تعریف
دی اکسید کربن(دی اکسید کربن، انیدرید کربنیک، دی اکسید کربن) - مونوکسید کربن (IV).
فرمول - CO 2. جرم مولی- 44 گرم در مول.
خواص شیمیایی دی اکسید کربن
دی اکسید کربن متعلق به کلاس اکسیدهای اسیدی است، یعنی. هنگام تعامل با آب، اسیدی به نام اسید کربنیک تشکیل می دهد. اسید کربنیک از نظر شیمیایی ناپایدار است و در لحظه تشکیل بلافاصله به اجزای خود تجزیه می شود. واکنش بین دی اکسید کربن و آب برگشت پذیر است:
CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O (محلول) ↔ H 2 CO 3 .
وقتی گرم می شود دی اکسید کربنبه مونوکسید کربن و اکسیژن تجزیه می شود:
2CO 2 = 2CO + O 2.
مانند تمام اکسیدهای اسیدی، دی اکسید کربن با واکنش های متقابل با اکسیدهای بازی (که فقط توسط فلزات فعال تشکیل می شوند) و بازها مشخص می شود:
CaO + CO 2 = CaCO 3;
Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;
CO 2 + NaOH (رقیق) = NaHCO 3;
CO 2 + 2NaOH (conc) = Na 2 CO 3 + H 2 O.
دی اکسید کربن از احتراق پشتیبانی نمی کند، فقط فلزات فعال در آن می سوزند:
CO 2 + 2Mg = C + 2MgO (t);
CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).
دی اکسید کربن با مواد سادهمانند هیدروژن و کربن:
CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t، kat = Cu 2 O).
CO 2 + C = 2CO (t).
هنگامی که دی اکسید کربن با پراکسیدهای فلزات فعال واکنش می دهد، کربنات ها تشکیل شده و اکسیژن آزاد می شود:
2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.
یک واکنش کیفی به دی اکسید کربن واکنش متقابل آن با آب آهک (شیر) است، به عنوان مثال. با هیدروکسید کلسیم، که در آن یک رسوب تشکیل می شود سفید- کربنات کلسیم:
CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
خواص فیزیکی دی اکسید کربن
دی اکسید کربن یک ماده گازی بدون رنگ یا بو است. سنگین تر از هوا از نظر حرارتی پایدار است. هنگامی که فشرده و سرد می شود، به راحتی به حالت مایع و جامد تبدیل می شود. دی اکسید کربن در حالت جامد جامد "یخ خشک" نامیده می شود و به راحتی در دمای اتاق تصعید می شود. دی اکسید کربن در آب کم محلول است و تا حدی با آن واکنش می دهد. چگالی - 1.977 گرم در لیتر.
تولید و استفاده از دی اکسید کربن
روش های صنعتی و آزمایشگاهی برای تولید دی اکسید کربن وجود دارد. بنابراین، در صنعت با سوزاندن سنگ آهک (1) و در آزمایشگاه با اثر اسیدهای قوی روی نمک‌های اسید کربنیک (2) به دست می‌آید:
CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).
دی اکسید کربن در مواد غذایی (کربناسیون لیموناد)، شیمیایی (کنترل دما در تولید الیاف مصنوعی)، متالورژی (محافظت) استفاده می شود. محیطبه عنوان مثال، رسوب گذاری گاز قهوه ای) و سایر صنایع.
نمونه هایی از حل مسئله
مثال 1
| ورزش | از اثر 200 گرم محلول 10 درصد اسید نیتریک به ازای هر 90 گرم کربنات کلسیم حاوی 8 درصد ناخالصی های نامحلول در اسید چه حجمی از دی اکسید کربن آزاد می شود؟ |
| راه حل | جرم مولی اسید نیتریک و کربنات کلسیم با استفاده از جدول محاسبه شده است عناصر شیمیایی DI. مندلیف - به ترتیب 63 و 100 گرم در مول. اجازه دهید معادله انحلال سنگ آهک در اسید نیتریک را بنویسیم: CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O. ω(CaCO 3) cl = 100% - مخلوط ω = 100% - 8% = 92% = 0.92. سپس جرم کربنات کلسیم خالص عبارت است از: m(CaCO 3) cl = m سنگ آهک × ω(CaCO 3) cl / 100%; m(CaCO 3) cl = 90 × 92 / 100٪ = 82.8 گرم. مقدار ماده کربنات کلسیم برابر است با: n (CaCO 3) = m (CaCO 3) cl / M (CaCO 3); n (CaCO 3) = 82.8 / 100 = 0.83 مول. جرم اسید نیتریک در محلول برابر با: m(HNO 3) = m(HNO 3) محلول × ω(HNO 3) / 100%؛ m(HNO 3) = 200 × 10 / 100٪ = 20 گرم. مقدار اسید نیتریک کلسیم برابر است با: n(HNO 3) = m(HNO 3) / M(HNO 3); n (HNO 3) = 20 / 63 = 0.32 مول. با مقایسه مقادیر موادی که واکنش نشان داده اند، مشخص می کنیم که اسید نیتریک کمبود دارد، بنابراین، محاسبات بیشتر با استفاده از اسید نیتریک انجام می شود. طبق معادله واکنش n(HNO 3): n(CO 2) = 2:1، بنابراین n(CO 2) = 1/2×n(HNO 3) = 0.16 مول. سپس حجم دی اکسید کربن برابر با: V(CO 2) = n(CO 2)×V m; V(CO 2) = 0.16 × 22.4 = 3.58 گرم. |
| پاسخ | حجم دی اکسید کربن 3.58 گرم است. |
قبل از اینکه در نظر بگیرید خواص شیمیاییدی اکسید کربن، بیایید برخی از ویژگی های این ترکیب را دریابیم.
اطلاعات کلی
مهم ترین جزء آب گازدار است. این است که به نوشیدنی ها تازگی و کیفیت درخشان می بخشد. این ترکیب یک اکسید اسیدی و نمک ساز است. دی اکسید کربن 44 گرم در مول است. این گاز از هوا سنگین‌تر است، بنابراین در قسمت پایینی اتاق جمع می‌شود. این ترکیب در آب کم محلول است.
خواص شیمیایی
اجازه دهید به طور مختصر خواص شیمیایی دی اکسید کربن را بررسی کنیم. هنگام تعامل با آب، اسید کربنیک ضعیف تشکیل می شود. تقریباً بلافاصله پس از تشکیل، به کاتیون های هیدروژن و آنیون های کربنات یا بی کربنات تجزیه می شود. ترکیب حاصل با فلزات فعال، اکسیدها و همچنین با قلیاها واکنش می دهد.
خواص شیمیایی پایه دی اکسید کربن چیست؟ معادلات واکنش ماهیت اسیدی این ترکیب را تایید می کند. (4) قادر به تشکیل کربنات با اکسیدهای اساسی است.
مشخصات فیزیکی
در شرایط عادی، این اتصال برقرار است حالت گازی. هنگامی که فشار افزایش می یابد، می توان آن را به حالت مایع تبدیل کرد. این گاز بی رنگ، بی بو و طعم کمی ترش دارد. دی اکسید کربن مایع یک اسید بی رنگ، شفاف و بسیار متحرک است که از نظر پارامترهای خارجی شبیه به اتر یا الکل است.
نسبت فامیلی جرم مولکولیدی اکسید کربن 44 گرم در مول است. این تقریبا 1.5 برابر بیشتر از هوا است.
اگر دما به 78.5- درجه سانتیگراد کاهش یابد تشکیل می شود.از نظر سختی شبیه به گچ است. با تبخیر این ماده، گاز مونوکسید کربن تشکیل می شود (4).
واکنش کیفی
هنگام در نظر گرفتن خواص شیمیایی دی اکسید کربن، لازم است واکنش کیفی آن برجسته شود. هنگامی که این ماده شیمیایی با آب آهک برهمکنش می کند، رسوب کدر کربنات کلسیم تشکیل می شود.
کاوندیش موفق شد چنین ویژگی را کشف کند مشخصات فیزیکیمونوکسید کربن (4)، هم حلالیت در آب و هم وزن مخصوص بالا.
لاووازیه مطالعه ای انجام داد که در آن سعی کرد فلز خالص را از اکسید سرب جدا کند.
خواص شیمیایی دی اکسید کربن که در نتیجه چنین مطالعاتی آشکار شد، تاییدی بر خواص کاهشی این ترکیب شد. لاووازیه با کلسینه کردن اکسید سرب با مونوکسید کربن موفق به بدست آوردن فلز شد (4). برای اطمینان از اینکه ماده دوم مونوکسید کربن است (4) آب آهک را از گاز عبور داد.
تمام خواص شیمیایی دی اکسید کربن ماهیت اسیدی این ترکیب را تایید می کند. که در اتمسفر زمیناین ترکیب به مقدار کافی موجود است. با رشد سیستماتیک این ترکیب در جو زمین، تغییرات جدی آب و هوا (گرمایش زمین) امکان پذیر است.
این دی اکسید کربن است که نقش مهمی در طبیعت زنده دارد، زیرا آن را دارد ماده شیمیایینقش فعالی در متابولیسم سلول های زنده دارد. دقیقا این ترکیب شیمیایینتیجه فرآیندهای مختلف اکسیداتیو مرتبط با تنفس موجودات زنده است.
دی اکسید کربن موجود در جو زمین منبع اصلی کربن برای گیاهان زنده است. در فرآیند فتوسنتز (در نور) فرآیند فتوسنتز اتفاق می افتد که با تشکیل گلوکز و آزاد شدن اکسیژن در جو همراه است.
دی اکسید کربن سمی نیست و از تنفس پشتیبانی نمی کند. با افزایش غلظت این ماده در جو، فرد دچار حبس نفس و سردردهای شدید می شود. در موجودات زنده، دی اکسید کربن اهمیت فیزیولوژیکی مهمی دارد، به عنوان مثال، برای تنظیم تون عروق ضروری است.
ویژگی های دریافت
در مقیاس صنعتی، دی اکسید کربن را می توان از گاز دودکش جدا کرد. علاوه بر این، CO2 محصول جانبی تجزیه دولومیت و سنگ آهک است. تاسیسات مدرن برای تولید دی اکسید کربن شامل استفاده از محلول آبی اتانامین است که گاز موجود در گاز دودکش را جذب می کند.
در آزمایشگاه، دی اکسید کربن از واکنش کربنات ها یا بی کربنات ها با اسیدها آزاد می شود.
کاربرد دی اکسید کربن
این اکسید اسیددر صنعت به عنوان یک عامل مخمر یا نگهدارنده استفاده می شود. در بسته بندی محصول این ترکیب به عنوان E290 نشان داده شده است. به صورت مایع، دی اکسید کربن در کپسول های آتش نشانی برای خاموش کردن آتش استفاده می شود. مونوکسید کربن (4) برای تولید آب گازدار و نوشیدنی های لیموناد استفاده می شود.
برهمکنش کربن با دی اکسید کربن بر اساس واکنش انجام می شود
سیستم مورد بررسی از دو فاز تشکیل شده است - کربن جامد و گاز (f = 2). سه ماده متقابل توسط یک معادله واکنش به هم متصل می شوند، بنابراین تعداد اجزای مستقل k = 2. طبق قانون فاز گیبس، تعداد درجات آزادی سیستم برابر است با
C = 2 + 2 - 2 = 2.
این بدان معنی است که غلظت تعادل CO و CO 2 تابع دما و فشار است.
واکنش (2.1) گرماگیر است. بنابراین، طبق اصل لو شاتلیه، افزایش دما، تعادل واکنش را در جهت تشکیل مقدار اضافی CO تغییر می‌دهد.
هنگامی که واکنش (2.1) رخ می دهد، 1 مول CO 2 مصرف می شود که در شرایط عادی دارای حجم 22400 سانتی متر مکعب و 1 مول کربن جامد با حجم 5.5 سانتی متر مکعب است. در نتیجه واکنش، 2 مول CO تشکیل می شود که حجم آن در شرایط عادی 44800 سانتی متر مکعب است.
از داده های فوق در مورد تغییر حجم معرف ها در طی واکنش (2.1) چنین است:
- تبدیل مورد بررسی با افزایش حجم مواد متقابل همراه است. بنابراین، مطابق با اصل Le Chatelier، افزایش فشار باعث افزایش واکنش به سمت تشکیل CO 2 می شود.
- تغییر در حجم فاز جامد در مقایسه با تغییر حجم گاز ناچیز است. بنابراین، برای واکنش‌های ناهمگن شامل مواد گازی، می‌توانیم با دقت کافی فرض کنیم که تغییر حجم مواد برهمکنش تنها با تعداد مول‌های مواد گازی در سمت راست و چپ معادله واکنش تعیین می‌شود.
ثابت تعادل واکنش (2.1) از بیان تعیین می شود
اگر هنگام تعیین فعالیت کربن، گرافیت را به عنوان حالت استاندارد در نظر بگیریم، C = 1
مقدار عددیثابت های تعادل واکنش (2.1) را می توان از معادله تعیین کرد
داده های مربوط به اثر دما بر مقدار ثابت تعادل واکنش در جدول 2.1 آورده شده است.
جدول 2.1- مقادیر ثابت تعادل واکنش (2.1) در دماهای مختلف
از داده های داده شده مشخص است که در دمای حدود 1000K (700 درجه سانتیگراد) ثابت تعادل واکنش نزدیک به واحد است. این بدان معنی است که در منطقه دماهای متوسط، واکنش (2.1) تقریباً کاملاً برگشت پذیر است. در دماهای بالا واکنش به طور برگشت ناپذیری به سمت تشکیل CO ادامه می یابد و در آن دمای پاییندر جهت مخالف.
اگر فاز گاز فقط از CO و CO 2 تشکیل شده باشد، با بیان فشار جزئی مواد متقابل بر حسب غلظت حجمی آنها، می توان معادله (2.4) را به شکل تقلیل داد.
در شرایط صنعتی، CO و CO 2 در نتیجه برهمکنش کربن با اکسیژن موجود در هوا یا انفجار غنی شده با اکسیژن به دست می آیند. در همان زمان، یک جزء دیگر در سیستم ظاهر می شود - نیتروژن. ورود نیتروژن به مخلوط گاز بر نسبت غلظت تعادل CO و CO 2 به روشی مشابه با کاهش فشار تأثیر می گذارد.
از رابطه (2.6) مشخص می شود که ترکیب مخلوط گاز تعادلی تابعی از دما و فشار است. بنابراین، حل معادله (2.6) به صورت گرافیکی با استفاده از یک سطح در تفسیر می شود فضای سه بعدیدر مختصات T، Ptot و (%CO). درک چنین وابستگی دشوار است. به تصویر کشیدن آن به شکل وابستگی ترکیب مخلوط تعادلی گازها به یکی از متغیرها بسیار راحت تر است، با ثابت بودن دومین پارامتر سیستم. به عنوان مثال، شکل 2.1 داده هایی را در مورد تأثیر دما بر ترکیب مخلوط گاز تعادلی در پتوت = 105 Pa نشان می دهد.
با توجه به ترکیب اولیه شناخته شده مخلوط گاز، می توان جهت واکنش (2.1) را با استفاده از معادله قضاوت کرد.
اگر فشار در سیستم بدون تغییر باقی بماند، رابطه (2.7) را می توان به شکل کاهش داد
شکل 2.1– وابستگی ترکیب تعادل فاز گاز برای واکنش C + CO 2 = 2CO به دما در P CO + P CO 2 = 10 5 Pa.
برای مخلوط گازی که ترکیب آن با نقطه a در شکل 2.1 مطابقت دارد. که در آن
و G > 0. بنابراین، نقاط بالای منحنی تعادل سیستم هایی را مشخص می کنند که رویکرد آنها به حالت تعادل ترمودینامیکی از طریق واکنش انجام می شود.
به طور مشابه، می توان نشان داد که نقاط زیر منحنی تعادل سیستم هایی را مشخص می کنند که با واکنش به حالت تعادل نزدیک می شوند.
یوتیوب دایره المعارفی
-
1 / 5
مونوکسید کربن (IV) از احتراق پشتیبانی نمی کند. فقط برخی از فلزات فعال در آن می سوزند:
2 Mg + C O 2 → 2 Mg O + C (\displaystyle (\mathsf (2Mg+CO_(2)\ فلش سمت راست 2MgO+C)))برهمکنش با اکسید فلز فعال:
C a O + C O 2 → C a C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CaO+CO_(2)\ فلش سمت راست CaCO_(3)))هنگامی که در آب حل می شود، اسید کربنیک تشکیل می دهد:
C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CO_(2)+H_(2)O\ فلش سمت چپ H_(2)CO_(3))))با مواد قلیایی واکنش می دهد و کربنات و بی کربنات تشکیل می دهد:
C a (O H) 2 + C O 2 → C a C O 3 ↓ + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (Ca(OH)_(2)+CO_(2)\ فلش سمت راست CaCO_(3)\ رو به پایین +H_( 2) O)))(واکنش کیفی به دی اکسید کربن) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\arrow KHCO_(3))))بیولوژیکی
بدن انسان تقریباً 1 کیلوگرم دی اکسید کربن در روز منتشر می کند.
این دی اکسید کربن از بافت ها منتقل می شود، جایی که به عنوان یکی از محصولات نهایی متابولیسم تشکیل می شود، از طریق سیستم وریدی و سپس در هوای بازدمی از طریق ریه ها دفع می شود. بنابراین، محتوای دی اکسید کربن خون در سیستم وریدی زیاد است و در شبکه مویرگی ریه ها کاهش می یابد و در خون شریانی کم است. محتوای دی اکسید کربن یک نمونه خون اغلب بر حسب فشار جزئی بیان می شود، یعنی فشاری که مقدار معینی از دی اکسید کربن موجود در یک نمونه خون اگر به تنهایی کل حجم نمونه خون را اشغال کند، خواهد داشت.
دی اکسید کربن (CO 2) در خون توسط سه نفر منتقل می شود راه های مختلف(نسبت دقیق هر یک از اینها سه راهانتقال خون به شریانی یا وریدی بودن خون بستگی دارد).
هموگلوبین، پروتئین اصلی انتقال دهنده اکسیژن گلبول های قرمز، قادر به انتقال اکسیژن و دی اکسید کربن است. با این حال، دی اکسید کربن در محل متفاوتی از اکسیژن به هموگلوبین متصل می شود. به جای هِم، به انتهای N-ترمینال زنجیره های گلوبین متصل می شود. با این حال، به دلیل اثرات آلوستریک، که منجر به تغییر در پیکربندی مولکول هموگلوبین در هنگام اتصال می شود، اتصال دی اکسید کربن توانایی اتصال اکسیژن به آن را در فشار جزئی اکسیژن کاهش می دهد و بالعکس - اتصال اکسیژن به هموگلوبین باعث کاهش توانایی دی اکسید کربن برای اتصال به آن در فشار جزئی دی اکسید کربن می شود. علاوه بر این، توانایی هموگلوبین برای اتصال ترجیحی با اکسیژن یا دی اکسید کربن نیز به pH محیط بستگی دارد. این ویژگی ها برای جذب و انتقال موفقیت آمیز اکسیژن از ریه ها به بافت ها و آزادسازی موفقیت آمیز آن در بافت ها و همچنین برای جذب و انتقال موفقیت آمیز دی اکسید کربن از بافت ها به داخل ریه ها و آزادسازی آن در آنجا بسیار مهم است.
دی اکسید کربن یکی از مهم ترین واسطه های خودتنظیمی جریان خون است. این یک گشاد کننده عروق قوی است. بر این اساس، اگر سطح دی اکسید کربن در بافت یا خون افزایش یابد (مثلاً به دلیل متابولیسم شدید - ناشی از مثلاً ورزش، التهاب، آسیب بافتی یا به دلیل انسداد جریان خون، ایسکمی بافتی)، مویرگ ها گشاد می شوند. که منجر به افزایش جریان خون و بر این اساس، افزایش اکسیژن رسانی به بافت ها و انتقال دی اکسید کربن انباشته شده از بافت ها می شود. علاوه بر این، دی اکسید کربن در غلظت های خاص(افزایش یافته، اما هنوز به مقادیر سمی نرسیده است) اثر اینوتروپیک و کرونوتروپیک مثبت روی میوکارد دارد و حساسیت آن به آدرنالین را افزایش می دهد که منجر به افزایش قدرت و فرکانس انقباضات قلب، برون ده قلبی و در نتیجه سکته می شود. و حجم خون دقیقه این همچنین به اصلاح هیپوکسی بافتی و هیپرکاپنی (افزایش سطح دی اکسید کربن) کمک می کند.
یون های بی کربنات برای تنظیم pH خون و حفظ تعادل طبیعی اسید و باز بسیار مهم هستند. سرعت تنفس بر محتوای دی اکسید کربن در خون تأثیر می گذارد. تنفس ضعیف یا آهسته باعث اسیدوز تنفسی می شود، در حالی که تنفس سریع و بیش از حد عمیق منجر به هیپرونتیلاسیون و ایجاد آلکالوز تنفسی می شود.
علاوه بر این، دی اکسید کربن نیز در تنظیم تنفس مهم است. اگرچه بدن ما برای حمایت از متابولیسم به اکسیژن نیاز دارد، سطوح پایین اکسیژن در خون یا بافت‌ها معمولاً تنفس را تحریک نمی‌کند (یا بهتر بگوییم، اثر تحریک‌کننده کمبود اکسیژن بر تنفس بسیار ضعیف است و دیر «روشن» می‌شود. سطوح پاییناکسیژن در خون، که در آن فرد اغلب هوشیاری خود را از دست می دهد). به طور معمول، تنفس با افزایش سطح دی اکسید کربن در خون تحریک می شود. مرکز تنفسی نسبت به افزایش سطح دی اکسید کربن بسیار حساس تر از کمبود اکسیژن است. در نتیجه، تنفس هوای بسیار رقیق (با فشار جزئی کم اکسیژن) یا مخلوط گازی که اصلاً حاوی اکسیژن نیست (مثلاً 100٪ نیتروژن یا 100٪ اکسید نیتروژن) می تواند به سرعت منجر به از دست دادن هوشیاری بدون ایجاد احساس شود. کمبود هوا (زیرا سطح دی اکسید کربن در خون افزایش نمی یابد، زیرا هیچ چیز مانع بازدم آن نمی شود). این امر به ویژه برای خلبانان هواپیماهای نظامی که در ارتفاعات بالا پرواز می کنند خطرناک است (در صورت کاهش فشار اضطراری کابین، خلبانان می توانند به سرعت هوشیاری خود را از دست بدهند). این ویژگی سیستم تنظیم تنفس همچنین دلیلی است که مهمانداران هواپیما به مسافران دستور می دهند در صورت کم شدن فشار کابین هواپیما، قبل از اینکه بخواهند به دیگران کمک کنند - با انجام این کار، ابتدا ماسک اکسیژن را خودشان قرار دهند. کمک کننده در خطر از دست دادن سریع هوشیاری خود و حتی بدون احساس ناراحتی یا نیاز به اکسیژن تا آخرین لحظه است.
مرکز تنفسی انسان سعی می کند فشار جزئی دی اکسید کربن در خون شریانی را بیش از 40 میلی متر جیوه حفظ کند. با هیپرونتیلاسیون آگاهانه، محتوای دی اکسید کربن در خون شریانی می تواند به 10-20 میلی متر جیوه کاهش یابد، در حالی که محتوای اکسیژن در خون تقریباً بدون تغییر باقی می ماند یا کمی افزایش می یابد، و نیاز به نفس کشیدن دوباره در نتیجه کاهش کاهش می یابد. در اثر محرک دی اکسید کربن بر فعالیت مرکز تنفسی. به همین دلیل است که پس از یک دوره هیپرونتیلاسیون آگاهانه، نگه داشتن نفس برای مدت طولانی آسان تر از بدون هیپرونتیلاسیون قبلی است. این هیپرونتیلاسیون عمدی و به دنبال آن حبس نفس می تواند منجر به از دست دادن هوشیاری قبل از احساس نیاز به نفس در فرد شود. در یک محیط امن، چنین از دست دادن هوشیاری چیز خاصی را تهدید نمی کند (با از دست دادن هوشیاری، فرد کنترل خود را از دست می دهد، نفس خود را حبس نمی کند و نفس می کشد، تنفس می کند و با آن اکسیژن رسانی به مغز کاهش می یابد. ترمیم می شود، و سپس هوشیاری بازیابی می شود). اما در شرایط دیگر، مانند قبل از غواصی، این می تواند خطرناک باشد (از دست دادن هوشیاری و نیاز به نفس کشیدن در عمق رخ می دهد و بدون کنترل آگاهانه، آب وارد مجاری تنفسی می شود که می تواند منجر به غرق شدن شود). به همین دلیل است که هیپرونتیلاسیون قبل از غواصی خطرناک است و توصیه نمی شود.
اعلام وصول
در مقادیر صنعتی، دی اکسید کربن از گازهای دودکش آزاد می شود، یا به عنوان محصول جانبی فرآیندهای شیمیایی، به عنوان مثال، در طی تجزیه کربنات های طبیعی (سنگ آهک، دولومیت) یا در طی تولید الکل (تخمیر الکلی). مخلوط گازهای حاصل با محلول کربنات پتاسیم شسته می شود که دی اکسید کربن را جذب می کند و به بی کربنات تبدیل می شود. محلول بی کربنات در اثر حرارت یا تحت فشار کاهش یافته تجزیه می شود و دی اکسید کربن آزاد می شود. در تاسیسات مدرن برای تولید دی اکسید کربن، به جای بی کربنات، بیشتر از محلول آبی مونو اتانول آمین استفاده می شود که تحت شرایط خاص، قادر به جذب CO2 موجود در گاز دودکش بوده و در هنگام گرم شدن آن را آزاد می کند. این محصول نهایی را از سایر مواد جدا می کند.
دی اکسید کربن نیز در کارخانه های جداسازی هوا به عنوان محصول جانبی تولید اکسیژن خالص، نیتروژن و آرگون تولید می شود.
که در شرایط آزمایشگاهیمقادیر کمی از واکنش کربنات ها و بی کربنات ها با اسیدهایی مانند سنگ مرمر، گچ یا سودا با اسید هیدروکلریک، برای مثال، با استفاده از دستگاه کیپ به دست می آید. استفاده از واکنش اسید سولفوریک با گچ یا سنگ مرمر منجر به تشکیل سولفات کلسیم کمی محلول می شود که در واکنش اختلال ایجاد می کند و با مقدار زیادی اسید حذف می شود.
برای تهیه نوشیدنی می توان از واکنش جوش شیرین با اسید سیتریک یا آب لیمو ترش استفاده کرد. در این شکل بود که اولین نوشیدنی های گازدار ظاهر شد. داروسازان به تولید و فروش آنها مشغول بودند.
کاربرد
در صنایع غذایی از دی اکسید کربن به عنوان نگهدارنده و خمیرکننده استفاده می شود و روی بسته بندی با کد مشخص می شود. E290.
دستگاه برای تامین دی اکسید کربن آکواریوم ممکن است شامل یک مخزن گاز باشد. ساده ترین و متداول ترین روش تولید دی اکسید کربن بر اساس طرحی است که برای تهیه مش نوشیدنی الکلی استفاده می شود. در طول تخمیر، دی اکسید کربن آزاد شده ممکن است به خوبی برای گیاهان آکواریومی تغذیه کند
دی اکسید کربن برای کربناته کردن لیموناد و آب گازدار استفاده می شود. دی اکسید کربن نیز به عنوان یک محیط محافظ در جوشکاری سیم استفاده می شود، اما در دمای بالا تجزیه شده و اکسیژن آزاد می کند. اکسیژن آزاد شده فلز را اکسید می کند. در این راستا لازم است مواد اکسید زدا مانند منگنز و سیلیکون وارد سیم جوش شود. یکی دیگر از پیامدهای تأثیر اکسیژن، که با اکسیداسیون نیز همراه است، کاهش شدید کشش سطحی است که از جمله موارد دیگر، منجر به پاشش فلز شدیدتر از جوشکاری در یک محیط بی اثر می شود.
ذخیره دی اکسید کربن در سیلندر فولادی در حالت مایع سود بیشتری نسبت به گاز دارد. دی اکسید کربن دارای دمای بحرانی نسبتاً پایین 31+ درجه سانتیگراد است. حدود 30 کیلوگرم دی اکسید کربن مایع در یک سیلندر 40 لیتری استاندارد ریخته می شود و در دمای اتاق یک فاز مایع در سیلندر وجود دارد و فشار آن تقریباً 6 مگاپاسکال (60 کیلوگرم بر سانتی متر مربع) خواهد بود. اگر دما بالای 31+ درجه سانتیگراد باشد، دی اکسید کربن با فشار بالای 7.36 مگاپاسکال به حالت فوق بحرانی می رود. فشار کاری استاندارد برای یک سیلندر 40 لیتری معمولی 15 مگاپاسکال (150 کیلوگرم در سانتی متر مربع) است، اما باید با خیال راحت فشار 1.5 برابر بالاتر، یعنی 22.5 مگاپاسکال را تحمل کند، بنابراین کار با چنین سیلندرهایی را می توان کاملاً ایمن در نظر گرفت.
دی اکسید کربن جامد - "یخ خشک" - به عنوان مبرد در داخل استفاده می شود تحقیقات آزمایشگاهی، در خرده فروشی، هنگام تعمیر تجهیزات (به عنوان مثال: خنک کردن یکی از قطعات جفت گیری در حین پرس فیت) و غیره. از واحدهای دی اکسید کربن برای مایع کردن دی اکسید کربن و تولید یخ خشک استفاده می شود.
روش های ثبت نام
اندازه گیری فشار جزئی دی اکسید کربن در فرآیندهای تکنولوژیکی مورد نیاز است کاربردهای پزشکی- تجزیه و تحلیل مخلوط های تنفسی در طول تهویه مصنوعی و در سیستم های پشتیبانی زندگی بسته. تجزیه و تحلیل غلظت CO 2 در جو برای محیطی و تحقیق علمی، برای مطالعه اثر گلخانه ای. دی اکسید کربن با استفاده از آنالایزرهای گاز بر اساس اصل طیف سنجی مادون قرمز و سایر سیستم های اندازه گیری گاز ثبت می شود. آنالایزر گازهای پزشکی برای ثبت میزان دی اکسید کربن در هوای بازدمی کاپنوگراف نامیده می شود. برای اندازه گیری غلظت های پایین CO 2 (و همچنین) در گازهای فرآیند یا هوای اتمسفر، می توان از روش کروماتوگرافی گازی با متاناتور و ثبت بر روی آشکارساز یونیزاسیون شعله استفاده کرد.
دی اکسید کربن در طبیعت
نوسانات سالانه غلظت دی اکسید کربن اتمسفر در این سیاره عمدتاً توسط پوشش گیاهی عرض های جغرافیایی میانی (40-70 درجه) نیمکره شمالی تعیین می شود.
مقدار زیادی دی اکسید کربن در اقیانوس حل می شود.
دی اکسید کربن بخش قابل توجهی از جو برخی از سیارات منظومه شمسی را تشکیل می دهد: زهره، مریخ.
سمیت
دی اکسید کربن غیر سمی است، اما به دلیل تأثیر افزایش غلظت آن در هوا بر موجودات زنده تنفسی، به عنوان گاز خفگی طبقه بندی می شود. (انگلیسی)روسی. افزایش جزئی تمرکز تا 2 تا 4 درصد در داخل خانه منجر به خواب آلودگی و ضعف در افراد می شود. غلظت‌های خطرناک سطوحی در حدود 7-10 درصد در نظر گرفته می‌شوند که در آن خفگی ایجاد می‌شود و خود را به صورت سردرد، سرگیجه، از دست دادن شنوایی و از دست دادن هوشیاری (علائم مشابه بیماری ارتفاع) نشان می‌دهد، بسته به غلظت، در طی یک دوره چندگانه. دقیقه تا یک ساعت اگر هوای با غلظت بالای گاز استنشاق شود، مرگ در اثر خفگی خیلی سریع اتفاق می افتد.
اگرچه، در واقع، حتی غلظت 5-7٪ CO 2 کشنده نیست، در حال حاضر در غلظت 0.1٪ (این سطح از دی اکسید کربن در هوای کلان شهرها مشاهده می شود) مردم شروع به احساس ضعف و خواب آلودگی می کنند. این نشان می دهد که حتی در سطوح بالای اکسیژن، غلظت بالای CO 2 تأثیر قوی بر رفاه دارد.
استنشاق هوا با غلظت زیاد این گاز منجر به مشکلات سلامتی درازمدت نمی شود و پس از خارج کردن قربانی از فضای آلوده به سرعت احیای کامل سلامتی رخ می دهد.
کربن
عنصر کربن 6 C در دوره دوم، در زیر گروه اصلی گروه IV PS قرار دارد.
احتمالات ظرفیتکربن توسط ساختار لایه الکترونیکی بیرونی اتم آن در زمین و حالت های برانگیخته تعیین می شود:
با قرار گرفتن در حالت پایه، یک اتم کربن می تواند دو اتم را تشکیل دهد پیوندهای کووالانسیبا توجه به مکانیسم تبادل و یک پیوند دهنده-پذیرنده، با استفاده از یک اوربیتال آزاد. با این حال، در بیشتر ترکیبات، اتم‌های کربن در حالت برانگیخته هستند و ظرفیت IV را نشان می‌دهند.
مشخصه ترین حالت های اکسیداسیون کربن عبارتند از: در ترکیبات با عناصر الکترونگاتیو بیشتر +4 (کمتر +2). در ترکیبات با عناصر الکترونگاتیو کمتر -4.
بودن در طبیعت
محتوای کربن در پوسته زمین 0.48 درصد وزنی. کربن آزاد به شکل الماس و گرافیت یافت می شود. بخش عمده ای از کربن به شکل کربنات های طبیعی و همچنین در سوخت های فسیلی: ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی (مخلوطی از متان و نزدیک ترین همولوگ های آن) یافت می شود. در اتمسفر و هیدروسفر، کربن به شکل دی اکسید کربن CO 2 (در هوا 0.046٪ بر وزن) یافت می شود.
CaCO 3 - سنگ آهک، گچ، سنگ مرمر، اسپار ایسلند
CaCO 3 ∙MgCO 3 - دولومیت
SiC - کاربوراندوم
CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 - مالاکیت
مشخصات فیزیکی
الماساتمی دارد شبکه کریستالیآرایش چهار وجهی اتم ها در فضا ( زاویه پیوندبرابر 109 درجه)، بسیار سخت، نسوز، دی الکتریک، بی رنگ، شفاف، گرما را ضعیف هدایت می کند.
گرافیتدارای یک شبکه کریستالی اتمی است، اتم های آن به صورت لایه ای در راس شش ضلعی های منظم قرار گرفته اند (زاویه پیوند 120 درجه)، خاکستری تیره، مات، با درخشش فلزی، نرم، چرب در لمس، رسانای گرما و برقمانند الماس دارای نقطه ذوب بسیار بالا (3700 درجه سانتیگراد) و نقطه جوش (4500 درجه سانتیگراد) است. طول پیوند کربن و کربن در الماس (0.537 نانومتر) بیشتر از گرافیت (0.142 نانومتر) است. چگالی الماس از گرافیت بیشتر است.
کاربین – پلیمر خطی، از دو نوع زنجیره تشکیل شده است: –C≡C–C≡C– یا =C=C=C=C=، زاویه پیوند 180 درجه، پودر سیاه، نیمه هادی.
فولرن ها – مواد کریستالیسیاه رنگ با جلای فلزی، متشکل از مولکول‌های کروی توخالی (دارای ساختار مولکولی) با ترکیب C 60، C 70 و غیره. اتم‌های کربن روی سطح مولکول‌ها به هم متصل هستند پنج ضلعی های منظمو شش ضلعی
فولرن های گرافیت الماس
خواص شیمیایی
کربن غیر فعال است و فقط با فلوئور در سرما واکنش می دهد. فعالیت شیمیایی در دماهای بالا رخ می دهد.
اکسیدهای کربن
کربن اکسیدهای غیر نمک ساز CO و اکسید نمک ساز CO 2 را تشکیل می دهد.
مونوکسید کربن (II) CO، مونوکسید کربن، مونوکسید کربن- گازی بی رنگ و بی بو، کمی محلول در آب، سمی. پیوند موجود در مولکول سه گانه و بسیار قوی است. برای مونوکسید کربنبا کاهش خواص در واکنش با مواد ساده و پیچیده مشخص می شود.
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
مونوکسید کربن (II) با H2، NaOH و متانول واکنش می دهد:
CO + 2H 2 = CH 3 OH
CO + NaOH = HCOONa
CO + CH 3 OH = CH 3 COOH
تولید مونوکسید کربن
1) در صنعت (در ژنراتورهای گازی):
C + O 2 = CO 2 + 402 کیلوژول، سپس CO 2 + C = 2CO - 175 کیلوژول
C + H 2 O = CO + H 2 - Q،
2) در آزمایشگاه- تجزیه حرارتی اسید فرمیک یا اگزالیک در حضور H 2 SO4 (conc.):
HCOOH → H2O + CO
H 2 C 2 O 4 → CO + CO 2 + H2O
مونوکسید کربن (IV) CO 2، دی اکسید کربن، دی اکسید کربن- گاز بی رنگ، بی بو و بی مزه، محلول در آب، در مقادیر زیاد باعث خفگی می شود، تحت فشار به یک توده جامد سفید تبدیل می شود - "یخ خشک" که برای خنک کردن غذاهای فاسد شدنی استفاده می شود.
مولکول CO 2 غیر قطبی است و ساختار خطی O=C=O دارد.
اعلام وصول
1. تجزیه حرارتی نمک های اسید کربنیک (کربنات ها). سوزاندن سنگ آهک - در صنعت:
CaCO 3 → CaO + CO 2
2. اثر اسیدهای قوی بر کربنات ها و بی کربنات ها - در آزمایشگاه:
CaCO 3 (مرمر) + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2
NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2
روش های جمع آوری
جابجایی هوا
3. احتراق مواد حاوی کربن:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2
4. با اکسیداسیون آهسته در فرآیندهای بیوشیمیایی (تنفس، پوسیدگی، تخمیر)
خواص شیمیایی
1) با آب اسید کربنیک ضعیف می دهد:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
2) با اکسیدها و بازهای بازی واکنش می دهد و نمک های اسید کربنیک را تشکیل می دهد
Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3
2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O
NaOH + CO 2 (زیاد) → NaHCO 3
3) در دماهای بالا می تواند خواص اکسید کننده از خود نشان دهد - فلزات را اکسید می کند
CO 2 + 2Mg → 2MgO + C
4) با پراکسیدها و سوپراکسیدها واکنش می دهد:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2
4KO 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + 2O 2
واکنش کیفیبرای دی اکسید کربن
کدورت آب آهک Ca(OH) 2 به دلیل تشکیل رسوب سفید - نمک نامحلول CaCO 3:
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O
اسید کربنیک
H 2 CO 3 فقط در محلول ها وجود دارد، ناپایدار، ضعیف، دو پایه است، به صورت پلکانی تفکیک می شود، نمک های متوسط (کربنات ها) و اسیدی (هیدروکربنات ها) را تشکیل می دهد، محلول CO 2 در آب تورنسل را نه قرمز، بلکه صورتی می کند.
خواص شیمیایی
1) با فلزات فعال
H 2 CO 3 + Ca = CaCO 3 + H 2
2) با اکسیدهای اساسی
H 2 CO 3 + CaO = CaCO 3 + H 2 O
3) با پایه
H 2 CO 3 (g) + NaOH = NaHCO 3 + H 2 O
H 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2H 2 O
4) اسید بسیار ضعیف - تجزیه می شود
H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2
نمک های اسید کربنیک با استفاده از CO 2 تهیه می شوند:
CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
CO 2 + KOH = KHCO 3
یا با واکنش مبادله ای:
K 2 CO 3 + BaCl 2 = 2KCl + BaCO 3
هنگام تعامل در محلول آبیبا CO 2 کربنات ها به بی کربنات تبدیل می شوند:
Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2 NaHCO 3
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
برعکس، هنگامی که حرارت داده می شود (یا تحت تأثیر مواد قلیایی)، بی کربنات ها به بی کربنات تبدیل می شوند:
2NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
KHCO 3 + KOH = K 2 CO 3 + H 2 O
کربنات ها فلزات قلیایی(به جز لیتیوم) در برابر گرما مقاوم هستند؛ کربنات های سایر فلزات با حرارت دادن تجزیه می شوند:
MgCO = MgO + CO 2
نمک های آمونیوم اسید کربنیک به راحتی تجزیه می شوند:
(NH 4) 2 CO 3 = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O
NH 4 HCO 3 = NH 3 + CO 2 + H 2 O
کاربرد
کربنبرای به دست آوردن دوده، کک، فلزات از سنگ معدن، روان کننده ها، در پزشکی، به عنوان جاذب گاز، برای ساخت نوک مته (الماس) استفاده می شود.
Na 2 CO 3 ∙10H 2 O - سودای کریستالی (خاکستر سودا); برای تولید صابون، شیشه، رنگ، ترکیبات سدیم استفاده می شود.
NaHCO 3 - جوش شیرین; مورد استفاده در صنایع غذایی؛
CaCO 3 در ساخت و ساز برای تولید CO 2، CaO استفاده می شود.
K 2 CO 3 - پتاس؛برای تولید شیشه، صابون، کود استفاده می شود.
CO - به عنوان یک عامل کاهنده، سوخت؛
CO 2 - برای ذخیره مواد غذایی، گازدار کردن آب، تولید سودا، شکر.
