DEFINITION

Kohlendioxid(Kohlendioxid, Kohlensäureanhydrid, Kohlendioxid) – Kohlenmonoxid (IV).

Formel – CO 2. Molmasse– 44 g/mol.

Chemische Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid gehört zur Klasse der sauren Oxide, d.h. Bei der Wechselwirkung mit Wasser bildet es eine Säure namens Kohlensäure. Kohlensäure ist chemisch instabil und zerfällt im Moment der Bildung sofort in ihre Bestandteile, d. h. Die Reaktion zwischen Kohlendioxid und Wasser ist reversibel:

CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 ×H 2 O(Lösung) ↔ H 2 CO 3 .

Beim Erhitzen Kohlendioxid zerfällt in Kohlenmonoxid und Sauerstoff:

2CO 2 = 2CO + O 2.

Wie alle sauren Oxide ist Kohlendioxid durch Wechselwirkungsreaktionen mit basischen Oxiden (die nur von aktiven Metallen gebildet werden) und Basen gekennzeichnet:

CaO + CO 2 = CaCO 3;

Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;

CO 2 + NaOH (verdünnt) = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH (konz.) = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Kohlendioxid unterstützt die Verbrennung nicht, es verbrennen nur aktive Metalle:

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO (t);

CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).

Kohlendioxid reagiert mit einfache Substanzen, wie Wasserstoff und Kohlenstoff:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t, kat = Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t).

Wenn Kohlendioxid mit Peroxiden aktiver Metalle reagiert, entstehen Carbonate und Sauerstoff wird freigesetzt:

2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.

Eine qualitative Reaktion auf Kohlendioxid ist die Reaktion seiner Wechselwirkung mit Kalkwasser (Milch), d.h. mit Calciumhydroxid, wobei sich ein Niederschlag bildet Weiß- Kalziumkarbonat:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Physikalische Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid ist eine gasförmige Substanz ohne Farbe und Geruch. Schwerer als Luft. Thermisch stabil. Wenn es komprimiert und abgekühlt wird, geht es leicht in einen flüssigen und einen festen Zustand über. Kohlendioxid im festen Aggregatzustand wird „Trockeneis“ genannt und sublimiert leicht bei Raumtemperatur. Kohlendioxid ist in Wasser schlecht löslich und reagiert teilweise damit. Dichte – 1,977 g/l.

Produktion und Nutzung von Kohlendioxid

Es gibt industrielle und Labormethoden zur Herstellung von Kohlendioxid. So wird es in der Industrie durch Brennen von Kalkstein (1) und im Labor durch Einwirkung starker Säuren auf Kohlensäuresalze (2) gewonnen:

CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).

Kohlendioxid wird in Lebensmitteln (Karbonisierung von Limonade), chemisch (Temperaturkontrolle bei der Herstellung synthetischer Fasern) und metallurgisch (Schutz) verwendet Umfeld, zum Beispiel Ablagerung braunes Gas) und anderen Branchen.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Welche Menge Kohlendioxid wird durch die Einwirkung von 200 g einer 10 %igen Salpetersäurelösung pro 90 g Calciumcarbonat mit 8 % säureunlöslichen Verunreinigungen freigesetzt?
Lösung	Molmassen von Salpetersäure und Calciumcarbonat berechnet anhand der Tabelle chemische Elemente DI. Mendelejew – 63 bzw. 100 g/mol. Schreiben wir die Gleichung für die Auflösung von Kalkstein in Salpetersäure: CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O. ω(CaCO 3) cl = 100 % – ω Beimischung = 100 % – 8 % = 92 % = 0,92. Dann ist die Masse von reinem Calciumcarbonat: m(CaCO 3) cl = m Kalkstein × ω(CaCO 3) cl / 100 %; m(CaCO 3) cl = 90 × 92 / 100 % = 82,8 g. Die Menge an Calciumcarbonat-Substanz beträgt: n(CaCO 3) = m(CaCO 3) cl / M(CaCO 3); n(CaCO 3) = 82,8 / 100 = 0,83 mol. Die Masse der gelösten Salpetersäure beträgt: m(HNO 3) = m(HNO 3) Lösung × ω(HNO 3) / 100 %; m(HNO 3) = 200 × 10 / 100 % = 20 g. Die Menge an Calciumsalpetersäure beträgt: n(HNO 3) = m(HNO 3) / M(HNO 3); n(HNO 3) = 20 / 63 = 0,32 mol. Durch den Vergleich der Mengen der reagierten Substanzen stellen wir fest, dass Salpetersäure knapp ist. Daher werden weitere Berechnungen mit Salpetersäure durchgeführt. Gemäß der Reaktionsgleichung n(HNO 3): n(CO 2) = 2:1, also n(CO 2) = 1/2×n(HNO 3) = 0,16 mol. Dann ist das Kohlendioxidvolumen gleich: V(CO 2) = n(CO 2)×V m; V(CO 2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.
Antwort	Das Kohlendioxidvolumen beträgt 3,58 g.

Bevor Sie darüber nachdenken Chemische Eigenschaften Kohlendioxid, lassen Sie uns einige Eigenschaften dieser Verbindung herausfinden.

allgemeine Informationen

Es ist der wichtigste Bestandteil von Mineralwasser. Dies verleiht den Getränken Frische und prickelnde Qualität. Bei dieser Verbindung handelt es sich um ein saures, salzbildendes Oxid. Kohlendioxid beträgt 44 g/mol. Dieses Gas ist schwerer als Luft und sammelt sich daher im unteren Teil des Raumes an. Diese Verbindung ist in Wasser schlecht löslich.

Chemische Eigenschaften

Betrachten wir kurz die chemischen Eigenschaften von Kohlendioxid. Bei der Wechselwirkung mit Wasser entsteht schwache Kohlensäure. Fast unmittelbar nach der Bildung zerfällt es in Wasserstoffkationen und Carbonat- oder Bicarbonat-Anionen. Die resultierende Verbindung reagiert mit aktiven Metallen, Oxiden und auch mit Alkalien.

Was sind die grundlegenden chemischen Eigenschaften von Kohlendioxid? Die Reaktionsgleichungen bestätigen den sauren Charakter dieser Verbindung. (4) in der Lage, mit basischen Oxiden Carbonate zu bilden.

Physikalische Eigenschaften

Unter normalen Bedingungen ist diese Verbindung in Gaszustand. Bei steigendem Druck kann es in einen flüssigen Zustand übergehen. Dieses Gas ist farblos, geruchlos und hat einen leicht säuerlichen Geschmack. Verflüssigtes Kohlendioxid ist eine farblose, transparente, leicht bewegliche Säure, die in ihren äußeren Parametern Ether oder Alkohol ähnelt.

Relativ molekulare Masse Kohlendioxid beträgt 44 g/mol. Das ist fast 1,5-mal mehr als Luft.

Sinkt die Temperatur auf -78,5 Grad Celsius, kommt es zur Bildung. Es hat eine ähnliche Härte wie Kreide. Beim Verdampfen dieser Substanz entsteht Kohlenmonoxidgas (4).

Qualitative Reaktion

Bei der Betrachtung der chemischen Eigenschaften von Kohlendioxid ist es notwendig, seine qualitative Reaktion hervorzuheben. Wenn diese Chemikalie mit Kalkwasser interagiert, bildet sich ein trüber Niederschlag aus Calciumcarbonat.

Cavendish gelang es, ein solches Merkmal zu entdecken physikalische Eigenschaften Kohlenmonoxid (4), sowohl Wasserlöslichkeit als auch hohes spezifisches Gewicht.

Lavoisier führte eine Studie durch, in der er versuchte, reines Metall aus Bleioxid zu isolieren.

Die als Ergebnis solcher Studien aufgedeckten chemischen Eigenschaften von Kohlendioxid bestätigten die reduzierenden Eigenschaften dieser Verbindung. Lavoisier gelang es, Metall durch Kalzinieren von Bleioxid mit Kohlenmonoxid zu gewinnen (4). Um sicherzustellen, dass es sich bei der zweiten Substanz um Kohlenmonoxid (4) handelte, leitete er Kalkwasser durch das Gas.

Alle chemischen Eigenschaften von Kohlendioxid bestätigen den sauren Charakter dieser Verbindung. IN Erdatmosphäre diese Verbindung ist in ausreichender Menge enthalten. Durch das systematische Wachstum dieser Verbindung in der Erdatmosphäre ist eine schwerwiegende Klimaveränderung (globale Erwärmung) möglich.

Es ist Kohlendioxid, das in der belebten Natur eine wichtige Rolle spielt, weil es Chemische Substanz nimmt aktiv am Stoffwechsel lebender Zellen teil. Genau das chemische Verbindung ist das Ergebnis verschiedener oxidativer Prozesse, die mit der Atmung lebender Organismen verbunden sind.

Das in der Erdatmosphäre enthaltene Kohlendioxid ist die Hauptkohlenstoffquelle für lebende Pflanzen. Bei der Photosynthese (im Licht) findet der Prozess der Photosynthese statt, der mit der Bildung von Glukose und der Freisetzung von Sauerstoff in die Atmosphäre einhergeht.

Kohlendioxid ist ungiftig und unterstützt die Atmung nicht. Bei einer erhöhten Konzentration dieser Substanz in der Atmosphäre kommt es zu Atemstillstand und starken Kopfschmerzen. In lebenden Organismen hat Kohlendioxid eine wichtige physiologische Bedeutung; es ist beispielsweise für die Regulierung des Gefäßtonus notwendig.

Merkmale des Empfangs

Im industriellen Maßstab kann Kohlendioxid aus Rauchgas abgetrennt werden. Darüber hinaus entsteht CO2 als Nebenprodukt bei der Zersetzung von Dolomit und Kalkstein. Moderne Anlagen zur Herstellung von Kohlendioxid nutzen eine wässrige Lösung von Ethanamin, die das im Rauchgas enthaltene Gas adsorbiert.

Im Labor wird Kohlendioxid durch die Reaktion von Carbonaten oder Bicarbonaten mit Säuren freigesetzt.

Anwendung von Kohlendioxid

Der Säureoxid Wird in der Industrie als Treibmittel oder Konservierungsmittel verwendet. Auf der Produktverpackung ist diese Verbindung als E290 angegeben. In flüssiger Form wird Kohlendioxid in Feuerlöschern zum Löschen von Bränden eingesetzt. Kohlenmonoxid (4) wird zur Herstellung von kohlensäurehaltigem Wasser und Limonadengetränken verwendet.

Die Wechselwirkung von Kohlenstoff mit Kohlendioxid verläuft entsprechend der Reaktion

Das betrachtete System besteht aus zwei Phasen – festem Kohlenstoff und Gas (f = 2). Drei wechselwirkende Stoffe sind durch eine Reaktionsgleichung miteinander verbunden, daher ist die Anzahl der unabhängigen Komponenten k = 2. Nach der Gibbs-Phasenregel ist die Anzahl der Freiheitsgrade des Systems gleich

C = 2 + 2 – 2 = 2.

Das bedeutet, dass die Gleichgewichtskonzentrationen von CO und CO 2 von Temperatur und Druck abhängen.

Reaktion (2.1) ist endotherm. Daher verschiebt sich nach dem Prinzip von Le Chatelier eine Temperaturerhöhung das Gleichgewicht der Reaktion in Richtung der Bildung zusätzlicher CO-Mengen.

Bei der Reaktion (2.1) wird 1 Mol CO 2 verbraucht, das unter Normalbedingungen ein Volumen von 22400 cm 3 hat, und 1 Mol fester Kohlenstoff mit einem Volumen von 5,5 cm 3. Durch die Reaktion entstehen 2 Mol CO, dessen Volumen unter Normalbedingungen 44800 cm 3 beträgt.

Aus den obigen Daten zur Volumenänderung der Reagenzien während der Reaktion (2.1) folgt:

1. Die betrachtete Transformation geht mit einer Zunahme des Volumens interagierender Substanzen einher. Daher wird nach dem Prinzip von Le Chatelier eine Druckerhöhung die Reaktion zur Bildung von CO 2 fördern.
2. Die Volumenänderung der festen Phase ist im Vergleich zur Volumenänderung des Gases vernachlässigbar. Daher können wir für heterogene Reaktionen mit gasförmigen Stoffen mit ausreichender Genauigkeit davon ausgehen, dass die Änderung des Volumens der wechselwirkenden Stoffe nur durch die Anzahl der Mol gasförmiger Stoffe auf der rechten und linken Seite der Reaktionsgleichung bestimmt wird.

Die Gleichgewichtskonstante der Reaktion (2.1) wird aus dem Ausdruck bestimmt

Wenn wir bei der Bestimmung der Aktivität von Kohlenstoff Graphit als Standardzustand annehmen, dann ist a C = 1

Numerischer Wert Aus der Gleichung lassen sich die Gleichgewichtskonstanten der Reaktion (2.1) ermitteln

Daten zum Einfluss der Temperatur auf den Wert der Reaktionsgleichgewichtskonstante sind in Tabelle 2.1 aufgeführt.

Tabelle 2.1– Werte der Gleichgewichtskonstante der Reaktion (2.1) bei verschiedenen Temperaturen

Aus den angegebenen Daten geht hervor, dass die Gleichgewichtskonstante der Reaktion bei einer Temperatur von etwa 1000 K (700 °C) nahe bei eins liegt. Dies bedeutet, dass die Reaktion (2.1) im Bereich moderater Temperaturen nahezu vollständig reversibel ist. Bei hohen Temperaturen verläuft die Reaktion irreversibel zur Bildung von CO und bei niedrige Temperaturen In die andere Richtung.

Wenn die Gasphase nur aus CO und CO 2 besteht, kann Gleichung (2.4) durch Ausdrücken der Partialdrücke der interagierenden Substanzen in Form ihrer Volumenkonzentrationen auf die Form reduziert werden

Unter industriellen Bedingungen entstehen CO und CO 2 durch die Wechselwirkung von Kohlenstoff mit Sauerstoff in der Luft oder durch mit Sauerstoff angereicherte Luft. Gleichzeitig erscheint eine weitere Komponente im System – Stickstoff. Das Einbringen von Stickstoff in das Gasgemisch beeinflusst das Verhältnis der Gleichgewichtskonzentrationen von CO und CO 2 ähnlich wie eine Druckabnahme.

Aus Gleichung (2.6) wird deutlich, dass die Zusammensetzung des Gleichgewichtsgasgemisches eine Funktion von Temperatur und Druck ist. Daher wird die Lösung der Gleichung (2.6) anhand einer Fläche in grafisch interpretiert dreidimensionaler Raum in den Koordinaten T, Ptot und (%CO). Die Wahrnehmung einer solchen Abhängigkeit ist schwierig. Es ist viel bequemer, es in Form einer Abhängigkeit der Zusammensetzung eines Gleichgewichtsgasgemisches von einer der Variablen darzustellen, wobei der zweite der Systemparameter konstant ist. Als Beispiel zeigt Abbildung 2.1 Daten zum Einfluss der Temperatur auf die Zusammensetzung des Gleichgewichtsgasgemisches bei Ptot = 10 5 Pa.

Bei bekannter Anfangszusammensetzung des Gasgemisches kann man anhand der Gleichung die Reaktionsrichtung (2.1) abschätzen

Bleibt der Druck im System unverändert, kann die Beziehung (2.7) auf die Form reduziert werden

Abbildung 2.1– Abhängigkeit der Gleichgewichtszusammensetzung der Gasphase für die Reaktion C + CO 2 = 2CO von der Temperatur bei P CO + P CO 2 = 10 5 Pa.

Für ein Gasgemisch, dessen Zusammensetzung dem Punkt a in Abbildung 2.1 entspricht, . Dabei

und G > 0. Somit charakterisieren Punkte über der Gleichgewichtskurve Systeme, deren Annäherung an den Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts über die Reaktion erfolgt

Ebenso lässt sich zeigen, dass Punkte unterhalb der Gleichgewichtskurve Systeme charakterisieren, die sich durch Reaktion dem Gleichgewichtszustand nähern

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  Kohlenmonoxid unterstützt die Verbrennung nicht. Darin verbrennen nur einige aktive Metalle::

  2 M g + C O 2 → 2 M g O + C (\displaystyle (\mathsf (2Mg+CO_(2)\rightarrow 2MgO+C)))

  Wechselwirkung mit aktivem Metalloxid:

  C a O + C O 2 → C a C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CaO+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3))))

  In Wasser gelöst bildet es Kohlensäure:

  C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CO_(2)+H_(2)O\rightleftarrows H_(2)CO_(3))))

  Reagiert mit Alkalien unter Bildung von Carbonaten und Bicarbonaten:

  C a (OH) 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)O)))(qualitative Reaktion auf Kohlendioxid) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))

  Biologisch

  Der menschliche Körper stößt pro Tag etwa 1 kg Kohlendioxid aus.

  Dieses Kohlendioxid wird aus dem Gewebe, wo es als eines der Endprodukte des Stoffwechsels entsteht, über das Venensystem transportiert und dann über die Lunge mit der Ausatemluft ausgeschieden. So ist der Kohlendioxidgehalt im Blut im Venensystem hoch, im Kapillarnetz der Lunge nimmt er ab und im arteriellen Blut ist er niedrig. Der Kohlendioxidgehalt einer Blutprobe wird häufig als Partialdruck ausgedrückt, d. h. der Druck, den eine bestimmte in einer Blutprobe enthaltene Kohlendioxidmenge hätte, wenn sie allein das gesamte Volumen der Blutprobe einnehmen würde.

  Kohlendioxid (CO 2) wird im Blut von drei transportiert verschiedene Wege(das genaue Verhältnis von jedem von diesen Drei Wege Der Transport hängt davon ab, ob das Blut arteriell oder venös ist.

  Hämoglobin, das wichtigste Sauerstofftransportprotein der roten Blutkörperchen, ist in der Lage, sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid zu transportieren. Allerdings bindet Kohlendioxid an einer anderen Stelle an Hämoglobin als Sauerstoff. Es bindet an die N-terminalen Enden von Globinketten und nicht an Häm. Aufgrund allosterischer Effekte, die bei der Bindung zu einer Änderung der Konfiguration des Hämoglobinmoleküls führen, verringert die Bindung von Kohlendioxid jedoch die Fähigkeit von Sauerstoff, sich bei einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck daran zu binden, und umgekehrt Durch die Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin verringert sich bei einem gegebenen Kohlendioxidpartialdruck die Fähigkeit von Kohlendioxid, daran zu binden. Darüber hinaus hängt die Fähigkeit von Hämoglobin, bevorzugt Sauerstoff oder Kohlendioxid zu binden, auch vom pH-Wert der Umgebung ab. Diese Eigenschaften sind sehr wichtig für die erfolgreiche Aufnahme und den Transport von Sauerstoff aus der Lunge in das Gewebe und seine erfolgreiche Freisetzung in das Gewebe sowie für die erfolgreiche Aufnahme und den Transport von Kohlendioxid aus dem Gewebe in die Lunge und seine Freisetzung dort.

  Kohlendioxid ist einer der wichtigsten Mediatoren der Autoregulation des Blutflusses. Es ist ein starker Vasodilatator. Wenn dementsprechend der Kohlendioxidspiegel im Gewebe oder Blut ansteigt (z. B. aufgrund eines intensiven Stoffwechsels – verursacht beispielsweise durch sportliche Betätigung, Entzündungen, Gewebeschäden oder aufgrund einer Behinderung des Blutflusses oder einer Gewebeischämie), erweitern sich die Kapillaren , was zu einer erhöhten Durchblutung und damit zu einer erhöhten Sauerstoffzufuhr zum Gewebe und zum Transport von angesammeltem Kohlendioxid aus dem Gewebe führt. Darüber hinaus ist Kohlendioxid enthalten bestimmte Konzentrationen(erhöhte, aber noch nicht toxische Werte erreichen) wirkt sich positiv inotrop und chronotrop auf das Myokard aus und erhöht dessen Empfindlichkeit gegenüber Adrenalin, was zu einer Erhöhung der Stärke und Häufigkeit von Herzkontraktionen, des Herzzeitvolumens und in der Folge zu Schlaganfällen führt und Minutenblutvolumen. Dies hilft auch, Gewebehypoxie und Hyperkapnie (erhöhte Kohlendioxidwerte) zu korrigieren.

  Bicarbonat-Ionen sind sehr wichtig für die Regulierung des Blut-pH-Wertes und die Aufrechterhaltung eines normalen Säure-Basen-Gleichgewichts. Die Atemfrequenz beeinflusst den Kohlendioxidgehalt im Blut. Eine schwache oder langsame Atmung führt zu einer respiratorischen Azidose, während eine schnelle und zu tiefe Atmung zu Hyperventilation und der Entwicklung einer respiratorischen Alkalose führt.

  Darüber hinaus ist Kohlendioxid auch wichtig für die Regulierung der Atmung. Obwohl unser Körper Sauerstoff zur Unterstützung des Stoffwechsels benötigt, regt ein niedriger Sauerstoffgehalt im Blut oder Gewebe die Atmung normalerweise nicht an (oder besser gesagt, die stimulierende Wirkung eines Sauerstoffmangels auf die Atmung ist zu schwach und „schaltet“ sich erst sehr spät ein). niedrige Level Sauerstoff im Blut, bei dem eine Person oft das Bewusstsein verliert). Normalerweise wird die Atmung durch einen Anstieg des Kohlendioxidspiegels im Blut angeregt. Das Atemzentrum reagiert deutlich empfindlicher auf erhöhte Kohlendioxidwerte als auf Sauerstoffmangel. Das Einatmen von sehr dünner Luft (mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck) oder einem Gasgemisch, das überhaupt keinen Sauerstoff enthält (z. B. 100 % Stickstoff oder 100 % Lachgas), kann daher schnell zu Bewusstlosigkeit führen, ohne dass ein Gefühl entsteht von Luftmangel (weil der Kohlendioxidspiegel im Blut nicht ansteigt, weil nichts seine Ausatmung verhindert). Dies ist besonders gefährlich für Piloten von Militärflugzeugen, die in großer Höhe fliegen (bei einer Notabschaltung der Kabine kann es zu einem schnellen Bewusstseinsverlust kommen). Diese Funktion des Atemregulierungssystems ist auch der Grund dafür, dass Flugbegleiter in Flugzeugen Passagiere anweisen, im Falle eines Druckverlusts in der Flugzeugkabine zunächst selbst eine Sauerstoffmaske aufzusetzen, bevor sie versuchen, anderen zu helfen – und zwar auf diese Weise , riskiert der Helfer, selbst schnell das Bewusstsein zu verlieren und bis zum letzten Moment kein Unbehagen oder Sauerstoffbedürfnis zu verspüren.

  Das menschliche Atmungszentrum versucht, den Kohlendioxidpartialdruck im arteriellen Blut auf nicht mehr als 40 mmHg zu halten. Bei bewusster Hyperventilation kann der Kohlendioxidgehalt im arteriellen Blut auf 10-20 mmHg sinken, während der Sauerstoffgehalt im Blut nahezu unverändert bleibt oder leicht ansteigt und die Notwendigkeit, einen weiteren Atemzug zu machen, infolge einer Abnahme abnimmt in der stimulierenden Wirkung von Kohlendioxid auf die Aktivität des Atemzentrums. Aus diesem Grund ist es nach einer Phase bewusster Hyperventilation einfacher, die Luft längere Zeit anzuhalten, als ohne vorherige Hyperventilation. Diese absichtliche Hyperventilation mit anschließendem Anhalten des Atems kann zu Bewusstlosigkeit führen, bevor die Person das Bedürfnis verspürt, Luft zu holen. In einer sicheren Umgebung stellt ein solcher Bewusstseinsverlust keine besondere Gefahr dar (nachdem eine Person das Bewusstsein verloren hat, verliert sie die Kontrolle über sich selbst, hört auf, den Atem anzuhalten und atmet ein, atmet und damit wird die Sauerstoffversorgung des Gehirns beeinträchtigt wiederhergestellt, und dann wird das Bewusstsein wiederhergestellt). In anderen Situationen, beispielsweise vor dem Tauchen, kann dies jedoch gefährlich sein (in der Tiefe kommt es zu Bewusstlosigkeit und Atemnot, und ohne bewusste Kontrolle gelangt Wasser in die Atemwege, was zum Ertrinken führen kann). Aus diesem Grund ist Hyperventilation vor dem Tauchen gefährlich und wird nicht empfohlen.

  Quittung

  In industriellen Mengen entsteht Kohlendioxid aus Rauchgasen oder als Nebenprodukt chemischer Prozesse, beispielsweise beim Abbau natürlicher Carbonate (Kalkstein, Dolomit) oder bei der Herstellung von Alkohol (alkoholische Gärung). Das Gemisch der entstehenden Gase wird mit einer Kaliumcarbonatlösung gewaschen, die Kohlendioxid absorbiert und sich in Bicarbonat umwandelt. Eine Bikarbonatlösung zersetzt sich beim Erhitzen oder unter vermindertem Druck und setzt Kohlendioxid frei. In modernen Anlagen zur Herstellung von Kohlendioxid wird anstelle von Bicarbonat häufiger eine wässrige Lösung von Monoethanolamin verwendet, die unter bestimmten Bedingungen in der Lage ist, im Rauchgas enthaltenes CO₂ zu absorbieren und beim Erhitzen freizusetzen; Dadurch wird das fertige Produkt von anderen Stoffen getrennt.

  Kohlendioxid entsteht auch in Luftzerlegungsanlagen als Nebenprodukt bei der Herstellung von reinem Sauerstoff, Stickstoff und Argon.

  IN Laborbedingungen Kleine Mengen werden durch Reaktion von Carbonaten und Bicarbonaten mit Säuren, wie Marmor, Kreide oder Soda mit Salzsäure, beispielsweise unter Verwendung einer Kipp-Apparatur, gewonnen. Bei der Reaktion von Schwefelsäure mit Kreide oder Marmor entsteht schwerlösliches Calciumsulfat, das die Reaktion stört und durch einen erheblichen Säureüberschuss entfernt wird.

  Zur Zubereitung von Getränken kann die Reaktion von Backpulver mit Zitronensäure oder saurem Zitronensaft genutzt werden. In dieser Form erschienen die ersten kohlensäurehaltigen Getränke. Apotheker waren mit ihrer Produktion und ihrem Verkauf beschäftigt.

  Anwendung

  In der Lebensmittelindustrie wird Kohlendioxid als Konservierungs- und Treibmittel verwendet und ist auf der Verpackung mit dem Code gekennzeichnet E290.

  Die Vorrichtung zur Kohlendioxidversorgung des Aquariums kann einen Gasspeicher umfassen. Die einfachste und gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Kohlendioxid basiert auf der Konstruktion der Maische für alkoholische Getränke. Während der Fermentation kann das freigesetzte Kohlendioxid durchaus als Nahrung für Aquarienpflanzen dienen

  Kohlendioxid wird zur Karbonisierung von Limonade und Mineralwasser verwendet. Auch beim Drahtschweißen wird Kohlendioxid als Schutzmedium eingesetzt, bei hohen Temperaturen zersetzt es sich jedoch und setzt Sauerstoff frei. Der freigesetzte Sauerstoff oxidiert das Metall. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, Desoxidationsmittel wie Mangan und Silizium in den Schweißdraht einzubringen. Eine weitere Folge des Sauerstoffeinflusses, der ebenfalls mit der Oxidation einhergeht, ist ein starker Abfall der Oberflächenspannung, der unter anderem zu stärkeren Metallspritzern führt als beim Schweißen in einer inerten Umgebung.

  Die Speicherung von Kohlendioxid in einer Stahlflasche in verflüssigtem Zustand ist rentabler als in Form von Gas. Kohlendioxid hat eine relativ niedrige kritische Temperatur von +31°C. Etwa 30 kg verflüssigtes Kohlendioxid werden in einen standardmäßigen 40-Liter-Zylinder gegossen. Bei Raumtemperatur befindet sich im Zylinder eine flüssige Phase und der Druck beträgt etwa 6 MPa (60 kgf/cm²). Liegt die Temperatur über +31°C, geht Kohlendioxid in einen überkritischen Zustand mit einem Druck über 7,36 MPa über. Der Standardbetriebsdruck für eine normale 40-Liter-Flasche beträgt 15 MPa (150 kgf/cm²), sie muss jedoch einem 1,5-fach höheren Druck, also 22,5 MPa, sicher standhalten, sodass das Arbeiten mit solchen Flaschen als recht sicher angesehen werden kann.

  Als Kältemittel wird festes Kohlendioxid – „Trockeneis“ – verwendet Laborforschung, im Einzelhandel, bei der Reparatur von Geräten (zum Beispiel: Kühlen eines der zusammenpassenden Teile während einer Presspassung) usw. Kohlendioxidanlagen werden zur Verflüssigung von Kohlendioxid und zur Herstellung von Trockeneis verwendet.

  Registrierungsmethoden

  Die Messung des Partialdrucks von Kohlendioxid ist in technologischen Prozessen erforderlich medizinische Anwendungen- Analyse von Atemgemischen bei künstlicher Beatmung und in geschlossenen Lebenserhaltungssystemen. Die Analyse der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre wird für Umwelt- und Umweltzwecke verwendet wissenschaftliche Forschung, um den Treibhauseffekt zu untersuchen. Kohlendioxid wird mit Gasanalysatoren nach dem Prinzip der Infrarotspektroskopie und anderen Gasmesssystemen erfasst. Ein medizinischer Gasanalysator zur Aufzeichnung des Kohlendioxidgehalts in der Ausatemluft wird Kapnograph genannt. Zur Messung geringer Konzentrationen von CO 2 (sowie) in Prozessgasen oder in der atmosphärischen Luft kann ein gaschromatographisches Verfahren mit einem Methanator und Registrierung auf einem Flammenionisationsdetektor verwendet werden.

  Kohlendioxid in der Natur

  Jährliche Schwankungen der Konzentration von atmosphärischem Kohlendioxid auf dem Planeten werden hauptsächlich durch die Vegetation der mittleren Breiten (40-70°) der nördlichen Hemisphäre bestimmt.

  Im Ozean ist eine große Menge Kohlendioxid gelöst.

  Kohlendioxid macht einen erheblichen Teil der Atmosphäre einiger Planeten im Sonnensystem aus: Venus, Mars.

  Toxizität

  Kohlendioxid ist ungiftig, wird jedoch aufgrund der Wirkung seiner erhöhten Konzentrationen in der Luft auf lebende Organismen, die die Luft atmen, als erstickendes Gas eingestuft (Englisch) Russisch. Leichte Konzentrationssteigerungen von bis zu 2-4 % in Innenräumen führen bei Menschen zu Schläfrigkeit und Schwäche. Als gefährlich gelten Konzentrationen von ca. 7-10 %, bei denen es zu Erstickungsgefahr kommt, die sich je nach Konzentration über einen Zeitraum von mehreren Jahren in Kopfschmerzen, Schwindel, Hör- und Bewusstlosigkeit (ähnliche Symptome der Höhenkrankheit) äußert Minuten bis zu einer Stunde. Wird Luft mit hoher Gaskonzentration eingeatmet, kommt es sehr schnell zum Tod durch Ersticken.

  Obwohl tatsächlich selbst eine Konzentration von 5-7 % CO 2 nicht tödlich ist, beginnen sich die Menschen bereits bei einer Konzentration von 0,1 % (dieser Kohlendioxidgehalt wird in der Luft von Megastädten beobachtet) schwach und schläfrig zu fühlen. Dies zeigt, dass auch bei hohem Sauerstoffgehalt eine hohe CO 2 -Konzentration einen starken Einfluss auf das Wohlbefinden hat.

  Das Einatmen von Luft mit einer erhöhten Konzentration dieses Gases führt nicht zu langfristigen Gesundheitsproblemen und nach der Entfernung des Opfers aus der verschmutzten Atmosphäre kommt es schnell zu einer vollständigen Wiederherstellung der Gesundheit.

  Kohlenstoff

  Das Element Kohlenstoff 6 C befindet sich in der 2. Periode, in der Hauptuntergruppe der Gruppe IV PS.

  Valenzmöglichkeiten Kohlenstoff wird durch die Struktur der äußeren elektronischen Schicht seines Atoms im Grund- und angeregten Zustand bestimmt:

  Im Grundzustand kann ein Kohlenstoffatom zwei Atome bilden kovalente Bindungen nach dem Austauschmechanismus und einer Donor-Akzeptor-Bindung unter Verwendung eines freien Orbitals. In den meisten Verbindungen befinden sich die Kohlenstoffatome jedoch in einem angeregten Zustand und weisen die Valenz IV auf.

  Die charakteristischsten Oxidationsstufen von Kohlenstoff sind: in Verbindungen mit elektronegativeren Elementen +4 (seltener +2); in Verbindungen mit weniger elektronegativen Elementen -4.

  In der Natur sein

  Kohlenstoffgehalt in Erdkruste 0,48 Gew.-%. Freier Kohlenstoff kommt in Form von Diamant und Graphit vor. Der Großteil des Kohlenstoffs kommt in Form natürlicher Carbonate sowie in fossilen Brennstoffen vor: Torf, Kohle, Öl, Erdgas (eine Mischung aus Methan und seinen nächsten Homologen). In der Atmosphäre und Hydrosphäre kommt Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid CO 2 vor (in Luft 0,046 Massen-%).

  CaCO 3 – Kalkstein, Kreide, Marmor, Islandspat

  CaCO 3 ∙MgCO 3 – Dolomit

  SiC – Karborund

  CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 – Malachit

  Physikalische Eigenschaften

  Diamant hat ein Atom Kristallgitter, tetraedrische Anordnung der Atome im Raum ( Bindungswinkel gleich 109°), sehr hart, feuerfest, dielektrisch, farblos, transparent, leitet Wärme schlecht.

  Graphit hat ein atomares Kristallgitter, seine Atome sind in Schichten an den Ecken regelmäßiger Sechsecke angeordnet (Bindungswinkel 120°), dunkelgrau, undurchsichtig, mit metallischem Glanz, weich, fettig im Griff, leitet Wärme und elektrischer Strom, wie Diamant, hat sehr hohe Schmelzpunkte (3700 °C) und Siedepunkte (4500 °C). Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungslänge in Diamant (0,537 nm) ist länger als in Graphit (0,142 nm). Die Dichte von Diamant ist größer als die von Graphit.

  Karabiner – lineares Polymer, besteht aus zwei Arten von Ketten: –C≡C–C≡C– oder =C=C=C=C=, Bindungswinkel beträgt 180°, schwarzes Pulver, Halbleiter.

  
  
  

  Fullerene – kristalline Substanzen schwarze Farbe mit metallischem Glanz, bestehen aus hohlen kugelförmigen Molekülen (hat eine molekulare Struktur) der Zusammensetzung C 60, C 70 usw. Die Kohlenstoffatome auf der Oberfläche der Moleküle sind miteinander verbunden regelmäßige Fünfecke und Sechsecke.

  Diamantgraphit-Fullerene

  Chemische Eigenschaften

  Kohlenstoff ist inaktiv und reagiert in der Kälte nur mit Fluor; Chemische Aktivität tritt bei hohen Temperaturen auf.

  Kohlenstoffoxide

  Kohlenstoff bildet das nicht salzbildende Oxid CO und das salzbildende Oxid CO 2.

  Kohlenmonoxid (II) CO, Kohlenmonoxid, Kohlenmonoxid– ein farb- und geruchloses Gas, schwer wasserlöslich, giftig. Die Bindung im Molekül ist dreifach und sehr stark. Für Kohlenmonoxid gekennzeichnet durch reduzierende Eigenschaften bei Reaktionen mit einfachen und komplexen Stoffen.

  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

  Kohlenmonoxid (II) reagiert mit H2, NaOH und Methanol:

  CO + 2H 2 = CH 3 OH

  CO + NaOH = HCOONa

  CO + CH 3 OH = CH 3 COOH

  Produktion von Kohlenmonoxid

  1) In der Industrie (in Gasgeneratoren):

  C + O 2 = CO 2 + 402 kJ, dann CO 2 + C = 2CO – 175 kJ

  C + H 2 O = CO + H 2 – Q,

  2) Im Labor- thermische Zersetzung von Ameisen- oder Oxalsäure in Gegenwart von H 2 SO4 (konz.):

  HCOOH → H2O + CO

  H 2 C 2 O 4 → CO + CO 2 + H2O

  Kohlenmonoxid (IV) CO 2, Kohlendioxid, Kohlendioxid- Ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas, das in Wasser löslich ist und in großen Mengen zum Ersticken führt. Unter Druck verwandelt es sich in eine weiße feste Masse – „Trockeneis“, das zum Kühlen verderblicher Lebensmittel verwendet wird.

  Das CO 2 -Molekül ist unpolar und hat eine lineare Struktur O=C=O.

  Quittung

  1. Thermische Zersetzung von Kohlensäuresalzen (Carbonaten). Kalksteinbrennen – in der Industrie:

  CaCO 3 → CaO + CO 2

  2. Die Wirkung starker Säuren auf Carbonate und Bicarbonate – im Labor:

  CaCO 3 (Marmor) + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

  NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2

  Sammelmethoden

  Luftverdrängung

  3. Verbrennung kohlenstoffhaltiger Stoffe:

  CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2

  4. Mit langsamer Oxidation in biochemischen Prozessen (Atmung, Fäulnis, Fermentation)

  Chemische Eigenschaften

  1) Mit Wasser entsteht schwache Kohlensäure:

  CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

  2) Reagiert mit basischen Oxiden und Basen unter Bildung von Kohlensäuresalzen

  Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3

  2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O

  NaOH + CO 2 (Überschuss) → NaHCO 3

  3) Bei erhöhten Temperaturen kann es oxidierende Eigenschaften zeigen – es oxidiert Metalle

  CO 2 + 2Mg → 2MgO + C

  4) Reagiert mit Peroxiden und Superoxiden:

  2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2

  4KO 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + 2O 2

  Qualitative Reaktion für Kohlendioxid

  Trübung des Kalkwassers Ca(OH) 2 durch Bildung eines weißen Niederschlags – unlösliches Salz CaCO 3:

  Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓+ H 2 O

  Kohlensäure

  H 2 CO 3 kommt nur in Lösungen vor, ist instabil, schwach, zweibasisch, dissoziiert schrittweise, bildet mittlere (Karbonate) und saure (Hydrogenkarbonate) Salze, eine Lösung von CO 2 in Wasser färbt Lackmus nicht rot, sondern rosa.

  Chemische Eigenschaften

  1) mit aktiven Metallen

  H 2 CO 3 + Ca = CaCO 3 + H 2

  2) mit basischen Oxiden

  H 2 CO 3 + CaO = CaCO 3 + H 2 O

  3) mit Basen

  H 2 CO 3 (g) + NaOH = NaHCO 3 + H 2 O

  H 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2H 2 O

  4) Sehr schwache Säure – zersetzt sich

  H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2

  Kohlensäuresalze werden mit CO 2 hergestellt:

  CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O

  CO 2 + KOH = KHCO 3

  oder durch Austauschreaktion:

  K 2 CO 3 + BaCl 2 = 2KCl + BaCO 3

  Bei der Interaktion in wässrige Lösung mit CO 2 werden Carbonate in Bicarbonate umgewandelt:

  Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3

  CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

  Im Gegenteil, beim Erhitzen (oder unter dem Einfluss von Alkalien) werden Bikarbonate in Bikarbonate umgewandelt:

  2NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

  KHCO 3 + KOH = K 2 CO 3 + H 2 O

  Karbonate Alkali Metalle(außer Lithium) sind hitzebeständig; Carbonate anderer Metalle zersetzen sich beim Erhitzen:

  MgCO = MgO + CO 2

  Ammoniumsalze der Kohlensäure zersetzen sich besonders leicht:

  (NH 4) 2 CO 3 = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O

  NH 4 HCO 3 = NH 3 + CO 2 + H 2 O

  Anwendung

  Kohlenstoff zur Gewinnung von Ruß, Koks, Metallen aus Erzen, Schmiermitteln, in der Medizin, als Gasabsorber, zur Herstellung von Bohrerspitzen (Diamant).

  Na 2 CO 3 ∙10H 2 O – kristallines Soda (Soda); zur Herstellung von Seife, Glas, Farbstoffen und Natriumverbindungen;

  NaHCO 3 – Backpulver; in der Lebensmittelindustrie verwendet;

  CaCO 3 wird im Bauwesen zur Herstellung von CO 2, CaO verwendet;

  K 2 CO 3 – Kali; Wird zur Herstellung von Glas, Seife und Düngemitteln verwendet.

  CO – als Reduktionsmittel, Kraftstoff;

  CO 2 – zur Lagerung von Lebensmitteln, zur Karbonisierung von Wasser, zur Herstellung von Soda und Zucker.