Вуглекислий газ утворюється за реакцією. Діоксид вуглецю: формула, властивості та сфери застосування

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 атомну кристалічні ґратиТетраедричне 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 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 при високих температурах.

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 температуріможе виявляти окислювальні 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 реакціяна 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.

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 артеріальної 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 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 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 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; 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 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 атмосферному повітріможна використовувати газохроматографічний метод з метанатором і 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.

    Перш ніж розглядати Хімічні властивостівуглекислого 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 властивостіоксиду 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 це хімічна речовинабере 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 оксидзастосовується 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.

    Якісною реакцією для виявлення вуглекислого газу є помутніння вапняної води:

    Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O.

    На початку реакції утворюється білий осад, який зникає за тривалого пропускання CO2 через вапняну воду, т.к. нерозчинний карбонат кальцію переходить у розчинний гідрокарбонат:

    CaCO3 + H2O + CO2 = Са (HCO3)2.

    Отримання.Отримують вуглекислий газ термічним розкладанням солей вугільної кислоти (карбонатів), наприклад, випалювання вапняку:

    CaCO3 = CaO + CO2,

    або дією сильних кислот на карбонати та гідрокарбонати:

    CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2,

    NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2.

    Викиди вуглекислого газу, серистих сполук в атмосферу внаслідок промислової діяльності, функціонування енергетичних, металургійних підприємств ведуть до виникнення парникового ефекту та пов'язаного з ним потепління клімату.

    За оцінками вчених, глобальне потепління без вживання заходів щодо скорочення викидів парникових газів становитиме від 2-х до 5 градусів протягом наступного століття, яке з'явиться безпрецедентним явищем за останні десять тисяч років. Потепління клімату, збільшення рівня океану на 60-80 см до кінця наступного століття призведуть до екологічної катастрофи небаченого масштабу, що загрожує деградацією людської співдружності.

    Вугільна кислота та її солі.Вугільна кислота дуже слабка, існує тільки в водних розчинахта незначно дисоціює на іони. Тому водні розчини СО2 мають слабокислі властивості. Структурна формула вугільної кислоти:

    Як двоосновна, вона дисоціює ступінчасто: Н2СO3Н++НСО-3 НСО-3Н++СО2-3

    При нагріванні вона розкладається на оксид вуглецю (IV) та воду.

    Як двоосновна кислота, вона утворює два типи солей: середні солі – карбонати, кислі солі – гідрокарбонати. Вони виявляють загальні властивості солей. Карбонати та гідрокарбонати лужних металів та амонію добре розчиняються у воді.

    Солі вугільної кислоти- З'єднання стійкі, хоча сама кислота нестійка. Вони можуть бути отримані взаємодією СО2 з розчинами основ або шляхом обмінних реакцій:

    NaOH+CO2=NaHCO3

    КНСO3+КОН=К2СO3+Н2O

    Сl2+Na2CO3=BaCO3+2NaCl

    Карбонати лужноземельних металіву воді малорозчинні. Гідрокарбонати, навпаки, розчиняються. Гідрокарбонати утворюються з карбонатів, оксиду вуглецю (IV) та води:

    СаСO3+СO2+Н2О=Са(НСО3)2

    При нагріванні карбонати лужних металів плавляться, не розкладаючись, а інші карбонати при нагріванні легко розкладаються на оксид відповідного металу та СО2:

    СаСO3=СаО+CO2

    Гідрокарбонати при нагріванні переходять у карбонати:

    2NaHCO3=Na2CO3+CO2+Н2О

    Карбонати лужних металів у водних розчинах мають сильнолужну реакцію внаслідок гідролізу:

    Na2CO3+Н2О=NaHCO3+NaOH

    Якісною реакцією на карбонат-іон С2-3 та гідрокарбонат НСО-3 є їх взаємодія з сильнішими кислотами. Виділення оксиду вуглецю (IV) з характерним «закипанням» свідчить про наявність цих іонів.

    СаСO3+2НСl=СаСl2+CO2+Н2О

    Пропускаючи СО2, що виділяється, через вапняну воду, можна спостерігати помутніння розчину внаслідок утворення карбонату кальцію:

    Са(ОН)2+СO2=CaCO3+Н2O

    При тривалому пропусканні СО2 розчин стає знову прозорим внаслідок

    утворення гідрокарбонату: СаСО3+Н2О+СО2=Са(НСO3)2

    Газування, вулкан, Венера, рефрижератор – що між ними спільного? Вуглекислий газ. Ми зібрали для Вас найцікавішу інформацію про одну з найважливіших хімічних сполук на Землі.

    Що таке діоксид вуглецю

    Діоксид вуглецю відомий переважно у своєму газоподібному стані, тобто. як вуглекислий газ з простий хімічною формулою CO2. У такому вигляді він існує в нормальних умовах – при атмосферному тиску та «звичайних» температурах. Але при підвищеному тиску, понад 5850 кПа (таке, наприклад, тиск на морській глибині близько 600 м), цей газ перетворюється на рідину. А при сильному охолодженні (мінус 78,5 ° С) він кристалізується і стає так званим сухим льодом, який широко використовується в торгівлі для зберігання заморожених продуктів рефрижераторах.

    Рідка вуглекислота і сухий лід виходять і застосовуються у людській діяльності, але ці форми нестійкі та легко розпадаються.

    А ось газоподібний діоксид вуглецю поширений всюди: він виділяється в процесі дихання тварин і рослин і є важливим складником хімічного складуатмосфери та океану.

    Властивості вуглекислого газу

    Вуглекислий газ CO2 не має кольору та запаху. У звичайних умовах не має і смаку. Однак при вдиханні високих концентрацій діоксиду вуглецю можна відчути в роті кислуватий присмак, викликаний тим, що вуглекислий газ розчиняється на слизових і слині, утворюючи слабкий розчин вугільної кислоти.

    До речі, саме здатність діоксиду вуглецю розчинятися у воді використовується виготовлення газованих вод. Бульбашки лимонаду - той самий вуглекислий газ. Перший апарат для насичення води CO2 був винайдений ще 1770 р., а вже 1783 р. заповзятливий швейцарець Якоб Швепп почав промислове виробництво газування (торгова марка Schweppes існує досі).

    Вуглекислий газ важчий за повітря в 1,5 рази, тому має тенденцію «осідати» в його нижніх шарах, якщо приміщення погано вентилюється. Відомий ефект «собачої печери», де CO2 виділяється прямо із землі та накопичується на висоті близько півметра. Доросла людина, потрапляючи в таку печеру, на висоті свого зростання не відчуває надлишку вуглекислого газу, а ось собаки виявляються прямо в густому шарі діоксиду вуглецю і зазнають отруєння.

    CO2 не підтримує горіння, тому його використовують у вогнегасниках та системах пожежогасіння. Фокус із гасінням свічки, що горить, вмістом нібито порожньої склянки (а насправді — вуглекислим газом) заснований саме на цій властивості діоксиду вуглецю.

    Вуглекислий газ у природі: природні джерела

    Вуглекислий газ у природі утворюється з різних джерел:

    • Дихання тварин та рослин.
      Кожному школяру відомо, що рослини поглинають вуглекислий газ CO2 з повітря та використовують його у процесах фотосинтезу. Деякі господині намагаються великою кількістю кімнатних рослинвикупити недоліки. Однак рослини не тільки поглинають, але й виділяють вуглекислий газ без світла - це частина процесу дихання. Тому джунглі в спальні, що погано провітрюється - не дуже хороша ідея: вночі рівень CO2 зростатиме ще більше.
    • Вулканічна діяльність.
      Діоксид вуглецю входить до складу вулканічних газів. У місцевостях з високою вулканічною активністю CO2 може виділятися прямо із землі – з тріщин та розломів, які називаються мофетами. Концентрація вуглекислого газу в долинах з мофетами настільки висока, що багато дрібних тварин, потрапивши туди, вмирають.
    • Розкладання органічних речовин.
      Вуглекислий газ утворюється при горінні та гниття органіки. Об'ємні природні викиди діоксиду вуглецю супроводжують лісові пожежі.

    Вуглекислий газ "зберігається" в природі у вигляді вуглецевих сполук у корисних копалин: вугіллі, нафті, торфі, вапняку. Гігантські запаси CO2 містяться у розчиненому вигляді у світовому океані.

    Викид вуглекислого газу з відкритої водойми може призвести до лімнологічної катастрофи, як це траплялося, наприклад, у 1984 та 1986 роках. в озерах Манун і Ньос у Камеруні. Обидва озера утворилися дома вулканічних кратерів – нині вони згасли, проте у глибині вулканічна магма все ще виділяє вуглекислий газ, який піднімається до вод озер і розчиняється у них. Внаслідок низки кліматичних і геологічних процесів концентрація вуглекислоти у водах перевищила критичне значення. В атмосферу було викинуто величезну кількість вуглекислого газу, який на кшталт лавини спустився гірськими схилами. Жертвами лімнологічних катастроф на камерунських озерах стали близько 1800 осіб.

    Штучні джерела вуглекислого газу

    Основними антропогенними джерелами діоксиду вуглецю є:

    • промислові викиди, пов'язані з процесами згоряння;
    • автомобільний транспорт.

    Незважаючи на те, що частка екологічного транспорту у світі зростає, переважна частина населення планети ще не скоро матиме можливість (або бажання) перейти на нові автомобілі.

    Активне зведення лісів у промислових цілях також веде до підвищення концентрації вуглекислого газу СО2 повітря.

    CO2 – один із кінцевих продуктів метаболізму (розщеплення глюкози та жирів). Він виділяється у тканинах та переноситься за допомогою гемоглобіну до легень, через які видихається. У повітрі, що видихається людиною, близько 4,5% діоксиду вуглецю (45 000 ppm) – у 60-110 разів більше, ніж у вдихуваному.

    Вуглекислий газ відіграє велику роль у регуляції кровопостачання та дихання. Підвищення рівня CO2 у крові призводить до того, що капіляри розширюються, пропускаючи більше крові, яке доставляє до тканин кисень і виводить вуглекислоту.

    Дихальна систематеж стимулюється підвищенням вмісту вуглекислого газу, а чи не браком кисню, як здається. Насправді нестача кисню довго не відчувається організмом і цілком можлива ситуація, коли в розрідженому повітрі людина знепритомніє раніше, ніж відчує нестачу повітря. Стимулююча властивість CO2 використовується в апаратах штучного дихання: там вуглекислий газ підмішується до кисню, щоб запустити дихальну систему.

    Вуглекислий газ і ми: чим небезпечний СO2

    Вуглекислий газ необхідний організму людини так само, як кисень. Але так само, як із киснем, надлишок вуглекислого газу шкодить нашому самопочуттю.

    Велика концентрація CO2 у повітрі призводить до інтоксикації організму та викликає стан гіперкапнії. При гіперкапнії людина відчуває труднощі з диханням, нудоту, головний більі може навіть знепритомніти. Якщо вміст вуглекислого газу не знижується, то далі настає черга – кисневого голодування. Справа в тому, що і вуглекислий газ, і кисень переміщаються організмом на тому самому «транспорті» – гемоглобіні. У нормі вони «мандрують» разом, прикріплюючись до різних місць молекули гемоглобіну. Проте підвищена концентрація вуглекислого газу крові знижує здатність кисню зв'язуватися з гемоглобіном. Кількість кисню у крові зменшується і настає гіпоксія.

    Такі нездорові для організму наслідки наступають при вдиханні повітря з вмістом CO2 більше 5 000 ppm (таким може бути повітря в шахтах, наприклад). Заради справедливості, у звичайному житті ми практично не стикаємося з таким повітрям. Однак і набагато менша концентрація діоксиду вуглецю відбивається на здоров'я не найкращим чином.

    Згідно з висновками деяких, вже 1 000 ppm CO2 викликає у половини випробуваних стомлення та головний біль. Духоту та дискомфорт багато людей починають відчувати ще раніше. При подальшому підвищенні концентрації вуглекислого газу до 1500 - 2500 ppm критично, мозок «лінується» виявляти ініціативу, обробляти інформацію та приймати рішення.

    І якщо рівень 5000 ppm майже неможливий у повсякденному житті, то 1000 і навіть 2500 ppm легко можуть бути частиною реальності сучасної людини. Наш показав, що в шкільних класах, що рідко провітрюються, рівень CO2 значну частину часу тримається на позначці вище 1 500 ppm, а іноді підскакує вище 2 000 ppm. Є всі підстави припускати, що в багатьох офісах і квартирах ситуація схожа.

    Безпечним для здоров'я людини рівнем вуглекислого газу фізіологи вважають 800 ppm.

    Ще одне дослідження виявило зв'язок між рівнем CO2 і окислювальним стресом: чим вищий рівень діоксиду вуглецю, тим більше ми страждаємо від того, що руйнує клітини нашого організму.

    Вуглекислий газ в атмосфері Землі

    В атмосфері нашої планети всього близько 0,04% CO2 (це приблизно 400 ppm), а зовсім недавно було ще менше: позначку в 400 ppm вуглекислий газ перевищив тільки восени 2016 року. Вчені пов'язують зростання рівня CO2 в атмосфері з індустріалізацією: у середині XVIII століття, напередодні промислового перевороту, він становив лише близько 270 ppm.