В таблице представлены теплофизические свойства углекислого газа CO 2 в зависимости от температуры и давления. Свойства в таблице указаны при температуре от 273 до 1273 К и давлении от 1 до 100 атм.
Рассмотрим такое важное свойство углекислого газа, как .
Плотность углекислого газа равна 1,913 кг/м 3
при нормальных условиях (при н.у.). По данным таблицы видно, что плотность углекислого газа существенно зависит от температуры и давления — при росте давления плотность CO 2 значительно увеличивается, а при повышении температуры газа — снижается. Так, при нагревании на 1000 градусов плотность углекислого газа уменьшается в 4,7 раза.
Однако, при увеличении давления углекислого газа, его плотность начинает расти, причем значительно сильнее, чем снижается при нагреве. Например при давлении и температуре 0°С плотность углекислого газа вырастает уже до значения 20,46 кг/м 3 .
Необходимо отметить, что рост давления газа приводит к пропорциональному увеличению значения его плотности, то есть при 10 атм. удельный вес углекислого газа в 10 раз больше, чем при нормальном атмосферном давлении.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства углекислого газа:
Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100!
В таблице даны теплофизические свойства углекислого газа CO 2 в зависимости от температуры (в интервале от -75 до 1500°С) при атмосферном давлении. Даны следующие теплофизические свойства углекислого газа:
По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность и динамическая вязкость углекислого газа также увеличиваются. Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100!
теплопроводности углекислого газа CO 2 в интервале температуры от 220 до 1400 К и при давлении от 1 до 600 атм. Данные выше черты в таблице относятся к жидкому CO 2 .
Следует отметить, что теплопроводность сжиженного углекислого газа при увеличении его температуры снижается , а при увеличении давления — растет. Углекислый газ (в газовый фазе) становится более теплопроводным, как при увеличении температуры, так и при росте его давления.
Теплопроводность в таблице дана в размерности Вт/(м·град). Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
В таблице представлены значения теплопроводности углекислого газа CO 2 в критической области в интервале температуры от 30 до 50°С и при давлении .
Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000! Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).
В таблице представлены значения теплопроводности диссоциированного углекислого газа CO 2 в интервале температуры от 1600 до 4000 К и при давлении от 0,01 до 100 атм. Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
В таблице представлены значения теплопроводности жидкого углекислого газа CO 2
на линии насыщения в зависимости от температуры.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).
Углекислый газ, или диоксид углерода, или CO 2 — одно из самых распространенных на Земле газообразных веществ. Он окружает нас в течение всей нашей жизни. Углекислый газ не имеет цвета, вкуса и запаха и никак не ощущается человеком.
Он является важным участником обмена веществ живых организмов. Газ сам по себе не ядовит, но не поддерживает дыхание, поэтому превышение его концентрации ведет к ухудшению снабжения тканей организма кислородом и к удушью. Углекислый газ широко применяется в быту и в промышленности.
При атмосферном давлении и комнатной температуре диоксид углерода находится в газообразном состоянии. Это наиболее часто встречающаяся его форма, в ней он участвует в процессах дыхания, фотосинтеза и обмена веществ живых организмов.
При охлаждении до -78 °С он, минуя жидкую фазу, кристаллизуется и образует так называемый «сухой лед», широко применяемый как безопасный хладагент в пищевой и химической промышленности и в уличной торговле и рефрижераторных перевозках.
При особых условиях — давлении в десятки атмосфер — углекислота переходит в жидкое агрегатное состояние. Это происходит на морском дне, на глубине свыше 600 м.
Свойства углекислого газа
В 17 веке Жан-Батист Ван Гельмонт из Фландрии открыл углекислый газ и определил его формулу. Подробное исследование и описание было сделано столетие спустя шотландцем Джозефом Блэком. Он исследовал свойства углекислого газа и провел серию опытов, в которых доказал, что он выделяется при дыхании животных.
В состав молекулы вещества входит один атом углерода и два атома кислорода. Химическая формула углекислого газа записывается как CO 2
В нормальных условиях не обладает вкусом, цветом и запахом. Только вдыхая большое его количество, человек ощущает кислый привкус. Его дает угольная кислота, образующаяся в малых дозах при растворении углекислого газа в слюне. Эта особенность применяется для приготовления газированных напитков. Пузырьки в шампанском, просекко, пиве и лимонаде — это и есть углекислый газ, образовавшийся в результате естественных процессов брожения или добавленный в напиток искусственно.
Плотность углекислого газа больше плотности воздуха, поэтому при отсутствии вентиляции он скапливается внизу. Он не поддерживает окислительные процессы, такие, как дыхание и горение.
Поэтому углекислоту применяют в огнетушителях. Это свойство углекислого газа иллюстрируют с помощью фокуса — горящую свечу опускают в «пустой» стакан, где она и гаснет. В действительности стакан заполнен CO 2 .
Углекислый газ в природе естественные источники
К таким источникам относятся окислительные процессы разной интенсивности:
- Дыхание живых организмов. Из школьного курса химии и ботаники все помнят, что в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но не все помнят, что это происходит только днем, при достаточном уровне освещения. В темное время суток растения наоборот, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Так что попытка улучшить качество воздуха в комнате, превращая ее в заросли фикусов и герани может сыграть злую шутку.
- Извержения и другая вулканическая активность. CO 2 выбрасывается из глубин мантии Земли вместе с вулканическими газами. В долинах рядом с источниками извержений газа настолько много, что, скапливаясь в низинах, он вызывает удушье животных и даже людей. Известны несколько случаев в Африке, когда задыхались целые деревни.
- Горение и гниение органики. Горение и гниение — это одна и та же реакция окисления, но протекающая с разной скоростью. Богатые углеродом разлагающиеся органические остатки растений и животных, лесные пожары и тлеющие торфяники — все это источники диоксида углерода.
- Самым же большим природным хранилищем CO 2 являются воды мирового океана, в которых он растворен.
За миллионы лет эволюции основанной на углеродных соединениях жизни на Земле в различных источниках накопились многие миллиарды тонн углекислого газа. Его одномоментный выброс в атмосферу приведет к гибели всего живого на планете из-за невозможности дыхания. Хорошо, что вероятность такого одномоментного выброса стремится к нулю.
И скусственные источники углекислого газа
Углекислый газ попадает в атмосферу и в результате человеческой жизнедеятельности. Самыми активными источниками в наше время считаются:
- Индустриальные выбросы, происходящие в ходе сгорания топлива на электростанциях и в технологических установках
- Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, поездов, самолетов и судов.
- Сельскохозяйственные отходы — гниение навоза в больших животноводческих комплексах
Кроме прямых выбросов, существует и косвенное воздействие человека на содержание CO 2 в атмосфере. Это массовая вырубка лесов в тропической и субтропической зоне, прежде всего в бассейне Амазонки.
Несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится менее процента диоксида углерода, он оказывает все возрастающее действие на климат и природные явления. Углекислый газ участвует в создании так называемого парникового эффекта путем поглощения теплового излучения планеты и удерживания этого тепла в атмосфере. Это ведет к постепенному, но весьма угрожающему повышению среднегодовой температуры планеты, таянию горных ледников и полярных ледяных шапок, росту уровня мирового океана, затоплению прибрежных регионов и ухудшению климата в далеких от моря странах.
Знаменательно, что на фоне общего потепления на планете происходит значительное перераспределение воздушных масс и морских течений, и в отдельных регионах среднегодовая температура не повышается, а понижается. Это дает козыри в руки критикам теории глобального потепления, обвиняющим ее сторонников в подтасовке фактов и манипуляции общественным мнением в угоду определенным политическим центрам влияния и финансово-экономическим интересам
Человечество пытается взять под контроль содержание углекислого газа в воздухе, были подписаны Киотский и Парижский протоколы, накладывающие на национальные экономики определенные обязательства. Кроме того, многие ведущие автопроизводители автомобилей объявили о сворачивании к 2020-25 годам выпуска моделей с двигателями внутреннего сгорания и переходе на гибриды и электромобили. Однако некоторые ведущие экономики мира, такие, как Китай и США, не торопятся выполнять старые и брать на себя новые обязательства, мотивируя это угрозой уровню жизни в своих странах.
Углекислый газ и мы: чем опасен CO 2
Углекислый газ — один из продуктов обмена веществ в организме человека. Он играет большую роль в управлении дыханием и снабжением кровью органов. Рост содержания CO 2 в крови вызывает расширение сосудов, способных таким образом транспортировать больше кислорода к тканям и органам. Аналогично и система дыхания понуждается к большей активности, если концентрация углекислоты в организме растет. Это свойство используют в аппаратах искусственной вентиляции легких, чтобы подстегнуть собственные органы дыхания пациента к большей активности.
Кроме упомянутой пользы, превышение концентрации СO 2 может принести организму и вред. Повышенное содержание во вдыхаемом воздухе приводит к тошноте, головной боли, удушью и даже к потере сознания. Организм протестует против углекислого газа и подает человеку сигналы. При дальнейшем увеличении концентрации развивается кислородное голодание, или гипоксия. Co 2 мешает кислороду присоединяться к молекулам гемоглобина, которые и осуществляют перемещение связанных газов по кровеносной системе. Кислородное голодание ведет к снижению работоспособности, ослаблению реакции и способностей к анализу ситуации и принятию решений, апатии и может привести к смерти.
Такие концентрации углекислого газа, к сожалению, достижимы не только в тесных шахтах, но и в плохо проветриваемых школьных классах, концертных залах, офисных помещениях и транспортных средствах — везде, где в замкнутом пространстве без достаточного воздухообмена с окружающей средой скапливается большое количество людей.
Основное применение
CO 2 широко применяется в промышленности и в быту – в огнетушителях и для изготовления газировки, для охлаждения продуктов и для создания инертной среды при сварке.
Применение углекислого газа отмечено в таких отраслях, как:
- для чистки поверхностей сухим льдом.
Фармацевтика
- для химического синтеза компонентов лекарственных средств;
- создания инертной атмосферы;
- нормализация индекса pH отходов производства.
Пищевая отрасль
- производство газированных напитков;
- упаковка продуктов питания в инертной атмосфере для продления срока годности;
- декаффеинизация кофейных зерен;
- замораживание или охлаждение продуктов.
Медицина, анализы и экология
- Создание защитной атмосферы при полостных операциях.
- Включение в дыхательные смеси в качестве стимулятора дыхания.
- В хроматографических анализах.
- Поддержание уровня pH в жидких отходах производства.
Электроника
- Охлаждение электронных компонентов и устройств при тестировании на температурную стойкость.
- Абразивная очистка в микроэлектронике (в твердой фазе).
- Очищающее средство в производстве кремниевых кристаллов.
Химическая отрасль
Широко применяется в химическом синтезе в качестве реагента и в качестве регулятора температур в реакторе. CO 2 отлично подходит для обеззараживания жидких отходов с низким индексом pH.
Применяется также для осушения полимерных веществ, растительных или животных фиброматериалов, в целлюлозном производстве для нормализации уровня pH как компонентов основного процесса, так и его отходов.
Металлургическая отрасль
В металлургии CO 2 в основном служит делу экологии, защиты природы от вредных выбросов путем их нейтрализации:
- В черной металлургии — для нейтрализации плавильных газов и для донного перемешивания расплава.
- В цветной металлургии при производстве свинца, меди, никеля и цинка — для нейтрализации газов при транспортировке ковша с расплавом или горячих слитков.
- В качестве восстановительного агента при организации оборота кислотных шахтных вод.
Сварка в углекислой среде
Разновидность сварки под флюсом является сварка в углекислой среде. Операции сварочных работ с углекислым газом осуществляется плавящимся электродом и распространен в процессе монтажных работ, устранении дефектов и исправления деталей с тонкими стенками.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Двуокись углерода (двуокись углерода, карбоновый ангидрид, диоксид углерода) - окись углерода (IV).
Формула представляет собой CO2. Молярная масса - 44 г / моль.
Химические свойства двуокиси углерода
Углекислый газ относится к классу оксидов кислот, то есть при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется углем. Карбоновая кислота химически нестабильна и во время образования она немедленно разлагается на ее компоненты, то есть реакция взаимодействия двуокиси углерода с водой обратима:
CO2 + H2O ↔ CO2 × H2O (раствор) ↔ H2CO3.
При нагревании углекислый газ разлагается на монооксид углерода и кислород:
2CO2 = 2CO + O2.
Как и все кислотные оксиды, двуокись углерода характеризуется реакциями взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:
CaO + CO2 = CaCO3;
Al2O3 + 3CO2 = Al2 (CO3) 3;
CO2 + NaOH (разбавленный) = NaHCO3;
CO2 + 2NaOH (конц) = Na2CO3 + H2O.
Углекислый газ не поддерживает горение, в нем горят только активные металлы:
CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t ^ {\ circ});
CO2 + 2Ca = C + 2CaO (t ^ {\ circ}).
Двуокись углерода реагирует с простыми веществами, такими как водород и углерод:
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (t ^ {\ circ}, kat = Cu2O);
CO2 + C = 2CO (t ^ {\ circ}).
Когда диоксид углерода взаимодействует с перекисями активных металлов, образуются карбонаты и выделяется кислород:
2CO2 + 2Na2O2 = 2Na2CO3 + O2.
Качественная реакция на углекислый газ представляет собой реакцию его взаимодействия с известковой водой (молоком), то есть с гидроксидом кальция, в котором образуется белый осадок - карбонат кальция:
CO2 + Ca (OH) 2 = CaCO3 ↓ + H2O.
Физические свойства двуокиси углерода
Двуокись углерода представляет собой газообразное вещество без цвета или запаха. Тяжелее воздуха. Термостойкость. При сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояние. Двуокись углерода в твердом состоянии агрегации называется «сухой лед» и легко сублимируется при комнатной температуре. Двуокись углерода плохо растворяется в воде, частично реагирует с ней. Плотность - 1,977 г / л.
Производство и использование диоксида углерода
Выделяют промышленные и лабораторные методы производства двуокиси углерода. Так, в промышленности он получается путем сжигания известняка (1) и в лаборатории под действием сильных кислот на карбонатных солях (2):
CaCO3 = CaO + CO2 (t ^ {\ circ}) (1);
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O (2).
Углекислый газ используется в пищевых продуктах (карбонизация лимонада), химическая (контроль температуры при производстве синтетических волокон), металлургический (защита окружающей среды, например, осаждение коричневого газа) и другие отрасли.
Примеры решения проблем
Какой объем углекислого газа будет выделяться под действием 200 г 10% -ного раствора азотной кислоты на 90 г карбоната кальция, содержащего 8% примесей, нерастворимых в кислоте?
Раствор Молярная масса азотной кислоты и карбоната кальция, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов D.I. Менделеева - 63 и 100 г / моль соответственно.
Запишем уравнение для растворения известняка в азотной кислоте:
CaCO3 + 2HNO3 → Ca (NO3) 2 + CO2 + H2O.
ω (CaCO3) cl = 100% - ωadmixture = 100% - 8% = 92% = 0,92.
Затем масса чистого карбоната кальция:
m (CaCO3) cl = mlimestone × ω (CaCO3) cl / 100%;
м (CaCO3) Cl = 90 × 92/100% = 82,8 г
Количество карбоната кальция:
n (CaCO3) = m (CaCO3) cl / M (CaCO3);
n (СаСО3) = 82,8 / 100 = 0,83 моль.
Масса азотной кислоты в растворе будет равна:
m (HNO3) = m (HNO3) раствор × ω (HNO3) / 100%;
м (HNO3) = 200 × 10/100% = 20 г.
Количество вещества азотной кислоты кальция:
n (HNO3) = m (HNO3) / M (HNO3);
n (HNO3) = 20/63 = 0,32 моль.
Сравнивая количество веществ, входивших в реакцию, мы определяем, что азотная кислота в дефиците, поэтому мы проводим дальнейшие расчеты для азотной кислоты. Согласно уравнению реакции n (HNO3): n (CO2) = 2: 1, поэтому n (CO2) = 1/2 × n (HNO3) = 0,16 моль. Затем объем углекислого газа будет равен:
V (CO2) = n (CO2) × Vm;
V (CO2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 г.
Объем двуокиси углерода - 3,58 г.
Задайте количество диоксида углерода весом 35 г
Раствор Масса вещества и его объем связаны между собой количеством вещества. Запишем формулы для расчета количества вещества по массе и объему:
Приравнивает выражения, написанные справа, и мы будем выражать объем:
V = m × Vm / M.
Рассчитайте объем двуокиси углерода из полученной формулы. Молярная масса диоксида углерода, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов D.I. Менделеева - 44 г / моль.
V (CO2) = 35 × 22,4 / 44 = 17,82 л.
Объем диоксида углерода - 17,82 литра.
Диоксид углерода, оксид углерода, углекислота – все эти названия одного вещества, известного нам, как углекислый газ. Так какими же свойствами обладает этот газ, и каковы области его применения?
Углекислый газ состоит из углерода и кислорода. Формула углекислого газа выглядит так – CO₂. В природе он образуется при сжигании или гниении органических веществ. В воздухе и минеральных источниках содержание газа также достаточно велико. кроме того люди и животные также выделяют диоксид углерода при выдыхании.
Рис. 1. Молекула углекислого газа.
Диоксид углерода является абсолютно бесцветным газом, его невозможно увидеть. Также он не имеет и запаха. Однако при его большой концентрации у человека может развиться гиперкапния, то есть удушье. Недостаток углекислого газа также может причинить проблемы со здоровьем. В результате недостатка это газа может развиться обратное состояние к удушью – гипокапния.
Если поместить углекислый газ в условия низкой температуры, то при -72 градусах он кристаллизуется и становится похож на снег. Поэтому углекислый газ в твердом состоянии называют «сухой снег».
Рис. 2. Сухой снег – углекислый газ.
Углекислый газ плотнее воздуха в 1,5 раза. Его плотность составляет 1,98 кг/м³ Химическая связь в молекуле углекислого газа ковалентная полярная. Полярной она является из-за того, что у кислорода больше значение электроотрицательности.
Важным понятием при изучении веществ является молекулярная и молярная масса. Молярная масса углекислого газа равна 44. Это число формируется из суммы относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы. Значения относительных атомных масс берутся из таблицы Д.И. Менделеева и округляются до целых чисел. Соответственно, молярная масса CO₂ = 12+2*16.
Чтобы вычислить массовые доли элементов в углекислом газе необходимо следовать формулерасчета массовых долей каждого химического элемента в веществе.
n
– число атомов или молекул.
Ar
– относительная атомная масса химического элемента.
Mr
– относительная молекулярная масса вещества.
Рассчитаем относительную молекулярную массу углекислого газа.
Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 или 27 % Так как в формулу углекислого газа входит два атома кислорода, то n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 или 73 %
Ответ: w(C) = 0,27 или 27 %; w(O) = 0,73 или 73 %
Углекислый газ обладает кислотными свойствами, так как является кислотным оксидом, и при растворении в воде образует угольную кислоту:
CO₂+H₂O=H₂CO₃
Вступает в реакцию со щелочами, в результате чего образуются карбонаты и гидрокарбонаты. Этот газ не подвержен горению. В нем горят только некоторые активные металлы, например, магний.
При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:
2CO₃=2CO+O₃.
Как и другие кислотные оксиды, данный газ легко вступает в реакцию с другими оксидами:
СaO+Co₃=CaCO₃.
Углекислый газ входит в состав всех органических веществ. Круговорот этого газа в природе осуществляется с помощью продуцентов, консументов и редуцентов. В процессе жизнедеятельности человек вырабатывает примерно 1 кг углекислого газа в сутки. При вдохе мы получаем кислород, однако в этот момент в альвеолах образуется углекислый газ. В этот момент происходит обмен: кислород попадает в кровь, а углекислый газ выходит наружу.
Получение углекислого газа происходит при производстве алкоголя. Также этот газ является побочным продуктом при получении азота, кислорода и аргона. Применение углекислого газа необходимо в пищевой промышленности, где углекислый газ выступает в качестве консерванта, а также углекислый газ в виде жидкости содержится в огнетушителях.
Цели:
Используемые приемы: “верные и неверные утверждения”, “зигзаг-1”, кластеры.
Лабораторное оборудование: лабораторный штатив, прибор для получения газов, стакан на 50 мл, кусочки мрамора, соляная кислота (1:2), известковая вода, зажим Мора.
I. Стадия вызова
На стадии вызова используется прием “верные и неверные утверждения”.
Утверждения |
||
II. Стадия осмысления
1. Организация деятельности в рабочих группах, участники которых получают тексты по пяти основным темам “зигзага”:
Идет первоначальное знакомство с текстом, первичное чтение.
2. Работа в экспертных группах.
В экспертные группы объединяются “специалисты” по отдельным вопросам. Их задача – внимательное чтение текста, выделение ключевых фраз и новых понятий либо использование кластеров и различных схем для графического изображения содержания текста (работа ведется индивидуально).
3. Отбор материала, его структурирование и дополнение (групповая работа)
4. Подготовка к трансляции текста в рабочих группах
5. Подготовка к презентации (плакат)
III. Стадия рефлексии
Возвращение в рабочие группы
Это может выглядеть так:
Утверждения |
||
1. Углекислый газ – это “дикий газ”. | ||
2. В морях и океанах содержится в 60 раз больше углекислого газа, чем в земной атмосфере. | ||
3. Природные источники углекислого газа называются мофетами. | ||
4. В окрестностях Неаполя находится “Собачья пещера”, в которой не могут находиться собаки. | ||
5. В лабораториях углекислый газ получают действием серной кислоты на куски мрамора. | ||
6. Углекислый газ – это газ без цвета и запаха, легче воздуха, хорошо растворим в воде. | ||
7. Твёрдый углекислый газ получил название “сухого льда”. | ||
8. Известковая вода – это раствор гидроксида кальция в воде. |
1. История открытия углекислого газа
Углекислый газ был первым между всеми другими газами противопоставлен воздуху под названием “дикого газа” алхимиком XVI в. Вант Гельмонтом.
Открытием СО 2 было положено начало новой отрасли химии – пневматохимии (химии газов).
Шотландский химик Джозеф Блэк (1728 – 1799 г.г.) в 1754 году установил, что известковый минерал мрамор (карбонат кальция) при нагревании разлагается с выделением газа и образует негашеную известь (оксид кальция):
CaCO 3 CaO + CO 2
карбонат кальция оксид кальция углекислый
газ
Выделяющийся газ можно было вновь соединить с оксидом кальция и вновь получить карбонат кальция:
CaO + CO 2 CaCO 3
оксид кальция углекислый газ карбонат
кальция
Этот газ был идентичен открытому Ван Гельмонтом “дикому газу”, но Блэк дал ему новое название – “связанный воздух” – так как этот газ можно было связать и вновь получить твердую субстанцию, а также он обладал способностью притягиваться известковой водой (гидроксидом кальция) и вызывать её помутнение:
углекислый газ гидроксид кальция карбонат
кальция вода
Несколько лет спустя Кавендиш обнаружил еще два характерных физических свойства углекислого газа – его высокую плотность и значительную растворимость в воде.
2. Углекислый газ в природе
Содержание углекислого газа в атмосфере
относительно небольшое, всего 0,04–0,03% (по объему).
CO 2 , сосредоточенный в атмосфере, имеет
массу 2200 биллионов тонн.
В 60 раз больше углекислого газа содержится в
растворенном виде в морях и океанах.
В течение каждого года из атмосферы извлекается
примерно 1/50 часть всего содержащегося в ней CO 2
растительным покровом земного шара в процессе
фотосинтеза, превращающего минеральные вещества
в органические.
Основная масса углекислого газа в природе
образуется в результате различных процессов
разложения органических веществ. Углекислый газ
выделяется при дыхании растений, животных,
микроорганизмов. Непрерывно увеличивается
количество углекислого газа, выделяемого
различными производствами. Углекислый газ
содержится в составе вулканических газов,
выделяется он и из земли в вулканических
местностях. Несколько столетий функционирует в
качестве постоянно действующего генератора CO 2
“Собачья пещера” вблизи города Неаполя в
Италии. Она знаменита тем, что собаки в ней не
могут находиться, а человек может там пребывать в
нормальном состоянии. Дело в том, что в этой
пещере углекислый газ выделяется из земли, а так
как он в 1,5 раза тяжелее воздуха, то располагается
внизу, примерно на высоте роста собаки (0,5 м). В
таком воздухе, где углекислого газа 14% , собаки (и
другие животные, разумеется) дышать не могут, но
стоящий на ногах взрослый человек не ощущает
избытка углекислого газа в этой пещере. Такие же
пещеры существуют в Йеллоустонском национальном
парке (США).
Природные источники углекислого газа называются
мофетами. Мофеты характерны для последней,
поздней стадии затухания вулканов в которой
находится, в частности, знаменитый вулкан
Эльбрус. Поэтому там наблюдаются многочисленные
выходы пробивающихся сквозь снега и льды горячих
источников, насыщенных углекислым газом.
Вне земного шара оксид углерода (IV) обнаружен в
атмосферах Марса и Венеры – планетах “земного
типа”.
3. Получение углекислого газа
В промышленности углекислый газ получается
главным образом как побочный продукт обжига
известняка спиртового брожения и др.
В химических лабораториях либо пользуются
готовыми баллонами с жидким углекислым газом,
либо получают CO 2 в аппаратах Киппа или
приборе для получения газов действием соляной
кислоты на куски мрамора:
CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
карбонат кальция соляная кислота хлорид
кальция углекислый газ вода
Пользоваться серной кислотой вместо соляной
при этом нельзя, потому что тогда вместо
растворимого в воде хлорида кальция получался бы
гипс – сульфат кальция (CaSO 4) – соль,
малорастворимая в воде. Отлагаясь на кусках
мрамора, гипс крайне затрудняет доступ к ним
кислоты и тем самым очень замедляет течение
реакции.
Для получения углекислого газа:
4. Свойства углекислого газа
CO 2 – это бесцветный газ, не имеет запаха,
тяжелее воздуха в 1,5 раза, с трудом смешивается с
ним (по выражению Д.И. Менделеева, “тонет” в
воздухе), что можно доказать следующим опытом:
над стаканом, в котором закреплена горящая
свечка, опрокидывают стакан, наполненный
углекислым газом. Свечка мгновенно гаснет.
Оксид углерода (IV) обладает кислотными
свойствами и при растворении этого газа в воде
образуется угольная кислота. При пропускании CO 2
через подкрашенную лакмусом воду можно
наблюдать изменение цвета индикатора с
фиолетового на красный.
Хорошая растворимость углекислого газа в воде
делает невозможным собирание его методом
“вытеснения воды”.
Качественной реакцией на содержание углекислого
газа в воздухе является пропускание газа через
разбавленный раствор гидроксида кальция
(известковую воду). Углекислый газ вызывает
образование в этом растворе нерастворимого
карбоната кальция, в результате чего раствор
становится мутным:
CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O
углекислый газ гидроксид кальция
карбонат кальция вода
При добавлении избыточного количества CO2 мутный раствор снова становится прозрачным из-за превращения нерастворимого карбоната в растворимый гидрокарбонат кальция:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3) 2
карбонат кальция вода углекислый газ
гидрокарбонат кальция
5. Практическое применение углекислого газа
Прессованный твердый углекислый газ получил
название “сухого льда”.
Твердый CO 2 скорее похож на спрессованный
плотный снег, по твердости напоминающий мел.
Температура “сухого льда” –78 о С. Сухой
лед, в отличие от водяного льда, плотный. Он тонет
в воде, резко охлаждая её. Горящий бензин можно
быстро потушить, бросив в пламя несколько
кусочков сухого льда.
Главное применение сухого льда – хранение и
перевозка продуктов питания: рыбы, мяса,
мороженого и др. Ценность сухого льда
заключается не только в его охлаждающем
действии, но и в том, что продукты в углекислом
газе не плесневеют и не гниют.
Сухим льдом испытывают в лабораториях детали,
приборы, механизмы, которые будут служить в
условиях пониженных температур. С помощью сухого
льда испытывают морозоустойчивость резиновых
покрышек автомобилей.
Углекислый газ применяют для газирования
фруктовых и минеральных вод, а в медицине – для
углекислотных ванн.
Жидкий углекислый газ используют в
углекислотных огнетушителях, огнетушительных
системах самолетов и кораблей и в пожарных
углекислотных машинах. Он особенно эффективен в
тех случаях, когда вода непригодна, например, при
тушении загоревшихся огнеопасных жидкостей или
при наличии в помещении невыключенной
электропроводки или уникального оборудования,
которое от воды может пострадать.
Во многих случаях CO 2 используют не в
готовом виде, а получают в процессе
использования, например, хлебопекарных порошков,
содержащих смесь бикарбоната натрия с кислым
виннокислым калием. При смешивании таких
порошков с тестом соли растворяются и возникает
реакция с выделением CO 2 . В результате тесто
всходит, наполняясь пузырьками углекислого газа,
и выпеченный из него продукт получается мягким и
вкусным.
Литература