Szén-dioxid: tulajdonságok, előállítás, alkalmazás. Szén-dioxid

Csak körülbelül 0,04% szén-dioxid található a levegőben. Főleg növényi és állati szövetek bomlásakor, valamint szén és fa elégetésekor kerül a levegőbe.

A növények szabályozhatják bolygónk légkörének oxigén- és szén-dioxid-tartalmát. A víz és a napfény hatására a növényi sejtekben lévő szén-dioxid keményítővé, valamint sok más tápanyaggá alakul. A növényeknek is lélegezniük kell az élethez. Ezért ők felszívja az oxigént és szén-dioxidot bocsát ki. De a keményítőképződés folyamata során sokkal több oxigént bocsátanak ki, mint amennyit légzéskor felvesznek. De a keményítő képződése során a növényvilág sokkal több szén-dioxidot szív fel, mint amennyit kilélegzik.

Ennélfogva, meg kell védenünk az erdőket és az egész növényvilágot bolygónkon, mert állandó szén-dioxid- és oxigéntartalmat tartanak fenn a természetben.

A szén-dioxid előnyei és ártalmai

A szén-dioxid nagyon hasznos az ember számára, részt vesz a szövetek oxigénellátásában és a szabályozásban emberi légzési folyamatok.

A CO2 nagymértékben befolyásolja az éghajlatot. Az anyagcsere is lehetetlen nélküle. Ez mindenki kedvenc szénsavas italának nélkülözhetetlen összetevője.

Viszont kárt okozhat. A szervezet szén-dioxiddal való túltelítettsége óriási károkat okoz az emberben, és halált is okozhat.

(IV), szén-dioxid vagy szén-dioxid. Ezt szénsavanhidridnek is nevezik. Teljesen színtelen, szagtalan, savanyú ízű gáz. A szén-dioxid nehezebb a levegőnél, és vízben rosszul oldódik. -78 Celsius fok alatti hőmérsékleten kikristályosodik, és olyan lesz, mint a hó.

Ez az anyag gáz halmazállapotból szilárd halmazállapotúvá válik, mivel folyékony halmazállapotban nem létezhet légköri nyomáson. A szén-dioxid sűrűsége normál körülmények között 1,97 kg/m3 - 1,5-szer nagyobb A szilárd formájú szén-dioxidot „szárazjégnek” nevezik. Folyékony halmazállapotúvá válik, amelyben a nyomás növekedésével sokáig tárolható. Nézzük meg közelebbről ezt az anyagot és kémiai szerkezetét.

A szén-dioxid, amelynek képlete CO2, szénből és oxigénből áll, és szerves anyagok égése vagy bomlása eredményeként keletkezik. A szén-monoxid a levegőben és a föld alatti ásványforrásokban található. Az emberek és az állatok is szén-dioxidot bocsátanak ki kilégzéskor. A fény nélküli növények ezt felszabadítják és a fotoszintézis során intenzíven felszívják. Az összes élőlény sejtjeinek anyagcsere-folyamatainak köszönhetően a szén-monoxid a környező természet egyik fő összetevője.

Ez a gáz nem mérgező, de ha nagy koncentrációban halmozódik fel, fulladás (hiperkapnia) kezdődhet, hiányával pedig az ellenkező állapot - hipokapnia - alakul ki. A szén-dioxid átereszti és visszaveri az infravörös sugárzást. Ez az, ami közvetlenül befolyásolja a globális felmelegedést. Ez annak köszönhető, hogy a légkörben lévő tartalma folyamatosan növekszik, ami üvegházhatáshoz vezet.

A szén-dioxidot iparilag füst- vagy kemencegázokból, illetve dolomit és mészkőkarbonátok lebontásával állítják elő. Ezeknek a gázoknak a keverékét kálium-karbonátból álló speciális oldattal alaposan mossuk. Ezután bikarbonáttá alakul, és hevítés közben lebomlik, ami szén-dioxid felszabadulását eredményezi. A szén-dioxid (H2CO3) vízben oldott szén-dioxidból keletkezik, de modern körülmények között más, fejlettebb módszerekkel is előállítják. A szén-dioxid tisztítása után összenyomják, lehűtik és hengerekbe szivattyúzzák.

Az iparban ezt az anyagot széles körben és univerzálisan használják. Az élelmiszergyártók kelesztőként (például tésztakészítéshez) vagy tartósítószerként (E290) használják. A szén-dioxid segítségével különféle erősítő italok, üdítők készülnek, amelyeket nem csak a gyerekek, hanem a felnőttek is annyira szeretnek. A szén-dioxidot szódabikarbóna, sör, cukor és habzóborok előállításához használják.

A szén-dioxidot hatékony tűzoltó készülékek gyártásához is használják. A szén-dioxid segítségével aktív közeg jön létre, amely a hegesztőív magas hőmérsékletén szükséges, a szén-dioxid oxigénre és szén-monoxidra bomlik. Az oxigén kölcsönhatásba lép a folyékony fémmel és oxidálja azt. A kannákban lévő szén-dioxidot légfegyverekben és pisztolyokban használják.

A repülőgépmodellezők ezt az anyagot üzemanyagként használják modelljeikhez. A szén-dioxid segítségével jelentősen növelheti az üvegházban termesztett növények hozamát. Széles körben használják az iparban is, ahol az élelmiszerek sokkal jobban megőrződnek. Hűtőközegként használják hűtőszekrényekben, fagyasztókban, elektromos generátorokban és más hőerőművekben.

A múlt században különféle tanulmányokat végeztek a CO 2 emberi szervezetre gyakorolt ​​hatásáról. A 60-as években O. V. Eliseeva tudós disszertációjában részletes tanulmányt készített arról, hogy a 0,1% (1000 ppm) és 0,5% (5000 ppm) közötti koncentrációjú szén-dioxid hogyan hat az emberi szervezetre, és arra a következtetésre jutott, hogy a rövid távú belélegzés A szén-dioxid ilyen koncentrációja egészséges embereknél a külső légzés, a vérkeringés és az agy elektromos aktivitásának jelentős romlását okozza. Javaslatai szerint a lakó- és középületek levegőjének CO 2 -tartalma nem haladhatja meg a 0,1%-ot (1000 ppm), az átlagos CO 2 -tartalom pedig körülbelül 0,05% (500 ppm).

A szakemberek tudják, hogy közvetlen kapcsolat van a CO 2 koncentráció és a fülledtség érzése között. Ez az érzés egészséges emberben már 0,08% (azaz 800 ppm) szinten jelentkezik. Bár a modern irodákban ez nagyon gyakran 2000 ppm vagy több. És előfordulhat, hogy az ember nem érzi a CO 2 veszélyes hatásait. Ha beteg emberről beszélünk, az érzékenységének küszöbe még jobban megnő.

A fiziológiai megnyilvánulások függését a levegő CO2-tartalmától a táblázat mutatja:

CO 2 szint, ppm	Fiziológiai megnyilvánulások az emberben
Légköri levegő 380-400	Ideális az egészséghez és a jó közérzethez.
400-600	Normál mennyiség. Gyerekszobákba, hálószobákba, irodákba, iskolákba és óvodákba ajánljuk.
600-1000	Vannak panaszok a levegő minőségével kapcsolatban. Az asztmás betegeknél gyakoribbak lehetnek a rohamok.
1000 felett	Általános kényelmetlenség, gyengeség, fejfájás, a koncentráció harmadára csökken, és nő a munkahibák száma. Negatív elváltozásokhoz vezethet a vérben, és megjelenhetnek a légzőrendszeri és keringési problémák is.
2000 felett	Nagyon megnő a munkahelyi hibák száma, a munkavállalók 70%-a nem tud a munkára koncentrálni.

A megemelkedett szén-dioxid-koncentrációjú belélegzés (hiperkapnia) főbb változásai a központi idegrendszerben jelentkeznek, és ezek fázisos jellegűek: először az idegképződmények ingerlékenységének növekedése, majd csökkenése. A kondicionált reflexaktivitás romlása 2%-hoz közeli koncentrációban figyelhető meg - csökken az agy légzőközpontjának ingerlékenysége, csökken a tüdő szellőző funkciója, a szervezet homeosztázisát (a belső környezet egyensúlyát) megzavarják akár károsítók is. sejtek vagy a receptorok irritációja egy bizonyos anyag nem megfelelő szintjével. Ha pedig a szén-dioxid-tartalom eléri az 5%-ot, akkor az agy kiváltott potenciáljainak amplitúdója jelentősen csökken, a spontán elektroencefalogram ritmusa deszinkronizálódik az agy elektromos aktivitásának további gátlásával.

Mi történik pontosan, ha megnő a szervezetbe kerülő levegő CO 2 koncentrációja? Növekszik a CO 2 parciális nyomása az alveolusokban, nő a vérben való oldhatósága, és gyenge szénsav képződik (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), amely viszont H +-ra és HCCO3-ra bomlik. . A vér savassá válik, amit tudományosan gázacidózisnak neveznek. Minél magasabb a CO 2 koncentrációja a belélegzett levegőben, annál alacsonyabb a vér pH-ja és annál savasabb.

Amikor az acidózis elkezdődik, a szervezet először úgy védekezik, hogy növeli a bikarbonát koncentrációját a vérplazmában, amint azt számos biokémiai vizsgálat bizonyítja. Az acidózis kompenzálására a vesék intenzíven választanak ki H+-t és megtartják a HCSO 3 -ot. Ezután más pufferrendszerek és a test másodlagos biokémiai reakciói bekapcsolódnak. Mivel a gyenge savak, köztük a szénsav (H 2 CO 3 ) enyhén oldódó vegyületeket (CaCO 3) képezhetnek fémionokkal, ezért kövek formájában rakódnak le, elsősorban a vesékben.

Carl Schafer, az amerikai haditengerészet orvosi kutatólaboratóriumának tagja a különböző koncentrációjú szén-dioxid tengerimalacokra gyakorolt ​​hatásait vizsgálta. A rágcsálókat nyolc hétig 0,5%-os CO 2 -on tartottuk (az oxigén 21%-nál volt normális), ezt követően jelentős vese meszesedést mutattak. Még azután is megfigyelték, hogy a tengerimalacokat hosszabb ideig alacsonyabb – 0,3% CO 2 (3000 ppm) – koncentrációnak tették ki. De ez még nem minden. Shafer és munkatársai csontok demineralizációját tapasztalták sertéseknél nyolc hét 1%-os CO 2 expozíció után, valamint szerkezeti változásokat a tüdőben. A kutatók úgy tekintették ezeket a betegségeket, mint a szervezet alkalmazkodását a megemelkedett CO 2 -szintnek való krónikus expozícióhoz.

A hosszú távú hypercapnia (fokozott CO 2 ) sajátossága a hosszú távú negatív következményei. A légköri légzés normalizálódása ellenére az emberi szervezetben már régóta megfigyelhető a vér biokémiai összetételének megváltozása, az immunológiai állapot csökkenése, a fizikai stresszel és egyéb külső hatásokkal szembeni ellenállás.

Következtetés - a negatív következmények elkerülése érdekében ellenőrizni kell a belélegzett levegő szén-dioxid-tartalmát. Egy modern és megbízható készülék tökéletes erre a célra.

Mindenki tudja, hogy a növények képesek nagy mennyiségű oxigént termelni a fotoszintézis során, és cserébe felszívják a szén-dioxidot. Ez a földi összes élőlény levegőcseréjének terméke, beleértve a növényeket is. Ezenkívül széles körben használják az élet különböző területein, és szorosan zárt helyiségekben is felhalmozódik, ami az egészségre káros dózisok belélegzésének veszélyét okozza. Ennek az anyagnak a nagy koncentrációja szén-dioxid-mérgezést okoz.

A szén-dioxid és alkalmazásai

A szén-dioxid a szén-dioxid (CO2) kémiai vegyület, amely a szénsav anhidridje. A légkörben folyamatosan 0,03%-on belül van jelen, az ember által kilélegzett levegőben koncentrációja körülbelül 4%.

A szén-dioxid és a víz kölcsönhatása következtében instabil szénsav képződik. A gáz a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• Szinte nincs szaga, színe, bizonyos nyomáson folyékony halmazállapotúvá alakulhat át, majd párolgáskor hófehér masszává alakul, amely préselve az úgynevezett „szárazjég” alapját képezi.
• Nem gyúlékony (amit tűzoltó berendezésekben használnak), és nyomás alatt vízben is képes feloldódni (így készülnek a szénsavas italok).

A CO2 sokrétű tulajdonságai a kohászatban és a vegyiparban, hűtőkamrákban, tüzek oltásánál és hegesztési munkáknál találtak alkalmazást.

Magas koncentrációban a vegyület mérgező és mérgezést okozhat.

Hogyan lehet szén-dioxidtól mérgezni?

Kis mennyiségű szén-dioxid mindig jelen van a környezeti levegőben. Az ember számára biztonságos koncentráció természetes környezetben 0,03-0,2%. Vannak azonban bizonyos feltételek, amelyek mellett a CO2-szint megemelkedhet:

1. Az ozokerit- és szénbányák helyiségeiben. Ott megengedett a CO2-tartalom 0,5%-os szintre emelése. Ha a szint emelkedik és az oxigénszint csökken, elkerülhetetlen a mérgezés.
2. Egyéb ipari helyiségekben - cukorgyárak telítési kazánjaiban, csatorna- és vízellátó hálózatok ellenőrző kútjaiban, sörfőzdék fermentációs osztályaiban. Az ilyen vállalkozások alkalmazottai másoknál nagyobb valószínűséggel vannak kitéve ittasságnak.
3. Szakmai tevékenységgel kapcsolatban gyakori érintkezéssel a „szárazjéggel”.
4. Technológia megsértése légcsererendszerek telepítése során tengeralattjárókban, metró helyiségeiben, víz alatti oceanográfiai állomásokon, búvárfelszerelésben.
5. Ritkán szellőző helyeken, ahol nagyszámú ember van (például iskolai tantermekben vagy fülledt irodákban, különösen, ha az ablakokon műanyag keretek vannak), enyhe mérgezés léphet fel.

A nagy dózisú CO2 károsítja a légutakat, de irritálhatja a nyálkahártyát és a bőrt is (például szárazjég érintése súlyos égési sérülést okozhat).

Az akut mérgezés jelei a mérgezés mértékétől és a szén-dioxid koncentrációjától függően változhatnak.

Akut szén-dioxid-mérgezés jelei

A szén-dioxid-mérgezés tüneteinek súlyossága a belélegzett levegőben lévő gáz szintjétől függ.

Enyhe fokozat

Ha a gázkoncentráció 2% felett van, a mérgezés megnyilvánul:

• általános gyengeség;
• fokozott álmosság;
• fejfájás.

Átlagos végzettség

5-8%-os beltartalmi szinten a légutak nyálkahártyája és a látószervek irritálódnak, a testhőmérséklet csökken, a vérnyomás emelkedik, a légzés gyakoribbá és mélyül. Mindehhez társul:

• hányinger;
• légszomj;
• szívverés;
• hőérzet;
• fejfájás;
• szédülés;
• túlzott ingerlékenység;
• fülzúgás.

Súlyos fokozat

A 3%-nál nagyobb CO2-koncentráció zárt, 13,6%-os oxigéntartalmú környezetben fulladást okozhat, a nagyobb dózisok pedig halálosnak minősülnek, és légzésleállás miatti halálhoz vezethetnek. Ha azonban azonnali segítséget nyújtanak az áldozatnak, még súlyos fokú ittasság esetén is, lehetséges a gyógyulás ebből az állapotból, bár súlyos következményekkel jár. Általában megjelennek:

• retrográd amnézia;
• szorító érzés a mellkasban;
• általános gyengeség;
• fejfájás és egyéb mellékhatások.

A súlyos mérgezés következményei gyakran tüdőgyulladás vagy bronchitis.

Hogyan lehet segíteni az áldozaton

A szén-dioxid-mérgezés elsősegélynyújtása a halál megelőzése érdekében az alábbiak szerint történjen:

1. Mindenekelőtt a nyilvánvaló mérgezési jelekkel rendelkező áldozatot ki kell vinni a friss levegőre, és meg kell szabadítania a légzést korlátozó ruházattól.
2. Súlyos esetekben tiszta oxigén belégzésére lehet szükség.
3. Ha a mérgezett személy tachycardiában és egyéb szívbetegségben szenved, szív- és érrendszeri gyógyszerekkel végzett tüneti terápia szükséges.
4. Ha gázmérgezés miatt a légzés leáll, mesterséges lélegeztetés válik szükségessé.

A CO2-mérgezés halálos esetei rendkívül ritkák, és általában a veszélyes munkavégzés során bekövetkező biztonsági megsértésekkel járnak.

Hogyan lehet megelőzni a szén-dioxid-mérgezést

A mérgezés megelőzésének legfontosabb feltétele az olyan potenciálisan veszélyes helyiségek rendszeres szellőztetése, ahol a szén-dioxid felhalmozódhat:

• pincék és pincék;
• Zöldségek vagy gyümölcsök tárolására szolgáló kádak és gödrök;
• bármilyen zárt tartály vagy kutak.

A veszélyes gázok felhalmozódásának elkerülése érdekében a pincéket, pincéket és egyéb földalatti helyiségeket szellőzőrendszerekkel (legalább egyszerű szellőzőkkel vagy kipufogócsövekkel) kell felszerelni.

A CO2-mérgezés megelőzése

Vízellátó vagy csatornakutakban végzett munka során be kell tartania a következő biztonsági szabályokat:

• A kutakba csak speciális felszerelésben (gázálarc) menjen le.
• A kútba való leereszkedéskor legalább egy alkalmazottnak vagy bármely második személynek a tetején kell maradnia, aki szükség esetén képes mentőt és sürgősségi orvosi ellátást hívni.
• A levegőhiány első jelére a földön maradó alkalmazottaknak tájékoztatniuk kell a búvárokat és búvárokat arról, hogy növelni kell a levegő befecskendezését felszerelésükbe, és ha fulladás tüneteit észlelik, hagyják abba a munkát, és emelést igényelnek.
• A nagy létszámú helyiségek légkondicionálásáért felelősöknek (pedagógusok, háztartásvezetők, egészségügyi dolgozók) gondoskodniuk kell a tantermek, irodák, előadótermek, kórházi osztályok rendszeres és megfelelő szellőztetéséről.

Modern módszerek a felesleges CO2 kezelésére a mindennapi életben

A modern energiatakarékos technológiák, amelyek nem teszik lehetővé a helyiségek gyakori szellőzését (például a „téli-nyári” klímaberendezések használata), arra kényszerítették a nyugati feltalálókat, hogy új módszereket találjanak a felesleges szén-dioxid eltávolítására a fülledt helyiségekből. Azoknak a vizsgálatoknak köszönhetően, amelyek megerősítették ennek a gáznak az egyén munkaképességére és általános közérzetére gyakorolt ​​káros hatásait, megállapították a beltéri helyiségekben megengedett legnagyobb CO2-koncentrációt.

Később feltalálták a CO2-elnyelőket (vagy abszorbereket), amelyeket jelenleg aktívan használnak, amelyek képesek jelentősen csökkenteni a szintjét. Egy ilyen fülledt helyiségbe szerelt nedvszívó minimális karbantartást igényel, kevés áramot fogyaszt, de garantáltan 15 évig egészséges, tisztított levegővel látja el a kiszolgált területet.

Amint már említettük, a szén-dioxid-mérgezés miatti halálesetek rendkívül ritkák, de ez nem jelenti azt, hogy biztonságos. Ezért óvintézkedéseket kell tenni, ha ezzel az anyaggal vagy olyan területeken dolgozik, ahol felhalmozódhat.

MEGHATÁROZÁS

Szén-dioxid (szén-dioxid) normál körülmények között színtelen, a levegőnél körülbelül 1,5-szer nehezebb gáz, aminek köszönhetően folyadékként önthető egyik edényből a másikba.

1 liter CO 2 tömege normál körülmények között 1,98 g A szén-dioxid oldhatósága vízben csekély: 1 térfogatrész 20 o C-os víz 0,88 térfogatrész CO 2-t old, 0 o C-on pedig 1,7 térfogatrész.

Körülbelül 0,6 MPa nyomáson a szén-dioxid szobahőmérsékleten folyadékká alakul. A folyékony szén-dioxidot acélpalackokban tárolják. Ha gyorsan kiöntjük a hengerből, a párolgás következtében annyi hő nyelődik el, hogy a CO 2 tömör, fehér hószerű masszává alakul, amely olvadás nélkül -78,5 o C-on szublimál.

A CO 2 vizes oldatának savanyú íze van, és enyhén savas reakciója van, mivel az oldatban kis mennyiségű szénsav H 2 CO 3 van jelen, amely reverzibilis reakció eredményeként képződik:

CO 2 + H 2 O↔H 2 CO 3.

A szén-dioxid néhány tulajdonságát az alábbi táblázat mutatja be:

Szén-dioxid termelése

A szén-dioxid kis mennyiségben a savak karbonátokra gyakorolt ​​hatására keletkezik:

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

Ipari méretekben a CO 2 főként az ammóniaszintézis folyamatának melléktermékeként keletkezik:

CH4+2H20=CO2+4H2;

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

Ezenkívül nagy mennyiségű szén-dioxid keletkezik a mészkő elégetésével:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

A szén-dioxid kémiai tulajdonságai

A szén-dioxid savas tulajdonságokat mutat: reakcióba lép lúgokkal és ammónia-hidráttal. Csökkentett aktív fémek, hidrogén, szén.

CO 2 + NaOH híg = NaHCO 3 ;

CO 2 + 2NaOH konc = 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 = CH4 + 2H 2O (t = 200 o C, kat. 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.

A szén-dioxid alkalmazása

A szén-dioxidot ammónia-kloridos módszerrel szódagyártásban, karbamid szintézisére, szénsavsók előállítására, valamint gyümölcs- és ásványvizek és egyéb italok szénsavasítására használják.

A „szárazjégnek” nevezett szilárd szén-dioxidot romlandó élelmiszerek hűtésére, fagylalt előállítására és tartósítására, valamint sok más olyan esetben használják, amikor alacsony hőmérsékletre van szükség.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

2. PÉLDA

Gyakorlat	Mekkora térfogatú és tömegű szén-dioxid szabadul fel a 45,4 g tömegű kalcium-karbonát hőbomlása során?
Megoldás	Írjuk fel a kalcium-karbonát termikus bomlásának egyenletét: CaCO 3 = CaO + CO 2. Nézzük meg a kalcium-karbonát mennyiségét: n (CaCO 3) = m (CaCO 3) / M (CaCO 3); M(CaCO 3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3 x Ar(O) = 40 + 12 + 3 × 16 = 100 g/mol; n(CaCO 3) = 45,4/100 = 0,454 mol. Az n(CaCO 3) : n(CO 2) = 1:1 reakcióegyenlet szerint tehát n(CaCO3)=n(CO2)=0,454 mol. Számítsuk ki a felszabaduló szén-dioxid tömegét és térfogatát: 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.
Válasz	A szén-dioxid tömege 20 g, térfogata 10,2 liter.