تعريف
ثاني أكسيد الكربون(ثاني أكسيد الكربون ، أنهيدريد الكربون ، ثاني أكسيد الكربون) - أول أكسيد الكربون (IV).
الصيغة - ثاني أكسيد الكربون. الكتلة المولية - 44 جم / مول.
الخواص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون
ينتمي ثاني أكسيد الكربون إلى فئة الأكاسيد الحمضية ، أي عند التفاعل مع الماء ، فإنه يشكل حمض يسمى حمض الكربونيك. حمض الكربونيك غير مستقر كيميائيًا وفي لحظة التكوين يتحلل على الفور إلى مكونات ، أي تفاعل تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء قابل للعكس:
CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O (محلول) ↔ H 2 CO 3.
عند تسخينها ثاني أكسيد الكربونيتحلل إلى أول أكسيد الكربون والأكسجين:
2CO 2 \ u003d 2CO + O 2.
كما هو الحال مع جميع الأكاسيد الحمضية ، يتميز ثاني أكسيد الكربون بتفاعلات التفاعل مع الأكاسيد الأساسية (التي تتكون فقط من المعادن النشطة) والقواعد:
CaO + CO 2 \ u003d CaCO 3 ؛
Al 2 O 3 + 3CO 2 \ u003d Al 2 (CO 3) 3 ؛
CO 2 + NaOH (مخفف) = NaHCO 3 ؛
CO 2 + 2NaOH (conc) \ u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.
ثاني أكسيد الكربون لا يدعم الاحتراق ؛ فقط المعادن النشطة تحترق فيه:
CO 2 + 2Mg \ u003d C + 2MgO (t) ؛
CO 2 + 2Ca \ u003d C + 2CaO (t).
يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع مواد بسيطة، مثل الهيدروجين والكربون:
CO 2 + 4H 2 \ u003d CH 4 + 2H 2 O (t ، kat \ u003d Cu 2 O) ؛
CO 2 + C \ u003d 2CO (ر).
عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع بيروكسيدات المعادن النشطة ، تتشكل الكربونات ويتحرر الأكسجين:
2CO 2 + 2Na 2 O 2 \ u003d 2Na 2 CO 3 + O 2.
التفاعل النوعي لثاني أكسيد الكربون هو تفاعل تفاعله مع ماء الجير (الحليب) ، أي مع هيدروكسيد الكالسيوم ، حيث يتشكل راسب لون أبيض- كربونات الكالسيوم:
CO 2 + Ca (OH) 2 \ u003d CaCO 3 ↓ + H 2 O.
الخصائص الفيزيائية لثاني أكسيد الكربون
ثاني أكسيد الكربون مادة غازية عديمة اللون والرائحة. أثقل من الهواء. مستقر حراريا. عند ضغطه وتبريده ، يتحول بسهولة إلى حالات سائلة وصلبة. يسمى ثاني أكسيد الكربون في الحالة الصلبة للتجمع "بالجليد الجاف" ويتسامى بسهولة في درجة حرارة الغرفة. ثاني أكسيد الكربون ضعيف الذوبان في الماء ويتفاعل معه جزئيًا. الكثافة - 1.977 جم / لتر.
الحصول على ثاني أكسيد الكربون واستخدامه
تخصيص الطرق الصناعية والمخبرية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، في الصناعة يتم الحصول عليها عن طريق تحميص الحجر الجيري (1) ، وفي المختبر - من خلال عمل الأحماض القوية على أملاح حمض الكربونيك (2):
CaCO 3 \ u003d CaO + CO 2 (ر) (1) ؛
CaCO 3 + 2HCl \ u003d CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).
يستخدم ثاني أكسيد الكربون في الغذاء (كربنة الليمونادة) ، والمواد الكيميائية (التحكم في درجة الحرارة في إنتاج الألياف الاصطناعية) ، والمعادن (الحماية بيئة، على سبيل المثال ، هطول الأمطار غاز بني) وغيرها من الصناعات.
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1
| ممارسه الرياضه | ما هو حجم ثاني أكسيد الكربون الذي سيتم إطلاقه تحت تأثير 200 جم من محلول 10٪ من حمض النيتريك على 90 جم من كربونات الكالسيوم التي تحتوي على 8٪ شوائب غير قابلة للذوبان في الحمض؟ |
| المحلول | تم حساب الكتل المولية لحمض النيتريك وكربونات الكالسيوم باستخدام الجدول العناصر الكيميائيةدي. منديليف - 63 و 100 جم / مول ، على التوالي. نكتب معادلة إذابة الحجر الجيري في حمض النيتريك: CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca (NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O. ω (CaCO 3) cl \ u003d 100٪ - ω خليط \ u003d 100٪ - 8٪ \ u003d 92٪ \ u003d 0.92. ثم تكون كتلة كربونات الكالسيوم النقية: م (كربونات الكالسيوم 3) cl = م الحجر الجيري × ω (CaCO 3) cl / 100٪ ؛ م (CaCO 3) cl \ u003d 90 × 92/100٪ \ u003d 82.8 جم. كمية مادة كربونات الكالسيوم هي: ن (CaCO 3) \ u003d م (CaCO 3) cl / M (CaCO 3) ؛ ن (CaCO 3) = 82.8 / 100 = 0.83 مول. كتلة حمض النيتريك في المحلول ستكون مساوية لـ: م (HNO 3) = م (HNO 3) الحل × ω (HNO 3) / 100٪ ؛ م (HNO 3) = 200 × 10/100٪ = 20 جم. كمية مادة حمض النيتريك الكالسيوم هي: ن (HNO 3) = م (HNO 3) / م (HNO 3) ؛ ن (HNO 3) = 20/63 = 0.32 مول. بمقارنة كميات المواد التي دخلت في التفاعل ، وجدنا أن حمض النيتريك يعاني من نقص في المعروض ، لذلك نقوم بإجراء المزيد من الحسابات لحمض النيتريك. وفقًا لمعادلة التفاعل n (HNO 3): n (CO 2) \ u003d 2: 1 ، وبالتالي n (CO 2) \ u003d 1/2 × n (HNO 3) \ u003d 0.16 مول. بعد ذلك ، سيكون حجم ثاني أكسيد الكربون مساويًا لـ: V (CO 2) = n (CO 2) × V · م ؛ V (CO 2) = 0.16 × 22.4 = 3.58 جم. |
| إجابه | حجم ثاني أكسيد الكربون 3.58 جم. |
قبل النظر الخواص الكيميائيةثاني أكسيد الكربون ، دعنا نتعرف على بعض خصائص هذا المركب.
معلومات عامة
إنه أهم مكون للمياه الغازية. هو الذي يعطي المشروبات نضارة ومتألقة. هذا المركب عبارة عن أكسيد حامضي مكون من الملح. ثاني أكسيد الكربون 44 جم / مول. هذا الغاز أثقل من الهواء ، لذلك يتراكم في الجزء السفلي من الغرفة. هذا المركب ضعيف الذوبان في الماء.
الخواص الكيميائية
ضع في اعتبارك الخصائص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون لفترة وجيزة. عند التفاعل مع الماء ، يتشكل حمض كربونيك ضعيف. تقريبًا بعد التكوين ، يتفكك إلى كاتيونات الهيدروجين وأنيونات الكربونات أو البيكربونات. يتفاعل المركب الناتج مع المعادن النشطة والأكاسيد وكذلك القلويات.
ما هي الخصائص الكيميائية الرئيسية لثاني أكسيد الكربون؟ تؤكد معادلات التفاعل الطبيعة الحمضية لهذا المركب. (4) قادرة على تكوين كربونات مع أكاسيد قاعدية.
الخصائص الفيزيائية
في ظل الظروف العادية ، يكون هذا المركب في حالة غازية. عندما يزداد الضغط ، يمكن تحويله إلى حالة سائلة. هذا الغاز عديم اللون والرائحة وله طعم حامض طفيف. ثاني أكسيد الكربون المسال هو حمض عديم اللون وشفاف وقابل للحركة بدرجة عالية ، وهو مشابه في معاييره الخارجية للأثير أو الكحول.
نسبيا الكتلة الجزيئيةثاني أكسيد الكربون 44 جم / مول. هذا ما يقرب من 1.5 مرة أكثر من الهواء.
في حالة انخفاض درجة الحرارة إلى -78.5 درجة مئوية ، يحدث التكوين ، وهو مشابه في صلابة الطباشير. عندما تتبخر هذه المادة ، يتكون أول أكسيد الكربون الغازي (4).
رد فعل نوعي
بالنظر إلى الخصائص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون ، من الضروري إبراز تفاعله النوعي. عندما تتفاعل هذه المادة الكيميائية مع ماء الجير ، تتشكل مادة عكرة من كربونات الكالسيوم.
كان كافنديش قادرًا على اكتشاف هذه الخاصية الخصائص الفيزيائيةأول أكسيد الكربون (4) للذوبان في الماء ، والجاذبية النوعية العالية.
تم تنفيذ Lavoisier حيث حاول عزل معدن نقي من أكسيد الرصاص.
أصبحت الخصائص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون التي تم الكشف عنها نتيجة لمثل هذه الدراسات تأكيدًا للخصائص المختزلة لهذا المركب. تمكن لافوازييه ، عند تكليس أكسيد الرصاص بأول أكسيد الكربون (4) ، من الحصول على معدن. من أجل التأكد من أن المادة الثانية هي أول أكسيد الكربون (4) ، قام بتمرير ماء الجير عبر الغاز.
تؤكد جميع الخصائص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون الطبيعة الحمضية لهذا المركب. في الغلاف الجوي للأرض ، يوجد هذا المركب بكميات كافية. مع النمو المنتظم لهذا المركب في الغلاف الجوي للأرض ، من الممكن حدوث تغير مناخي خطير (الاحترار العالمي).
يلعب ثاني أكسيد الكربون دورًا مهمًا في الحياة البرية ، لأن هذا مادة كيميائيةيلعب دورًا نشطًا في عملية التمثيل الغذائي للخلايا الحية. هذا بالضبط مركب كيميائيهو نتيجة لمجموعة متنوعة من عمليات الأكسدة المرتبطة بتنفس الكائنات الحية.
ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي للأرض هو المصدر الرئيسي للكربون للنباتات الحية. في عملية التمثيل الضوئي (في الضوء) ، تحدث عملية التمثيل الضوئي ، والتي يصاحبها تكوين الجلوكوز ، وإطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي.
ثاني أكسيد الكربون غير سام ولا يدعم التنفس. مع زيادة تركيز هذه المادة في الغلاف الجوي ، يعاني الشخص من تأخير في التنفس ، ويظهر صداع شديد. في الكائنات الحية ، يكون لثاني أكسيد الكربون أهمية فسيولوجية كبيرة ، على سبيل المثال ، ضروري لتنظيم نغمة الأوعية الدموية.
ميزات الحصول على
على المستوى الصناعي ، يمكن عزل ثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر ثاني أكسيد الكربون منتجًا ثانويًا لتحلل الدولوميت والحجر الجيري. تتضمن التركيبات الحديثة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون استخدام محلول مائي من الإيثانامين ، والذي يمتص الغاز الموجود في غاز المداخن.
في المختبر ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون عندما تتفاعل الكربونات أو البيكربونات مع الأحماض.
تطبيق ثاني أكسيد الكربون
ال أكسيد حمضيستخدم في الصناعة كمسحوق خبز أو مادة حافظة. على عبوة المنتج ، يشار إلى هذا المركب في شكل E290. في شكل سائل ، يستخدم ثاني أكسيد الكربون في طفايات الحريق لإطفاء الحرائق. يستخدم أول أكسيد الكربون (4) في صنع المياه الغازية ومشروبات الليمونادة.
يستمر تفاعل الكربون مع ثاني أكسيد الكربون وفقًا للتفاعل
يتكون النظام قيد الدراسة من مرحلتين ، الكربون الصلب والغاز (f = 2). ترتبط ثلاث مواد متفاعلة ببعضها البعض بواسطة معادلة تفاعل واحدة ، وبالتالي ، فإن عدد المكونات المستقلة هو k = 2. وفقًا لقاعدة مرحلة Gibbs ، فإن عدد درجات حرية النظام سيكون مساويًا لـ
C \ u003d 2 + 2 - 2 \ u003d 2.
هذا يعني أن تركيزات التوازن لثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون هي وظائف لدرجة الحرارة والضغط.
التفاعل (2.1) ماص للحرارة. لذلك ، وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تغيير توازن التفاعل في اتجاه تكوين كمية إضافية من ثاني أكسيد الكربون.
أثناء التفاعل (2.1) ، يتم استهلاك 1 مول من ثاني أكسيد الكربون ، والذي يبلغ حجمه في الظروف العادية 22400 سم 3 ، و 1 مول من الكربون الصلب بحجم 5.5 سم 3. نتيجة للتفاعل ، يتم تكوين 2 مول من ثاني أكسيد الكربون ، حجمها في الظروف العادية 44800 سم 3.
من البيانات أعلاه حول التغيير في حجم الكواشف أثناء التفاعل (2.1) ، فإنه يلي:
- ويرافق التحول قيد النظر زيادة في حجم المواد المتفاعلة. لذلك ، وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، ستعمل زيادة الضغط على تعزيز التفاعل في اتجاه تكوين ثاني أكسيد الكربون.
- التغيير في حجم الطور الصلب لا يكاد يذكر مقارنة بالتغير في حجم الغاز. لذلك ، من أجل ردود الفعل غير المتجانسة التي تنطوي على المواد الغازيةبدقة كافية ، يمكننا أن نفترض أن التغيير في حجم المواد المتفاعلة يتم تحديده فقط من خلال عدد مولات المواد الغازية في الجزأين الأيمن والأيسر من معادلة التفاعل.
يتم تحديد ثابت التوازن للتفاعل (2.1) من التعبير
إذا تم أخذ الجرافيت كحالة قياسية في تحديد نشاط الكربون ، فإن C = 1
قيمة عدديةيمكن تحديد ثوابت التوازن للتفاعل (2.1) من المعادلة
ترد البيانات المتعلقة بتأثير درجة الحرارة على قيمة ثابت التوازن للتفاعل في الجدول 2.1.
الجدول 2.1- قيم ثابت التوازن للتفاعل (2.1) عند درجات حرارة مختلفة
من البيانات المعطاة يمكن ملاحظة أنه عند درجة حرارة تبلغ حوالي 1000 كلفن (700 درجة مئوية) يكون ثابت التوازن للتفاعل قريبًا من الوحدة. هذا يعني أن التفاعل (2.1) يمكن عكسه تمامًا تقريبًا عند درجات حرارة معتدلة. في درجات حرارة عالية ، يستمر التفاعل بشكل لا رجوع فيه في اتجاه تكوين ثاني أكسيد الكربون ، وعند درجات الحرارة المنخفضةفي الاتجاه المعاكس.
إذا كانت المرحلة الغازية تتكون فقط من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ، فمن خلال التعبير عن الضغوط الجزئية للمواد المتفاعلة من حيث تركيزاتها الحجمية ، يمكن اختزال المعادلة (2.4) إلى الشكل
في الظروف الصناعية ، يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون نتيجة تفاعل الكربون مع الأكسجين في الهواء أو الانفجار المخصب بالأكسجين. في الوقت نفسه ، يظهر عنصر آخر ، وهو النيتروجين ، في النظام. يؤثر إدخال النيتروجين في خليط الغاز على نسبة تركيزات التوازن لثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون بشكل مشابه لانخفاض الضغط.
توضح المعادلة (2.6) أن تكوين خليط الغاز المتوازن هو دالة لدرجة الحرارة والضغط. لذلك ، يتم تفسير حل المعادلة (2.6) بيانياً باستخدام السطح في مساحة ثلاثية الأبعادفي الإحداثيات T و Ptot و (٪ CO). من الصعب تصور مثل هذا الاعتماد. من الأنسب تمثيله على أنه اعتماد على تركيبة خليط الغازات المتوازنة على أحد المتغيرات ، مع كون المعلمة الثانية من معلمات النظام ثابتة. كمثال ، يوضح الشكل 2.1 بيانات عن تأثير درجة الحرارة على تكوين خليط الغازات المتوازنة عند Ptot = 10 5 Pa.
باستخدام التركيبة الأولية المعروفة لخليط الغازات ، يمكن الحكم على اتجاه التفاعل (2.1) باستخدام المعادلة
إذا ظل الضغط في النظام دون تغيير ، يمكن تقليل العلاقة (2.7) إلى النموذج
الشكل 2.1- الاعتماد على تركيبة توازن الطور الغازي للتفاعل C + CO 2 = 2CO على درجة الحرارة عند P CO + P CO 2 = 10 5 Pa.
بالنسبة لخليط غاز يتوافق تركيبه مع النقطة أ في الشكل 2.1 ،. حيث
و G> 0. وهكذا ، فإن النقاط الموجودة فوق منحنى التوازن تميز الأنظمة التي يستمر نهجها في حالة التوازن الديناميكي الحراري من خلال التفاعل
وبالمثل ، يمكن إثبات أن النقاط الموجودة أسفل منحنى التوازن تميز الأنظمة التي تقترب من حالة التوازن من خلال التفاعل
موسوعي يوتيوب
-
1 / 5
أول أكسيد الكربون (IV) لا يدعم الاحتراق. فقط بعض المعادن النشطة تحترق فيه:
2 M g + C O 2 → 2 M g O + C (\ displaystyle (\ mathsf (2Mg + CO_ (2) \ rightarrow 2MgO + C)))التفاعل مع أكسيد الفلز النشط:
C a O + C O 2 → C a C O 3 (\ displaystyle (\ mathsf (CaO + CO_ (2) \ rightarrow CaCO_ (3))))عندما يذوب في الماء ، فإنه يشكل حمض الكربونيك:
ج O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\ displaystyle (\ mathsf (CO_ (2) + H_ (2) O \ rightleftarrows H_ (2) CO_ (3))))يتفاعل مع القلويات لتكوين الكربونات والبيكربونات:
C a (O H) 2 + C O 2 → C a C O 3 ↓ + H 2 O (\ displaystyle (\ mathsf (Ca (OH) _ (2) + CO_ (2) rightarrow CaCO_ (3) downarrow + H_ ( 2) س)))(رد فعل نوعي لثاني أكسيد الكربون) البوتاسيوم O H + C O 2 → البوتاسيوم H C O 3 (\ displaystyle (\ mathsf (KOH + CO_ (2) \ rightarrow KHCO_ (3))))بيولوجي
ينبعث من جسم الإنسان ما يقرب من 1 كجم من ثاني أكسيد الكربون يوميًا.
ينتقل ثاني أكسيد الكربون هذا من الأنسجة ، حيث يتشكل كأحد المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي ، من خلال الجهاز الوريدي ثم يُفرز بعد ذلك في هواء الزفير عبر الرئتين. وبالتالي ، فإن محتوى ثاني أكسيد الكربون في الدم مرتفع في الجهاز الوريدي ، وينخفض في شبكة الشعيرات الدموية في الرئتين ، ومنخفض في الدم الشرياني. غالبًا ما يتم التعبير عن محتوى ثاني أكسيد الكربون في عينة الدم من حيث الضغط الجزئي ، أي الضغط الذي يحتويه ثاني أكسيد الكربون الموجود في كمية معينة من ثاني أكسيد الكربون إذا احتل ثاني أكسيد الكربون الحجم الكامل لعينة الدم.
ينتقل ثاني أكسيد الكربون (CO 2) في الدم بمقدار ثلاثة طرق مختلفة(النسبة الدقيقة لكل من هؤلاء ثلاث طرقيعتمد النقل على ما إذا كان الدم شريانيًا أو وريديًا).
الهيموغلوبين ، البروتين الرئيسي الذي ينقل الأكسجين لخلايا الدم الحمراء ، قادر على نقل كل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك ، فإن ثاني أكسيد الكربون يرتبط بالهيموجلوبين في موقع مختلف عن الأكسجين. إنه يرتبط بالنهايات الطرفية N لسلاسل globin ، وليس الهيم. ومع ذلك ، نظرًا للتأثيرات الخيفية ، والتي تؤدي إلى تغيير في تكوين جزيء الهيموجلوبين عند الارتباط ، فإن ارتباط ثاني أكسيد الكربون يقلل من قدرة الأكسجين على الارتباط به ، عند ضغط جزئي معين للأكسجين ، والعكس صحيح - يقلل ارتباط الأكسجين بالهيموجلوبين من قدرة ثاني أكسيد الكربون على الارتباط به ، عند ضغط جزئي معين لثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قدرة الهيموجلوبين على الارتباط بشكل تفضيلي بالأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون تعتمد أيضًا على الرقم الهيدروجيني للوسط. تعتبر هذه الميزات مهمة للغاية من أجل الالتقاط والنقل الناجح للأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة وإطلاقه بنجاح في الأنسجة ، فضلاً عن الالتقاط والنقل الناجح لثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الرئتين وإطلاقه هناك.
يعد ثاني أكسيد الكربون أحد أهم الوسائط لتنظيم تدفق الدم. إنه موسع قوي للأوعية. وفقًا لذلك ، إذا ارتفع مستوى ثاني أكسيد الكربون في الأنسجة أو في الدم (على سبيل المثال ، بسبب التمثيل الغذائي المكثف - الناجم ، على سبيل المثال ، عن طريق التمرين أو الالتهاب أو تلف الأنسجة أو بسبب إعاقة تدفق الدم ونقص التروية في الأنسجة) ، إذن تتمدد الشعيرات الدموية ، مما يؤدي إلى زيادة تدفق الدم وعلى التوالي ، إلى زيادة توصيل الأكسجين إلى الأنسجة ونقل ثاني أكسيد الكربون المتراكم من الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ثاني أكسيد الكربون في تركيزات معينة(زيادة ، ولكن لم تصل بعد إلى القيم السامة) له تأثير إيجابي مؤثر في التقلص العضلي و chronotropic على عضلة القلب ويزيد من حساسيتها للأدرينالين ، مما يؤدي إلى زيادة قوة وتواتر تقلصات القلب ، والناتج القلبي ، ونتيجة لذلك ، السكتة الدماغية وحجم الدم الدقيق. كما أنه يساهم في تصحيح نقص الأكسجة في الأنسجة وفرط ثنائي أكسيد الكربون (مستويات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون).
تعتبر أيونات البيكربونات مهمة جدًا لتنظيم درجة الحموضة في الدم والحفاظ على توازن القاعدة الحمضي الطبيعي. يؤثر معدل التنفس على كمية ثاني أكسيد الكربون في الدم. يتسبب التنفس الضعيف أو البطيء في حدوث الحماض التنفسي ، بينما يؤدي التنفس السريع والعميق المفرط إلى فرط التنفس وتطور قلاء في الجهاز التنفسي.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن ثاني أكسيد الكربون مهم أيضًا في تنظيم التنفس. على الرغم من أن أجسامنا تتطلب الأكسجين من أجل التمثيل الغذائي ، فإن انخفاض الأكسجين في الدم أو الأنسجة عادة لا يحفز التنفس (أو بالأحرى ، يكون التأثير المحفز لنقص الأكسجين على التنفس ضعيفًا للغاية و "يتحول" في وقت متأخر ، مع مستويات منخفضةالأكسجين في الدم ، حيث يفقد الشخص وعيه غالبًا). عادة ، يتم تحفيز التنفس عن طريق زيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الدم. مركز الجهاز التنفسي أكثر حساسية لزيادة ثاني أكسيد الكربون من نقص الأكسجين. نتيجة لذلك ، يمكن أن يؤدي تنفس هواء شديد التخلخل (مع ضغط جزئي منخفض من الأكسجين) أو خليط غازي لا يحتوي على أكسجين على الإطلاق (على سبيل المثال ، 100٪ نيتروجين أو 100٪ أكسيد نيتروز) بسرعة إلى فقدان الوعي دون التسبب في الشعور قلة الهواء (لأن مستوى ثاني أكسيد الكربون لا يرتفع في الدم ، لأن لا شيء يمنع زفيره). هذا أمر خطير بشكل خاص بالنسبة لطياري الطائرات العسكرية التي تحلق على ارتفاعات عالية (في حالة خفض الضغط في قمرة القيادة في حالات الطوارئ ، يمكن للطيارين أن يفقدوا وعيهم بسرعة). هذه الميزة في نظام تنظيم التنفس هي أيضًا السبب في قيام المضيفات على متن الطائرات بإرشاد الركاب في حالة خفض الضغط في مقصورة الطائرة لوضع قناع الأكسجين أولاً قبل محاولة مساعدة شخص آخر - من خلال القيام بذلك ، يخاطر المساعد سريعًا يفقد وعيه بنفسه ، وحتى من دون الشعور بأي انزعاج وبحاجة للأكسجين حتى اللحظة الأخيرة.
يحاول مركز الجهاز التنفسي البشري الحفاظ على ضغط جزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني لا يزيد عن 40 مم زئبق. مع فرط التنفس الواعي ، يمكن أن ينخفض محتوى ثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني إلى 10-20 مم زئبق ، بينما محتوى الأكسجين في الدم عملياً لن يتغير أو يزيد قليلاً ، وستنخفض الحاجة لأخذ نفس آخر نتيجة انخفاض في التأثير المحفز لثاني أكسيد الكربون على نشاط الجهاز التنفسي. هذا هو السبب في أنه بعد فترة من فرط التنفس الواعي يكون من الأسهل حبس النفس لفترة طويلة أكثر من عدم وجود فرط سابق في التنفس. يمكن أن يؤدي فرط التنفس الواعي الذي يتبعه حبس النفس إلى فقدان الوعي قبل أن يشعر الشخص بالحاجة إلى التنفس. في بيئة آمنة ، لا يهدد فقدان الوعي هذا أي شيء خاص (بعد أن فقد الوعي ، يفقد الشخص السيطرة على نفسه ، ويتوقف عن حبس أنفاسه ويأخذ نفسًا ، ويتنفس ، ومعه إمداد الدماغ بالأكسجين يستعيد وعيه بعد ذلك). ومع ذلك ، في حالات أخرى ، مثل ما قبل الغوص ، يمكن أن يكون خطيرًا (فقدان الوعي والحاجة إلى التنفس سيحدث في العمق ، وفي غياب التحكم الواعي ، يدخل الماء في الممرات الهوائية ، مما قد يؤدي إلى الغرق) . هذا هو السبب في أن فرط التنفس قبل الغوص أمر خطير ولا ينصح به.
إيصال
في الكميات الصناعية ، ينبعث ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن ، أو كمنتج ثانوي للعمليات الكيميائية ، على سبيل المثال ، أثناء تحلل الكربونات الطبيعية (الحجر الجيري ، الدولوميت) أو في إنتاج الكحول (التخمير الكحولي). يتم غسل خليط الغازات التي تم الحصول عليها بمحلول كربونات البوتاسيوم الذي يمتص ثاني أكسيد الكربون ويتحول إلى هيدروكربونات. يتحلل محلول البيكربونات ، عند تسخينه أو تحت ضغط منخفض ، ويطلق ثاني أكسيد الكربون. في التركيبات الحديثة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون ، بدلاً من البيكربونات ، غالبًا ما يتم استخدام محلول مائي من أحادي إيثانول أمين ، والذي ، في ظل ظروف معينة ، قادر على امتصاص ثاني أكسيد الكربون الموجود في غاز المداخن ، والتخلص منه عند تسخينه ؛ وبالتالي فصل المنتج النهائي عن المواد الأخرى.
ينتج ثاني أكسيد الكربون أيضًا في محطات فصل الهواء كمنتج ثانوي للحصول على الأكسجين النقي والنيتروجين والأرجون.
في ظروف المختبريتم الحصول على كميات صغيرة عن طريق تفاعل الكربونات والبيكربونات مع الأحماض ، مثل الرخام أو الطباشير أو الصودا مع حمض الهيدروكلوريك ، على سبيل المثال ، باستخدام جهاز Kipp. يؤدي استخدام تفاعل حمض الكبريتيك مع الطباشير أو الرخام إلى تكوين كبريتات الكالسيوم القابلة للذوبان بشكل طفيف ، والتي تتداخل مع التفاعل وتتم إزالتها بفائض كبير من الحمض.
لتحضير المشروبات ، يمكن استخدام تفاعل صودا الخبز مع حامض الستريك أو مع عصير الليمون الحامض. كان في هذا الشكل ظهرت أول المشروبات الغازية. كان الصيادلة يعملون في تصنيعها وبيعها.
طلب
في صناعة المواد الغذائية ، يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون كمادة حافظة ومسحوق الخبز ، كما هو موضح على العبوة مع الرمز E290.
قد يشتمل جهاز لتزويد حوض السمك بثاني أكسيد الكربون على خزان غاز. تعتمد أبسط الطرق وأكثرها شيوعًا لإنتاج ثاني أكسيد الكربون على تصميم هريس المشروب الكحولي. أثناء التخمير ، قد يوفر ثاني أكسيد الكربون المنطلق ضمادًا جيدًا لنباتات أحواض السمك.
يستخدم ثاني أكسيد الكربون لكربونات عصير الليمون والماء الفوار. يستخدم ثاني أكسيد الكربون أيضًا كوسيط وقائي في لحام الأسلاك ، ولكنه يتحلل في درجات الحرارة العالية مع إطلاق الأكسجين. الأكسجين المنطلق يؤكسد المعدن. في هذا الصدد ، من الضروري إدخال مزيلات التأكسد في سلك اللحام ، مثل المنغنيز والسيليكون. من النتائج الأخرى لتأثير الأكسجين ، المرتبط أيضًا بالأكسدة ، انخفاض حاد في التوتر السطحي ، مما يؤدي ، من بين أمور أخرى ، إلى تناثر المعادن بشكل أكثر كثافة مما يحدث عند اللحام في جو خامل.
يعد تخزين ثاني أكسيد الكربون في أسطوانة فولاذية في حالة تسييل أكثر ربحية من تخزينه في شكل غاز. يحتوي ثاني أكسيد الكربون على درجة حرارة حرجة منخفضة نسبيًا تبلغ + 31 درجة مئوية. يُسكب حوالي 30 كجم من ثاني أكسيد الكربون المسال في أسطوانة قياسية سعة 40 لترًا ، وفي درجة حرارة الغرفة سيكون هناك طور سائل في الأسطوانة ، وسيكون الضغط حوالي 6 ميجا باسكال (60 كجم / سم²). إذا كانت درجة الحرارة أعلى من + 31 درجة مئوية ، فإن ثاني أكسيد الكربون سوف يدخل في حالة فوق الحرجة مع ضغط أعلى من 7.36 ميجا باسكال. يبلغ ضغط التشغيل القياسي لأسطوانة نموذجية 40 لترًا 15 ميجا باسكال (150 كجم / سم 2) ، ومع ذلك ، يجب أن تتحمل بأمان ضغوط أعلى بمقدار 1.5 مرة ، أي 22.5 ميجا باسكال - وبالتالي ، يمكن اعتبار العمل مع هذه الأسطوانات آمنًا تمامًا.
يستخدم ثاني أكسيد الكربون الصلب - "الثلج الجاف" - كمبرد في البحوث المخبرية، في تجارة التجزئة ، عند إصلاح المعدات (على سبيل المثال: تبريد أحد أجزاء التزاوج أثناء نوبة تداخل) ، إلخ. تستخدم محطات ثاني أكسيد الكربون لتسييل ثاني أكسيد الكربون وإنتاج الثلج الجاف.
طرق التسجيل
مطلوب قياس الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في العمليات التكنولوجية ، في التطبيقات الطبية- تحليل المخاليط التنفسية أثناء التهوية الاصطناعية للرئتين وفي أنظمة دعم الحياة المغلقة. يستخدم تحليل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأغراض البيئية و بحث علمي، لدراسة تأثير الاحتباس الحراري. يتم تسجيل ثاني أكسيد الكربون باستخدام أجهزة تحليل الغاز بناءً على مبدأ التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء وأنظمة قياس الغازات الأخرى. يُطلق على محلل الغاز الطبي لتسجيل محتوى ثاني أكسيد الكربون في هواء الزفير اسم Capnograph. لقياس التركيزات المنخفضة لثاني أكسيد الكربون (وكذلك) في غازات المعالجة أو في الهواء الجوي ، يمكن استخدام طريقة كروماتوغرافيا الغاز باستخدام الميثان والتسجيل على كاشف التأين باللهب.
ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة
يتم تحديد التقلبات السنوية في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على الكوكب بشكل أساسي من خلال الغطاء النباتي لخطوط العرض الوسطى (40-70 درجة) في نصف الكرة الشمالي.
تذوب كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في المحيط.
يشكل ثاني أكسيد الكربون جزءًا مهمًا من الغلاف الجوي لبعض الكواكب في النظام الشمسي: كوكب الزهرة والمريخ.
تسمم
ثاني أكسيد الكربون غير سام ، ولكن بسبب تأثير تركيزاته المرتفعة في الهواء على الكائنات الحية التي تتنفس الهواء ، فإنه يصنف على أنه غاز خانق. (إنجليزي)الروسية. تؤدي الزيادات الطفيفة في التركيز التي تصل إلى 2-4٪ داخل المنزل إلى الإصابة بالنعاس والضعف لدى الأشخاص. تعتبر التركيزات الخطرة مستويات من حوالي 7-10٪ ، حيث يتطور الاختناق ، ويتجلى في الصداع ، والدوخة ، وفقدان السمع ، وفقدان الوعي (أعراض مماثلة لأعراض داء المرتفعات) ، اعتمادًا على التركيز ، على مدى فترة عدة دقيقة تصل إلى ساعة واحدة. عندما يتم استنشاق هواء يحتوي على تركيزات عالية من الغاز ، تحدث الوفاة بسرعة كبيرة عن طريق الاختناق.
على الرغم من أنه في الواقع ، حتى تركيز 5-7٪ من ثاني أكسيد الكربون ليس مميتًا ، إلا أن تركيزه بالفعل عند 0.1٪ (لوحظ وجود مثل هذا المحتوى من ثاني أكسيد الكربون في هواء المدن الكبرى) ، يبدأ الناس في الشعور بالضعف والنعاس. هذا يدل على أنه حتى في مستويات الأكسجين العالية ، فإن التركيز العالي لثاني أكسيد الكربون له تأثير قوي على الرفاهية.
لا يؤدي استنشاق الهواء مع زيادة تركيز هذا الغاز إلى مشاكل صحية طويلة الأمد ، وبعد إبعاد الضحية عن الغلاف الجوي الملوث ، يحدث التعافي الكامل للصحة بسرعة.
كربون
يوجد عنصر الكربون 6 ج في الفترة الثانية ، في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الرابعة من PS.
إمكانيات التكافؤيرجع الكربون إلى بنية الطبقة الإلكترونية الخارجية لذراته في الأرض وفي الحالات المثارة:
كونها في الحالة الأرضية ، يمكن أن تشكل ذرة كربون اثنتين روابط تساهميةبواسطة آلية التبادل وسند واحد مانح متقبل ، باستخدام مدار حر. ومع ذلك ، في معظم المركبات ، تكون ذرات الكربون في حالة الإثارة وتظهر التكافؤ الرابع.
أكثر حالات الأكسدة المميزة للكربون هي: في المركبات التي تحتوي على المزيد من العناصر الكهربية +4 (نادرًا +2) ؛ في المركبات ذات العناصر الكهربية الأقل -4.
التواجد في الطبيعة
محتوى الكربون في قشرة الأرض 0.48٪ بالوزن. الكربون الحر على شكل الماس والجرافيت. تم العثور على الجزء الأكبر من الكربون في شكل كربونات طبيعية ، وكذلك في الوقود الأحفوري: الخث والفحم والنفط والغاز الطبيعي (خليط من الميثان وأقرب متماثلاته). في الغلاف الجوي والغلاف المائي ، يكون الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون CO 2 (0.046٪ بالكتلة في الهواء).
CaCO 3 - الحجر الجيري والطباشير والرخام والصاري الأيسلندي
CaCO 3 MgCO 3 - الدولوميت
كربيد - كربورندوم
CuCO 3 ∙ Cu (OH) 2 - ملاكيت
الخصائص الفيزيائية
الماسلديه شبكة بلورية ذرية ، ترتيب رباعي السطوح للذرات في الفضاء ( زاوية السنداتتساوي 109 درجة) ، صلبة جدًا ، مقاومة للحرارة ، عازلة للكهرباء ، عديمة اللون ، شفافة ، سيئة التوصيل للحرارة.
الجرافيتلها شبكة بلورية ذرية ، ذراتها مرتبة في طبقات على طول رؤوس السداسيات المنتظمة (زاوية الرابطة 120 درجة) ، رمادي غامق ، معتم ، مع لمعان معدني ، ناعم ، زيتي الملمس ، موصل للحرارة و كهرباء، مثل الماس ، لديه نقاط انصهار عالية جدًا (3700 درجة مئوية) ونقاط غليان (4500 درجة مئوية). طول رابطة الكربون والكربون في الماس (0.537 نانومتر) أطول من الجرافيت (0.142 نانومتر). كثافة الماس أكبر من كثافة الجرافيت.
كاربين - البوليمر الخطي ، ويتكون من سلاسل من نوعين: –C≡C – C≡C– أو = C = C = C = C = ، زاوية التكافؤ 180 درجة ، مسحوق أسود ، أشباه الموصلات.
الفوليرين – المواد البلوريةأسود مع لمعان معدني ، يتكون من جزيئات كروية مجوفة (لها بنية جزيئية) من التركيبة C 60 ، C 70 ، إلخ. ذرات الكربون الموجودة على سطح الجزيئات مترابطة في خماسيات منتظمةوالسداسيات.
الماس الجرافيت الفوليرين
الخواص الكيميائية
الكربون غير نشط ، في البرد يتفاعل فقط مع الفلور ؛ يتجلى النشاط الكيميائي في درجات حرارة عالية.
أكاسيد الكربون
يشكل الكربون أكسيدًا غير مكون للأملاح وثاني أكسيد الكربون وأكسيد مكون للملح.
أول أكسيد الكربون (II) أول أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون- غاز عديم اللون والرائحة ، قليل الذوبان في الماء ، سام. الرابطة في الجزيء ثلاثية ، قوية جدًا. إلى عن على أول أكسيد الكربونتتميز بتقليل الخصائص في التفاعلات مع المواد البسيطة والمعقدة.
CuO + CO \ u003d Cu + CO 2
Fe 2 O 3 + 3CO \ u003d 2FeO + 3CO 3
2CO + O 2 \ u003d 2CO 2
CO + Cl 2 = COCl 2
CO + H 2 O \ u003d H 2 + CO 2
يتفاعل أول أكسيد الكربون (II) مع H 2 و NaOH والميثانول:
CO + 2H 2 = CH 3 OH
CO + هيدروكسيد الصوديوم = HCOONa
CO + CH 3 OH = CH 3 COOH
الحصول على أول أكسيد الكربون
1) في الصناعة (في مولدات الغاز):
C + O 2 = CO 2 + 402 kJ ، ثم CO 2 + C = 2CO - 175 كيلو جول
C + H 2 O \ u003d CO + H 2 - Q ،
2) في المختبر- التحلل الحراري لحمض الفورميك أو حمض الأكساليك في وجود H 2 SO4 (conc.):
HCOOH → H2O + CO
H 2 C 2 O 4 → CO + CO 2 + H2O
أول أكسيد الكربون (IV) CO 2 ، وثاني أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون- غاز عديم اللون والرائحة والمذاق ، قابل للذوبان في الماء بكميات كبيرة يسبب الاختناق ، تحت الضغط يتحول إلى كتلة صلبة بيضاء - "الثلج الجاف" ، والذي يستخدم لتبريد المنتجات القابلة للتلف.
جزيء ثاني أكسيد الكربون غير قطبي ، له بنية خطية O = C = O.
إيصال
1. التحلل الحراري لأملاح حمض الكربونيك (كربونات). تكليس الحجر الجيري - في الصناعة:
كربونات الكالسيوم 3 → CaO + CO 2
2. عمل الأحماض القوية على الكربونات والبيكربونات - في المختبر:
كربونات الكالسيوم 3 (الرخام) + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2
NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2
طرق الجمع
الإزاحة الجوية
3 - احتراق المواد الكربونية:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2
4. مع الأكسدة البطيئة في العمليات الكيميائية الحيوية (التنفس ، الاضمحلال ، التخمير)
الخواص الكيميائية
1) مع الماء يعطي حمض الكربونيك غير المستقر:
ثاني أكسيد الكربون + H 2 O ↔ H 2 CO 3
2) يتفاعل مع الأكاسيد والقواعد الأساسية ، مكونًا أملاح حمض الكربونيك
Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3
2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O
NaOH + CO 2 (فائض) → NaHCO 3
3) في درجات حرارة مرتفعة ، يمكن أن تظهر خصائص مؤكسدة - أكسدة المعادن
CO 2 + 2Mg → 2MgO + C
4) تتفاعل مع البيروكسيدات والأكسدة الفائقة:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 \ u003d 2Na 2 CO 3 + O 2
4KO 2 + 2CO 2 \ u003d 2K 2 CO 3 + 2O 2
رد فعل نوعيلثاني أكسيد الكربون
تعكر ماء الجير Ca (OH) 2 بسبب تكوين راسب أبيض - ملح غير قابل للذوبان CaCO 3:
Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O
حمض الكربونيك
يوجد H 2 CO 3 فقط في المحاليل ، غير مستقرة ، ضعيفة ، ثنائية القاعدة ، تنفصل في خطوات ، تشكل أملاحًا متوسطة (كربونات) وحمضية (هيدروكربونات) ، محلول ثاني أكسيد الكربون في الماء يتحول إلى عباد الشمس ليس أحمر ، بل وردي.
الخواص الكيميائية
1) مع المعادن النشطة
H 2 CO 3 + Ca \ u003d CaCO 3 + H 2
2) مع أكاسيد أساسية
H 2 CO 3 + CaO \ u003d CaCO 3 + H 2 O
3) مع القواعد
H 2 CO 3 (على سبيل المثال) + هيدروكسيد الصوديوم \ u003d NaHCO 3 + H 2 O
H 2 CO 3 + 2NaOH \ u003d Na 2 CO 3 + 2H 2 O
4) حمض هش جدا - يتحلل
H 2 CO 3 \ u003d H 2 O + CO 2
يتم الحصول على أملاح حمض الكربونيك باستخدام ثاني أكسيد الكربون:
CO 2 + 2NaOH \ u003d Na 2 CO 3 + H 2 O
ثاني أكسيد الكربون + KOH = KHCO 3
أو حسب تفاعل التبادل:
K 2 CO 3 + BaCl 2 \ u003d 2KCl + BaCO 3
عند التفاعل مع محلول مائيمع كربونات ثاني أكسيد الكربون تتحول إلى بيكربونات:
Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O \ u003d 2NaHCO 3
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \ u003d Ca (HCO 3) 2
على العكس من ذلك ، عند تسخينها (أو تحت تأثير القلويات) ، تتحول البيكربونات إلى بيكربونات:
2NaHCO 3 \ u003d Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
KHCO 3 + KOH \ u003d K 2 CO 3 + H 2 O
كربونات الفلزات القلوية(باستثناء الليثيوم) مقاومة للتسخين ، وتتحلل كربونات المعادن الأخرى عند تسخينها:
MgCO \ u003d MgO + CO 2
تتحلل أملاح الأمونيوم الخاصة بحمض الكربونيك بسهولة خاصة:
(NH 4) 2 CO 3 \ u003d 2NH 3 + CO 2 + H 2 O
NH 4 HCO 3 \ u003d NH 3 + CO 2 + H 2 O
طلب
كربونتستخدم للحصول على السخام ، فحم الكوك ، المعادن من الخامات ، مواد التشحيم ، في الطب ، كممتص للغازات ، لتصنيع رؤوس الحفر (الماس).
Na 2 CO 3 10H 2 O - صودا بلورية (رماد الصودا)؛ تستخدم لإنتاج الصابون والزجاج والأصباغ ومركبات الصوديوم.
NaHCO 3 - صودا الخبز؛ تستخدم في صناعة المواد الغذائية.
يستخدم كربونات الكالسيوم 3 في البناء لإنتاج ثاني أكسيد الكربون ، أكسيد الكالسيوم ؛
K 2 CO 3 - البوتاس ؛تستخدم لإنتاج الزجاج والصابون والأسمدة.
ثاني أكسيد الكربون - كعامل اختزال ، وقود ؛
ثاني أكسيد الكربون - لتخزين الطعام وكربنة المياه وإنتاج الصودا والسكر.
