Dioxid de carbon: proprietăți, producție, aplicare. Dioxid de carbon

Doar aproximativ 0,04% dioxidul de carbon se găsește în aer. Intră în principal în aer prin descompunerea țesuturilor vegetale și animale, precum și în timpul arderii cărbunelui și lemnului.

Plantele pot regla conținutul de oxigen și dioxid de carbon din atmosfera planetei noastre. Sub influența apei și a luminii solare, dioxidul de carbon din celulele plantelor este transformat în amidon, precum și în mulți alți nutrienți. De asemenea, plantele trebuie să respire pentru a trăi. Prin urmare ei absorb oxigenul și eliberează dioxid de carbon. Dar în timpul procesului de formare a amidonului, ei eliberează mult mai mult oxigen decât absorb atunci când respiră. Dar în timpul formării amidonului, lumea vegetală absoarbe mult mai mult dioxid de carbon decât expiră.

Prin urmare, trebuie să protejăm pădurile și întreaga floră pe planeta noastră, deoarece mențin un conținut constant de dioxid de carbon și oxigen în natură.

Beneficiile și daunele dioxidului de carbon

Dioxidul de carbon este foarte util pentru oameni, este implicat în furnizarea de oxigen a țesuturilor și în reglare procesele respiratorii umane.

CO2 influențează foarte mult clima. De asemenea, metabolismul este imposibil fără el. Aceasta este o componentă indispensabilă pentru băuturile carbogazoase preferate ale tuturor.

La rândul său, poate provoca rău. Suprasaturarea corpului cu dioxid de carbon provoacă daune enorme oamenilor și poate provoca moartea.

(IV), dioxid de carbon sau dioxid de carbon. Se mai numește și anhidridă carbonică. Este un gaz complet incolor, inodor, cu gust acru. Dioxidul de carbon este mai greu decât aerul și este puțin solubil în apă. La temperaturi sub - 78 de grade Celsius, se cristalizează și devine ca zăpada.

Această substanță trece de la starea gazoasă la starea solidă, deoarece nu poate exista în stare lichidă sub presiunea atmosferică. Densitatea dioxidului de carbon în condiții normale este de 1,97 kg/m3 - de 1,5 ori mai mare. Dioxidul de carbon în formă solidă se numește „gheață carbonică”. Devine o stare lichidă în care poate fi păstrată o perioadă lungă de timp atunci când presiunea crește. Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestei substanțe și a structurii sale chimice.

Dioxidul de carbon, a cărui formulă este CO2, constă din carbon și oxigen și se obține ca urmare a arderii sau degradarii substanțelor organice. Monoxidul de carbon se găsește în aer și în izvoarele minerale subterane. Oamenii și animalele emit și dioxid de carbon atunci când expiră. Plantele fără lumină îl eliberează și îl absorb intens în timpul fotosintezei. Datorită procesului metabolic al celulelor tuturor ființelor vii, monoxidul de carbon este una dintre componentele principale ale naturii înconjurătoare.

Acest gaz nu este toxic, dar dacă se acumulează în concentrații mari, poate începe sufocarea (hipercapnia), iar cu deficiența lui se dezvoltă starea opusă - hipocapnia. Dioxidul de carbon transmite și reflectă infraroșu. Este cea care afectează direct încălzirea globală. Acest lucru se datorează faptului că nivelul conținutului său în atmosferă crește constant, ceea ce duce la efectul de seră.

Dioxidul de carbon este produs industrial din fum sau gaze din cuptor sau prin descompunerea dolomitei și a carbonaților de calcar. Amestecul acestor gaze se spală bine cu o soluție specială constând din carbonat de potasiu. Apoi, se transformă în bicarbonat și se descompune atunci când este încălzit, rezultând eliberarea de dioxid de carbon. Dioxidul de carbon (H2CO3) se formează din dioxidul de carbon dizolvat în apă, dar în condiții moderne se obține și prin alte metode, mai avansate. După ce dioxidul de carbon este purificat, acesta este comprimat, răcit și pompat în cilindri.

În industrie, această substanță este utilizată pe scară largă și universal. Producătorii de alimente îl folosesc ca agent de dospire (de exemplu, pentru prepararea aluatului) sau ca conservant (E290). Cu ajutorul dioxidului de carbon se produc diverse băuturi tonice și suc, care sunt atât de iubite nu numai de copii, ci și de adulți. Dioxidul de carbon este folosit la producerea de bicarbonat de sodiu, bere, zahăr și vinuri spumante.

Dioxidul de carbon este, de asemenea, utilizat în producția de stingătoare eficiente. Cu ajutorul dioxidului de carbon se creează un mediu activ, care este necesar la temperaturi ridicate ale arcului de sudare, dioxidul de carbon se descompune în oxigen și monoxid de carbon. Oxigenul interacționează cu metalul lichid și îl oxidează. Dioxidul de carbon din conserve este folosit în pistoale și pistoale cu aer comprimat.

Modelerii de avioane folosesc această substanță drept combustibil pentru modelele lor. Cu ajutorul dioxidului de carbon, puteți crește semnificativ randamentul culturilor cultivate într-o seră. De asemenea, este utilizat pe scară largă în industrie în care produsele alimentare sunt conservate mult mai bine. Este folosit ca agent frigorific in frigidere, congelatoare, generatoare electrice si alte centrale termice.

În secolul trecut, au fost efectuate diverse studii privind efectul CO 2 asupra organismului uman. În anii '60, savantul O.V. Eliseeva, în disertația sa, a oferit un studiu detaliat al modului în care dioxidul de carbon în concentrații de 0,1% (1000 ppm) până la 0,5% (5000 ppm) afectează corpul uman și a ajuns la concluzia că inhalarea pe termen scurt de dioxid de carbon în aceste concentrații de către oamenii sănătoși provoacă modificări distincte în funcția de respirație externă, circulația sângelui și deteriorarea semnificativă a activității electrice a creierului. Conform recomandărilor sale, conținutul de CO 2 din aerul clădirilor rezidențiale și publice nu trebuie să depășească 0,1% (1000 ppm), iar conținutul mediu de CO 2 ar trebui să fie de aproximativ 0,05% (500 ppm).

Experții știu că există o legătură directă între concentrația de CO 2 și senzația de înfundare. Această senzație apare la o persoană sănătoasă deja la nivelul de 0,08% (adică 800 ppm). Deși în birourile moderne este foarte adesea 2000 ppm sau mai mult. Și o persoană poate să nu simtă efectele periculoase ale CO 2 . Când vorbim despre o persoană bolnavă, pragul sensibilității acestuia crește și mai mult.

Dependența manifestărilor fiziologice de conținutul de CO2 din aer este prezentată în tabel:

Nivel de CO2, ppm	Manifestări fiziologice la om
Aer atmosferic 380-400	Ideal pentru sănătate și bunăstare.
400-600	Suma normală. Recomandat pentru camerele copiilor, dormitoare, spatii de birouri, scoli si gradinite.
600-1000	Există plângeri cu privire la calitatea aerului. Persoanele cu astm pot avea crize mai frecvente.
Peste 1000	Disconfortul general, slăbiciune, cefaleea, concentrarea scade cu o treime, iar numărul de erori în muncă crește. Poate duce la modificări negative ale sângelui și pot apărea și probleme ale sistemului respirator și circulator.
Peste 2000	Numărul de erori la locul de muncă crește foarte mult; 70% dintre angajați nu se pot concentra asupra muncii.

Principalele modificări la inhalarea concentrațiilor crescute de dioxid de carbon (hipercapnie) apar în sistemul nervos central și sunt de natură fazică: mai întâi, o creștere și apoi o scădere a excitabilității formațiunilor nervoase. Deteriorarea activității reflexe condiționate se observă la concentrații apropiate de 2% - excitabilitatea centrului respirator al creierului scade, funcția ventilatorie a plămânilor scade, homeostazia (echilibrul mediului intern) al corpului este perturbată fie de deteriorarea celule sau prin iritarea receptorilor cu un nivel inadecvat al unei anumite substanţe. Și când conținutul de dioxid de carbon este de până la 5%, există o scădere semnificativă a amplitudinii potențialelor evocate ale creierului, desincronizarea ritmurilor electroencefalogramei spontane cu inhibarea suplimentară a activității electrice a creierului.

Ce se întâmplă exact când crește concentrația de CO 2 din aerul care intră în organism? Presiunea parțială a CO 2 în alveole crește, solubilitatea sa în sânge crește și se formează acid carbonic slab (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), care, la rândul său, se descompune în H + și HCCO3- . Sângele devine acid, ceea ce se numește științific acidoză gazoasă. Cu cât este mai mare concentrația de CO 2 în aerul pe care îl respirăm, cu atât pH-ul sângelui este mai scăzut și cu atât este mai acid.

Când începe acidoza, organismul se apără mai întâi prin creșterea concentrației de bicarbonat în plasma sanguină, așa cum demonstrează numeroase studii biochimice. Pentru a compensa acidoza, rinichii secretă intens H+ și rețin HCSO 3 -. Apoi sunt pornite alte sisteme tampon și reacții biochimice secundare ale corpului. Deoarece acizii slabi, inclusiv acidul carbonic (H 2 CO 3), pot forma compuși ușor solubili (CaCO 3) cu ionii metalici, aceștia se depun sub formă de calculi, în primul rând în rinichi.

Carl Schafer, membru al laboratorului de cercetare medicală al Marinei SUA, a studiat efectele diferitelor concentrații de dioxid de carbon asupra cobai. Rozatoarele au fost tinute pe 0,5% CO 2 timp de opt saptamani (oxigenul a fost normal la 21%), dupa care au prezentat calcificari renale semnificative. S-a observat chiar și după expunerea prelungită a cobaiului la concentrații mai mici - 0,3% CO 2 (3000 ppm). Dar asta nu este tot. Shafer și colegii săi au descoperit demineralizarea oaselor la porci după opt săptămâni de expunere la 1% CO 2 , precum și modificări structurale ale plămânilor. Cercetătorii au considerat aceste boli ca pe o adaptare a organismului la expunerea cronică la niveluri ridicate de CO2.

O caracteristică distinctivă a hipercapniei pe termen lung (creșterea CO 2 ) este consecințele sale negative pe termen lung. În ciuda normalizării respirației atmosferice, modificările compoziției biochimice a sângelui, o scădere a stării imunologice și rezistența la stres fizic și alte influențe externe au fost observate în corpul uman de mult timp.

Concluzie - pentru a evita consecințele negative, trebuie monitorizat conținutul de dioxid de carbon din aerul inhalat. Un dispozitiv modern și de încredere este perfect în acest scop.

Toată lumea știe că plantele au capacitatea de a produce cantități mari de oxigen în timpul fotosintezei și, în schimb, absorb dioxidul de carbon. Este un produs al schimbului de aer al tuturor viețuitoarelor de pe pământ, inclusiv al plantelor. În plus, este utilizat pe scară largă în diverse domenii ale vieții și, de asemenea, se acumulează în încăperi închise etanș, ceea ce creează pericolul inhalării de doze dăunătoare sănătății. Concentrațiile mari ale acestei substanțe provoacă otrăvire cu dioxid de carbon.

Dioxidul de carbon și aplicațiile sale

Dioxidul de carbon este compusul chimic dioxid de carbon (CO2), care este o anhidridă a acidului carbonic. Este prezent în mod constant în atmosferă în limita a 0,03%; în aerul expirat de o persoană, concentrația sa este de aproximativ 4%.

Ca rezultat al interacțiunii dioxidului de carbon cu apa, se formează acid carbonic instabil. Gazul are următoarele caracteristici:

• Nu are aproape miros sau culoare, sub o anumită presiune se poate transforma într-o stare lichidă, iar la evaporare, se transformă într-o masă albă ca zăpada, care, atunci când este presată, formează baza așa-numitei „gheață uscată”.
• Nu este inflamabil (care se folosește la dispozitivele de stingere a incendiilor) și se poate dizolva în apă sub presiune (așa se fac băuturile carbogazoase).

Diversele proprietăți ale CO2 și-au găsit aplicații în metalurgie și industria chimică, în camere frigorifice, la stingerea incendiilor și în timpul lucrărilor de sudare.

În concentrații mari, compusul este toxic și poate provoca otrăvire.

Cum poți fi otrăvit cu dioxid de carbon?

O cantitate mică de dioxid de carbon este întotdeauna prezentă în aerul ambiant. Concentrația sigură pentru oameni în mediul natural este de 0,03-0,2%. Cu toate acestea, există anumite condiții în care nivelurile de CO2 pot fi crescute:

1. În incinta minelor de ozokerită și cărbune. Acolo este permisă creșterea conținutului de CO2 la un nivel de 0,5%. Dacă nivelul crește și nivelul de oxigen scade, otrăvirea este inevitabilă.
2. În alte spații industriale - în interiorul cazanelor de saturație la fabricile de zahăr, puțurile de inspecție ale rețelelor de canalizare și alimentare cu apă, departamentele de fermentație ale fabricilor de bere. Angajații unor astfel de întreprinderi sunt mai susceptibili decât alții de a fi expuși la intoxicație.
3. Cu contact frecvent cu „gheața carbonică” în legătură cu activitățile profesionale.
4. În cazul încălcării tehnologiei în timpul instalării sistemelor de schimb de aer în submarine, spații de metrou, la stațiile oceanografice subacvatice, în echipamentele scafandrilor.
5. În zonele rar ventilate, cu un număr mare de persoane (de exemplu, în sălile de clasă de la școală sau birourile înfundate, în special cu rame de plastic pe ferestre), poate apărea un grad ușor de otrăvire.

O doză mare de CO2 dăunează sistemului respirator, dar poate, de asemenea, irita mucoasele și pielea (de exemplu, atingerea gheții carbonizate poate provoca o arsură gravă).

Semnele intoxicației acute pot varia în funcție de gradul de intoxicație și de concentrația de dioxid de carbon.

Semne de intoxicație acută cu dioxid de carbon

Severitatea simptomelor intoxicației cu dioxid de carbon depinde de nivelul de gaz din aerul inhalat.

Grad ușor

Când concentrația de gaz este peste 2%, otrăvirea se manifestă:

• slăbiciune generală;
• somnolență crescută;
• durere de cap.

Gradul mediu

La un nivel de conținut de 5 până la 8%, membranele mucoase ale tractului respirator și ale organelor de vedere sunt iritate, temperatura corpului scade, tensiunea arterială crește, respirația devine mai frecventă și se adâncește. Toate acestea sunt însoțite de:

• greaţă;
• dificultăți de respirație;
• bătăile inimii;
• senzație de căldură;
• durere de cap;
• ameţeală;
• excitabilitate excesivă;
• tinitus.

Grad sever

Concentrațiile de CO2 mai mari de 3% într-un mediu închis cu 13,6% oxigen pot provoca asfixiere, iar dozele mai mari sunt considerate letale și pot duce la deces din cauza stopului respirator. Cu toate acestea, dacă victimei i se acordă măsuri imediate de asistență, chiar și cu un grad sever de intoxicație, recuperarea din această stare este posibilă, deși cu consecințe grave. Ele apar de obicei:

• amnezie retrogradă;
• senzație de strângere în piept;
• slăbiciune generală;
• dureri de cap și alte efecte reziduale.

Consecințele otrăvirii severe includ adesea pneumonia sau bronșita.

Cum să ajuți victima

Primul ajutor pentru otrăvirea cu dioxid de carbon pentru a preveni moartea ar trebui acordat după cum urmează:

1. În primul rând, trebuie să scoateți victima cu semne evidente de ebrietate la aer curat și să o eliberați de îmbrăcăminte care restricționează respirația.
2. În cazuri severe, poate fi necesară inhalarea de oxigen pur.
3. Dacă persoana otrăvită are tahicardie și alte tulburări cardiace, este necesară terapia simptomatică cu medicamente cardiovasculare.
4. Când respirația se oprește din cauza intoxicației cu gaz, respirația artificială devine necesară.

Cazurile fatale de otrăvire cu CO2 sunt extrem de rare și sunt de obicei asociate cu încălcări ale siguranței în timpul muncii periculoase.

Cum să preveniți otrăvirea cu dioxid de carbon

Cea mai importantă condiție pentru prevenirea intoxicației este ventilarea regulată a unor astfel de încăperi potențial periculoase în care se poate acumula dioxid de carbon:

• subsoluri si pivnite;
• cuve și gropi destinate depozitării legumelor sau fructelor;
• orice recipiente sau puțuri închise.

Pentru a evita acumularea de gaze periculoase, pivnițele, pivnițele și alte încăperi subterane ar trebui să fie echipate cu sisteme de ventilație (cel puțin simple orificii de aerisire sau țevi de evacuare).

Prevenirea intoxicației cu CO2

Când lucrați în puțuri de alimentare cu apă sau de canalizare, trebuie să urmați următoarele reguli de siguranță:

• Coborâți în puțuri numai cu echipamente speciale (măști de gaze).
• La coborârea în fântână, cel puțin un angajat sau orice a doua persoană trebuie să rămână în vârf, capabilă să cheme salvatorii și îngrijiri medicale de urgență dacă este necesar.
• La primul semn de lipsă de aer, angajații care rămân la sol ar trebui să informeze scafandrii și scafandrii cu privire la necesitatea creșterii injecției de aer în echipamentul lor și, dacă prezintă simptome de sufocare, întrerupe lucrul și necesită ridicare.
• Responsabilii cu aerul condiționat în încăperile cu un număr mare de persoane (profesori, manageri de menaj, personal medical) trebuie să asigure o ventilație regulată și adecvată a sălilor de clasă, birourilor, sălilor de spectacol și a secțiilor spitalicești.

Modalități moderne de a face față excesului de CO2 în viața de zi cu zi

Tehnologiile moderne de economisire a energiei care nu permit ventilarea frecventă a încăperilor (de exemplu, utilizarea aparatelor de aer condiționat „Iarnă-Vară”) i-au forțat pe inventatorii occidentali să găsească noi modalități de a elimina excesul de dioxid de carbon din încăperile înfundate. Datorită studiilor care au confirmat efectele nocive ale acestui gaz asupra capacității de muncă și a bunăstării generale a unei persoane, au fost stabilite concentrațiile maxime admise de CO2 pentru spațiile interioare.

Mai târziu, au fost inventate absorbantele (sau absorbantele) de CO2 și sunt acum utilizate activ, capabile să-și reducă semnificativ nivelul. Un astfel de absorbant, instalat într-o cameră înfundată, necesită întreținere minimă, consumă puțină energie electrică, dar este garantat să ofere zonei deservite aer sănătos și purificat timp de 15 ani.

După cum sa menționat deja, cazurile de deces prin intoxicație cu dioxid de carbon sunt extrem de rare, dar acest lucru nu înseamnă că este sigur. Prin urmare, trebuie luate măsuri de precauție atunci când lucrați cu această substanță sau în zonele în care se poate acumula.

DEFINIȚIE

dioxid de carbon (dioxid de carbon)în condiții normale, este un gaz incolor, de aproximativ 1,5 ori mai greu decât aerul, datorită căruia poate fi turnat ca un lichid dintr-un vas în altul.

Masa a 1 litru de CO 2 în condiții normale este de 1,98 g. Solubilitatea dioxidului de carbon în apă este scăzută: 1 volum de apă la 20 o C dizolvă 0,88 volume de CO 2, iar la 0 o C - 1,7 volume.

Sub o presiune de aproximativ 0,6 MPa, dioxidul de carbon se transformă în lichid la temperatura camerei. Dioxidul de carbon lichid este stocat în cilindri de oțel. Când este turnat rapid din cilindru, este absorbită atât de multă căldură din cauza evaporării încât CO 2 se transformă într-o masă solidă, albă, asemănătoare zăpezii, care, fără a se topi, se sublimează la -78,5 o C.

O soluție de CO 2 în apă are un gust acru și are o reacție ușor acidă datorită prezenței în soluție a unor cantități mici de acid carbonic H 2 CO 3, formate ca urmare a unei reacții reversibile:

CO2 + H20↔H2CO3.

Unele proprietăți ale dioxidului de carbon sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Producerea de dioxid de carbon

Dioxidul de carbon este produs în cantități mici prin acțiunea acizilor asupra carbonaților:

CaC03 + 2HCI = CaCI2 + H2O + CO2.

La scară industrială, CO 2 este produs în principal ca produs secundar în procesul de sinteză a amoniacului:

CH4 + 2H20 = C02 + 4H2;

CO + H2O = CO2 + H2.

În plus, cantități mari de dioxid de carbon sunt produse prin arderea calcarului:

CaCO3 = CaO + CO2.

Proprietățile chimice ale dioxidului de carbon

Dioxidul de carbon prezintă proprietăți acide: reacționează cu alcalii și hidratul de amoniac. Redus de metale active, hidrogen, carbon.

CO2 + NaOH diluat = NaHC03;

CO2 + 2NaOH conc = Na2C03 + H20;

CO2 + Ba(OH)2 = BaC03 + H20;

CO2 + BaC03 + H20 = Ba(HC03)2;

CO2 + NH3xH20 = NH4HCO3;

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H20 (t = 200 oC, cat. Cu20);

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

C02 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO2 + 5Ca = CaC2 + 4CaO (t = 500 o C);

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

Aplicarea dioxidului de carbon

Dioxidul de carbon este utilizat la producerea sifonului prin metoda clorurii de amoniac, pentru sinteza ureei, pentru producerea sărurilor de acid carbonic, precum și pentru carbonatarea fructelor și a apelor minerale și a altor băuturi.

Dioxidul de carbon solid numit „gheață uscată” este folosit pentru răcirea alimentelor perisabile, pentru producerea și conservarea înghețatei și în multe alte cazuri în care sunt necesare temperaturi scăzute.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Ce volum și masă de dioxid de carbon vor fi eliberate în timpul descompunerii termice a carbonatului de calciu cu o greutate de 45,4 g?
Soluţie	Să scriem ecuația pentru descompunerea termică a carbonatului de calciu: CaCO3 = CaO + CO2. Să aflăm cantitatea de carbonat de calciu: n(CaC03) = m(CaC03)/M(CaC03); M(CaCO3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 40 + 12 + 3×16 = 100 g/mol; n(CaC03) = 45,4/100 = 0,454 mol. Conform ecuației reacției n(CaCO 3) : n(CO 2) = 1: 1, deci n(CaC03) = n(C02) = 0,454 mol. Să calculăm masa și volumul de dioxid de carbon eliberat: V(CO 2) = V m ×n(CO 2) = 22,4 × 0,454 = 10,2 l; m(C02) = n(C02)× M(C02); M(C02) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12 + 2×16 = 44 g/mol; m(CO 2) = 0,454 × 44 = 20 g.
Răspuns	Masa de dioxid de carbon este de 20 g, volumul este de 10,2 litri.