Якісна реакція на со2. Навчально-методичний посібник

Вуглець

Елемент вуглець 6 З знаходиться у 2-му періоді, в головній підгрупі IV групи ПС.

Валентні можливості вуглецю обумовлені будовою зовнішнього електронного шару його атома в основному та в збудженому стані:

Перебуваючи в основному стані, атом вуглецю може утворити два ковалентні зв'язки по обмінному механізму та один донорно-акцепторний зв'язок, використовуючи вільну орбіталь. Однак у більшості сполук атоми вуглецю перебувають у збудженому стані та виявляють валентність IV.

Найбільш характерні ступені окислення вуглецю: у сполуках з більш електронегативними елементами +4 (рідше +2); у з'єднаннях з менш електронегативними елементами -4.

Знаходження у природі

Вміст вуглецю в земній корі 0,48% за масою. Вільний вуглець знаходиться у вигляді алмазу та графіту. Основна маса вуглецю зустрічається у вигляді природних карбонатів, а також у горючих копалин: торфі, вугіллі, нафті, природному газі (суміш метану та його найближчих гомологів). В атмосфері та гідросфері вуглець знаходиться у вигляді вуглекислого газу 2 (у повітрі 0,046% за масою).

CaCO 3 – вапняк, крейда, мармур, ісландський шпат

CaCO 3 ∙MgCO 3 – доломіт

SiC – карборунд

CuCO 3 ∙ Cu(OH) 2 – малахіт

Фізичні властивості

Алмазмає атомні кристалічні грати, тетраедричне розташування атомів у просторі (валентний кут дорівнює 109°), дуже твердий, тугоплавкий, діелектрик, безбарвний, прозорий, погано проводить теплоту.

Графітмає атомну кристалічну решітку, його атоми розташовані шарами по вершинах правильних шестикутників (валентний кут 120°), темно-сірий, непрозорий, з металевим блиском, м'який, жирний на дотик, проводить тепло та електричний струм, як і алмаз має дуже високі температури плавлення (3700 ° С) і кипіння (4500 ° С). Довжина зв'язку вуглець-вуглець в алмазі (0,537 нм) більша, ніж у графіті (0,142 нм). Щільність алмазу більша, ніж графіту.

Карбін – лінійний полімер, складається з ланцюжків двох типів: –C≡C–C≡C– або =С=С=С=С=, валентний кут дорівнює 180°, порошок чорного кольору, напівпровідник.

Фулерени– кристалічні речовини чорного кольору з металевим блиском, складаються з порожнистих кулястих молекул (має молекулярну будову) складу 60 , 70 та ін. Атоми вуглецю на поверхні молекул з'єднані між собою в правильні п'ятикутники і шестикутники.

Алмаз Графіт Фуллерени

Хімічні властивості

Вуглець - малоактивний, на холоді реагує лише з фтором; хімічна активність проявляється за високих температур.

Оксиди вуглецю

Вуглець утворює несолетворний оксид СО і Солеутворюючий оксид СО 2 .

Оксид вуглецю (II) СО, чадний газ, монооксид вуглецю- газ без кольору та запаху, малорозчинний у воді, отруйний. Зв'язок у молекулі потрійний, дуже міцний. Для чадного газу характерні відновлювальні властивості в реакціях із простими та складними речовинами.

CuO + CO = Cu + CO 2

Fe 2 O 3 + 3CO = 2FeO + 3CO 3

2CO + O 2 = 2CO 2

CO + Cl 2 = COCl 2

CO + H 2 O = H 2 + CO 2

Оксид вуглецю (II) реагує з Н 2 , NaOH і метанолом:

CO + 2H 2 = CH 3 OH

CO + NaOH = HCOONa

CO + CH 3 OH = CH 3 COOH

Одержання чадного газу

1) У промисловості (у газогенераторах):

C + O 2 = CO 2 + 402 кДж, потім CO 2 + C = 2CO - 175 кДж

З + Н 2 О = СО + Н 2 - Q,

2) В лабораторії- термічним розкладанням мурашиної чи щавлевої кислоти у присутності H 2 SO4(конц.):

HCOOH → H2O + CO

H 2 C 2 O 4 → CO + CO 2 + H2O

Оксид вуглецю (IV) СО 2 , вуглекислий газ, діоксид вуглецю- газ без кольору, запаху і смаку, розчинний у воді, у великих кількостях викликає задуху, під тиск перетворюється на білу тверду масу - «сухий лід», який використовується для охолодження продуктів, що швидко псуються.

Молекула 2 неполярна, має лінійну будову O = C = O.

Отримання

1. Термічним розкладанням солей вугільної кислоти (карбонатів). Випалення вапняку – у промисловості:

CaCO 3 → CaO + CO 2

2. Дією сильних кислот на карбонати та гідрокарбонати – у лабораторії:

CaCO 3 (мармур) + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2

Способи збирання

витісненням повітря

3. Згоряння вуглецевмісних речовин:

СН 4 + 2О 2 → 2H 2 O + CO 2

4. При повільному окисленні у біохімічних процесах (дихання, гниття, бродіння)

Хімічні властивості

1) З водою дає неміцну вугільну кислоту:

СО 2 + Н 2 Про ↔ Н 2 СО 3

2) Реагує з основними оксидами та основами, утворюючи солі вугільної кислоти

Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 (надлишок) → NaHCO 3

3) При підвищеній температурі може виявляти окислювальні властивості – окислює метали

З 2 + 2Mg → 2MgO + C

4) Реагує з пероксидами та надпероксидами:

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

4KO 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + 2O 2

Якісна реакція на вуглекислий газ

Помутніння вапняної води Ca(OH) 2 рахунок утворення білого осаду – нерозчинної солі CaCO 3:

Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓+ H 2 O

Вугільна кислота

Н 2 3 існує тільки в розчинах, нестійка, слабка, двоосновна, дисоціює ступінчасто, утворює середні (карбонати) і кислі (гідрокарбонати) солі, розчин 2 у воді забарвлює лакмус не в червоний, а в рожевий колір.

Хімічні властивості

1) з активними металами

H 2 CO 3 + Ca = CaCO 3 + H 2

2) з основними оксидами

H 2 CO 3 + CaO = CaCO 3 + H 2 O

3) з основами

H 2 CO 3 (ха) + NaOH = NaHCO 3 + H 2 O

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

4) Дуже неміцна кислота – розкладається

Н 2 СО 3 = Н 2 О + СО 2

Солі вугільної кислоти одержують з використанням СО 2:

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

CO 2 + KOH = KHCO 3

або щодо реакції обміну:

K 2 CO 3 + BaCl 2 = 2KCl + BaCO 3

При взаємодії у водному розчині з СО 2 карбонати перетворюються на гідрокарбонати:

Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3

CаCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

Навпаки, при нагріванні (або під дією лугів) гідрокарбонати перетворюються на гідрокарбонати:

2NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

KHCO 3 + KOH = K 2 CO 3 + H 2 O

Карбонати лужних металів (крім літію) до нагрівання стійкі, карбонати інших металів при нагріванні розкладаються:

MgCO = MgO + CO 2

Особливо легко розкладаються амонійні солі вугільної кислоти:

(NH 4) 2 CO 3 = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O

NH 4 HCO 3 = NH 3 + CO 2 + H 2 O

Застосування

Вуглецьвикористовують для отримання сажі, коксу, металів з руд, мастильних матеріалів, в медицині, як поглинач газів, для виготовлення наконечників свердлів (алмаз).

Na 2 CO 3 ∙10H 2 O – кристалічна сода (кальцинована сода); використовується для одержання мила, скла, барвників, сполук натрію;

NaHCO 3 – питна сода; використовується у харчовій промисловості;

CaCO 3 використовується в будівництві, для отримання СО 2 СаО;

K 2 CO 3 - поташ;використовується для одержання скла, мила, добрив;

CO – як відновник, паливо;

2 – для зберігання продуктів харчування, газування води, виробництва соди, цукру.

Перш ніж розглядати хімічні властивості вуглекислого газу, з'ясуємо деякі характеристики цієї сполуки.

Загальні відомості

Є найважливішим компонентом газованої води. Саме він надає напоям свіжості, ігристості. Ця сполука є кислотним, солеутворюючим оксидом. вуглекислого газу становить 44 г/моль. Цей газ важчий за повітря, тому накопичується в нижній частині приміщення. Ця сполука погано розчиняється у воді.

Хімічні властивості

Розглянемо хімічні властивості вуглекислого газу коротко. При взаємодії із водою відбувається утворення слабкої вугільної кислоти. Вона практично відразу після утворення дисоціює на катіони водню та аніони карбонату або гідрокарбонату. Отримана сполука вступає у взаємодію з активними металами, оксидами, а також з лугами.

Якими є основні хімічні властивості вуглекислого газу? Рівняння реакцій підтверджують кислотний характер цієї сполуки. (4) здатний утворювати карбонати із основними оксидами.

Фізичні властивості

За нормальних умов дане з'єднання знаходиться в газоподібному стані. У разі підвищення тиску можна перевести його до рідкого стану. Цей газ не має кольору, позбавлений запаху, має незначний кислий смак. Зріджена вуглекислота є безбарвною, прозорою, легкорухливою кислотою, аналогічною за своїми зовнішніми властивостями ефіру чи спирту.

Відносна молекулярна маса вуглекислого газу становить 44 г/моль. Це практично в 1,5 рази більше, ніж у повітря.

У разі зниження температури до -78,5 градусів за Цельсієм відбувається освіта. Він за своєю твердістю аналогічний крейді. При випаровуванні цієї речовини утворюється газоподібний оксид вуглецю (4).

Якісна реакція

Розглядаючи хімічні властивості вуглекислого газу, необхідно виділити його якісну реакцію. При взаємодії цієї хімічної речовини з вапняною водою відбувається утворення каламутного осаду карбонату кальцію.

Кавендішу вдалося виявити такі характерні фізичні властивості оксиду вуглецю (4), як розчинність у воді, а також висока питома вага.

Лавуазьє було проведено в ході якого він намагався з оксиду винця виділити чистий метал.

Виявлені внаслідок подібних досліджень хімічні властивості вуглекислого газу стали підтвердженням відновлювальних властивостей цієї сполуки. Лавуазьє при прожарюванні окису свинцю з оксидом вуглецю (4) зумів отримати метал. Для того щоб переконатися в тому, що друга речовина є оксидом вуглецю (4), він пропустив вапняну воду через газ.

Усі хімічні властивості вуглекислого газу підтверджують кислотний характер цієї сполуки. У земній атмосфері ця сполука міститься у достатній кількості. При систематичному зростанні в земній атмосфері цієї сполуки можлива серйозна зміна клімату (глобальне потепління).

Саме діоксид вуглецю відіграє важливу роль у живій природі, адже ця хімічна речовина бере активну участь у метаболізмі живих клітин. Саме ця хімічна сполука є результатом різноманітних окислювальних процесів, пов'язаних із диханням живих організмів.

Вуглекислий газ, що міститься у земній атмосфері, є основним джерелом вуглецю для живих рослин. У процесі фотосинтезу відбувається процес фотосинтезу, який супроводжується утворенням глюкози, виділенням в атмосферу кисню.

Діоксид вуглецю не має токсичних властивостей, він не підтримує дихання. При підвищеній концентрації цієї речовини в атмосфері у людини виникає затримка дихання, з'являються сильні біль голови. У живих організмах вуглекислий газ має важливе фізіологічне значення, наприклад, необхідний регуляції судинного тонусу.

Особливості отримання

У промислових масштабах вуглекислоту можна виділяти із димового газу. Крім того, СО2 є побічним продуктом розкладання доломіту вапняку. Сучасні установки для виробництва вуглекислого газу передбачають використання водного розчину етанаміну, що адсорбує газ, що міститься в димовому газі.

У лабораторії діоксид вуглецю виділяють при взаємодії карбонатів або гідрокарбонатів із кислотами.

Застосування вуглекислого газу

Даний кислотний оксид застосовується в промисловості як розпушувач або консервант. На упаковці продукції дане з'єднання вказується як Е290. У рідкому вигляді вуглекислоту використовують у вогнегасниках для гасіння пожеж. Оксид вуглецю (4) використовують для одержання газованої води та лимонадних напоїв.

Взаємодія вуглецю з вуглекислим газом протікає реакції

Розглянута система і двох фаз – твердого вуглецю і газу (f = 2). Три взаємодіючі речовини пов'язані між собою одним рівнянням реакції, отже, кількість незалежних компонентів k = 2. Згідно з правилом фаз Гіббса число ступенів свободи системи дорівнюватиме

С = 2 + 2 - 2 = 2 .

Це означає, що рівноважні концентрації СО і 2 є функціями температури і тиску.

Реакція (2.1) є ендотермічною. Тому згідно з принципом Ле Шательє підвищення температури зміщує рівновагу реакції у напрямку утворення додаткової кількості СО.

При протіканні реакції (2.1) витрачається 1 моль 2 , який за нормальних умов має об'єм 22400 см 3 і 1 моль твердого вуглецю об'ємом 5,5 см 3 . В результаті реакції утворюється 2 молячи СО, обсяг яких за нормальних умов дорівнює 44800 см 3 .

З наведених вище даних про зміну обсягу реагентів при перебігу реакції (2.1) випливає:

1. Розглянуте перетворення супроводжується збільшенням обсягу взаємодіючих речовин. Тому відповідно до принципу Ле Шательє підвищення тиску сприятиме перебігу реакції у напрямку утворення СО 2 .
2. Зміна обсягу твердої фази зневажливо мало порівняно зі зміною обсягу газу. Тому для гетерогенних реакцій за участю газоподібних речовин з достатньою точністю можна вважати, що зміна обсягу взаємодіючих речовин визначається лише кількістю молей газоподібних речовин у правій та лівій частинах рівняння реакції.

Константа рівноваги реакції (2.1) визначається з виразу

Якщо як стандартний стан щодо активності вуглецю прийняти графіт, то а С = 1

Чисельне значення константи рівноваги реакції (2.1) можна визначити з рівняння

Дані щодо впливу температури на величину константи рівноваги реакції наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1– Значення константи рівноваги реакції (2.1) за різних температур

З даних видно, що з температурі близько 1000К (700 про З) константа рівноваги реакції близька до одиниці. Це означає, що в області помірної температури реакція (2.1) практично повністю оборотна. При високих температурах реакція незворотно протікає у бік освіти СО, а при низьких температурах у зворотному напрямку.

Якщо газова фаза складається тільки з СО і СО 2 , виразивши парціальний тиск взаємодіючих речовин через їх об'ємні концентрації, рівняння (2.4) можна привести до вигляду

У промислових умовах СО і 2 отримують в результаті взаємодії вуглецю з киснем повітря або дуття, збагаченого киснем. При цьому у системі з'являється ще один компонент – азот. Введення азоту в газову суміш впливає на співвідношення рівноважних концентрацій СО і 2 аналогічно зменшенню тиску.

З рівняння (2.6) видно, що склад рівноважної газової суміші є функцією температури та тиску. Тому рішення рівняння (2.6) графічно інтерпретується за допомогою поверхні в тривимірному просторі в координатах Т, P заг (%СО). Сприйняття такої залежності утруднене. Значно зручніше зображати її у вигляді залежності складу рівноважної суміші газів від однієї зі змінних за сталості другого з параметрів системи. Як приклад на малюнку 2.1 наведено дані про вплив температури на склад рівноважної газової суміші при P заг = 105 Па.

При відомому вихідному складі суміші газів судити про напрям протікання реакції (2.1) можна за допомогою рівняння

Якщо тиск у системі залишається незмінним, співвідношення (2.7) можна привести до вигляду

Малюнок 2.1– Залежність рівноважного складу газової фази для реакції С + СО 2 = 2СО від температури при P CO +P CO 2 = 10 5 Па.

Для газової суміші, склад якої відповідає точці на малюнку 2.1, . При цьому

а G > 0. Таким чином, точки вище рівноважної кривої характеризують системи, наближення яких до стану термодинамічної рівноваги протікає по реакції

Аналогічним чином можна показати, що точки нижче рівноважної кривої характеризують системи, які наближаються до рівноважного стану реакції

Енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Оксид вуглецю (IV) не підтримує горіння. У ньому горять лише деякі активні метали:

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

  Взаємодія з оксидом активного металу:

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

  При розчиненні у воді утворює вугільну кислоту:

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

  Реагує з лугами з утворенням карбонатів та гідрокарбонатів:

  Ca (OH) 2 + CO 2 → Ca CO 3 ↓ + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (Ca(OH)_(2)+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3)\downarrow +H_( 2) O)))(Якісна реакція на вуглекислий газ) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))

  Біологічні

  Організм людини виділяє приблизно 1 кг вуглекислого газу на добу.

  Цей вуглекислий газ переноситься від тканин, де він утворюється як один з кінцевих продуктів метаболізму, за венозною системою і потім виділяється з повітрям, що видихається, через легені. Таким чином, вміст вуглекислого газу в крові велике у венозній системі, і зменшується в капілярній мережі легень, і мало в артеріальній крові. Вміст вуглекислого газу в пробі крові часто виражають у термінах парціального тиску, тобто тиску, який мав би міститься в пробі крові в даній кількості вуглекислий газ, якби весь обсяг проби крові займав тільки він .

  Вуглекислий газ (CO 2 ) транспортується в крові трьома різними способами (точне співвідношення кожного з цих трьох способів транспортування залежить від того, чи є кров артеріальною або венозною).

  Гемоглобін, основний кисень-транспортуючий білок еритроцитів крові, здатний транспортувати як кисень, так і вуглекислий газ. Однак вуглекислий газ зв'язується з гемоглобіном в іншому місці, ніж кисень. Він зв'язується з N-термінальними кінцями ланцюгів глобіну, а не з гемом. Однак завдяки алостеричним ефектам, які призводять до зміни конфігурації молекули гемоглобіну при зв'язуванні, зв'язування вуглекислого газу знижує здатність кисню до зв'язування з ним же, при даному парціальному тиску кисню, і навпаки - зв'язування кисню з гемоглобіном знижує здатність вуглекислого газу. при цьому парціальному тиску вуглекислого газу. Крім цього, здатність гемоглобіну до переважного зв'язування з киснем або вуглекислим газом залежить також і від pH середовища. Ці особливості дуже важливі для успішного захоплення та транспортування кисню з легень у тканині та його успішного вивільнення в тканинах, а також для успішного захоплення та транспортування вуглекислого газу з тканин у легені та його вивільнення там.

  Вуглекислий газ є одним із найважливіших медіаторів ауторегуляції кровотоку. Він є потужним вазодилататором. Відповідно, якщо рівень вуглекислого газу в тканині або в крові підвищується (наприклад, внаслідок інтенсивного метаболізму - викликаного, скажімо, фізичним навантаженням, запаленням, пошкодженням тканин, або внаслідок утруднення кровотоку, ішемії тканини), то капіляри розширюються, що призводить до збільшення кровотоку та відповідно до збільшення доставки до тканин кисню і транспорту з тканин вуглекислоти, що накопичилася. Крім того, вуглекислий газ у певних концентраціях (підвищених, але ще не досягають токсичних значень) надає позитивну інотропну та хронотропну дію на міокард і підвищує його чутливість до адреналіну, що призводить до збільшення сили та частоти серцевих скорочень, величини серцевого викиду і, як наслідок , ударного та хвилинного об'єму крові. Це також сприяє корекції тканинної гіпоксії та гіперкапнії (підвищеного рівня вуглекислоти).

  Іони гідрокарбонату дуже важливі для регуляції pH крові та підтримання нормальної кислотно-лужної рівноваги. Частота дихання впливає вміст вуглекислого газу крові. Слабке чи сповільнене дихання викликає респіраторний ацидоз, тоді як прискорене та надмірно глибоке дихання призводить до гіпервентиляції та розвитку респіраторного алкалозу.

  Крім того, вуглекислий газ також важливий у регуляції дихання. Хоча наш організм вимагає кисню для забезпечення метаболізму, низький вміст кисню в крові або в тканинах зазвичай не стимулює дихання (вірніше, стимулюючий вплив нестачі кисню на дихання занадто слабкий і «включається» пізно, при дуже низьких рівнях кисню в крові, при яких людина нерідко вже втрачає свідомість). У нормі дихання стимулюється підвищенням рівня вуглекислого газу крові. Дихальний центр набагато чутливіший до підвищення рівня вуглекислого газу, ніж до нестачі кисню. Як наслідок цього, дихання сильно розрідженим повітрям (з низьким парціальним тиском кисню) або газовою сумішшю, яка взагалі не містить кисню (наприклад, 100% азотом або 100% закисом азоту) може швидко призвести до втрати свідомості без виникнення відчуття нестачі повітря (оскільки рівень вуглекислоти у крові не підвищується, бо ніщо не перешкоджає її видиху). Це особливо небезпечно для пілотів військових літаків, що літають на висотах (у разі аварійної розгерметизації кабіни пілоти можуть швидко втратити свідомість). Ця особливість системи регуляції дихання також є причиною того, чому в літаках стюардеси інструктують пасажирів у разі розгерметизації салону літака в першу чергу надягати кисневу маску самим, перш ніж намагатися допомогти комусь ще - роблячи це, допомагаючий ризикує швидко знепритомніти сам, причому навіть не відчуваючи до останнього моменту будь-якого дискомфорту та потреби в кисні.

  Дихальний центр людини намагається підтримувати парціальний тиск вуглекислого газу в артеріальній крові не вище за 40 мм ртутного стовпа. При свідомій гіпервентиляції вміст вуглекислого газу в артеріальній крові може знизитися до 10-20 мм ртутного стовпа, при цьому вміст кисню в крові практично не зміниться або збільшиться незначно, а потреба зробити черговий вдих зменшиться як наслідок зменшення впливу вуглекислого газу на активність дихального центру. Це причина того, чому після деякого періоду свідомої гіпервентиляції легше затримати дихання надовго, ніж попередньої гіпервентиляції. Така свідома гіпервентиляція з подальшою затримкою дихання може призвести до втрати свідомості до того, як людина відчує потребу вдихнути. У безпечній обстановці така втрата свідомості нічим особливим не загрожує (знепритомнівши, людина втратить і контроль над собою, перестане затримувати дихання і зробить вдих, дихання, а разом з ним та постачання мозку киснем відновиться, а потім відновиться і свідомість). Однак в інших ситуаціях, наприклад, перед пірнанням, це може бути небезпечним (втрата свідомості та потреба зробити вдих наступлять на глибині, і без свідомого контролю в дихальні шляхи потрапить вода, що може призвести до потоплення). Саме тому гіпервентиляція перед пірнанням небезпечна та не рекомендується.

  Отримання

  У промислових кількостях вуглекислота виділяється з димових газів, або як побічний продукт хімічних процесів, наприклад, при розкладанні природних карбонатів (вапняк, доломіт) або при виробництві алкоголю (спиртове бродіння). Суміш одержаних газів промивають розчином карбонату калію, які поглинають вуглекислий газ, переходячи в гідрокарбонат. Розчин гідрокарбонату при нагріванні або зниженому тиску розкладається, вивільняючи вуглекислоту. У сучасних установках отримання вуглекислого газу замість гідрокарбонату частіше застосовується водний розчин моноетаноламіну, який за певних умов здатний абсорбувати СО₂, що міститься в димовому газі, а при нагріванні віддавати його; у такий спосіб відокремлюється готовий продукт від інших речовин.

  Також вуглекислий газ отримують на установках поділу повітря як побічний продукт отримання чистого кисню, азоту та аргону.

  У лабораторних умовах невеликі кількості отримують взаємодією карбонатів і гідрокарбонатів з кислотами, наприклад мармуру, крейди або соди з соляною кислотою, використовуючи, наприклад, апарат Кіпа. Використання реакції сірчаної кислоти з крейдою або мармуром призводить до утворення малорозчинного сульфату кальцію, який заважає реакції, який видаляється значним надлишком кислоти.

  Для приготування напоїв може бути використана реакція харчової соди з лимонною кислотою або з кислим лимонним соком. Саме у такому вигляді з'явилися перші газовані напої. Їх виготовленням та продажем займалися аптекарі.

  Застосування

  У харчовій промисловості вуглекислота використовується як консервант і розпушувач, позначається на упаковці кодом Е290.

  Пристрій для подачі вуглекислого газу в акваріум може включати резервуар з газом. Найпростіший та найпоширеніший метод отримання вуглекислого газу заснований на конструкції для виготовлення алкогольного напою браги. При бродінні, що виділяється вуглекислий газ цілком може забезпечити підживлення акваріумних рослин

  Вуглекислий газ використовується для газування лимонаду та газованої води. Вуглекислий газ використовується також як захисне середовище при зварюванні дротом, але при високих температурах відбувається його розпад з виділенням кисню. Кисень, що виділяється, окислює метал. У зв'язку з цим доводиться в зварювальний дріт вводити розкислювачі, такі як марганець та кремній. Іншим наслідком впливу кисню, також пов'язаного з окисленням, є різке зниження поверхневого натягу, що призводить, серед іншого, до інтенсивнішого розбризкування металу, ніж при зварюванні в інертному середовищі.

  Зберігання вуглекислоти у сталевому балоні у зрідженому стані вигідніше, ніж у вигляді газу. Вуглекислота має порівняно низьку критичну температуру +31°С. У стандартний 40-літровий балон заливають близько 30 кг зрідженого вуглекислого газу, і при кімнатній температурі в балоні буде рідка фаза, а тиск становитиме приблизно 6 МПа (60 кгс/см²). Якщо температура буде вище +31°С, то вуглекислота перейде в надкритичний стан з тиском вище 7,36 МПа. Стандартний робочий тиск для звичайного 40-літрового балона становить 15 МПа (150 кгс/см²), однак він повинен безпечно витримувати тиск в 1,5 рази вище, тобто 22,5 МПа, - таким чином, робота з подібними балонами може вважатися цілком безпечною.

  Тверда вуглекислота - «сухий лід» - використовується в якості холодоагенту в лабораторних дослідженнях, в роздрібній торгівлі, при ремонті обладнання (наприклад: охолодження однієї з деталей, що сполучаються при посадці внатяг) і т. д. Для зрідження вуглекислого газу і отримання сухого льоду застосовуються вугілля установки.

  Методи реєстрації

  Вимірювання парціального тиску вуглекислого газу потрібно в технологічних процесах, у медичних застосуваннях - аналіз дихальних сумішей при штучній вентиляції легень та у замкнутих системах життєзабезпечення. Аналіз концентрації CO 2 в атмосфері використовується для екологічних та наукових досліджень, для вивчення парникового ефекту. Вуглекислий газ реєструють за допомогою газоаналізаторів заснованих на принципі інфрачервоної спектроскопії та інших газовимірювальних систем. Медичний газоаналізатор для реєстрації вмісту вуглекислоти в повітрі, що видихається, називається капнограф. Для вимірювання низьких концентрацій CO 2 (а також) у технологічних газах або в атмосферному повітрі можна використовувати газохроматографічний метод з метанатором та реєстрацією на полум'яно-іонізаційному детекторі.

  Вуглекислий газ у природі

  Щорічні коливання концентрації атмосферної вуглекислоти планети визначаються, переважно, рослинністю середніх (40-70°) широт Північної півкулі.

  Велика кількість вуглекислоти розчинена в океані.

  Вуглекислий газ становить значну частину атмосфер деяких планет Сонячної системи: Венери, Марса.

  Токсичність

  Вуглекислий газ нетоксичний, але за впливом його підвищених концентрацій у повітрі на повітродихаючі живі організми його відносять до задушливих газів (англ.)російська.. Незначні підвищення концентрації до 2-4% у приміщеннях призводять до розвитку у людей сонливості та слабкості. Небезпечними концентраціями вважаються рівні близько 7-10 %, при яких розвивається ядуха, що проявляє себе в головному болі, запамороченні, розладі слуху та втраті свідомості (симптоми, подібні до симптомів висотної хвороби), залежно від концентрації, протягом часу від декількох хвилин до однієї години. При вдиханні повітря з високими концентраціями газу смерть настає дуже швидко від задухи.

  Хоча фактично навіть концентрація 5-7 % CO 2 не смертельна, вже при концентрації 0,1 % (такий вміст вуглекислого газу спостерігається в повітрі мегаполісів) люди починають відчувати слабкість, сонливість. Це показує, що навіть за високих вмістах кисню велика концентрація CO 2 сильно впливає самопочуття.

  Вдихання повітря з підвищеною концентрацією цього газу не призводить до довгострокових розладів здоров'я і після видалення потерпілого із загазованої атмосфери швидко настає повне відновлення здоров'я.

  Найбільш поширені процеси утворення цієї сполуки - гниття тварин і рослинних останків, горіння різних видів палива, дихання тварин і рослин. Наприклад, одна людина за добу виділяє в атмосферу близько кілограма вуглекислого газу. Оксид та діоксид вуглецю можуть утворюватися і в неживій природі. Вуглекислий газ виділяється при вулканічній діяльності, а також може бути видобутий із мінеральних водних джерел. Вуглекислий газ знаходиться в невеликій кількості та в атмосфері Землі.

  Особливості хімічної будови даної сполуки дозволяють їй брати участь у багатьох хімічних реакціях, основою яких є діоксид вуглецю.

  Формула

  У поєднанні цієї речовини чотиривалентний атом вуглецю утворює лінійний зв'язок із двома молекулами кисню. Зовнішній вигляд такої молекули можна так:

  

  Теорія гібридизації пояснює будову молекули діоксиду вуглецю так: дві існуючі сигма-зв'язки утворені між sp-орбіталями атомів вуглецю та двома 2р-орбіталями кисню; р-орбіталі вуглецю, які не беруть участь у гібридизації, пов'язані у поєднанні з аналогічними орбіталями кисню. У хімічних реакціях вуглекислий газ записується як: CO 2 .

  Фізичні властивості

  За нормальних умов діоксид вуглецю є безбарвним газом, що не має запаху. Він важчий за повітря, тому вуглекислий газ і може поводитися, як рідина. Наприклад, його можна переливати з однієї ємності до іншої. Ця речовина трохи розчиняється у воді – в одному літрі води при 20 ⁰С розчиняється близько 0,88 л CO 2 . Невелике зниження температури кардинально змінює ситуацію - у тому ж літрі води при 17? С може розчинитися 1,7 л CO 2 . При сильному охолодженні ця речовина осідає у вигляді снігових пластівців - утворюється так званий «сухий лід». Така назва походить від того, що при нормальному тиску речовина, минаючи рідку фазу, одразу перетворюється на газ. Рідкий діоксид вуглецю утворюється при тиску трохи вище 0,6 МПа та при кімнатній температурі.

  

  Хімічні властивості

  При взаємодії із сильними окислювачами 4-діоксид вуглецю виявляє окислювальні властивості. Типова реакція цієї взаємодії:

  З + СО 2 = 2СО.

  Так, за допомогою вугілля діоксид вуглецю відновлюється до своєї двовалентної модифікації – чадного газу.

  За нормальних умов вуглекислий газ інертний. Але деякі активні метали можуть у ньому горіти, витягуючи з'єднання кисень і вивільняючи газоподібний вуглець. Типова реакція - горіння магнію:

  2Mg+CO2=2MgO+C.

  У процесі реакції утворюється оксид магнію та вільний вуглець.

  

  У хімічних сполуках 2 часто проявляє властивості типового кислотного оксиду. Наприклад, він реагує з основами та основними оксидами. Результатом реакції стають солі вугільної кислоти.

  Наприклад, реакція сполуки оксиду натрію з вуглекислим газом може бути така:

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

  2NaOH + CO2 = Na2CO3+H2O;

  NaOH + CO2 = NaHCO3.

  Вугільна кислота та розчин СО 2

  Діоксид вуглецю у воді утворює розчин з невеликим ступенем дисоціації. Такий розчин вуглекислого газу називається вугільною кислотою. Вона безбарвна, слабо виражена і має кислуватий смак.

  Запис хімічної реакції:

  CO2 + H2O↔H2CO3.

  Рівнавага досить сильно зсунуто вліво - лише близько 1% початкового вуглекислого газу перетворюється на вугільну кислоту. Що температура - тим менше у розчині молекул вугільної кислоти. При кипінні з'єднання вона зникає повністю, розчин розпадається на діоксид вуглецю і воду. Структурна формула вугільної кислоти представлена ​​нижче.

  

  Властивості вугільної кислоти

  Вугільна кислота дуже слабка. У розчинах вона розпадається на іони водню Н + та сполуки НСО 3 - . У дуже невеликій кількості утворюються іони 3 - .

  Вугільна кислота - двоосновна, тому солі, утворені нею, можуть бути середніми та кислими. Середні солі у російській хімічній традиції називаються карбонатами, а сильні – гідрокарбонатами.

  Якісна реакція

  Одним із можливих способів виявлення газоподібного діоксиду вуглецю є зміна прозорості вапняного розчину.

  Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

  Цей досвід відомий ще із шкільного курсу хімії. На початку реакції утворюється невелика кількість білого осаду, який згодом зникає під час пропускання через воду вуглекислого газу. Зміна прозорості відбувається тому, що в процесі взаємодії нерозчинна сполука – карбонат кальцію перетворюється на розчинну речовину – гідрокарбонат кальцію. Реакція протікає таким шляхом:

  CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2.

  Одержання діоксиду вуглецю

  Якщо необхідно отримати невелику кількість СО2, можна запустити реакцію соляної кислоти з карбонатом кальцію (мармуром). Хімічний запис цієї взаємодії виглядає так:

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

  Також для цієї мети використовують реакції горіння вуглецевмісних речовин, наприклад ацетилену:

  СН 4 + 2О 2 → 2H 2 O + CO 2 -.

  Для збору та зберігання отриманої газоподібної речовини використовують апарат Кіппа.

  Для потреб промисловості та сільського господарства масштаби одержання діоксиду вуглецю мають бути більшими. Популярним методом такої масштабної реакції є випалювання вапняку, в результаті якого виходить діоксид вуглецю. Формула реакції наведена нижче:

  CaCO3 = CaO+CO2.

  Застосування діоксиду вуглецю

  Харчова промисловість після масштабного одержання "сухого льоду" перейшла на принципово новий метод зберігання продуктів. Він незамінний при виробництві газованих напоїв та мінеральної води. Зміст 2 в напоях надає їм свіжість і помітно збільшує термін зберігання. А карбідизація мінеральних вод дозволяє уникнути затхлості та неприємного смаку.

  

  У кулінарії часто використовують метод погашення лимонної кислоти оцтом. Вуглекислий газ, що при цьому виділяється, надає пишність і легкість кондитерським виробам.

  Дане з'єднання часто використовується як харчова добавка, що підвищує термін зберігання харчових продуктах. Згідно з міжнародними нормами класифікації хімічних добавок вмісту в продуктах, проходить під кодом Е 290,

  Порошкоподібний вуглекислий газ - одна з найпопулярніших речовин, що входять до складу пожежогасних сумішей. Ця речовина зустрічається і в піні вогнегасників.

  Транспортувати та зберігати вуглекислий газ найкраще в металевих балонах. При температурі більше 31⁰С тиск у балоні може досягти критичного і рідкий 2 перейде в надкритичний стан з різким підйомом робочого тиску до 7,35 МПа. Металевий балон витримує внутрішній тиск до 22 МПа, тому діапазон тиску при температурах понад тридцять градусів визнається безпечним.