Ugljikov dioksid: svojstva, proizvodnja, primjena. Ugljični dioksid

Samo oko 0,04% ugljični dioksid nalazi se u zraku. U zrak uglavnom dospijeva razgradnjom biljnih i životinjskih tkiva, kao i izgaranjem ugljena i drva.

Biljke mogu regulirati sadržaj kisika i ugljičnog dioksida u atmosferi našeg planeta. Pod utjecajem vode i sunčeve svjetlosti ugljični dioksid se u biljnim stanicama pretvara u škrob, ali i mnoge druge hranjive tvari. Biljke također moraju disati da bi živjele. Stoga oni apsorbiraju kisik i oslobađaju ugljikov dioksid. Ali tijekom procesa stvaranja škroba, oni oslobađaju mnogo više kisika nego što ga apsorbiraju kada dišu. No tijekom stvaranja škroba biljni svijet apsorbira puno više ugljičnog dioksida nego što ga izdahne.

Stoga, moramo čuvati šume i cjelokupnu floru na našem planetu, jer održavaju stalan sadržaj ugljičnog dioksida i kisika u prirodi.

Dobrobiti i štete ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid je vrlo koristan za ljude, uključen je u opskrbu tkiva kisikom i regulaciju procesi ljudskog disanja.

CO2 uvelike utječe na klimu. Metabolizam je također nemoguć bez njega. Ovo je neizostavna komponenta za svačija omiljena gazirana pića.

Zauzvrat, može uzrokovati štetu. Prezasićenost tijela ugljičnim dioksidom uzrokuje ogromnu štetu ljudima i može uzrokovati smrt.

(IV), ugljikov dioksid ili ugljikov dioksid. Također se naziva ugljični anhidrid. To je potpuno bezbojan plin bez mirisa i kiselkastog okusa. Ugljični dioksid je teži od zraka i slabo je topiv u vodi. Na temperaturama nižim od - 78 stupnjeva Celzijusa kristalizira se i postaje poput snijega.

Ova tvar prelazi iz plinovitog stanja u kruto, jer ne može postojati u tekućem stanju pod atmosferskim tlakom. Gustoća ugljičnog dioksida u normalnim uvjetima je 1,97 kg/m3 - 1,5 puta veća ugljični dioksid u krutom obliku naziva se "suhi led". Postaje tekuće stanje u kojem se može dugo čuvati kada se tlak poveća. Pogledajmo pobliže ovu tvar i njenu kemijsku strukturu.

Ugljični dioksid, čija je formula CO2, sastoji se od ugljika i kisika, a nastaje kao rezultat izgaranja ili raspadanja organskih tvari. Ugljični monoksid nalazi se u zraku i podzemnim mineralnim izvorima. Ljudi i životinje također emitiraju ugljični dioksid kada izdišu. Biljke bez svjetla oslobađaju ga i intenzivno apsorbiraju tijekom fotosinteze. Zahvaljujući metaboličkom procesu stanica svih živih bića, ugljični monoksid je jedna od glavnih komponenti okolne prirode.

Ovaj plin nije otrovan, ali ako se nakupi u visokim koncentracijama može doći do gušenja (hiperkapnije), a s njegovim nedostatkom razvija se suprotno stanje - hipokapnija. Ugljični dioksid propušta i reflektira infracrveno zračenje. To je ono što izravno utječe na globalno zatopljenje. To je zbog činjenice da se razina njegovog sadržaja u atmosferi stalno povećava, što dovodi do efekta staklenika.

Ugljični dioksid se proizvodi industrijski iz dima ili ložišnih plinova, ili razgradnjom dolomita i vapnenačkih karbonata. Mješavina ovih plinova temeljito se ispere posebnom otopinom koja se sastoji od kalijevog karbonata. Zatim se pretvara u bikarbonat i zagrijavanjem se raspada, što rezultira oslobađanjem ugljičnog dioksida. Ugljični dioksid (H2CO3) nastaje iz ugljičnog dioksida otopljenog u vodi, ali se u suvremenim uvjetima dobiva i drugim, naprednijim metodama. Nakon što se ugljični dioksid pročisti, komprimira se, hladi i pumpa u cilindre.

U industriji se ova tvar široko i univerzalno koristi. Proizvođači hrane koriste ga kao sredstvo za dizanje (primjerice, za izradu tijesta) ili kao konzervans (E290). Uz pomoć ugljičnog dioksida proizvode se razna tonika i gazirana pića, koja toliko vole ne samo djeca, već i odrasli. Ugljični dioksid se koristi u proizvodnji sode bikarbone, piva, šećera i pjenušavih vina.

Ugljični dioksid se također koristi u proizvodnji učinkovitih aparata za gašenje požara. Uz pomoć ugljičnog dioksida stvara se aktivni medij koji je neophodan kada je luk zavarivanja na visokoj temperaturi, ugljični dioksid se razgrađuje na kisik i ugljični monoksid. Kisik stupa u interakciju s tekućim metalom i oksidira ga. Ugljični dioksid u limenkama koristi se u zračnim puškama i pištoljima.

Aviomodelari ovu tvar koriste kao gorivo za svoje modele. Uz pomoć ugljičnog dioksida možete značajno povećati prinos usjeva uzgojenih u stakleniku. Također se široko koristi u industriji u kojoj se prehrambeni proizvodi puno bolje čuvaju. Koristi se kao rashladno sredstvo u hladnjacima, zamrzivačima, električnim generatorima i drugim termoelektranama.

Još u prošlom stoljeću rađena su razna istraživanja o utjecaju CO 2 na ljudski organizam. U 60-im godinama znanstvenica O.V. Eliseeva je u svojoj disertaciji detaljno istražila kako ugljikov dioksid u koncentracijama od 0,1% (1000 ppm) do 0,5% (5000 ppm) utječe na ljudski organizam i došla do zaključka da kratkotrajno udisanje Ugljikov dioksid u tim koncentracijama kod zdravih ljudi uzrokuje izrazite promjene u funkciji vanjskog disanja, krvotoka i značajno pogoršanje električne aktivnosti mozga. Prema njezinim preporukama sadržaj CO 2 u zraku stambenih i javnih zgrada ne bi smio prelaziti 0,1 % (1000 ppm), a prosječni sadržaj CO 2 trebao bi biti oko 0,05 % (500 ppm).

Stručnjaci znaju da postoji izravna veza između koncentracije CO 2 i osjećaja zagušenosti. Ovaj se osjećaj kod zdrave osobe javlja već na razini od 0,08% (tj. 800 ppm). Iako je u modernim uredima vrlo često 2000 ppm ili više. I osoba možda neće osjetiti opasne učinke CO 2. Kada je riječ o bolesnoj osobi, prag njezine osjetljivosti se još više povećava.

Ovisnost fizioloških manifestacija o sadržaju CO2 u zraku prikazana je u tablici:

Razina CO 2, ppm	Fiziološke manifestacije kod ljudi
Atmosferski zrak 380-400	Idealno za zdravlje i dobrobit.
400-600	Normalan iznos. Preporuča se za dječje sobe, spavaće sobe, poslovne prostore, škole i vrtiće.
600-1000	Postoje pritužbe na kvalitetu zraka. Osobe s astmom mogu imati češće napadaje.
Iznad 1000	Opća nelagoda, slabost, glavobolja, koncentracija pada za trećinu, a povećava se broj pogrešaka u radu. Može dovesti do negativnih promjena u krvi, a mogu se pojaviti i problemi s dišnim i krvožilnim sustavom.
Iznad 2000	Broj pogrešaka na poslu jako raste; 70% zaposlenika se ne može koncentrirati na posao.

Glavne promjene pri udisanju povišenih koncentracija ugljičnog dioksida (hiperkapnija) događaju se u središnjem živčanom sustavu i one su faznog karaktera: prvo povećanje, a zatim smanjenje ekscitabilnosti živčanih tvorevina. Pogoršanje uvjetovane refleksne aktivnosti opaža se pri koncentracijama blizu 2% - smanjuje se ekscitabilnost respiratornog centra mozga, smanjuje se ventilacijska funkcija pluća, homeostaza (ravnoteža unutarnjeg okoliša) tijela je poremećena bilo kojim oštećenjem stanicama ili nadražujući receptore neadekvatnom razinom određene tvari. A kada je sadržaj ugljičnog dioksida do 5%, dolazi do značajnog smanjenja amplitude evociranih potencijala mozga, desinkronizacije ritmova spontanog elektroencefalograma s daljnjom inhibicijom električne aktivnosti mozga.

Što se točno događa kada se poveća koncentracija CO 2 u zraku koji ulazi u tijelo? Povećava se parcijalni tlak CO 2 u alveolama, povećava se njegova topljivost u krvi i stvara se slaba ugljična kiselina (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), koja se pak razgrađuje na H + i HCCO3- . Krv postaje kisela, što se znanstveno naziva plinska acidoza. Što je veća koncentracija CO 2 u zraku koji udišemo, to je pH krvi niži i ona je kiselija.

Kad započne acidoza, tijelo se najprije brani povećanjem koncentracije bikarbonata u krvnoj plazmi, o čemu svjedoče brojne biokemijske studije. Za kompenzaciju acidoze bubrezi intenzivno luče H+ i zadržavaju HCSO 3 -. Zatim se uključuju drugi puferski sustavi i sekundarne biokemijske reakcije tijela. Budući da slabe kiseline, uključujući ugljičnu kiselinu (H 2 CO 3), mogu tvoriti slabo topive spojeve (CaCO 3) s metalnim ionima, oni se talože u obliku kamenaca, prvenstveno u bubrezima.

Carl Schafer, član medicinskog istraživačkog laboratorija američke mornarice, proučavao je učinke različitih koncentracija ugljičnog dioksida na zamorce. Glodavci su držani na 0,5% CO 2 osam tjedana (kisik je bio normalan na 21%), nakon čega su iskusili značajnu kalcifikaciju bubrega. Uočeno je čak i nakon produljenog izlaganja zamoraca nižim koncentracijama - 0,3% CO 2 (3000 ppm). Ali to nije sve. Shafer i njegovi kolege pronašli su demineralizaciju kostiju kod svinja nakon osam tjedana izlaganja 1% CO 2 , kao i strukturne promjene u plućima. Istraživači su ove bolesti smatrali prilagodbom tijela na kroničnu izloženost povišenim razinama CO 2 .

Posebnost dugotrajne hiperkapnije (povišenog CO 2 ) su njene dugotrajne negativne posljedice. Unatoč normalizaciji atmosferskog disanja, u ljudskom su tijelu dugo vremena opažene promjene u biokemijskom sastavu krvi, smanjenje imunološkog statusa, otpornost na fizički stres i druge vanjske utjecaje.

Zaključak - kako bi se izbjegle negativne posljedice, potrebno je pratiti sadržaj ugljičnog dioksida u udahnutom zraku. Moderan i pouzdan uređaj savršen je za tu svrhu.

Svima je poznato da biljke imaju sposobnost proizvesti velike količine kisika tijekom fotosinteze, a zauzvrat apsorbirati ugljični dioksid. To je proizvod izmjene zraka svih živih bića na zemlji, uključujući i biljke. Osim toga, naširoko se koristi u raznim područjima života, a nakuplja se iu dobro zatvorenim prostorijama, što stvara opasnost od udisanja doza štetnih za zdravlje. Visoke koncentracije ove tvari uzrokuju trovanje ugljičnim dioksidom.

Ugljični dioksid i njegova primjena

Ugljični dioksid je kemijski spoj ugljikov dioksid (CO2), koji je anhidrid ugljične kiseline. Stalno je prisutan u atmosferi unutar 0,03% u zraku koji čovjek izdahne njegova koncentracija je oko 4%.

Kao rezultat interakcije ugljičnog dioksida s vodom nastaje nestabilna ugljična kiselina. Plin ima sljedeće karakteristike:

• Gotovo da nema mirisa i boje, pod određenim pritiskom može prijeći u tekuće stanje, a nakon isparavanja pretvoriti se u snježnobijelu masu, koja kada se pritisne, čini osnovu takozvanog "suhog leda".
• Nije zapaljiv (što se koristi u uređajima za gašenje požara) i može se otapati u vodi pod pritiskom (tako se rade gazirana pića).

Različita svojstva CO2 našla su primjenu u metalurgiji i kemijskoj industriji, u rashladnim komorama, pri gašenju požara i pri zavarivanju.

U visokim koncentracijama spoj je otrovan i može uzrokovati trovanje.

Kako se možete otrovati ugljičnim dioksidom?

Mala količina ugljičnog dioksida uvijek je prisutna u okolnom zraku. Koncentracija sigurna za ljude u prirodnom okruženju je 0,03-0,2%. Međutim, postoje određeni uvjeti pod kojima razine CO2 mogu biti povišene:

1. U prostorijama rudnika ozokerita i ugljena. Tamo je dopušteno povećati sadržaj CO2 do razine od 0,5%. Ako se razina poveća, a razina kisika smanji, trovanje je neizbježno.
2. U ostalim industrijskim prostorima - unutar kotlova za zasićenje u tvornicama šećera, inspekcijskih bunara kanalizacijskih i vodoopskrbnih mreža, odjela za fermentaciju pivovara. Zaposlenici takvih poduzeća imaju veću vjerojatnost da će biti izloženi opijanju nego drugi.
3. S čestim kontaktom sa "suhim ledom" u vezi s profesionalnim aktivnostima.
4. U slučaju kršenja tehnologije tijekom postavljanja sustava za izmjenu zraka u podmornicama, prostorijama podzemne željeznice, na podvodnim oceanografskim postajama, u ronilačkoj opremi.
5. U rijetko prozračenim prostorima s velikim brojem ljudi (na primjer, u školskim učionicama ili zagušljivim uredima, posebno s plastičnim okvirima na prozorima), može doći do blagog stupnja trovanja.

Visoka doza CO2 oštećuje dišni sustav, ali može i nadražiti sluznicu i kožu (primjerice, dodir suhog leda može uzrokovati ozbiljne opekline).

Znakovi akutnog trovanja mogu varirati ovisno o stupnju intoksikacije i koncentraciji ugljičnog dioksida.

Znakovi akutnog trovanja ugljičnim dioksidom

Ozbiljnost simptoma trovanja ugljičnim dioksidom ovisi o razini plina u udahnutom zraku.

Blagi stupanj

Kada je koncentracija plina iznad 2%, trovanje se manifestira:

• opća slabost;
• povećana pospanost;
• glavobolja.

Prosječna diploma

Pri sadržaju od 5 do 8% nadražuju se sluznice dišnog trakta i organa za vid, snižava se tjelesna temperatura, povećava se krvni tlak, ubrzava se i produbljuje disanje. Sve to prati:

• mučnina;
• otežano disanje;
• otkucaji srca;
• osjećaj topline;
• glavobolja;
• vrtoglavica;
• pretjerana ekscitabilnost;
• zujanje u ušima.

Teški stupanj

Koncentracije CO2 veće od 3% u zatvorenom prostoru s 13,6% kisika mogu uzrokovati gušenje, a veće doze se smatraju smrtonosnim i mogu rezultirati smrću zbog zaustavljanja disanja. Međutim, ako se žrtvi pruže hitne mjere pomoći, čak i uz teški stupanj intoksikacije, oporavak od ovog stanja je moguć, iako s ozbiljnim posljedicama. Obično se pojavljuju:

• retrogradna amnezija;
• osjećaj stezanja u prsima;
• opća slabost;
• glavobolja i drugi zaostali učinci.

Posljedice teškog trovanja često su upala pluća ili bronhitis.

Kako pomoći žrtvi

Prvu pomoć kod trovanja ugljičnim dioksidom kako bi se spriječila smrt treba pružiti na sljedeći način:

1. Prije svega, morate žrtvu s očitim znakovima intoksikacije izvesti na svježi zrak i osloboditi je odjeće koja ometa disanje.
2. U teškim slučajevima može biti potrebno udisanje čistog kisika.
3. Ako otrovani ima tahikardiju i druge srčane smetnje, neophodna je simptomatska terapija kardiovaskularnim lijekovima.
4. Kada disanje prestane zbog trovanja plinom, potrebno je umjetno disanje.

Smrtni slučajevi trovanja CO2 iznimno su rijetki i obično su povezani s kršenjem sigurnosnih mjera tijekom opasnog rada.

Kako spriječiti trovanje ugljičnim dioksidom

Najvažniji uvjet za sprječavanje opijanja je redovito provjetravanje takvih potencijalno opasnih prostorija u kojima se može nakupljati ugljični dioksid:

• podrumi i podrumi;
• bačve i jame namijenjene skladištenju povrća ili voća;
• sve zatvorene posude ili bunare.

Kako bi se izbjeglo nakupljanje opasnog plina, podrume, podrume i druge podzemne prostorije treba opremiti ventilacijskim sustavima (barem jednostavnim ventilacijskim otvorima ili ispušnim cijevima).

Prevencija trovanja CO2

Prilikom rada u vodoopskrbnim ili kanalizacijskim bunarima morate se pridržavati sljedećih sigurnosnih pravila:

• Idite u bunare samo u posebnoj opremi (gas maske).
• Prilikom spuštanja u bunar, najmanje jedan zaposlenik ili bilo koja druga osoba mora ostati na vrhu, sposobna po potrebi pozvati spasioce i hitnu medicinsku pomoć.
• Na prvi znak nedostatka zraka, zaposlenici koji ostaju na tlu trebaju obavijestiti ronioce i ronioce o potrebi povećanja ubrizgavanja zraka u svoju opremu, a ako osjete simptome gušenja, prekinuti rad i zahtijevati podizanje.
• Osobe koje su odgovorne za klimatizaciju prostorija s velikim brojem ljudi (nastavnici, spremači, medicinsko osoblje) moraju osigurati redovito i primjereno prozračivanje učionica, ureda, slušaonica i bolničkih odjela.

Suvremeni načini rješavanja viška CO2 u svakodnevnom životu

Moderne tehnologije za uštedu energije koje ne dopuštaju često provjetravanje prostorija (na primjer, korištenje klima uređaja "zima-ljeto") prisilile su zapadne izumitelje da pronađu nove načine za uklanjanje viška ugljičnog dioksida iz zagušljivih prostorija. Zahvaljujući studijama koje su potvrdile štetnost ovog plina na radnu sposobnost i opće dobrobit čovjeka, utvrđene su maksimalno dopuštene koncentracije CO2 za zatvorene prostore.

Kasnije su izumljeni i sada se aktivno koriste apsorberi CO2 (ili apsorberi), koji mogu značajno smanjiti njegovu razinu. Takav apsorbent, instaliran u zagušljivoj prostoriji, zahtijeva minimalno održavanje, troši malo električne energije, ali zajamčeno pruža servisiranom prostoru zdrav, pročišćen zrak 15 godina.

Kao što je već navedeno, slučajevi smrti od trovanja ugljičnim dioksidom izuzetno su rijetki, ali to ne znači da je sigurno. Stoga se moraju poduzeti mjere opreza pri radu s ovom tvari ili u područjima gdje se može nakupljati.

DEFINICIJA

Ugljični dioksid (ugljični dioksid) u normalnim uvjetima bezbojan je plin, otprilike 1,5 puta teži od zraka, zbog čega se poput tekućine može prelijevati iz jedne posude u drugu.

Masa 1 litre CO 2 u normalnim uvjetima je 1,98 g. Topljivost ugljičnog dioksida u vodi je mala: 1 volumen vode pri 20 o C otapa 0,88 volumena CO 2 , a pri 0 o C - 1,7 volumena.

Pod tlakom od oko 0,6 MPa, ugljikov dioksid prelazi u tekućinu na sobnoj temperaturi. Tekući ugljični dioksid skladišti se u čeličnim cilindrima. Kada se brzo izlije iz cilindra, isparavanjem se apsorbira toliko topline da se CO 2 pretvara u čvrstu bijelu snježnu masu, koja bez topljenja sublimira na -78,5 o C.

Otopina CO 2 u vodi ima kiselkast okus i ima blago kiselu reakciju zbog prisutnosti u otopini malih količina ugljične kiseline H 2 CO 3, nastale kao rezultat reverzibilne reakcije:

CO 2 + H 2 O↔H 2 CO 3 .

Neka svojstva ugljičnog dioksida prikazana su u donjoj tablici:

Proizvodnja ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid nastaje u malim količinama djelovanjem kiselina na karbonate:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2.

U industrijskim razmjerima, CO 2 se proizvodi uglavnom kao nusproizvod u procesu sinteze amonijaka:

CH4 + 2H20 = CO2 + 4H2;

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

Osim toga, spaljivanjem vapnenca nastaju velike količine ugljičnog dioksida:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Kemijska svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid pokazuje kisela svojstva: reagira s alkalijama i amonijak hidratom. Reduciran aktivnim metalima, vodikom, ugljikom.

CO2 + razrijeđeni NaOH = NaHCO3;

CO2 + 2NaOH konc = Na2CO3 + H20;

CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3 + H2O;

CO2 + BaCO3 + H2O = Ba(HCO3)2;

CO2 + NH3 × H2O = NH4 HCO3;

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H20 (t = 200 o C, kat. Cu20);

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

CO2 + 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.

Primjena ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid se koristi u proizvodnji sode amonijačno-kloridnom metodom, za sintezu uree, za proizvodnju soli ugljične kiseline, kao i za karbonizaciju voćnih i mineralnih voda i drugih pića.

Čvrsti ugljični dioksid nazvan "suhi led" koristi se za hlađenje kvarljive hrane, za proizvodnju i čuvanje sladoleda, te u mnogim drugim slučajevima gdje su potrebne niske temperature.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Vježbajte	Koliki će se volumen i masa ugljičnog dioksida osloboditi pri toplinskoj razgradnji kalcijeva karbonata mase 45,4 g?
Otopina	Napišimo jednadžbu za toplinsku razgradnju kalcijevog karbonata: CaCO 3 = CaO + CO 2. Nađimo količinu kalcijevog karbonata: 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. Prema jednadžbi reakcije n(CaCO 3) : n(CO 2) = 1 : 1, dakle n(CaC03)=n(CO2)=0,454 mol. Izračunajmo masu i volumen oslobođenog ugljičnog dioksida: V(CO 2) = V m × n(CO 2) = 22,4 × 0,454 = 10,2 l; m(CO2) = n(CO2)× M(CO2); M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12 + 2×16 = 44 g/mol; m(CO 2 ) = 0,454 × 44 = 20 g.
Odgovor	Masa ugljičnog dioksida je 20 g, volumen je 10,2 litre.