляною кислотою, використовуючи, наприклад, апарат кіп. Використання реакції сірчаної кислоти з крейдою або мармуром призводить до утворення малорастворимого сульфату кальцію, який заважає реакції, і який віддаляється значним надлишком кислоти.
Для приготування напоїв може бути використана реакція харчової соди з лимонною кислотою або з кислим лимонним соком. Саме в такому вигляді з'явилися перші газовані напої. Їх виготовленням і продажем займалися аптекарі.
застосування
У харчовій промисловості вуглекислота використовується як консервант і розпушувач, позначається на упаковці кодом Е290.
Пристрій для подачі вуглекислого газу в акваріум може включати в себе резервуар з газом. Найпростіший і найпоширеніший метод отримання вуглекислого газу заснований на конструкції для виготовлення алкогольного напою браги. При бродінні, що виділяється вуглекислий газ цілком може забезпечити підживлення акваріумних рослин
Вуглекислий газ використовується для газування лимонаду і газованої води. Вуглекислий газ використовується також як захисне середовище при зварюванні дротом, але при високих температурах відбувається його розпад з виділенням кисню. Вирізняється кисень окисляє метал. У зв'язку з цим доводиться в зварювальний дріт вводити раскислители, такі як марганець і кремній. Іншим наслідком впливу кисню, також пов'язаного з окисленням, є різке зниження поверхневого натягу, що приводить, серед іншого, до більш інтенсивного розбризкування металу, ніж при зварюванні в інертному середовищі.
Зберігання вуглекислоти в сталевому балоні в зрідженому стані вигідніше, ніж у вигляді газу. Вуглекислота має порівняно низьку критичну температуру + 31 ° С. У стандартний 40-літровий балон заливають близько 30 кг зрідженого вуглекислого газу, і при кімнатній температурі в балоні буде знаходитися рідка фаза, а тиск складе приблизно 6 МПа (60 кгс / см²). Якщо температура буде вище + 31 ° С, то вуглекислота перейде в надкритичної стан з тиском вище 7,36 МПа. Стандартне робочий тиск для звичайного 40-літрового балона становить 15 МПа (150 кгс / см²), проте він повинен безпечно витримувати тиск в 1,5 рази вище, тобто 22,5 МПа, - таким чином, робота з подібними балонами може вважатися цілком безпечною.
Тверда вуглекислота - «сухий лід» - використовується в якості холодоагенту в лабораторних дослідженнях, в роздрібній торгівлі, при ремонті обладнання (наприклад: охолодження однієї з деталей, що при посадці внатяг) і т. Д. Для зрідження вуглекислого газу і отримання сухого льоду застосовуються вуглекислотні установки.
методи реєстрації
Вимірювання парціального тиску вуглекислого газу потрібно в технологічних процесах, в медичних цілях - аналіз дихальних сумішей при штучній вентиляції легень і в замкнутих системах життєзабезпечення. Аналіз концентрації CO 2 в атмосфері використовується для екологічних і наукових досліджень, для вивчення парникового ефекту. Вуглекислий газ реєструють за допомогою газоаналізаторів заснованих на принципі інфрачервоної спектроскопії та інших газовимірювальних систем. Медичний газоаналізатор для реєстрації вмісту вуглекислоти в повітрі, що видихається називається капнограф. Для вимірювання низьких концентрацій CO 2 (а також) в технологічних газах або в атмосферному повітрі можна використовувати газохроматографічний метод з метанатором і реєстрацією на полум'яно-іонізаційному детекторі.
Вуглекислий газ в природі
Щорічні коливання концентрації атмосферної вуглекислоти на планеті визначаються, головним чином, рослинністю середніх (40-70 °) широт Північної півкулі.
Велика кількість вуглекислоти розчинено в океані.
Вуглекислий газ становить значну частину атмосфер деяких планет Сонячної системи: Венери, Марса.
токсичність
Вуглекислий газ нетоксичний, але по впливу його підвищених концентрацій в повітрі на воздуходишащіе живі організми його відносять до задушливим газам (Англ.)рос.. Незначні підвищення концентрації до 2-4% в приміщеннях призводять до розвитку у людей сонливості і слабкості. Небезпечними концентраціями вважаються рівні близько 7-10%, при яких розвивається задуха, що проявляє себе в головного болю, запаморочення, розлад слуху і у втраті свідомості (симптоми, схожі з симптомами висотної хвороби), в залежності від концентрації, протягом часу від кількох хвилин до однієї години. При вдиханні повітря з високими концентраціями газу смерть настає дуже швидко від задухи.
Хоча, фактично, навіть концентрація 5-7% CO 2 не смертельна, вже при концентрації 0,1% (такий зміст вуглекислого газу спостерігається в повітрі мегаполісів) люди починають відчувати слабкість, сонливість. Це показує, що навіть при високих змістах кисню велика концентрація CO 2 сильно впливає на самопочуття.
Вдихання повітря з підвищеною концентрацією цього газу не призводить до довготривалих розладів здоров'я і після видалення потерпілого із загазованого атмосфери швидко настає повне відновлення здоров'я.
, Двоокис вуглецю, властивості діоксиду вуглецю, отримання діоксиду вуглецю
Він не придатний для підтримки життя. Однак саме їм «харчуються» рослини, перетворюючи його в органічні речовини. До того ж він є своєрідним «ковдрою» Землі. Якщо цей газ раптом зникне з атмосфери, на Землі стане набагато прохолодніше, а дощі практично зникнуть.
«Ковдра Землі»
(Двоокис вуглецю, діоксид вуглецю, CO 2) формується при з'єднанні двох елементів: вуглецю і кисню. Він утворюється в процесі спалювання вугілля або вуглеводневих сполук, при ферментації рідин, а також як продукт дихання людей і тварин. У невеликих кількостях він міститься і в атмосфері, звідки він асимілюється рослинами, які, в свою чергу, виробляють кисень.
Вуглекислий газ безбарвний і важчий за повітря. Замерзає при температурі -78.5 ° C з утворенням снігу, що складається з двоокису вуглецю. У вигляді водного розчину він утворює вугільну кислоту, проте вона не володіє достатньою стабільністю для того, щоб її можна було легко ізолювати.
Вуглекислий газ - це «ковдру» Землі. Він легко пропускає ультрафіолетові промені, які обігрівають нашу планету, і відображає інфрачервоні, що випромінюються з її поверхні в космічний простір. І якщо раптом вуглекислий газ зникне з атмосфери, то це в першу чергу позначиться на кліматі. На Землі стане набагато прохолодніше, дощі будуть випадати дуже рідко. До чого це врешті-решт призведе, здогадатися неважко.
Правда, така катастрофа нам поки що не загрожує. Швидше навіть, навпаки. Спалювання органічних речовин: нафти, вугілля, природного газу, деревини - поступово збільшує вміст вуглекислого газу в атмосфері. Значить, з часом треба чекати значного потепління і зволоження земного клімату. До речі, старожили вважають, що вже зараз помітно тепліше, ніж було за часів їхньої молодості ...
Двоокис вуглецю випускається рідка низькотемпературна, рідка високого тиску і газоподібна. Її отримують з отбросних газів виробництв аміаку, спиртів, а також на базі спеціального спалювання палива та інших виробництв. Газоподібна двоокис вуглецю - газ без кольору і запаху при температурі 20 ° С і тиску 101,3 кПа (760 мм рт. Ст.), Щільність - 1,839 кг / м 3. Рідка двоокис вуглецю - просто безбарвна рідина без запаху.
Нетоксичний і невзривоопасен. При концентраціях понад 5% (92 г / м 3) двоокис вуглецю робить шкідливий вплив на здоров'я людини - вона важчий за повітря і може накопичуватися в слабо провітрюваних приміщеннях у статі. При цьому знижується об'ємна частка кисню в повітрі, що може викликати явище кисневої недостатності і задухи.
Отримання двоокису вуглецю
У промисловості вуглекислий газ отримують з пічних газів, з продуктів розкладання природних карбонатів (Вапняк, доломіт). Суміш газів промивають розчином карбонату калію, який поглинає вуглекислий газ, переходячи в гідрокарбонат. Розчин гідрокарбонату при нагріванні розкладається, вивільняючи вуглекислоту. При промисловому виробництві газ закачується в балони.
У лабораторних умовах невеликі кількості отримують взаємодією карбонатів і гідрокарбонатів з кислотами, Наприклад мармуру з соляною кислотою.
«Сухий лід» та інші корисні властивості діоксиду вуглецю
У повсякденній практиці вуглекислий газ використовується досить широко. наприклад, газована вода з добавками ароматних есенцій - прекрасний освіжаючий напій. В харчової промисловості діоксид вуглецю використовується і як консервант - він позначається на упаковці під кодом Е290, А також в якості розпушувача тіста.
Углекислотнимі вогнегасниками користуються при пожежах. Біохіміки знайшли, що добриво ... повітря вуглекислим газомвельми ефективний засіб для збільшення врожайності різних культур. Мабуть, таке добриво має єдиний, але суттєвий недолік: застосовувати його можна тільки в оранжереях. На заводах, які виробляють діоксид вуглецю, скраплений газ розфасовують в сталеві балони і відправляють споживачам. Якщо відкрити вентиль, то з отвору з шипінням виривається ... сніг. Що за диво?
Все пояснюється просто. Робота, витрачена на стиснення газу, виявляється значно менша від тієї, яка потрібна на його розширення. І щоб якось компенсувати виникає дефіцит, вуглекислий газ різко охолоджується, перетворюючись в "сухий лід". Він широко використовується для збереження харчових продуктів і перед звичайним льодом має значні переваги: \u200b\u200bпо-перше, «хладопроізводітельность» його вдвічі вище на одиницю ваги; по-друге, він випаровується без залишку.
Вуглекислий газ використовується в якості активного середовища при зварюванні дротом, Так як при температурі дуги вуглекислота розкладається на чадний газ СО і кисень, який, в свою чергу, і входить у взаємодію з рідким металом, окислюючи його.
Вуглекислота в балончиках застосовується в пневматичній зброї і в якості джерела енергії для двигунів в авіамоделювання.
Діоксид вуглецю (двоокис вуглецю, вуглекислий газ, CO 2) формується шляхом взаємодії двох елементів - кисню і вуглецю. Діоксид вуглецю утворюється при спалюванні вуглеводневих сполук або вугілля, в результаті ферментації рідин, а також в якості продукту дихання тварин і людини. В атмосфері він міститься в невеликих кількостях. Рослини поглинають вуглекислий газ з атмосфери і перетворюють його в органічні компоненти. При зникненні цього газу з атмосфери на Землі практично не буде дощів і стане помітно прохолодніше.
Властивості діоксиду вуглецю
Діоксид вуглецю важчий за повітря. Він замерзає при температурі -78 ° C. При замерзанні з двоокису вуглецю утворюється сніг. У вигляді розчину вуглекислий газ утворює вугільну кислоту. Завдяки деяким властивостям діоксид вуглецю іноді називають «ковдрою» Землі. Він з легкістю пропускає ультрафіолетові промені. Інфрачервоні промені випромінюються з поверхні діоксиду вуглецю в космічний простір.
Вуглекислий газ випускають в рідкій формі при низькій температурі, в рідкій формі при високому тиску і в газоподібному формі. Газоподібним форму двоокису вуглецю отримують з отбросних газів при виробництві спиртів, аміаку, а також в результаті спалювання палива. Газоподібний діоксид вуглецю за властивостями є нетоксичний і вибухобезпечний газ, без запаху і кольору. У рідкій формі двоокис вуглецю - рідина без кольору і запаху. При змісті більше 5% вуглекислий газ накопичується в районі статі в слабо провітрюваних приміщеннях. Зниження об'ємної частки кисню в повітрі може привести до кисневої недостатності і задухи. Ембріологи встановили, що клітини людини і тварин двоокису вуглецю необхідно близько 7%, а кисню - всього 2%. Двоокис вуглецю - транквілізатор нервової системи і прекрасне анестезуючий засіб. Газ в організмі людини бере участь в синтезі амінокислот, має судинорозширювальну дію. Недолік вуглекислого газу в крові призводить до спазму судин і гладкої мускулатури всіх органів, до збільшення секреції в носових ходах, бронхах і до розвитку поліпів і аденоїдів, до ущільнення мембран через відкладення холестерину.
Отримання діоксиду вуглецю
Існує кілька способів отримання діоксиду вуглецю. У промисловості двоокис вуглецю отримують з доломіту, вапняку - продуктів розкладання природних карбонатів, а також з пічних газів. Газову суміш промивають розчином карбонату калію. Суміш поглинає двоокис вуглецю і перетворюється в гідрокарбонат. Розчин гідрокарбонату нагрівають і він, розкладаючись, вивільняє вуглекислоту. При промисловому методі отримання діоксид вуглецю закачується в балони.
У лабораторіях отримання діоксиду вуглецю ґрунтується на взаємодії гідрокарбонатів і карбонатів з кислотами.
Області застосування діоксиду вуглецю
У повсякденній практиці двоокис вуглецю використовують досить часто. У харчовій індустрії вуглекислий газ використовують як розпушувач тіста, а також в якості консерванту. Його позначають на упаковці продукту під кодом Е290. Властивості діоксиду вуглецю також використовують при виробництві газованої води.
Біохіміки з'ясували, що для підвищення врожайності різних культур вельми ефективно удобрювати повітря вуглекислим газом. Однак даний спосіб добрива можна застосовувати тільки в оранжереях. У сільському господарстві газ застосовують для створення штучного дощу. При нейтралізації лужного середовища двоокис вуглецю замінює сильнодіючі мінеральні кислоти. В овочесховищах вуглекислий газ застосовують для створення газового середовища.У парфумерної промисловості двоокис вуглецю застосовують при виготовленні духів. У медицині вуглекислий газ використовують для антисептичної дії при проведенні відкритих операцій.
При охолодженні вуглекислий газ перетворюється в «сухий лід». Діоксид вуглецю розфасовують в балони і відправляють споживачам. Вуглекислий газ у вигляді «сухого льоду» використовують для збереження харчових продуктів. Такий лід при нагріванні випаровується без залишку.
Вуглекислий газ використовують як активне середовище при зварюванні дротом. При зварюванні двоокис вуглецю розкладається на кисень і чадний газ. Кисень вступає у взаємодію з рідким металом і окисляє його.
У авіамоделювання двоокис вуглецю використовується як джерело енергії для двигунів. Двоокис вуглецю в балончиках використовується в пневматичній зброї.
Вуглекислий газ безбарвний газ з ледь відчутним запахом не отруйний, важчий за повітря. Вуглекислий газ широко поширений в природі. Розчиняється в воді, утворюючи вугільну кислоту Н 2 CO 3, надає їй кислий смак. У повітрі міститься близько 0,03% вуглекислого газу. Щільність в 1,524 рази більше щільності повітря і дорівнює 0,001976 г / см 3 (при нульовій температурі і тиску 101,3 кПа). Потенціал іонізації 14,3В. Хімічна формула - CO 2.
У зварювальному виробництві використовується термін "вуглекислий газ" см.. У «Правилах будови і безпечної експлуатації посудин, що працюють під тиском» прийнятий термін «Вуглекислота», А в - термін "двоокис вуглецю".
Існує безліч способів отримання вуглекислого газу, основні з яких розглянуті в статті.
Щільність двоокису вуглецю залежить від тиску, температури і агрегатного стану, в якому вона знаходиться. При атмосферному тиску і температурі -78,5 ° С вуглекислий газ, минаючи рідкий стан, перетворюється в білу снегообразную масу "сухий лід".
Під тиском 528 кПа і при температурі -56,6 ° С вуглекислота може перебувати у всіх трьох станах (так звана потрійна точка).
Двоокис вуглецю термічно стійка, дисоціює на окис вуглецю і тільки при температурі вище 2000 ° С.
Вуглекислий газ - це перший газ, який був описаний як дискретне речовина. У сімнадцятому столітті, фламандський хімік Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) Зауважив, що після спалювання вугілля в закритій посудині маса попелу була набагато менше маси спалюваного вугілля. Він пояснював це тим, що вугілля трансформується в невидиму масу, яку він назвав «газ».
Властивості вуглекислого газу були вивчені набагато пізніше в 1750г. шотландським фізиком Джозефом Блеком (Joseph Black).
Він виявив, що вапняк (карбонат кальцію CaCO 3) при нагріванні або взаємодії з кислотами, виділяє газ, який він назвав «пов'язане повітря». Виявилося, що «пов'язане повітря» щільніше повітря і не підтримує горіння.
CaCO 3 + 2HCl \u003d СО 2 + CaCl 2 + H 2 O
Пропускаючи «пов'язане повітря» тобто вуглекислий газ CO 2 через водний розчин вапна Ca (OH) 2 на дно осідає карбонат кальцію CaCO 3. Джозеф Блек використовував цей досвід для доказу того, що вуглекислий газ виділяється в результаті дихання тварин.
CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2
Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 + H 2 O
Рідка двоокис вуглецю безбарвна рідина без запаху, щільність якої сильно змінюється зі зміною температури. Вона існує при кімнатній температурі лише при тиску понад 5,85 МПа. Щільність рідкої вуглекислоти 0,771 г / см 3 (20 ° С). При температурі нижче + 11 ° С вона важча за воду, а вище + 11 ° С - легше.
Питома маса рідкої двоокису вуглецю значно змінюється з температурою, Тому кількість вуглекислоти визначають і продають по масі. Розчинність води в рідкій двоокису вуглецю в інтервалі температур 5,8-22,9 ° С не більше 0,05%.
Рідка двоокис вуглецю перетворюється в газ при підводі до неї теплоти. При нормальних умовах (20 ° С і 101,3 кПа) при випаровуванні 1 кг рідкої вуглекислоти утворюється 509 л вуглекислого газу. При надмірно швидкому відборі газу, зниженні тиску в балоні і недостатньому підводі теплоти вуглекислота охолоджується, швидкість її випаровування знижується і при досягненні «потрійний точки» вона перетворюється в сухий лід, який забиває отвір в зменшуючому редукторі, і подальший відбір газу припиняється. При нагріванні сухий лід безпосередньо перетворюється на вуглекислий газ, минаючи рідкий стан. Для випаровування сухого льоду необхідно підвести значно більше теплоти, ніж для випаровування рідкого двоокису вуглецю - тому якщо в балоні утворився сухий лід, то випаровується він повільно.
Вперше рідку двоокис вуглецю отримали в 1823 р Гемфрі Деві (Humphry Davy) і Майкл Фарадей (Michael Faraday).
Тверда двоокис вуглецю «сухий лід», за зовнішнім виглядом нагадує сніг і лід. Вміст вуглекислого газу, одержуваного з брикету сухого льоду, високе - 99,93-99,99%. Зміст вологи в межах 0,06-0,13%. Сухий лід, перебуваючи на відкритому повітрі, інтенсивно випаровується, тому для його зберігання та транспортування використовують контейнери. Отримання вуглекислого газу з сухого льоду проводиться в спеціальних испарителях. Тверда двоокис вуглецю (сухий лід), яку поставляють по ГОСТ 12162.
Двоокис вуглецю найчастіше застосовують:
- для створення захисного середовища при металів;
- у виробництві газованих напоїв;
- охолодження, заморожування і зберігання харчових продуктів;
- для систем пожежогасіння;
- для чищення поверхонь сухим льодом.
Щільність вуглекислого газу досить висока, що дозволяє забезпечувати захист реакційного простору дуги від зіткнення з газами повітря і попереджає азотування при відносно невеликих витратах вуглекислоти в струмені. Вуглекислий газ є, в процесі зварювання він взаємодіє з металом шва і надає на метал зварювальної ванни окисляє, а також науглероживается дію.
раніше перешкодою для застосування вуглекислоти в якості захисного середовища були в швах. Пори викликалися кипінням затвердевающего металу зварювальної ванни від виділення Оксіс вуглецю (СО) внаслідок недостатньої його розкисленням.
При високих температурах вуглекислий газ дисоціює з утворенням досить активного вільного, одноатомного кисню:
Окислення металу шва виділяється при зварюванні з вуглекислого газу вільним нейтралізується вмістом додаткової кількості легуючих елементів з великим спорідненістю до кисню, найчастіше кремнієм і марганцем (понад ту кількість, яка потрібна для легування металу шва) або вводяться в зону зварювання флюсами (зварювання).
Як двоокис, так і окис вуглецю практично не розчинні у твердому і розплавленому металі. Вільний активний окисляє елементи, присутні в зварювальної ванні, в залежності від їх спорідненості до кисню і концентрації по рівнянню:
Ме + О \u003d МЕВ
де Ме - метал (марганець, алюміній або ін.).
Крім того, і сам вуглекислий газ реагує з цими елементами.
В результаті цих реакцій при зварюванні в углекислоте спостерігається значне вигоряння алюмінію, титану і цирконію, і менш інтенсивне - кремнію, марганцю, хрому, ванадію та ін.
Особливо енергійно окислювання домішок відбувається при. Це пов'язано з тим, що при зварюванні плавиться взаємодія розплавленого металу з газом відбувається при перебуванні краплі на кінці електрода і в зварювальної ванні, а при зварюванні неплавким електродом - тільки в ванні. Як відомо, взаємодія газу з металом в дуговому проміжку відбувається значно інтенсивніше внаслідок високої температури і більшою поверхні контактування металу з газом.
З огляду на хімічної активності вуглекислого газу по відношенню до вольфраму зварювання в цьому газі ведуть тільки плавиться.
Двоокис вуглецю нетоксична і невибухонебезпечна. При концентраціях понад 5% (92 г / м 3) вуглекислий газ чинить шкідливий вплив на здоров'я людини, так як вона важчий за повітря і може накопичуватися в слабо провітрюваних приміщеннях у статі. При цьому знижується об'ємна частка кисню в повітрі, що може викликати явище кисневої недостатності і задухи. Приміщення, де проводиться зварювання з використанням вуглекислоти, повинні бути обладнані загальнообмінною припливно-витяжною вентиляцією. Гранично допустима концентрація вуглекислого газу в повітрі робочої зони 9,2 г / м 3 (0,5%).
Вуглекислий газ поставляється по. Для отримання якісних швів використовують газоподібну і зріджений двоокис вуглецю вищого і першого сортів.
Вуглекислоту транспортують і зберігають у сталевих балонах по або цистернах великої місткості в рідкому стані з подальшою газифікацією на заводі, з централізованим постачанням зварювальних постів через рампи. У стандартний з водяною ємністю 40 л заливається 25 кг рідкої вуглекислоти, яка при нормальному тиску займає 67,5% обсягу балона і дає при випаровуванні 12,5 м 3 вуглекислого газу. У верхній частині балона разом з газоподібної вуглекислотою накопичується повітря. Вода, як більш важка, ніж рідка двоокис вуглецю, збирається в нижній частині балона.
Для зниження вологості вуглекислого газу рекомендується встановити балон вентилем вниз і після відстоювання протягом 10 ... 15 хв обережно відкрити вентиль і випустити з балона вологу. Перед зварюванням необхідно з нормально встановленого балона випустити невелику кількість газу, щоб видалити потрапив в балон повітря. Частина вологи затримується в углекислоте у вигляді водяної пари, погіршуючи при зварюванні шва.
При випуску газу з балона внаслідок ефекту дроселювання і поглинання теплоти при випаровуванні рідкого двоокису вуглецю газ значно охолоджується. При інтенсивному відборі газу можлива закупорка редуктора замерзлої вологою, що міститься в углекислоте, а також сухим льодом. Щоб уникнути цього при відборі вуглекислого газу перед редуктором встановлюють підігрівач газу. Остаточне видалення вологи після редуктора проводиться спеціальним осушувачем, наповненим скляній ватою і хлористим кальцієм, силикогель, мідним купоросом або іншими поглиначами вологи
Балон з двоокисом вуглецю забарвлений в чорний колір, з написом жовтими буквами «вуглекислоти».