Характерні реакції на co2. Якісна реакція на вуглекислий газ
Вуглекислий газ (двоокис вуглецю),званий також вуглекислотою - найважливіший компонент у складі газованих напоїв. Він обумовлює смак та біологічну стійкість напоїв, повідомляє їм ігристість та освіжаючі властивості.
Хімічні властивості.У хімічному відношенні вуглекислий газ інертний. Утворившись із виділенням великої кількості тепла, він, як продукт повного окиснення вуглецю, дуже стійкий. Реакції відновлення двоокису вуглецю протікають лише за високих температурах. Так, наприклад, взаємодіючи з калієм при 230 ° С, вуглекислий газ відновлюється до щавлевої кислоти:
Вступаючи в хімічну взаємодію з водою, газ, у кількості не більше 1% від вмісту його в розчині, утворює вугільну кислоту, що дисоціює на іони Н + , НСО 3 - , СО 2 3-. У водному розчині вуглекислий газ легко вступає в хімічні реакціїутворюючи різні вуглекислі солі. Тому водний розчин Вуглекислий газмає велику агресивність по відношенню до металів, а також руйнівно діє на бетон.
Фізичні властивості. Для сатурації напоїв використовується вуглекислий газ, наведений у рідкий стан стиском до високого тиску. Залежно від температури та тиску вуглекислий газ може перебувати також у газоподібному та твердому стані. Температура та тиск, що відповідають даному агрегатному стану, наведено на діаграмі фазової рівноваги (рис. 13).
При температурі мінус 56,6° З та тиску 0,52 Мн/м 2 (5,28 кг/см 2 ), відповідних потрійній точці, вуглекислий газ може одночасно перебувати в газоподібному, рідкому та твердому стані. При більш високих температурі та тиску вуглекислий газ знаходиться в рідкому та газоподібному стані; при температурі і тиску, які нижчі за ці показники, газ, безпосередньо минаючи рідку фазу, переходить у газоподібний стан (сублімує). При температурі, що перевищує критичну температуру 31,5°, ніякий тиск не може утримати вуглекислий газ у вигляді рідини.
У газоподібному стані вуглекислий газ безбарвний, не має запаху і має слабовиражений кислий смак. При температурі 0° З та атмосферному тиску щільність вуглекислого газу становить 1,9769 кг/ж 3 ; він у 1,529 разів важчий за повітря. При 0°С та атмосферному тиску 1 кг газу займає об'єм 506 л. Зв'язок між об'ємом, температурою та тиском вуглекислого газу виражається рівнянням:
де V - об'єм 1 кг газу м3 /кг; Т – температура газу в ° К; Р - тиск газу в н/м 2; R – газова постійна; А - додаткова величина, що враховує відхилення рівняння стану ідеального газу;
Зріджений вуглекислий газ- безбарвна, прозора, легкорухлива рідина, що нагадує по зовнішньому виглядуспирт чи ефір. Щільність рідини при 0° дорівнює 0,947. При температурі 20°З зріджений газ зберігається під тиском 6,37 Мн/м 2 (65 кг/см 2 ) у сталевих балонах. При вільному витіканні з балона рідина випаровується з поглинанням великої кількості тепла. При зниженні температури до мінус 78,5 ° С частина рідини замерзає, перетворюючись на так званий сухий лід. За твердістю сухий лід наближається до крейди і має матово-білий колір. Сухий лід випаровується повільніше за рідину, при цьому він безпосередньо переходить у газоподібний стан.
При температурі мінус 78,9° З тиску 1 кг/см 2 (9,8 Мн/м 2 ) теплота сублімації сухого льоду становить 136,89 ккал/кг (573,57 кдж/кг).
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 у 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 ступеня окиснення вуглецю: у з'єднаннях з більш електронегативними елементами +4 (рідше +2); у з'єднаннях із 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 СО 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.
Фуллерени– кристалічні речовини чорного кольору з металевим блиском, складаються з порожніх кулястих молекул (має молекулярна будова) складу З 60 , З 70 та ін. Атоми вуглецю на поверхні молекул з'єднані між собою в правильні п'ятикутники та 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 + NаOH = 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 або 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 – в лабораторії:
CaCO 3 (мармур) + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2
NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2
Способи збирання
витіснення 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 О ↔ 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 температуріможе виявляти окисні властивості – окислює метали
СО 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 (зб) + 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, у медицині, як поглинач газів, для виготовлення наконечників свердлів (алмаз).
Na 2 CO 3 ∙10H 2 O – кристалічна сода (кальцинована сода); використовується для отримання 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;
СО 2 – зберігання продуктів харчування, газування води, виробництва соди, цукру.
Тема: Прості хімічні реакції – дія розведених кислот на карбонати, отримання та вивчення властивостей вуглекислого газу.Цілі навчання: - Вивчити дію кислот на карбонати та зробити загальні висновки.
Розуміти та виконувати якісне випробування вуглекислого газу.
Очікувані результати: За допомогою хімічного експерименту на підставі спостережень, аналізу результатів експерименту учні роблять висновки про способи отримання вуглекислого газу, його властивості, і дію вуглекислого газу на вапняну воду. Шляхом порівняння способів отримання водню та вуглекислого газу дією розведених кислот на метали та карбонати ученики роблять висновки про різні продукти хімічних реакцій, отриманих дією розведених кислот.
Хід уроку:
Організаційний момент: 1) Вітання. 2) Визначення відсутніх. 3) Перевірка готовності учнів та кабінету до уроку
Опитування домашнього завдання: Презентація відеоролика на тему: «Прості хімічні реакції, водень.Проведення взаємооцінювання домашнього завдання, техніка «Дві зірки та одне побажання». Ціль: Взаємооцінювання, повторення вивченого матеріалу на тему прості хімічні реакції; водень способи одержання та властивості.
Поділ класу на групи. Стратегія: за рахунком.
Вивчення нового матеріалу . Організовує роботу в групах для вивчення теоретичного ресурсу на тему прості хімічні реакції – вуглекислий газ, отримання та вивчення властивостей вуглекислого газу. Вчитель організує взаємоконтроль вивченого,ФО – техніка - Скласти одну пропозицію, в якій необхідно висловити відповідь на поставлене вчителем питання.
- Що нового ви дізналися про властивості кислот?
Що ви дізналися про вуглекислий газ?
Ціль: процінувати якість кожної відповіді швидко та загалом.Відзначити чи учні ідентифікують основні поняття пройденого матеріалу та їх взаємозв'язку.
Вчитель організовує повторення правил техніки безпеки під час роботи з кислотами та лугами (вапняною водою) – хімічний диктант – 4 хв.ФО – техніка - Самоконтроль за зразком - Вставити пропущені слова, робота з текстом. Мета – перевірити рівень знань правил проведення безпечного експерименту.
Диктант
ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ РОБОТІ З КИСЛОТАМИ
Кислоти викликають хімічний ………………….шкірита інших тканин.
По швидкості дії і швидкості руйнування тканин тіла кислоти розташовуються в наступному порядку, починаючи з найбільшсильних: ……………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………
При розведенні кислот, ……………… ллють по ………………… паличці із запобіжним гумовим кільцем внизу.
Склянку з кислотою не можна ………………руками до грудей, т.к. можливо ………………… і …………..
Перша допомога. Уражена кислотою ділянка шкіри ……….струменем холодної ………….. протягом ………………. хв. После ………………… на обпалене місце накладають просочену водуним розчином …………. марлеву пов'язку або ватний тампон. Через 10 хв. пов'язку ……….., шкіру ………….,і змащують гліцерином для зменшення больових відчуттів.щень.
Виконання лабораторного досвіду: «Отримання вуглекислого газу та вивчення його властивостей».
Учні виконують експеримент,заповнюють таблицю спостережень та висновків,роблять запис відео спостережень для розміщення вYouTubeщоб їх побачили батьки.
Рефлексія заняття: вчительпросить висловити ставлення форм проведенням уроку, висловити свої побажання уроку.Учні заповнюють кольорові стікери – «Світлофор»
"Червоний" - тема мені не ясна, залишилося багато питань.
"Жовтий" - тема мені зрозуміла, але залишилися питання.
"Зелений" - тема мені зрозуміла.
Домашнє завдання : Вивчити теоретичний ресурс. Письменно порівняти результати дії розведених кислот на метали та карбонати, порівняти гази водень та вуглекислий газ – міні – есе.Оформити відеоролик та розмістити його наYouTube. Групам оцінити відеоролики інших учнівФО – техніка - «Дві зірки та одне побажання».
Використана література:
Активні методи викладання та навчанняWWW. CPM. KZ
Формативне оцінювання у початковій школі.Практичний посібник для вчителя/Упоряд. О. І. Дудкіна, А. А. Буркітова, Р. Х. Шакіров. - Б.: "Білім", 2012. - 89 с.
Оцінювання навчальних досягнень учнів.Методичний посібник/Упоряд.Р. Х. Шакіров, А.А. Буркітова, О.І. Дудкіна. - Б.: "Білім", 2012. - 80 с.
Додаток 1
Теоретичний ресурс
Вуглекислий газ
Молекула СО 2
Фізичні властивості
Оксид вуглецю (IV) – вуглекислий газ, газ без кольору та запаху, важчий за повітря, розчинний у воді, при сильному охолодженні кристалізується у вигляді білої снігоподібної маси – «сухого льоду». При атмосферному тиску він не плавиться,а випаровується, минаючи рідкий агрегатний стан – це явище називається сублімація , температура сублімації –78 °С. Вуглекислий газ утворюється при гниття та горінні органічних речовин. Міститься у повітрі та мінеральних джерелах, виділяється при диханні тварин та рослин. Мало розчинний у воді (1 об'єм вуглекислого газу в одному об'ємі води за 15 °С).
Отримання
Отримують вуглекислий газ дією сильних кислот на карбонати:
metal carbonate+ acid →a salt + carbon dioxide + water
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
карбонаткальцію + солянакислота = вуглекислийгаз + вода
calcium carbonate + hydrochloric acid→ calcium chloride + carbon dioxide + water
Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O
карбонатнатрію +
солянакислота =
вуглекислийгаз +
вода
sodium carbonate + hydrochloric acid→ sodium chloride + carbon dioxide + water
Хімічні властивості
Якісна реакція
Якісною реакцією для виявлення вуглекислого газу є помутніння вапняної води:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
вапняна вода + вуглекислий газ = 
+ вода
На початку реакції утворюється білий осад, який зникає при тривалому пропущенні CO 2 через вапняну воду, т.к. нерозчинний карбонат кальцію переходить у розчинний гідрокарбонат:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = З a(HCO 3 ) 2 .
Додаток 2
Лабораторний досвід №7
«Отримання вуглекислого газу та його розпізнавання»
Мета роботи: експериментально отримати вуглекислий газ та провести досвід, що характеризує його властивості.
Обладнання та реактиви: штатив з пробірками, штатив лабораторний, пробірки, газовідвідна трубка з гумовою пробкою, прилад для одержання вуглекислого газу, крейда (карбонат кальцію), карбонат міді ( II ), карбонат натрію, розчин оцтової кислоти, вапняна вода.
Хід роботи:
Підготуйте заздалегідь пробірку із 3 мл вапняної води.
Зберіть прилад для отримання газу (як показано на малюнку 1). Помістіть у пробірку кілька шматочків крейди, налийте до 1/3 об'єму пробірки оцтової кислоти і закрийте пробкою із газовідвідною трубкою, кінець якої спрямований вниз. Зробіть висновок про спосіб одержання вуглекислого газу (_______________________?) .
Занурте газовідвідну трубку в пробірку з вапняною водою так, щоб кінець газовідвідної трубки був нижче рівня розчину. Пропускайте вуглекислий газ до випадання осаду. Якщо продовжувати далі пропускати вуглекислий газ, то осад зникне. Зробіть висновок про хімічні властивості вуглекислого газу.
За підсумками проведених дослідів заповніть таблицю, зробіть висновок.
Зразок виконання роботи
Зібрали прилад для одержання вуглекислого газу, помістили у пробірку шматочки крейди та прилили. соляну кислоту. Спостерігаю: виділення бульбашок газу.
Вуглекислий газ можна отримати дією оцтової кислоти на:
крейда (карбонат Висновок: Отримали вуглекислий газ та вивчили його властивості.
Енциклопедичний YouTube
-
1 / 5
Оксид вуглецю (IV) не підтримує горіння. У ньому горять лише деякі активні метали:
2 M g + 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 3 ↓ 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 артеріальної крові. Зміст вуглекислого газу в пробі крові часто виражають у термінах парціального тиску, тобто тиску, який мав би 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 кров артеріальної або венозної).
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 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 транспорту 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 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 і 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 рівнявуглекислоти).
Іони гідрокарбонату дуже важливі для регуляції pH крові та підтримання нормальної кислотно-лужної рівноваги. Частота дихання впливає вміст вуглекислого газу крові. Слабке або сповільнене дихання викликає респіраторний ацидоз, у той час 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 тканинах зазвичай не стимулює дихання (вірніше, стимулюючий вплив нестачі кисню на дихання занадто слабке 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, що 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, допомагає 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 стимулюючого впливу вуглекислого газу на активність дихального центру. Це причина того, чому після деякого періоду свідомої гіпервентиляції легше затримати дихання надовго, ніж без 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 і потреба зробити вдих наступлять на глибині, і без свідомого контролю в дихальні шляхипотрапить вода, що може призвести до утоплення). 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; таким чином відокремлюється готовий продукт з інших речовин.
Також вуглекислий газ отримують на установках поділу повітря як побічний продукт отримання чистого кисню, азоту та аргону.
В 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, що позначається на упаковці кодом Е290.
Пристрій для подачі вуглекислого газу в акваріум може включати резервуар з газом. Найпростіший і 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 у 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 в 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 у 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, у 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 штучної вентиляціїлегень і 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 на планеті визначаються головним чином рослинністю середніх (40-70°) широт Північної півкулі.
Велика кількість вуглекислоти розчинена у 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.)російськ.. 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 виявляє 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 ядухи.
Хоча, власне, навіть концентрація 5-7 % CO 2 не смертельна, вже за концентрації 0,1 % (такий вміст вуглекислого газу спостерігається повітря 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.