ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Въглероден двуокис(въглероден диоксид, въглероден анхидрид, въглероден диоксид) – въглероден оксид (IV).
Формула – CO 2. Моларна маса– 44 g/mol.
Химични свойства на въглеродния диоксид
Въглеродният диоксид принадлежи към класа на киселинните оксиди, т.е. Когато взаимодейства с вода, той образува киселина, наречена въглена киселина. Въглеродната киселина е химически нестабилна и в момента на образуване веднага се разпада на компонентите си, т.е. Реакцията между въглероден диоксид и вода е обратима:
CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O (разтвор) ↔ H 2 CO 3 .
При нагряване въглероден двуокиссе разгражда на въглероден окис и кислород:
2CO 2 = 2CO + O 2.
Както всички киселинни оксиди, въглеродният диоксид се характеризира с реакции на взаимодействие с основни оксиди (образувани само от активни метали) и основи:
CaO + CO 2 = CaCO 3;
Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;
CO 2 + NaOH (разреден) = NaHCO 3;
CO 2 + 2NaOH (конц.) = Na 2 CO 3 + H 2 O.
Въглеродният диоксид не поддържа горенето, в него горят само активни метали:
CO 2 + 2Mg = C + 2MgO (t);
CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).
Въглеродният диоксид реагира с прости вещества, като водород и въглерод:
CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t, kat = Cu 2 O);
CO 2 + C = 2CO (t).
Когато въглеродният диоксид реагира с пероксиди на активни метали, се образуват карбонати и се отделя кислород:
2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.
Качествена реакция на въглероден диоксид е реакцията на взаимодействието му с варовита вода (мляко), т.е. с калциев хидроксид, при което се образува утайка бяло- калциев карбонат:
CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Физични свойства на въглеродния диоксид
Въглеродният диоксид е газообразно вещество без цвят и мирис. По-тежки от въздуха. Термично стабилен. При компресиране и охлаждане лесно преминава в течно и твърдо състояние. Въглеродният диоксид в твърдо агрегатно състояние се нарича "сух лед" и лесно се сублимира при стайна температура. Въглеродният диоксид е слабо разтворим във вода и частично реагира с нея. Плътност – 1.977 g/l.
Производство и използване на въглероден диоксид
Има промишлени и лабораторни методи за производство на въглероден диоксид. Така в промишлеността се получава чрез изгаряне на варовик (1), а в лабораторията чрез действието на силни киселини върху соли на въглена киселина (2):
CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O (2).
Въглеродният диоксид се използва в хранително-вкусовата промишленост (газиране на лимонада), химическата (контрол на температурата при производството на синтетични влакна), металургията (защита заобикаляща среда, например отлагане кафяв газ) и други индустрии.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | Какъв обем въглероден диоксид ще се отдели при действието на 200 g 10% разтвор на азотна киселина на 90 g калциев карбонат, съдържащ 8% примеси, неразтворими в киселина? |
| Решение | Моларни маси на азотна киселина и калциев карбонат, изчислени с помощта на таблицата химически елементи DI. Менделеев - съответно 63 и 100 g/mol. Нека напишем уравнението за разтваряне на варовик в азотна киселина: CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O. ω(CaCO 3) cl = 100% - ω добавка = 100% - 8% = 92% = 0,92. Тогава масата на чистия калциев карбонат е: m(CaCO 3) cl = m варовик × ω(CaCO 3) cl / 100%; m(CaCO 3) cl = 90 × 92 / 100% = 82,8 g. Количеството вещество калциев карбонат е равно на: n(CaCO 3) = m(CaCO 3) cl / M(CaCO 3); n(CaCO3) = 82,8 / 100 = 0,83 mol. Масата на азотната киселина в разтвор ще бъде равна на: m(HNO 3) = m(HNO 3) разтвор × ω(HNO 3) / 100%; m(HNO3) = 200 × 10 / 100% = 20 g. Количеството калциева азотна киселина е равно на: n(HNO3) = m(HNO3) / M(HNO3); n(HNO3) = 20 / 63 = 0,32 mol. Чрез сравняване на количествата вещества, които са реагирали, ние определяме, че азотната киселина е в недостиг, поради което се правят допълнителни изчисления с помощта на азотна киселина. Съгласно уравнението на реакцията n(HNO3): n(CO2) = 2:1, следователно n(CO2) = 1/2×n(HNO3) = 0,16 mol. Тогава обемът на въглеродния диоксид ще бъде равен на: V(CO 2) = n(CO 2) × V m; V(CO 2 ) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g. |
| Отговор | Обемът на въглеродния диоксид е 3,58 g. |
Преди да обмислите Химични свойствавъглероден диоксид, нека разберем някои характеристики на това съединение.
Главна информация
Това е най-важният компонент на газираната вода. Именно това придава на напитките свежест и пенливо качество. Това съединение е киселинен, солеобразуващ оксид. въглеродният диоксид е 44 g/mol. Този газ е по-тежък от въздуха, така че се натрупва в долната част на помещението. Това съединение е слабо разтворимо във вода.
Химични свойства
Нека разгледаме накратко химичните свойства на въглеродния диоксид. При взаимодействие с вода се образува слаба въглена киселина. Почти веднага след образуването, той се дисоциира на водородни катиони и карбонатни или бикарбонатни аниони. Полученото съединение взаимодейства с активни метали, оксиди, както и основи.
Какви са основните химични свойства на въглеродния диоксид? Реакционните уравнения потвърждават киселинния характер на това съединение. (4) способни да образуват карбонати с основни оксиди.
Физични свойства
При нормални условия тази връзка съществува газообразно състояние. Когато налягането се увеличи, той може да се преобразува в течно състояние. Този газ е безцветен, без мирис и има леко кисел вкус. Втечненият въглероден диоксид е безцветна, прозрачна, силно подвижна киселина, подобна по външни параметри на етер или алкохол.
Относително молекулна масавъглеродният диоксид е 44 g/mol. Това е почти 1,5 пъти повече от въздуха.
Ако температурата падне до -78,5 градуса по Целзий, се получава образуване, подобно на твърдостта на креда. Когато това вещество се изпари, се образува газ въглероден окис (4).
Качествена реакция
Когато се разглеждат химичните свойства на въглеродния диоксид, е необходимо да се подчертае неговата качествена реакция. Когато този химикал взаимодейства с варовита вода, се образува мътна утайка от калциев карбонат.
Кавендиш успя да открие такава характеристика физически свойствавъглероден окис (4), както разтворимост във вода, така и високо специфично тегло.
Лавоазие провежда изследване, в което се опитва да изолира чист метал от оловен оксид.
Химичните свойства на въглеродния диоксид, разкрити в резултат на такива изследвания, станаха потвърждение на редуциращите свойства на това съединение. Лавоазие успява да получи метал чрез калциниране на оловен оксид с въглероден оксид (4). За да се увери, че второто вещество е въглероден окис (4), той прекарва варовита вода през газа.
Всички химични свойства на въглеродния диоксид потвърждават киселинния характер на това съединение. IN земна атмосфератова съединение се съдържа в достатъчни количества. При систематичното нарастване на това съединение в земната атмосфера е възможно сериозно изменение на климата (глобално затопляне).
Именно въглеродният диоксид играе важна роля в живата природа, тъй като той Химическо веществоучаства активно в метаболизма на живите клетки. Точно това химическо съединениее резултат от различни окислителни процеси, свързани с дишането на живите организми.
Въглеродният диоксид, съдържащ се в земната атмосфера, е основният източник на въглерод за живите растения. В процеса на фотосинтеза (на светлина) протича процесът на фотосинтеза, който е придружен от образуването на глюкоза и освобождаването на кислород в атмосферата.
Въглеродният диоксид не е токсичен и не подпомага дишането. При повишена концентрация на това вещество в атмосферата човек изпитва задържане на дъха и силно главоболие. В живите организми въглеродният диоксид има важно физиологично значение; например той е необходим за регулирането на съдовия тонус.
Характеристики на получаване
В индустриален мащаб въглеродният диоксид може да бъде отделен от димния газ. В допълнение, CO2 е страничен продукт от разлагането на доломит и варовик. Съвременните инсталации за производство на въглероден диоксид включват използването на воден разтвор на етанамин, който адсорбира газа, съдържащ се в димния газ.
В лабораторията въглеродният диоксид се отделя при реакцията на карбонати или бикарбонати с киселини.
Приложение на въглероден диоксид
The киселинен оксидизползва се в промишлеността като набухвател или консервант. На опаковката на продукта това съединение е посочено като E290. В течна форма въглеродният диоксид се използва в пожарогасители за гасене на пожари. Въглеродният окис (4) се използва за производство на газирана вода и лимонадни напитки.
Взаимодействието на въглерода с въглеродния диоксид протича според реакцията
Разглежданата система се състои от две фази - твърд въглерод и газ (f = 2). Три взаимодействащи вещества са свързани помежду си с едно уравнение на реакцията, следователно броят на независимите компоненти k = 2. Съгласно правилото за фазата на Гибс, броят на степените на свобода на системата ще бъде равен на
C = 2 + 2 – 2 = 2.
Това означава, че равновесните концентрации на CO и CO 2 са функции на температурата и налягането.
Реакцията (2.1) е ендотермична. Следователно, според принципа на Le Chatelier, повишаването на температурата измества равновесието на реакцията в посока на образуването на допълнително количество CO.
Когато протича реакция (2.1), се изразходва 1 mol CO 2, който при нормални условия има обем 22400 cm 3, и 1 mol твърд въглерод с обем 5,5 cm 3. В резултат на реакцията се образуват 2 мола CO, чийто обем при нормални условия е 44800 cm 3.
От горните данни за промяната в обема на реагентите по време на реакцията (2.1) следва:
- Разглежданата трансформация е придружена от увеличаване на обема на взаимодействащите вещества. Следователно, в съответствие с принципа на Льо Шателие, повишаването на налягането ще насърчи реакцията към образуване на CO2.
- Промяната в обема на твърдата фаза е незначителна в сравнение с промяната в обема на газа. Следователно, за хетерогенни реакции, включващи газообразни вещества, можем да приемем с достатъчна точност, че промяната в обема на взаимодействащите вещества се определя само от броя на моловете газообразни вещества от дясната и лявата страна на уравнението на реакцията.
Равновесната константа на реакцията (2.1) се определя от израза
Ако вземем графит като стандартно състояние при определяне на активността на въглерода, тогава C = 1
Числова стойностравновесните константи на реакция (2.1) могат да бъдат определени от уравнението
Данните за влиянието на температурата върху стойността на константата на равновесието на реакцията са дадени в таблица 2.1.
Таблица 2.1– Стойности на равновесната константа на реакцията (2.1) при различни температури
От дадените данни става ясно, че при температура около 1000K (700 o C) равновесната константа на реакцията е близка до единица. Това означава, че в областта на умерените температури реакцията (2.1) е почти напълно обратима. При високи температури реакцията протича необратимо към образуване на CO, а при ниски температурив обратна посока.
Ако газовата фаза се състои само от CO и CO 2, чрез изразяване на парциалните налягания на взаимодействащите вещества по отношение на техните обемни концентрации, уравнение (2.4) може да се редуцира до формата
В промишлени условия CO и CO 2 се получават в резултат на взаимодействието на въглерода с кислорода във въздуха или взрива, обогатен с кислород. В същото време в системата се появява още един компонент - азот. Въвеждането на азот в газовата смес влияе върху съотношението на равновесните концентрации на CO и CO 2 по начин, подобен на намаляването на налягането.
От уравнение (2.6) става ясно, че съставът на равновесната газова смес е функция на температурата и налягането. Следователно решението на уравнение (2.6) се интерпретира графично с помощта на повърхност в триизмерно пространствов координати T, Ptot и (%CO). Възприемането на такава зависимост е трудно. Много по-удобно е да се изобрази под формата на зависимост на състава на равновесна смес от газове от една от променливите, като вторият от параметрите на системата е постоянен. Като пример, Фигура 2.1 показва данни за влиянието на температурата върху състава на равновесната газова смес при Ptot = 10 5 Pa.
Като се има предвид известният първоначален състав на газовата смес, може да се прецени посоката на реакцията (2.1), като се използва уравнението
Ако налягането в системата остане непроменено, съотношението (2.7) може да се сведе до вида
Фигура 2.1– Зависимост на равновесния състав на газовата фаза за реакцията C + CO 2 = 2CO от температурата при P CO + P CO 2 = 10 5 Pa.
За газова смес, чийто състав съответства на точка а на фигура 2.1, . При което
и G > 0. По този начин точките над кривата на равновесието характеризират системи, чийто подход към състоянието на термодинамично равновесие протича чрез реакцията
По подобен начин може да се покаже, че точките под кривата на равновесието характеризират системи, които се доближават до равновесното състояние чрез реакция
Енциклопедичен YouTube
-
1 / 5
Въглеродният окис (IV) не поддържа горенето. В него горят само някои активни метали:
2 M g + CO 2 → 2 M g O + C (\displaystyle (\mathsf (2Mg+CO_(2)\rightarrow 2MgO+C)))Взаимодействие с активен метален оксид:
C a O + C O 2 → C a C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CaO+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3))))Когато се разтвори във вода, образува въглена киселина:
C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CO_(2)+H_(2)O\rightleftarrows H_(2)CO_(3))))Реагира с алкали за образуване на карбонати и бикарбонати:
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)О)))(качествена реакция на въглероден диоксид) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))Биологичен
Човешкото тяло отделя приблизително 1 kg въглероден диоксид на ден.
Този въглероден диоксид се транспортира от тъканите, където се образува като един от крайните продукти на метаболизма, през венозната система и след това се екскретира в издишания въздух през белите дробове. По този начин съдържанието на въглероден диоксид в кръвта е високо във венозната система и намалява в капилярната мрежа на белите дробове и е ниско в артериалната кръв. Съдържанието на въглероден диоксид в кръвна проба често се изразява чрез парциално налягане, т.е. налягането, което дадено количество въглероден диоксид, съдържащо се в кръвна проба, би имало, ако само то заемаше целия обем на кръвната проба.
Въглеродният диоксид (CO 2) се транспортира в кръвта от три различни начини(точното съотношение на всяко от тях три начинатранспортирането зависи от това дали кръвта е артериална или венозна).
Хемоглобинът, основният транспортиращ кислород протеин на червените кръвни клетки, е способен да транспортира както кислород, така и въглероден диоксид. Въглеродният диоксид обаче се свързва с хемоглобина на различно място от кислорода. Той се свързва с N-терминалните краища на глобиновите вериги, а не с хема. Въпреки това, поради алостерични ефекти, които водят до промяна в конфигурацията на молекулата на хемоглобина при свързване, свързването на въглероден диоксид намалява способността на кислорода да се свързва с него, при дадено парциално налягане на кислорода, и обратно - свързването на кислорода с хемоглобина намалява способността на въглеродния диоксид да се свързва с него при дадено парциално налягане на въглеродния диоксид. В допълнение, способността на хемоглобина да се свързва преференциално с кислород или въглероден диоксид също зависи от рН на околната среда. Тези характеристики са много важни за успешното усвояване и транспортиране на кислород от белите дробове в тъканите и успешното му освобождаване в тъканите, както и за успешното усвояване и транспортиране на въглероден диоксид от тъканите в белите дробове и освобождаването му там.
Въглеродният диоксид е един от най-важните медиатори на авторегулацията на кръвния поток. Той е мощен вазодилататор. Съответно, ако нивото на въглероден диоксид в тъканите или кръвта се повиши (например поради интензивен метаболизъм - причинен, да речем, от упражнения, възпаление, увреждане на тъканите или поради запушване на кръвния поток, тъканна исхемия), тогава капилярите се разширяват , което води до увеличаване на притока на кръв и съответно до увеличаване на доставката на кислород до тъканите и транспортирането на натрупания въглероден диоксид от тъканите. Освен това въглеродният диоксид в определени концентрации(повишени, но все още не достигащи токсични стойности) има положителен инотропен и хронотропен ефект върху миокарда и повишава неговата чувствителност към адреналин, което води до увеличаване на силата и честотата на сърдечните контракции, сърдечния дебит и като следствие до инсулт и минутен кръвен обем. Това също помага за коригиране на тъканната хипоксия и хиперкапния (повишени нива на въглероден диоксид).
Бикарбонатните йони са много важни за регулиране на pH на кръвта и поддържане на нормален киселинно-алкален баланс. Честотата на дишане влияе върху съдържанието на въглероден диоксид в кръвта. Слабото или бавно дишане причинява респираторна ацидоза, докато бързото и прекалено дълбоко дишане води до хипервентилация и развитие на респираторна алкалоза.
В допълнение, въглеродният диоксид също е важен за регулиране на дишането. Въпреки че тялото ни се нуждае от кислород, за да поддържа метаболизма, ниските нива на кислород в кръвта или тъканите обикновено не стимулират дишането (или по-скоро стимулиращият ефект от липсата на кислород върху дишането е твърде слаб и се „включва“ късно, много ниски нивакислород в кръвта, при което човек често губи съзнание). Обикновено дишането се стимулира от повишаване на нивото на въглероден диоксид в кръвта. Дихателният център е много по-чувствителен към повишени нива на въглероден диоксид, отколкото към липса на кислород. Вследствие на това вдишването на много разреден въздух (с ниско парциално налягане на кислорода) или газова смес, която изобщо не съдържа кислород (например 100% азот или 100% азотен оксид), може бързо да доведе до загуба на съзнание, без да причинява чувство липса на въздух (защото нивото на въглероден диоксид не се повишава в кръвта, защото нищо не пречи на издишването му). Това е особено опасно за пилоти на военни самолети, летящи на големи височини (в случай на аварийно разхерметизиране на кабината, пилотите могат бързо да загубят съзнание). Тази особеност на системата за регулиране на дишането е и причината стюардесите в самолетите да инструктират пътниците в случай на разхерметизиране на кабината на самолета, преди всичко сами да си сложат кислородна маска, преди да се опитат да помогнат на някой друг - като направят това , помагащият рискува сам бързо да загуби съзнание и дори без да изпитва дискомфорт или нужда от кислород до последния момент.
Човешкият дихателен център се опитва да поддържа парциалното налягане на въглеродния диоксид в артериалната кръв не по-високо от 40 mmHg. При съзнателна хипервентилация съдържанието на въглероден диоксид в артериалната кръв може да намалее до 10-20 mmHg, докато съдържанието на кислород в кръвта ще остане практически непроменено или ще се увеличи леко, а необходимостта от поемане на още един дъх ще намалее в резултат на намаляване в стимулиращия ефект на въглеродния диоксид върху дейността на дихателния център. Това е причината, поради която след период на съзнателна хипервентилация е по-лесно да задържите дъха си за дълго време, отколкото без предишна хипервентилация. Тази умишлена хипервентилация, последвана от задържане на дъха, може да доведе до загуба на съзнание, преди човекът да почувства необходимост да си поеме въздух. В безопасна среда подобна загуба на съзнание не заплашва нищо особено (след като загуби съзнание, човек ще загуби контрол над себе си, ще спре да задържа дъха си и ще поеме дъх, дишане, а с това и доставката на кислород към мозъка ще бъде възстановен и след това съзнанието ще бъде възстановено). Но в други ситуации, като например преди гмуркане, това може да бъде опасно (загуба на съзнание и необходимост от поемане на въздух ще настъпи на дълбочина и без съзнателен контрол водата ще навлезе в дихателните пътища, което може да доведе до удавяне). Ето защо хипервентилацията преди гмуркане е опасна и не се препоръчва.
Касова бележка
В промишлени количества въглеродният диоксид се отделя от димните газове или като страничен продукт от химични процеси, например по време на разлагането на естествени карбонати (варовик, доломит) или по време на производството на алкохол (алкохолна ферментация). Сместа от получените газове се промива с разтвор на калиев карбонат, който абсорбира въглероден диоксид, превръщайки се в бикарбонат. Разтворът на бикарбонат се разлага при нагряване или при понижено налягане, освобождавайки въглероден диоксид. В съвременните инсталации за производство на въглероден диоксид, вместо бикарбонат, по-често се използва воден разтвор на моноетаноламин, който при определени условия е способен да абсорбира CO₂, съдържащ се в димния газ, и да го освобождава при нагряване; Това отделя крайния продукт от другите вещества.
Въглеродният диоксид също се произвежда в инсталациите за разделяне на въздуха като страничен продукт от производството на чист кислород, азот и аргон.
IN лабораторни условиямалки количества се получават чрез взаимодействие на карбонати и бикарбонати с киселини, като мрамор, креда или сода със солна киселина, като се използва, например, апарат на Kipp. Използването на реакцията на сярна киселина с креда или мрамор води до образуването на слабо разтворим калциев сулфат, който пречи на реакцията и който се отстранява чрез значителен излишък от киселина.
За приготвяне на напитки може да се използва реакцията на сода за хляб с лимонена киселина или кисел лимонов сок. Именно в тази форма се появяват първите газирани напитки. Фармацевтите се занимаваха с тяхното производство и продажба.
Приложение
В хранително-вкусовата промишленост въглеродният диоксид се използва като консервант и набухвател и се обозначава на опаковката с кода E290.
Устройството за подаване на въглероден диоксид към аквариума може да включва резервоар за газ. Най-простият и най-разпространеният метод за производство на въглероден диоксид се основава на дизайна за приготвяне на каша от алкохолна напитка. По време на ферментацията отделеният въглероден диоксид може да осигури храна за аквариумните растения
Въглеродният диоксид се използва за газиране на лимонада и газирана вода. Въглеродният диоксид също се използва като защитна среда при заваряване на тел, но при високи температури той се разлага и освобождава кислород. Отделеният кислород окислява метала. В тази връзка е необходимо да се въведат дезоксидиращи агенти като манган и силиций в заваръчната тел. Друго следствие от влиянието на кислорода, също свързано с окисляването, е рязкото намаляване на повърхностното напрежение, което води, наред с други неща, до по-интензивно разпръскване на метал, отколкото при заваряване в инертна среда.
Съхраняването на въглероден диоксид в стоманен цилиндър във втечнено състояние е по-изгодно, отколкото под формата на газ. Въглеродният диоксид има относително ниска критична температура от +31°C. Около 30 kg втечнен въглероден диоксид се излива в стандартен 40-литров цилиндър и при стайна температура в цилиндъра ще има течна фаза и налягането ще бъде приблизително 6 MPa (60 kgf / cm²). Ако температурата е над +31 ° C, тогава въглеродният диоксид ще премине в свръхкритично състояние с налягане над 7,36 MPa. Стандартното работно налягане за обикновен 40-литров цилиндър е 15 MPa (150 kgf / cm²), но той трябва безопасно да издържа на налягане 1,5 пъти по-високо, тоест 22,5 MPa, така че работата с такива бутилки може да се счита за доста безопасна.
Твърдият въглероден диоксид - "сух лед" - се използва като хладилен агент в лабораторни изследвания, в търговията на дребно, при ремонт на оборудване (например: охлаждане на една от свързващите части по време на пресоване) и др. Агрегатите за въглероден диоксид се използват за втечняване на въглероден диоксид и производство на сух лед.
Методи за регистрация
Измерването на парциалното налягане на въглеродния диоксид е необходимо в технологичните процеси, в медицински приложения- анализ на дихателни смеси по време на изкуствена вентилация и в затворени системи за поддържане на живота. Анализът на концентрацията на CO 2 в атмосферата се използва за екологични и научно изследване, за изследване на парниковия ефект. Въглеродният диоксид се записва с помощта на газови анализатори, базирани на принципа на инфрачервената спектроскопия и други газови измервателни системи. Медицински газов анализатор за записване на съдържанието на въглероден диоксид в издишания въздух се нарича капнограф. За измерване на ниски концентрации на CO 2 (както и) в технологичните газове или в атмосферния въздух може да се използва метод за газова хроматография с метанатор и регистрация на пламъчно-йонизационен детектор.
Въглероден диоксид в природата
Годишните колебания в концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата на планетата се определят главно от растителността на средните ширини (40-70 °) на Северното полукълбо.
В океана се разтваря голямо количество въглероден диоксид.
Въглеродният диоксид съставлява значителна част от атмосферите на някои планети в Слънчевата система: Венера, Марс.
токсичност
Въглеродният диоксид е нетоксичен, но поради ефекта на повишените му концентрации във въздуха върху дишащите въздух живи организми, той се класифицира като задушлив газ (Английски)Руски. Леко повишаване на концентрацията до 2-4% на закрито води до сънливост и слабост у хората. За опасни концентрации се считат нива от около 7-10%, при които се развива задушаване, изразяващо се в главоболие, световъртеж, загуба на слуха и загуба на съзнание (симптоми, подобни на тези при височинна болест), в зависимост от концентрацията, за период от няколко минути до един час. Ако се вдиша въздух с висока концентрация на газ, смъртта настъпва много бързо от задушаване.
Въпреки че всъщност дори концентрация от 5-7% CO 2 не е смъртоносна, вече при концентрация от 0,1% (това ниво на въглероден диоксид се наблюдава във въздуха на мегаполисите) хората започват да се чувстват слаби и сънливи. Това показва, че дори при високи нива на кислород, високата концентрация на CO 2 има силен ефект върху благосъстоянието.
Вдишването на въздух с повишена концентрация на този газ не води до дълготрайни здравословни проблеми и след отстраняване на жертвата от замърсената атмосфера бързо настъпва пълно възстановяване на здравето.
Въглерод
Елементът въглерод 6 C е във 2-ри период, в главната подгрупа на IV група PS.
Валентни възможностивъглеродът се определят от структурата на външния електронен слой на неговия атом в основно и възбудено състояние:
Тъй като е в основно състояние, въглеродният атом може да образува два ковалентни връзкиспоред обменния механизъм и една донорно-акцепторна връзка, използвайки свободна орбитала. Въпреки това, в повечето съединения въглеродните атоми са във възбудено състояние и проявяват валентност IV.
Най-характерните степени на окисление на въглерода са: в съединения с повече електроотрицателни елементи +4 (по-рядко +2); в съединения с по-малко електроотрицателни елементи -4.
Да бъдеш сред природата
Съдържание на въглерод в земната кора 0,48% тегловни. Свободният въглерод се намира под формата на диамант и графит. По-голямата част от въглерода се намира под формата на естествени карбонати, както и в изкопаеми горива: торф, въглища, нефт, природен газ (смес от метан и неговите най-близки хомолози). В атмосферата и хидросферата въглеродът се намира под формата на въглероден диоксид CO 2 (във въздуха 0,046% от масата).
CaCO 3 – варовик, креда, мрамор, исландски шпат
CaCO 3 ∙MgCO 3 – доломит
SiC – карборунд
CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 – малахит
Физични свойства
Диамантима атомно кристална решетка, тетраедрично разположение на атомите в пространството ( ъгъл на свързванеравен на 109 °), много твърд, огнеупорен, диелектричен, безцветен, прозрачен, провежда топлина лошо.
Графитима атомна кристална решетка, нейните атоми са подредени на слоеве във върховете на правилни шестоъгълници (ъгъл на свързване 120°), тъмносив, непрозрачен, с метален блясък, мек, мазен на допир, провежда топлина и електричество, подобно на диаманта, има много високи точки на топене (3700°C) и точки на кипене (4500°C). Дължината на връзката въглерод-въглерод в диаманта (0,537 nm) е по-голяма, отколкото в графита (0,142 nm). Плътността на диаманта е по-голяма от тази на графита.
Карбин – линеен полимер, състои се от два вида вериги: –C≡C–C≡C– или =C=C=C=C=, ъгълът на свързване е 180°, черен прах, полупроводник.
Фулерени – кристални веществачерен на цвят с метален блясък, се състои от кухи сферични молекули (има молекулна структура) със състав C 60, C 70 и т.н. Въглеродните атоми на повърхността на молекулите са свързани помежду си в правилни петоъгълниции шестоъгълници.
Диамантени графитни фулерени
Химични свойства
Въглеродът е неактивен и реагира само с флуор на студено; химическата активност възниква при високи температури.
Въглеродни оксиди
Въглеродът образува несолеобразуващ оксид CO и солеобразуващ оксид CO2.
Въглероден оксид (II) CO, въглероден оксид, въглероден оксид– газ без цвят и мирис, слабо разтворим във вода, отровен. Връзката в молекулата е тройна и много силна. За въглероден окисхарактеризиращ се с редуциращи свойства при реакции с прости и сложни вещества.
CuO + CO = Cu + CO 2
Fe 2 O 3 + 3CO = 2FeO + 3CO 3
2CO + O 2 = 2CO 2
CO + Cl 2 = COCl 2
CO + H 2 O = H 2 + CO 2
Въглеродният окис (II) реагира с H2, NaOH и метанол:
CO + 2H 2 = CH 3 OH
CO + NaOH = HCOONa
CO + CH3OH = CH3COOH
Производство на въглероден окис
1) В индустрията (в газови генератори):
C + O 2 = CO 2 + 402 kJ, след това CO 2 + C = 2CO – 175 kJ
C + H 2 O = CO + H 2 – Q,
2) В лабораторията- термично разлагане на мравчена или оксалова киселина в присъствието на H2SO4 (конц.):
HCOOH → H2O + CO
H 2 C 2 O 4 → CO + CO 2 + H2O
Въглероден окис (IV) CO 2, въглероден диоксид, въглероден диоксид- газ без цвят, мирис и вкус, разтворим във вода, в големи количества причинява задушаване, под налягане се превръща в бяла твърда маса - "сух лед", който се използва за охлаждане на нетрайни храни.
Молекулата CO 2 е неполярна и има линейна структура O=C=O.
Касова бележка
1. Термично разлагане на соли на въглена киселина (карбонати). Изгаряне на варовик – в промишлеността:
CaCO 3 → CaO + CO 2
2. Действието на силни киселини върху карбонати и бикарбонати - лабораторно:
CaCO 3 (мрамор) + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2
Методи за събиране
изместване на въздуха
3. Изгаряне на въглеродсъдържащи вещества:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2
4. С бавно окисление при биохимични процеси (дишане, гниене, ферментация)
Химични свойства
1) С вода дава слаба въглена киселина:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
2) Реагира с основни оксиди и основи, образувайки соли на въглена киселина
Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3
2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O
NaOH + CO 2 (излишък) → NaHCO 3
3) При повишени температури може да проявява окислителни свойства - окислява металите
CO 2 + 2Mg → 2MgO + C
4) Реагира с пероксиди и супероксиди:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2
4KO 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + 2O 2
Качествена реакцияза въглероден диоксид
Мътност на варовата вода Ca (OH) 2 поради образуването на бяла утайка - неразтворима сол CaCO 3:
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓+ H 2 O
Карбонова киселина
H 2 CO 3 съществува само в разтвори, нестабилен е, слаб, двуосновен, дисоциира стъпаловидно, образува средни (карбонати) и киселинни (хидрокарбонати) соли, разтворът на CO 2 във вода оцветява лакмуса не в червено, а в розово.
Химични свойства
1) с активни метали
H 2 CO 3 + Ca = CaCO 3 + H 2
2) с основни оксиди
H 2 CO 3 + CaO = CaCO 3 + H 2 O
3) с основи
H 2 CO 3 (g) + NaOH = NaHCO 3 + H 2 O
H 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2H 2 O
4) Много слаба киселина - разлага се
H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2
Солите на въглеродната киселина се получават с помощта на CO2:
CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
CO 2 + KOH = KHCO 3
или чрез обменна реакция:
K 2 CO 3 + BaCl 2 = 2KCl + BaCO 3
При взаимодействие в воден разтворс CO 2 карбонатите се превръщат в бикарбонати:
Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
Напротив, при нагряване (или под въздействието на основи) бикарбонатите се превръщат в бикарбонати:
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O
KHCO3 + KOH = K2CO3 + H2O
Карбонати алкални метали(с изключение на литий) са устойчиви на топлина; карбонатите на други метали се разлагат при нагряване:
MgCO = MgO + CO2
Амониеви соли на въглена киселина се разлагат особено лесно:
(NH 4) 2 CO 3 = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O
NH 4 HCO 3 = NH 3 + CO 2 + H 2 O
Приложение
Въглеродизползва се за производство на сажди, кокс, метали от руди, смазочни материали, в медицината, като газов абсорбер, за производство на накрайници за бормашини (диамант).
Na 2 CO 3 ∙10H 2 O – кристална сода (калцинирана сода); използва се за производство на сапун, стъкло, багрила, натриеви съединения;
NaHCO3 – сода за хляб; използвани в хранително-вкусовата промишленост;
CaCO 3 се използва в строителството за получаване на CO 2, CaO;
K 2 CO 3 – поташ;използвани за производство на стъкло, сапун, торове;
CO – като редуциращ агент, гориво;
CO 2 – за съхранение на храна, газиране на вода, производство на сода, захар.
