Въглероден диоксид: свойства, производство, приложение. Въглероден двуокис

Само около 0,04% във въздуха се намира въглероден диоксид.Той навлиза във въздуха главно при разлагане на растителни и животински тъкани, както и при изгаряне на въглища и дърва.

Растенията могат да регулират съдържанието на кислород и въглероден диоксид в атмосферата на нашата планета. Под въздействието на водата и слънчевата светлина въглеродният диоксид в растителните клетки се превръща в нишесте, както и в много други хранителни вещества. Растенията също трябва да дишат, за да живеят. Следователно те абсорбират кислород и отделят въглероден диоксид.Но по време на процеса на образуване на нишесте те отделят много повече кислород, отколкото поемат, когато дишат. Но по време на образуването на нишесте растителният свят абсорбира много повече въглероден диоксид, отколкото издишва.

следователно ние трябва да защитим горите и цялата флорана нашата планета, защото поддържат постоянно съдържание на въглероден диоксид и кислород в природата.

Ползите и вредите от въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид е много полезен за хората, той участва в доставката на кислород към тъканите и регулирането дихателните процеси на човека.

CO2 значително влияе върху климата. Метаболизмът също е невъзможен без него. Това е незаменим компонент за любимите на всички газирани напитки.

От своя страна може да причини вреда. Пренасищането на тялото с въглероден диоксид причинява огромна вреда на хората и може да причини смърт.

(IV), въглероден диоксид или въглероден диоксид. Нарича се още въглероден анхидрид. Това е напълно безцветен газ без мирис и кисел вкус. Въглеродният диоксид е по-тежък от въздуха и е слабо разтворим във вода. При температури под - 78 градуса по Целзий кристализира и става като сняг.

Това вещество преминава от газообразно състояние в твърдо, тъй като не може да съществува в течно състояние при атмосферно налягане. Плътността на въглеродния диоксид при нормални условия е 1,97 kg/m3 - 1,5 пъти по-висока.Въглеродният диоксид в твърда форма се нарича "сух лед". Той става течно състояние, в което може да се съхранява дълго време, когато налягането се увеличи. Нека разгледаме по-подробно това вещество и неговата химична структура.

Въглеродният диоксид, чиято формула е CO2, се състои от въглерод и кислород и се получава в резултат на изгаряне или гниене на органични вещества. Въглеродният окис се намира във въздуха и подземните минерални извори. Хората и животните също отделят въглероден диоксид, когато издишват. Растенията без светлина го отделят и интензивно го абсорбират по време на фотосинтеза. Благодарение на метаболитния процес на клетките на всички живи същества, въглеродният окис е един от основните компоненти на околната природа.

Този газ не е токсичен, но ако се натрупа във високи концентрации, може да започне задушаване (хиперкапния), а при недостига му се развива обратното състояние - хипокапния. Въглеродният диоксид предава и отразява инфрачервените лъчи. Това е, което пряко влияе върху глобалното затопляне. Това се дължи на факта, че нивото на съдържанието му в атмосферата непрекъснато нараства, което води до парников ефект.

Въглеродният диоксид се произвежда промишлено от димни или пещни газове или чрез разлагане на доломит и варовикови карбонати. Сместа от тези газове се измива старателно със специален разтвор, състоящ се от калиев карбонат. След това се превръща в бикарбонат и се разлага при нагряване, което води до освобождаване на въглероден диоксид. Въглеродният диоксид (H2CO3) се образува от въглероден диоксид, разтворен във вода, но в съвременните условия се получава и по други, по-модерни методи. След като въглеродният диоксид се пречисти, той се компресира, охлажда и изпомпва в цилиндри.

В индустрията това вещество се използва широко и универсално. Производителите на храни го използват като набухвател (например за тесто) или като консервант (E290). С помощта на въглероден диоксид се произвеждат различни тонизиращи напитки и газирани напитки, които са толкова обичани не само от децата, но и от възрастните. Въглеродният диоксид се използва при производството на сода за хляб, бира, захар и пенливи вина.

Въглеродният диоксид също се използва в производството на ефективни пожарогасители. С помощта на въглероден диоксид се създава активна среда, която е необходима при високи температури на заваръчната дъга, въглеродният диоксид се разпада на кислород и въглероден оксид. Кислородът взаимодейства с течния метал и го окислява. Въглеродният диоксид в кутии се използва в пневматични оръжия и пистолети.

Авиомоделистите използват това вещество като гориво за своите модели. С помощта на въглероден диоксид можете значително да увеличите добива на култури, отглеждани в оранжерия. Намира широко приложение и в индустрията, в която хранителните продукти се запазват много по-добре. Използва се като хладилен агент в хладилници, фризери, електрически генератори и други топлоелектрически централи.

Още през миналия век бяха проведени различни изследвания за ефекта на CO 2 върху човешкото тяло. През 60-те години учен О. В. Елисеева в дисертацията си предоставя подробно проучване как въглеродният диоксид в концентрации от 0,1% (1000 ppm) до 0,5% (5000 ppm) засяга човешкото тяло и стига до извода, че краткотрайното вдишване на въглероден диоксид в тези концентрации от здрави хора причинява отчетливи промени във функцията на външното дишане, кръвообращението и значително влошаване на електрическата активност на мозъка. Според нейните препоръки съдържанието на CO 2 във въздуха на жилищни и обществени сгради не трябва да надвишава 0,1% (1000 ppm), а средното съдържание на CO 2 трябва да бъде около 0,05% (500 ppm).

Експертите знаят, че има пряка връзка между концентрацията на CO 2 и чувството за задух. Това усещане се появява при здрав човек вече на ниво от 0,08% (т.е. 800 ppm). Въпреки че в съвременните офиси много често е 2000 ppm или повече. И човек може да не усети опасните ефекти на CO 2. Когато говорим за болен човек, прагът на неговата чувствителност се повишава още повече.

Зависимостта на физиологичните прояви от съдържанието на CO2 във въздуха е показана в таблицата:

CO 2 ниво, ppm	Физиологични прояви при хората
Атмосферен въздух 380-400	Идеален за здраве и благополучие.
400-600	Нормално количество. Препоръчва се за детски стаи, спални, офиси, училища и детски градини.
600-1000	Има оплаквания относно качеството на въздуха. Хората с астма могат да имат по-чести пристъпи.
Над 1000	Общ дискомфорт, слабост, главоболие, концентрацията пада с една трета, а броят на грешките в работата се увеличава. Може да доведе до негативни промени в кръвта, могат да се появят и проблеми с дихателната и кръвоносната системи.
Над 2000	Броят на грешките в работата се увеличава значително, 70% от служителите не могат да се концентрират върху работата.

Основните промени при вдишване на повишени концентрации на въглероден диоксид (хиперкапния) се появяват в централната нервна система и те са фазични по природа: първо повишаване и след това намаляване на възбудимостта на нервните образувания. Наблюдава се влошаване на условнорефлекторната активност при концентрации, близки до 2% - възбудимостта на дихателния център на мозъка намалява, вентилационната функция на белите дробове намалява, хомеостазата (равновесието на вътрешната среда) на тялото се нарушава от или клетки или чрез дразнене на рецептори с неадекватно ниво на определено вещество. И когато съдържанието на въглероден диоксид е до 5%, има значително намаляване на амплитудата на предизвиканите потенциали на мозъка, десинхронизация на ритмите на спонтанната електроенцефалограма с по-нататъшно инхибиране на електрическата активност на мозъка.

Какво точно се случва, когато концентрацията на CO 2 във въздуха, който влиза в тялото, се увеличи? Парциалното налягане на CO 2 в алвеолите се увеличава, неговата разтворимост в кръвта се увеличава и се образува слаба въглеродна киселина (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), която от своя страна се разлага на H + и HCCO3- . Кръвта става кисела, което научно се нарича газова ацидоза. Колкото по-висока е концентрацията на CO 2 във въздуха, който дишаме, толкова по-ниско е pH на кръвта и толкова по-киселинна е тя.

Когато започне ацидозата, тялото първо се защитава чрез повишаване на концентрацията на бикарбонат в кръвната плазма, както се вижда от множество биохимични изследвания. За да компенсират ацидозата, бъбреците интензивно отделят Н+ и задържат HCSO 3 -. Тогава се включват други буферни системи и вторични биохимични реакции на организма. Тъй като слабите киселини, включително въглеродната киселина (H 2 CO 3), могат да образуват слабо разтворими съединения (CaCO 3) с метални йони, те се отлагат под формата на камъни, предимно в бъбреците.

Карл Шафер, член на лабораторията за медицински изследвания на американския флот, изследва ефектите на различни концентрации на въглероден диоксид върху морски свинчета. Гризачите бяха държани на 0,5% CO 2 в продължение на осем седмици (кислородът беше нормален при 21%), след което те показаха значителна калцификация на бъбреците. Наблюдава се дори след продължително излагане на морски свинчета на по-ниски концентрации - 0,3% CO 2 (3000 ppm). Но това не е всичко. Shafer и колегите му откриха костна деминерализация при прасета след осем седмици излагане на 1% CO 2 , както и структурни промени в белите дробове. Изследователите разглеждат тези заболявания като адаптация на тялото към хронично излагане на повишени нива на CO 2 .

Отличителна черта на дългосрочната хиперкапния (повишен CO 2 ) са нейните дългосрочни негативни последици. Въпреки нормализирането на атмосферното дишане, дълго време в човешкото тяло се наблюдават промени в биохимичния състав на кръвта, намаляване на имунологичния статус и устойчивост на физически стрес и други външни влияния.

Заключение - за да се избегнат негативни последици, трябва да се следи съдържанието на въглероден диоксид във вдишания въздух. Модерно и надеждно устройство е идеално за тази цел.

Всеки знае, че растенията имат способността да произвеждат големи количества кислород по време на фотосинтезата и в замяна да абсорбират въглероден диоксид. Това е продукт на обмена на въздух на всички живи същества на земята, включително растенията. В допълнение, той се използва широко в различни области на живота, а също така се натрупва в плътно затворени помещения, което създава опасност от вдишване на дози, вредни за здравето. Високите концентрации на това вещество причиняват отравяне с въглероден диоксид.

Въглероден диоксид и неговите приложения

Въглеродният диоксид е химичното съединение въглероден диоксид (CO2), което е анхидрид на въглеродната киселина. Постоянно присъства в атмосферата в рамките на 0,03%, във въздуха, издишан от човек, концентрацията му е около 4%.

В резултат на взаимодействието на въглеродния диоксид с водата се образува нестабилна въглена киселина. Газът има следните характеристики:

• Той почти няма мирис или цвят, под определено налягане може да се превърне в течно състояние и при изпаряване да се превърне в снежнобяла маса, която при натискане формира основата на така наречения „сух лед“.
• Не е запалим (което се използва в противопожарни устройства) и може да се разтваря във вода под налягане (така се правят газирани напитки).

Разнообразните свойства на CO2 намират приложение в металургията и химическата промишленост, в хладилни камери, при гасене на пожари и при заваръчни работи.

Във високи концентрации съединението е токсично и може да причини отравяне.

Как можете да се отровите с въглероден диоксид?

В околния въздух винаги присъства малко количество въглероден диоксид. Безопасната за хората концентрация в естествена среда е 0,03-0,2%. Съществуват обаче определени условия, при които нивата на CO2 могат да бъдат повишени:

1. В помещенията на озокеритни и въглищни мини. Там е разрешено да се увеличи съдържанието на CO2 до ниво от 0,5%. Ако нивото се повиши и нивата на кислород намалят, отравянето е неизбежно.
2. В други промишлени помещения - вътрешни котли за насищане в захарни фабрики, инспекционни кладенци на канализационни и водоснабдителни мрежи, ферментационни отделения на пивоварни. Служителите на такива предприятия са по-склонни от други да бъдат изложени на интоксикация.
3. При чест контакт със "сух лед" във връзка с професионални дейности.
4. В случай на нарушение на технологията при инсталиране на системи за обмен на въздух в подводници, помещения на метрото, в подводни океанографски станции, във водолазно оборудване.
5. В рядко проветриви помещения с голям брой хора (например в училищни класни стаи или задушни офиси, особено с пластмасови рамки на прозорците), може да настъпи лека степен на отравяне.

Високата доза CO2 уврежда дихателната система, но също така може да раздразни лигавиците и кожата (например докосването на сух лед може да причини сериозно изгаряне).

Признаците на остро отравяне могат да варират в зависимост от степента на интоксикация и концентрацията на въглероден диоксид.

Признаци на остро отравяне с въглероден диоксид

Тежестта на симптомите на интоксикация с въглероден диоксид зависи от нивото на газ във вдишания въздух.

Лека степен

Когато концентрацията на газ е над 2%, отравянето се проявява:

• обща слабост;
• повишена сънливост;
• главоболие.

Средна степен

При съдържание от 5 до 8% се дразнят лигавиците на дихателните пътища и органите на зрението, телесната температура се понижава, кръвното налягане се повишава, дишането се учестява и задълбочава. Всичко това е придружено от:

• гадене;
• недостиг на въздух;
• сърдечен пулс;
• усещане за топлина;
• главоболие;
• световъртеж;
• прекомерна възбудимост;
• шум в ушите.

Тежка степен

Концентрации на CO2 над 3% в затворена среда с 13,6% кислород могат да причинят задушаване, а по-високите дози се считат за летални и могат да доведат до смърт от спиране на дишането. Въпреки това, ако се предоставят незабавни мерки за помощ на жертвата, дори и при тежка степен на интоксикация, възстановяването от това състояние е възможно, макар и със сериозни последици. Те обикновено се появяват:

• ретроградна амнезия;
• усещане за стягане в гърдите;
• обща слабост;
• главоболие и други остатъчни ефекти.

Последствията от тежко отравяне често включват пневмония или бронхит.

Как да помогнем на жертвата

Първата помощ при отравяне с въглероден диоксид за предотвратяване на смърт трябва да се предостави, както следва:

1. На първо място, трябва да изведете жертвата с очевидни признаци на интоксикация на чист въздух и да го освободите от дрехи, които ограничават дишането.
2. В тежки случаи може да се наложи вдишване на чист кислород.
3. Ако отровеният има тахикардия и други сърдечни нарушения, е необходима симптоматична терапия със сърдечно-съдови лекарства.
4. При спиране на дишането поради газова интоксикация се налага изкуствено дишане.

Смъртните случаи на отравяне с CO2 са изключително редки и обикновено са свързани с нарушения на безопасността по време на опасна работа.

Как да предотвратим отравяне с въглероден диоксид

Най-важното условие за предотвратяване на интоксикация е редовното проветряване на такива потенциално опасни помещения, където може да се натрупа въглероден диоксид:

• мазета и мазета;
• вани и ями, предназначени за съхранение на зеленчуци или плодове;
• всички затворени контейнери или кладенци.

За да се избегне натрупването на опасен газ, мазета, мазета и други подземни помещения трябва да бъдат оборудвани с вентилационни системи (поне обикновени вентилационни отвори или изпускателни тръби).

Предотвратяване на отравяне с CO2

Когато работите във водоснабдителни или канализационни кладенци, трябва да спазвате следните правила за безопасност:

• Слизайте в кладенци само в специално оборудване (противогази).
• При спускане в кладенеца най-малко един служител или второ лице трябва да остане на върха, способно да извика спасители и спешна медицинска помощ, ако е необходимо.
• При първите признаци на липса на въздух служителите, които остават на земята, трябва да информират водолазите и водолазите за необходимостта от увеличаване на впръскването на въздух в оборудването им и ако почувстват симптоми на задушаване, да спрат работа и да изискват повдигане.
• Лицата, отговорни за климатизацията в помещения с голям брой хора (учители, домакини, медицински персонал), трябва да осигурят редовно и адекватно проветряване на класните стаи, кабинетите, аудиториите и болничните отделения.

Съвременни начини за справяне с излишния CO2 в ежедневието

Съвременните енергоспестяващи технологии, които не позволяват често проветряване на помещенията (например използването на климатици „зима-лято“), принудиха западните изобретатели да намерят нови начини за отстраняване на излишния въглероден диоксид от задушни помещения. Благодарение на проучвания, които потвърждават вредното въздействие на този газ върху работоспособността и общото благосъстояние на човека, бяха установени максимално допустими концентрации на CO2 за вътрешни помещения.

По-късно бяха изобретени и сега се използват активно CO2 абсорбери (или абсорбери), способни значително да намалят нивото му. Такъв абсорбент, инсталиран в задушно помещение, изисква минимална поддръжка, консумира малко електроенергия, но гарантирано осигурява на обслужваната зона здравословен, пречистен въздух в продължение на 15 години.

Както вече беше отбелязано, случаите на смърт от интоксикация с въглероден диоксид са изключително редки, но това не означава, че е безопасно. Поради това трябва да се вземат предпазни мерки при работа с това вещество или в зони, където то може да се натрупа.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

въглероден диоксид (въглероден диоксид)при нормални условия е безцветен газ, приблизително 1,5 пъти по-тежък от въздуха, поради което може да се прелива като течност от един съд в друг.

Масата на 1 литър CO 2 при нормални условия е 1,98 г. Разтворимостта на въглеродния диоксид във вода е ниска: 1 обем вода при 20 o C разтваря 0,88 обема CO 2, а при 0 o C - 1,7 обема.

Под налягане от около 0,6 MPa въглеродният диоксид се превръща в течност при стайна температура. Течният въглероден диоксид се съхранява в стоманени бутилки. Когато се излее бързо от цилиндъра, поради изпарението се абсорбира толкова много топлина, че CO 2 се превръща в твърда бяла снежна маса, която, без да се топи, сублимира при -78,5 o C.

Разтворът на CO 2 във вода има кисел вкус и има леко кисела реакция поради наличието в разтвора на малки количества въглена киселина H 2 CO 3, образувана в резултат на обратима реакция:

CO 2 + H 2 O↔H 2 CO 3 .

Някои свойства на въглеродния диоксид са представени в таблицата по-долу:

Произвеждане на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид се получава в малки количества при действието на киселините върху карбонатите:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2.

В индустриален мащаб CO 2 се произвежда главно като страничен продукт в процеса на синтез на амоняк:

CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2;

CO + H 2 O = CO 2 + H 2.

В допълнение, големи количества въглероден диоксид се получават при изгаряне на варовик:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Химични свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид проявява киселинни свойства: реагира с основи и амонячен хидрат. Редуцира се от активни метали, водород, въглерод.

CO 2 + NaOH разреден = NaHC03;

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

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O;

CO 2 + BaCO 3 + H 2 O = Ba(HCO 3) 2;

CO 2 + NH 3 × H 2 O = NH 4 HCO 3;

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 o C, кат. Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t > 1000 o C);

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (t = 500 o C);

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

Приложение на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид се използва при производството на сода по амонячно-хлоридния метод, за синтеза на урея, за производството на соли на въглеродна киселина, както и за газирането на плодови и минерални води и други напитки.

Твърдият въглероден диоксид, наречен „сух лед“, се използва за охлаждане на нетрайни храни, за производство и консервиране на сладолед и в много други случаи, когато са необходими ниски температури.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Упражнение	Какъв обем и маса въглероден диоксид ще се отдели при термичното разлагане на калциев карбонат с тегло 45,4 g?
Решение	Нека напишем уравнението за термичното разлагане на калциевия карбонат: CaCO 3 = CaO + CO 2. Нека намерим количеството калциев карбонат: n(CaCO3) = m(CaCO3) / M(CaCO3); M(CaCO 3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 40 + 12 + 3×16 = 100 g/mol; n(CaCO3) = 45,4 / 100 = 0,454 mol. Съгласно уравнението на реакцията n(CaCO 3) : n(CO 2) = 1: 1, следователно n(CaCO3) =n(CO2) =0.454 mol. Нека изчислим масата и обема на отделения въглероден диоксид: V(CO 2) = V m × n(CO 2) = 22,4 × 0,454 = 10,2 l; m(CO 2) = n(CO 2)× M(CO 2); M(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12 + 2×16 = 44 g/mol; m(CO 2 ) = 0,454 × 44 = 20 g.
Отговор	Масата на въглеродния диоксид е 20 g, обемът е 10,2 литра.