Каква е качествената реакция на въглеродния диоксид? Химични и физични свойства на въглеродния диоксид

Взаимодействието на въглерода с въглеродния диоксид протича според реакцията

Разглежданата система се състои от две фази - твърд въглерод и газ (f = 2). Три взаимодействащи вещества са свързани помежду си с едно уравнение на реакцията, следователно броят на независимите компоненти k = 2. Съгласно правилото за фазата на Гибс, броят на степените на свобода на системата ще бъде равен на

C = 2 + 2 – 2 = 2.

Това означава, че равновесните концентрации на CO и CO 2 са функции на температурата и налягането.

Реакцията (2.1) е ендотермична. Следователно, според принципа на Le Chatelier, повишаването на температурата измества равновесието на реакцията в посока на образуването на допълнително количество CO.

Когато протича реакция (2.1), се изразходва 1 mol CO 2, който при нормални условия има обем 22400 cm 3, и 1 mol твърд въглерод с обем 5,5 cm 3. В резултат на реакцията се образуват 2 мола CO, чийто обем при нормални условия е 44800 cm 3.

От горните данни за промяната в обема на реагентите по време на реакцията (2.1) следва:

1. Разглежданата трансформация е придружена от увеличаване на обема на взаимодействащите вещества. Следователно, в съответствие с принципа на Льо Шателие, повишаването на налягането ще насърчи реакцията към образуване на CO2.
2. Промяната в обема на твърдата фаза е незначителна в сравнение с промяната в обема на газа. Следователно, за хетерогенни реакции, включващи газообразни вещества, можем да приемем с достатъчна точност, че промяната в обема на взаимодействащите вещества се определя само от броя на моловете газообразни вещества от дясната и лявата страна на уравнението на реакцията.

Равновесната константа на реакцията (2.1) се определя от израза

Ако вземем графит като стандартно състояние при определяне на активността на въглерода, тогава C = 1

Числената стойност на равновесната константа на реакцията (2.1) може да се определи от уравнението

Данните за влиянието на температурата върху стойността на константата на равновесието на реакцията са дадени в таблица 2.1.

Таблица 2.1– Стойности на равновесната константа на реакцията (2.1) при различни температури

От дадените данни става ясно, че при температура около 1000K (700 o C) равновесната константа на реакцията е близка до единица. Това означава, че в областта на умерените температури реакцията (2.1) е почти напълно обратима. При високи температури реакцията протича необратимо към образуване на CO, а при ниски температури в обратна посока.

Ако газовата фаза се състои само от CO и CO 2, изразяващи парциалните налягания на взаимодействащите вещества чрез техните обемни концентрации, уравнение (2.4) може да се редуцира до формата

В промишлени условия CO и CO 2 се получават в резултат на взаимодействието на въглерода с кислорода във въздуха или взрива, обогатен с кислород. В същото време в системата се появява още един компонент - азот. Въвеждането на азот в газовата смес влияе върху съотношението на равновесните концентрации на CO и CO 2 по начин, подобен на намаляването на налягането.

От уравнение (2.6) става ясно, че съставът на равновесната газова смес е функция на температурата и налягането. Следователно решението на уравнение (2.6) се интерпретира графично с помощта на повърхност в триизмерно пространство в координати T, Ptot и (%CO). Възприемането на такава зависимост е трудно. Много по-удобно е да се изобрази под формата на зависимост на състава на равновесна смес от газове от една от променливите, като вторият от параметрите на системата е постоянен. Като пример, Фигура 2.1 показва данни за влиянието на температурата върху състава на равновесната газова смес при Ptot = 10 5 Pa.

Като се има предвид известният начален състав на газовата смес, може да се прецени посоката на реакцията (2.1), като се използва уравнението

Ако налягането в системата остане непроменено, съотношението (2.7) може да се сведе до вида

Фигура 2.1– Зависимост на равновесния състав на газовата фаза за реакцията C + CO 2 = 2CO от температурата при P CO + P CO 2 = 10 5 Pa.

За газова смес, чийто състав съответства на точка а на фигура 2.1, . При което

и G > 0. По този начин точките над кривата на равновесието характеризират системи, чийто подход към състоянието на термодинамично равновесие протича чрез реакцията

По подобен начин може да се покаже, че точките под кривата на равновесието характеризират системи, които се доближават до равновесното състояние чрез реакция

Преди да разгледаме химичните свойства на въглеродния диоксид, нека разберем някои характеристики на това съединение.

Главна информация

Това е най-важният компонент на газираната вода. Именно това придава на напитките свежест и пенливо качество. Това съединение е киселинен, солеобразуващ оксид. въглеродният диоксид е 44 g/mol. Този газ е по-тежък от въздуха, така че се натрупва в долната част на помещението. Това съединение е слабо разтворимо във вода.

Химични свойства

Нека разгледаме накратко химичните свойства на въглеродния диоксид. При взаимодействие с вода се образува слаба въглена киселина. Почти веднага след образуването, той се дисоциира на водородни катиони и карбонатни или бикарбонатни аниони. Полученото съединение реагира с активни метали, оксиди, а също и с основи.

Какви са основните химични свойства на въглеродния диоксид? Реакционните уравнения потвърждават киселинния характер на това съединение. (4) способни да образуват карбонати с основни оксиди.

Физични свойства

При нормални условия това съединение е в газообразно състояние. Когато налягането се увеличи, той може да се преобразува в течно състояние. Този газ е безцветен, без мирис и има леко кисел вкус. Втечненият въглероден диоксид е безцветна, прозрачна, силно подвижна киселина, подобна по външни параметри на етер или алкохол.

Относителното молекулно тегло на въглеродния диоксид е 44 g/mol. Това е почти 1,5 пъти повече от въздуха.

Ако температурата падне до -78,5 градуса по Целзий, се получава образуване, подобно на твърдостта на креда. Когато това вещество се изпари, се образува газ въглероден окис (4).

Качествена реакция

Когато се разглеждат химичните свойства на въглеродния диоксид, е необходимо да се подчертае неговата качествена реакция. Когато този химикал взаимодейства с варовита вода, се образува мътна утайка от калциев карбонат.

Кавендиш успя да открие такива характерни физични свойства на въглеродния окис (4), като разтворимост във вода, както и високо специфично тегло.

Лавоазие провежда изследване, в което се опитва да изолира чист метал от оловен оксид.

Химичните свойства на въглеродния диоксид, разкрити в резултат на такива изследвания, станаха потвърждение на редуциращите свойства на това съединение. Лавоазие успява да получи метал чрез калциниране на оловен оксид с въглероден оксид (4). За да се увери, че второто вещество е въглероден окис (4), той прекарва варовита вода през газа.

Всички химични свойства на въглеродния диоксид потвърждават киселинния характер на това съединение. Това съединение се намира в достатъчни количества в земната атмосфера. При систематичното нарастване на това съединение в земната атмосфера е възможно сериозно изменение на климата (глобално затопляне).

Именно въглеродният диоксид играе важна роля в живата природа, тъй като този химикал участва активно в метаболизма на живите клетки. Именно това химично съединение е резултат от различни окислителни процеси, свързани с дишането на живите организми.

Въглеродният диоксид, съдържащ се в земната атмосфера, е основният източник на въглерод за живите растения. В процеса на фотосинтеза (на светлина) протича процесът на фотосинтеза, който е придружен от образуването на глюкоза и освобождаването на кислород в атмосферата.

Въглеродният диоксид не е токсичен и не подпомага дишането. При повишена концентрация на това вещество в атмосферата човек изпитва задържане на дъха и силно главоболие. В живите организми въглеродният диоксид има важно физиологично значение; например той е необходим за регулирането на съдовия тонус.

Характеристики на получаване

В индустриален мащаб въглеродният диоксид може да бъде отделен от димния газ. В допълнение, CO2 е страничен продукт от разлагането на доломит и варовик. Съвременните инсталации за производство на въглероден диоксид включват използването на воден разтвор на етанамин, който адсорбира газа, съдържащ се в димния газ.

В лабораторията въглеродният диоксид се отделя при реакцията на карбонати или бикарбонати с киселини.

Приложение на въглероден диоксид

Този киселинен оксид се използва в промишлеността като набухвател или консервант. На опаковката на продукта това съединение е посочено като E290. В течна форма въглеродният диоксид се използва в пожарогасители за гасене на пожари. Въглеродният окис (4) се използва за производство на газирана вода и лимонадни напитки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Въглероден двуокис(въглероден диоксид, въглероден анхидрид, въглероден диоксид) – въглероден оксид (IV).

Формула – CO 2. Моларна маса – 44 g/mol.

Химични свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид принадлежи към класа на киселинните оксиди, т.е. Когато взаимодейства с вода, той образува киселина, наречена въглена киселина. Въглеродната киселина е химически нестабилна и в момента на образуване веднага се разпада на компонентите си, т.е. Реакцията между въглероден диоксид и вода е обратима:

CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O (разтвор) ↔ H 2 CO 3 .

При нагряване въглеродният диоксид се разпада на въглероден оксид и кислород:

2CO 2 = 2CO + O 2.

Както всички киселинни оксиди, въглеродният диоксид се характеризира с реакции на взаимодействие с основни оксиди (образувани само от активни метали) и основи:

CaO + CO 2 = CaCO 3;

Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;

CO 2 + NaOH (разреден) = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH (конц.) = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Въглеродният диоксид не поддържа горенето, в него горят само активни метали:

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO (t);

CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).

Въглеродният диоксид реагира с прости вещества като водород и въглерод:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t, kat = Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t).

Когато въглеродният диоксид реагира с пероксиди на активни метали, се образуват карбонати и се отделя кислород:

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

Качествена реакция на въглероден диоксид е реакцията на взаимодействието му с варовита вода (мляко), т.е. с калциев хидроксид, в който се образува бяла утайка - калциев карбонат:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Физични свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид е газообразно вещество без цвят и мирис. По-тежки от въздуха. Термично стабилен. При компресиране и охлаждане лесно преминава в течно и твърдо състояние. Въглеродният диоксид в твърдо агрегатно състояние се нарича "сух лед" и лесно се сублимира при стайна температура. Въглеродният диоксид е слабо разтворим във вода и частично реагира с нея. Плътност – 1.977 g/l.

Производство и използване на въглероден диоксид

Има промишлени и лабораторни методи за производство на въглероден диоксид. Така в промишлеността се получава чрез изгаряне на варовик (1), а в лабораторията чрез действието на силни киселини върху соли на въглена киселина (2):

CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O (2).

Въглеродният диоксид се използва в хранително-вкусовата (газирана лимонада), химическата (контрол на температурата при производството на синтетични влакна), металургичната (опазване на околната среда, като утаяване на кафяв газ) и други индустрии.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение	Какъв обем въглероден диоксид ще се отдели при действието на 200 g 10% разтвор на азотна киселина на 90 g калциев карбонат, съдържащ 8% примеси, неразтворими в киселина?
Решение	Моларни маси на азотна киселина и калциев карбонат, изчислени с помощта на таблицата на химичните елементи от D.I. Менделеев - съответно 63 и 100 g/mol. Нека напишем уравнението за разтваряне на варовик в азотна киселина: CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O. ω(CaCO 3) cl = 100% - ω добавка = 100% - 8% = 92% = 0,92. Тогава масата на чистия калциев карбонат е: m(CaCO 3) cl = m варовик × ω(CaCO 3) cl / 100%; m(CaCO 3) cl = 90 × 92 / 100% = 82,8 g. Количеството вещество калциев карбонат е равно на: n(CaCO 3) = m(CaCO 3) cl / M(CaCO 3); n(CaCO3) = 82,8 / 100 = 0,83 mol. Масата на азотната киселина в разтвор ще бъде равна на: m(HNO 3) = m(HNO 3) разтвор × ω(HNO 3) / 100%; m(HNO3) = 200 × 10 / 100% = 20 g. Количеството калциева азотна киселина е равно на: n(HNO3) = m(HNO3) / M(HNO3); n(HNO3) = 20 / 63 = 0,32 mol. Чрез сравняване на количествата вещества, които са реагирали, ние определяме, че азотната киселина е в недостиг, следователно, допълнителни изчисления се правят с помощта на азотна киселина. Съгласно уравнението на реакцията n(HNO3): n(CO2) = 2:1, следователно n(CO2) = 1/2×n(HNO3) = 0,16 mol. Тогава обемът на въглеродния диоксид ще бъде равен на: V(CO 2) = n(CO 2) × V m; V(CO 2 ) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.
Отговор	Обемът на въглеродния диоксид е 3,58 g.

Най-често срещаните процеси за образуване на това съединение са гниенето на животински и растителни останки, изгарянето на различни видове гориво и дишането на животни и растения. Например, един човек отделя около килограм въглероден диоксид в атмосферата на ден. Въглеродният оксид и диоксид могат да се образуват и в неживата природа. Въглеродният диоксид се отделя по време на вулканична дейност и може да се произвежда и от източници на минерална вода. Въглеродният диоксид се намира в малки количества в земната атмосфера.

Особеностите на химическата структура на това съединение му позволяват да участва в много химични реакции, чиято основа е въглеродният диоксид.

Формула

В съединението на това вещество четиривалентният въглероден атом образува линейна връзка с две кислородни молекули. Появата на такава молекула може да бъде представена по следния начин:

Теорията на хибридизацията обяснява структурата на молекулата на въглеродния диоксид по следния начин: двете съществуващи сигма връзки се образуват между sp орбиталите на въглеродните атоми и двете 2p орбитали на кислорода; Р-орбиталите на въглерода, които не участват в хибридизацията, са свързани във връзка с подобни орбитали на кислорода. В химичните реакции въглеродният диоксид се записва като: CO2.

Физични свойства

При нормални условия въглеродният диоксид е безцветен газ без мирис. Той е по-тежък от въздуха, поради което въглеродният диоксид може да се държи като течност. Например, може да се прелива от един съд в друг. Това вещество е слабо разтворимо във вода - около 0,88 литра CO 2 се разтварят в един литър вода при 20 ⁰C. Леко понижаване на температурата коренно променя ситуацията - 1,7 литра CO 2 могат да се разтворят в същия литър вода при 17⁰C. При силно охлаждане това вещество се утаява под формата на снежни люспи - образува се така нареченият „сух лед“. Това име идва от факта, че при нормално налягане веществото, заобикаляйки течната фаза, веднага се превръща в газ. Течният въглероден диоксид се образува при налягане малко над 0,6 MPa и при стайна температура.

Химични свойства

При взаимодействие със силни окислители 4-въглеродният диоксид проявява окислителни свойства. Типичната реакция на това взаимодействие е:

C + CO 2 = 2CO.

Така с помощта на въглища въглеродният диоксид се редуцира до неговата двувалентна модификация - въглероден оксид.

При нормални условия въглеродният диоксид е инертен. Но някои активни метали могат да изгорят в него, премахвайки кислорода от съединението и освобождавайки въглероден газ. Типична реакция е изгарянето на магнезий:

2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

По време на реакцията се образуват магнезиев оксид и свободен въглерод.

В химичните съединения CO 2 често проявява свойствата на типичен киселинен оксид. Например, той реагира с основи и основни оксиди. Резултатът от реакцията е солите на въглеродната киселина.

Например реакцията на съединение на натриев оксид с въглероден диоксид може да бъде представена по следния начин:

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3;

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3.

Разтвор на въглена киселина и СО2

Въглеродният диоксид във вода образува разтвор с малка степен на дисоциация. Този разтвор на въглероден диоксид се нарича въглена киселина. Безцветен е, слабо изразен и с кисел вкус.

Записване на химична реакция:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Равновесието се измества доста силно наляво - само около 1% от първоначалния въглероден диоксид се превръща във въглена киселина. Колкото по-висока е температурата, толкова по-малко молекули въглена киселина в разтвора. Когато съединението заври, то изчезва напълно и разтворът се разпада на въглероден диоксид и вода. Структурната формула на въглеродната киселина е представена по-долу.

Свойства на въглената киселина

Въглеродната киселина е много слаба. В разтвори той се разпада на водородни йони H + и съединения HCO 3 -. CO 3 - йони се образуват в много малки количества.

Въглеродната киселина е двуосновна, така че образуваните от нея соли могат да бъдат средни и кисели. В руската химическа традиция средните соли се наричат ​​карбонати, а силните соли се наричат ​​бикарбонати.

Качествена реакция

Един възможен начин за откриване на въглероден двуокис е да се промени прозрачността на варовия разтвор.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Този опит е известен от училищен курс по химия. В началото на реакцията се образува малко количество бяла утайка, която впоследствие изчезва, когато въглеродният диоксид преминава през водата. Промяната в прозрачността възниква, защото по време на процеса на взаимодействие неразтворимото съединение - калциев карбонат - се превръща в разтворимо вещество - калциев бикарбонат. Реакцията протича по този път:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.

Производство на въглероден диоксид

Ако трябва да получите малко количество CO2, можете да започнете реакцията на солна киселина с калциев карбонат (мрамор). Химическата нотация за това взаимодействие изглежда така:

CaCO3 + HCl = CaCl2 + H2O + CO2.

Също така за тази цел се използват реакции на горене на въглеродсъдържащи вещества, например ацетилен:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.

Използва се апарат на Kipp за събиране и съхраняване на полученото газообразно вещество.

За нуждите на промишлеността и селското стопанство мащабът на производството на въглероден диоксид трябва да бъде голям. Популярен метод за тази широкомащабна реакция е изгарянето на варовик, който произвежда въглероден диоксид. Реакционната формула е дадена по-долу:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Приложения на въглероден диоксид

Хранителната промишленост, след мащабно производство на „сух лед“, премина към принципно нов метод за съхранение на храна. Незаменим е при производството на газирани напитки и минерална вода. Съдържанието на CO 2 в напитките им придава свежест и значително увеличава трайността им. А карбидизацията на минералните води ви позволява да избегнете мухъл и неприятен вкус.

В готвенето често се използва методът за гасене на лимонена киселина с оцет. Отделяният при този процес въглероден диоксид придава пухкавост и лекота на сладкарските изделия.

Това съединение често се използва като хранителна добавка за увеличаване на срока на годност на хранителните продукти. Според международните стандарти за класификация на химическите добавки, съдържащи се в продуктите, той е кодиран с Е 290,

Прахообразният въглероден диоксид е едно от най-популярните вещества, включени в пожарогасителни смеси. Това вещество се намира и в пяната за пожарогасители.

Най-добре е въглеродният диоксид да се транспортира и съхранява в метални бутилки. При температури над 31⁰C налягането в цилиндъра може да достигне критично и течният CO 2 ще премине в свръхкритично състояние с рязко покачване на работното налягане до 7,35 MPa. Металният цилиндър може да издържи вътрешно налягане до 22 MPa, така че диапазонът на налягане при температури над тридесет градуса се счита за безопасен.

Енциклопедичен YouTube

• 1 / 5

  Въглеродният окис (IV) не поддържа горенето. В него горят само някои активни метали:

  2 M g + CO 2 → 2 M g O + C (\displaystyle (\mathsf (2Mg+CO_(2)\rightarrow 2MgO+C)))

  Взаимодействие с активен метален оксид:

  C a O + C O 2 → C a C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CaO+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3))))

  Когато се разтвори във вода, образува въглена киселина:

  C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CO_(2)+H_(2)O\rightleftarrows H_(2)CO_(3))))

  Реагира с алкали за образуване на карбонати и бикарбонати:

  C a (O H) 2 + C O 2 → C a C O 3 ↓ + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (Ca(OH)_(2)+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3)\downarrow +H_( 2)О)))(качествена реакция на въглероден диоксид) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))

  Биологичен

  Човешкото тяло отделя приблизително 1 kg въглероден диоксид на ден.

  Този въглероден диоксид се транспортира от тъканите, където се образува като един от крайните продукти на метаболизма, през венозната система и след това се екскретира в издишания въздух през белите дробове. По този начин съдържанието на въглероден диоксид в кръвта е високо във венозната система и намалява в капилярната мрежа на белите дробове и е ниско в артериалната кръв. Съдържанието на въглероден диоксид в кръвна проба често се изразява чрез парциално налягане, т.е. налягането, което дадено количество въглероден диоксид, съдържащо се в кръвна проба, би имало, ако само то заемаше целия обем на кръвната проба.

  Въглеродният диоксид (CO2) се транспортира в кръвта по три различни начина (точното съотношение на всеки от тези три транспортни метода зависи от това дали кръвта е артериална или венозна).

  Хемоглобинът, основният транспортиращ кислород протеин на червените кръвни клетки, е способен да транспортира както кислород, така и въглероден диоксид. Въглеродният диоксид обаче се свързва с хемоглобина на различно място от кислорода. Той се свързва с N-терминалните краища на глобиновите вериги, а не с хема. Въпреки това, поради алостерични ефекти, които водят до промяна в конфигурацията на молекулата на хемоглобина при свързване, свързването на въглероден диоксид намалява способността на кислорода да се свързва с него, при дадено парциално налягане на кислорода, и обратно - свързването на кислорода с хемоглобина намалява способността на въглеродния диоксид да се свързва с него при дадено парциално налягане на въглеродния диоксид. В допълнение, способността на хемоглобина да се свързва преференциално с кислород или въглероден диоксид също зависи от рН на околната среда. Тези характеристики са много важни за успешното усвояване и транспортиране на кислород от белите дробове в тъканите и успешното му освобождаване в тъканите, както и за успешното усвояване и транспортиране на въглероден диоксид от тъканите в белите дробове и освобождаването му там.

  Въглеродният диоксид е един от най-важните медиатори на авторегулацията на кръвния поток. Той е мощен вазодилататор. Съответно, ако нивото на въглероден диоксид в тъканите или кръвта се повиши (например поради интензивен метаболизъм - причинен, да речем, от упражнения, възпаление, увреждане на тъканите или поради запушване на кръвния поток, тъканна исхемия), тогава капилярите се разширяват , което води до увеличаване на притока на кръв и съответно до увеличаване на доставката на кислород до тъканите и транспортирането на натрупания въглероден диоксид от тъканите. В допълнение, въглеродният диоксид в определени концентрации (повишени, но все още не достигащи токсични стойности) има положителен инотропен и хронотропен ефект върху миокарда и повишава неговата чувствителност към адреналин, което води до увеличаване на силата и честотата на сърдечните контракции, сърдечната производителност и, като следствие, инсулт и минутен кръвен обем. Това също помага за коригиране на тъканната хипоксия и хиперкапния (повишени нива на въглероден диоксид).

  Бикарбонатните йони са много важни за регулирането на pH на кръвта и поддържането на нормален киселинно-алкален баланс. Честотата на дишане влияе върху съдържанието на въглероден диоксид в кръвта. Слабото или бавно дишане причинява респираторна ацидоза, докато бързото и прекалено дълбоко дишане води до хипервентилация и развитие на респираторна алкалоза.

  В допълнение, въглеродният диоксид също е важен за регулиране на дишането. Въпреки че тялото ни се нуждае от кислород за метаболизма, ниските нива на кислород в кръвта или тъканите обикновено не стимулират дишането (или по-скоро стимулиращият ефект на ниския кислород върху дишането е твърде слаб и се „включва“ късно, при много ниски нива на кислород в кръвта, при която човек често вече губи съзнание). Обикновено дишането се стимулира от повишаване на нивото на въглероден диоксид в кръвта. Дихателният център е много по-чувствителен към повишени нива на въглероден диоксид, отколкото към липса на кислород. Вследствие на това вдишването на много разреден въздух (с ниско парциално налягане на кислорода) или газова смес, която изобщо не съдържа кислород (например 100% азот или 100% азотен оксид), може бързо да доведе до загуба на съзнание, без да причинява чувство липса на въздух (защото нивото на въглероден диоксид не се повишава в кръвта, защото нищо не пречи на издишването му). Това е особено опасно за пилоти на военни самолети, летящи на големи височини (в случай на аварийно разхерметизиране на кабината, пилотите могат бързо да загубят съзнание). Тази особеност на системата за регулиране на дишането е и причината стюардесите в самолетите да инструктират пътниците в случай на разхерметизиране на кабината на самолета, преди всичко сами да си сложат кислородна маска, преди да се опитат да помогнат на някой друг - като направят това , помагащият рискува сам бързо да загуби съзнание и дори без да изпитва дискомфорт или нужда от кислород до последния момент.

  Човешкият дихателен център се опитва да поддържа парциалното налягане на въглеродния диоксид в артериалната кръв не по-високо от 40 mmHg. При съзнателна хипервентилация съдържанието на въглероден диоксид в артериалната кръв може да намалее до 10-20 mmHg, докато съдържанието на кислород в кръвта ще остане практически непроменено или ще се увеличи леко, а необходимостта от поемане на нов дъх ще намалее в резултат на намаляване в стимулиращия ефект на въглеродния диоксид върху дейността на дихателния център. Това е причината, поради която след период на съзнателна хипервентилация е по-лесно да задържите дъха си за дълго време, отколкото без предишна хипервентилация. Тази умишлена хипервентилация, последвана от задържане на дъха, може да доведе до загуба на съзнание, преди човекът да почувства необходимост да си поеме въздух. В безопасна среда подобна загуба на съзнание не заплашва нищо особено (след като загуби съзнание, човек ще загуби контрол над себе си, ще спре да задържа дъха си и ще поеме дъх, дишане, а с това и доставката на кислород към мозъка ще бъде възстановен и след това съзнанието ще бъде възстановено). Но в други ситуации, като например преди гмуркане, това може да бъде опасно (загуба на съзнание и необходимост от поемане на въздух ще настъпи на дълбочина и без съзнателен контрол водата ще навлезе в дихателните пътища, което може да доведе до удавяне). Ето защо хипервентилацията преди гмуркане е опасна и не се препоръчва.

  Касова бележка

  В промишлени количества въглеродният диоксид се отделя от димните газове или като страничен продукт от химични процеси, например по време на разлагането на естествени карбонати (варовик, доломит) или по време на производството на алкохол (алкохолна ферментация). Сместа от получените газове се промива с разтвор на калиев карбонат, който абсорбира въглероден диоксид, превръщайки се в бикарбонат. Разтворът на бикарбонат се разлага при нагряване или при понижено налягане, освобождавайки въглероден диоксид. В съвременните инсталации за производство на въглероден диоксид, вместо бикарбонат, по-често се използва воден разтвор на моноетаноламин, който при определени условия е способен да абсорбира CO₂, съдържащ се в димния газ, и да го освобождава при нагряване; Това отделя готовия продукт от другите вещества.

  Въглеродният диоксид също се произвежда в инсталациите за разделяне на въздуха като страничен продукт от производството на чист кислород, азот и аргон.

  В лабораторията малки количества се получават чрез взаимодействие на карбонати и бикарбонати с киселини, като мрамор, креда или сода със солна киселина, като се използва например апарат на Kipp. Използването на реакцията на сярна киселина с креда или мрамор води до образуването на слабо разтворим калциев сулфат, който пречи на реакцията и който се отстранява чрез значителен излишък от киселина.

  За приготвяне на напитки може да се използва реакцията на сода за хляб с лимонена киселина или кисел лимонов сок. Именно в тази форма се появяват първите газирани напитки. Фармацевтите се занимаваха с тяхното производство и продажба.

  Приложение

  В хранително-вкусовата промишленост въглеродният диоксид се използва като консервант и набухвател и се обозначава на опаковката с кода E290.

  Устройството за подаване на въглероден диоксид към аквариума може да включва резервоар за газ. Най-простият и най-разпространеният метод за производство на въглероден диоксид се основава на дизайна за приготвяне на каша от алкохолна напитка. По време на ферментацията отделеният въглероден диоксид може да осигури храна за аквариумните растения

  Въглеродният диоксид се използва за газиране на лимонада и газирана вода. Въглеродният диоксид също се използва като защитна среда при заваряване на тел, но при високи температури той се разлага и освобождава кислород. Отделеният кислород окислява метала. В тази връзка е необходимо да се въведат дезоксидиращи агенти като манган и силиций в заваръчната тел. Друго следствие от влиянието на кислорода, също свързано с окисляването, е рязкото намаляване на повърхностното напрежение, което води, наред с други неща, до по-интензивно разпръскване на метал, отколкото при заваряване в инертна среда.

  Съхраняването на въглероден диоксид в стоманен цилиндър във втечнено състояние е по-изгодно, отколкото под формата на газ. Въглеродният диоксид има относително ниска критична температура от +31°C. Около 30 kg втечнен въглероден диоксид се излива в стандартен 40-литров цилиндър и при стайна температура в цилиндъра ще има течна фаза и налягането ще бъде приблизително 6 MPa (60 kgf / cm²). Ако температурата е над +31 ° C, тогава въглеродният диоксид ще премине в свръхкритично състояние с налягане над 7,36 MPa. Стандартното работно налягане за обикновен 40-литров цилиндър е 15 MPa (150 kgf / cm²), но той трябва безопасно да издържа на налягане 1,5 пъти по-високо, тоест 22,5 MPa, така че работата с такива бутилки може да се счита за доста безопасна.

  Твърдият въглероден диоксид - "сух лед" - се използва като хладилен агент в лабораторни изследвания, в търговията на дребно, по време на ремонт на оборудване (например: охлаждане на една от свързващите части по време на пресоване) и т.н. Въглеродният диоксид се използва за втечняване въглероден диоксид и произвеждат инсталации за сух лед

  Методи за регистрация

  Измерването на парциалното налягане на въглеродния диоксид е необходимо в технологичните процеси, в медицинските приложения - анализ на дихателни смеси по време на изкуствена вентилация и в затворени системи за поддържане на живота. Анализът на концентрацията на CO 2 в атмосферата се използва за екологични и научни изследвания, за изследване на парниковия ефект. Въглеродният диоксид се записва с помощта на газови анализатори, базирани на принципа на инфрачервената спектроскопия и други газови измервателни системи. Медицински газов анализатор за записване на съдържанието на въглероден диоксид в издишания въздух се нарича капнограф. За измерване на ниски концентрации на CO 2 (както и) в технологичните газове или в атмосферния въздух може да се използва метод за газова хроматография с метанатор и регистрация на пламъчно-йонизационен детектор.

  Въглероден диоксид в природата

  Годишните колебания в концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата на планетата се определят главно от растителността на средните ширини (40-70 °) на Северното полукълбо.

  В океана се разтваря голямо количество въглероден диоксид.

  Въглеродният диоксид съставлява значителна част от атмосферите на някои планети в Слънчевата система: Венера, Марс.

  Токсичност

  Въглеродният диоксид е нетоксичен, но поради ефекта на повишените му концентрации във въздуха върху дишащите въздух живи организми, той се класифицира като задушлив газ (Английски)Руски. Леко повишаване на концентрацията до 2-4% на закрито води до сънливост и слабост у хората. За опасни концентрации се считат нива от около 7-10%, при които се развива задушаване, изразяващо се в главоболие, световъртеж, загуба на слуха и загуба на съзнание (симптоми, подобни на тези при височинна болест), в зависимост от концентрацията, за период от няколко минути до един час. Ако се вдиша въздух с висока концентрация на газ, смъртта настъпва много бързо от задушаване.

  Въпреки че всъщност дори концентрация от 5-7% CO 2 не е смъртоносна, вече при концентрация от 0,1% (това ниво на въглероден диоксид се наблюдава във въздуха на мегаполисите) хората започват да се чувстват слаби и сънливи. Това показва, че дори при високи нива на кислород, високата концентрация на CO 2 има силен ефект върху благосъстоянието.

  Вдишването на въздух с повишена концентрация на този газ не води до дълготрайни здравословни проблеми и след отстраняване на жертвата от замърсената атмосфера бързо настъпва пълно възстановяване на здравето.