Soda, vulkāns, Venera, ledusskapis – kas tiem kopīgs? Oglekļa dioksīds. Mēs esam apkopojuši jums interesantāko informāciju par vienu no svarīgākajiem ķīmiskajiem savienojumiem uz Zemes.

Kas ir oglekļa dioksīds

Oglekļa dioksīds ir pazīstams galvenokārt gāzveida stāvoklī, t.i. kā oglekļa dioksīds ar vienkāršu ķīmisko formulu CO2. Šādā formā tas pastāv normālos apstākļos - atmosfēras spiedienā un “parastajā” temperatūrā. Bet pie paaugstināta spiediena virs 5850 kPa (piemēram, pie spiediena aptuveni 600 m jūras dziļumā) šī gāze pārvēršas šķidrumā. Un stipri atdzesējot (mīnus 78,5°C), tas kristalizējas un kļūst par tā saukto sauso ledu, ko plaši izmanto tirdzniecībā saldētu pārtikas produktu uzglabāšanai ledusskapjos.

Šķidrais oglekļa dioksīds un sausais ledus tiek ražots un izmantots cilvēka darbībā, taču šīs formas ir nestabilas un viegli sadalās.

Bet oglekļa dioksīda gāze ir visuresoša: tā izdalās dzīvnieku un augu elpošanas laikā un ir svarīga atmosfēras un okeāna ķīmiskā sastāva sastāvdaļa.

Oglekļa dioksīda īpašības

Oglekļa dioksīds CO2 ir bezkrāsains un bez smaržas. Normālos apstākļos tam nav garšas. Tomēr, ja ieelpojat lielu oglekļa dioksīda koncentrāciju, var rasties skāba garša mutē, ko izraisa oglekļa dioksīda izšķīšana uz gļotādām un siekalās, veidojot vāju ogļskābes šķīdumu.

Starp citu, tieši oglekļa dioksīda spēju izšķīst ūdenī izmanto gāzēta ūdens iegūšanai. Limonādes burbuļi ir tas pats oglekļa dioksīds. Pirmais aparāts ūdens piesātināšanai ar CO2 tika izgudrots tālajā 1770. gadā, un jau 1783. gadā uzņēmīgais šveicietis Džeikobs Šveps sāka rūpnieciski ražot sodas (zīmols Schweppes joprojām pastāv).

Oglekļa dioksīds ir 1,5 reizes smagāks par gaisu, tāpēc tam ir tendence “nosēsties” savos apakšējos slāņos, ja telpa ir slikti vēdināta. Ir zināms “suņu alas” efekts, kur CO2 izdalās tieši no zemes un uzkrājas aptuveni pusmetra augstumā. Pieaugušais, ieejot šādā alā, augšanas augstumā nejūt ogļskābās gāzes pārpalikumu, bet suņi nokļūst tieši biezā ogļskābās gāzes slānī un tiek saindēti.

CO2 neatbalsta degšanu, tāpēc to izmanto ugunsdzēšamos aparātos un ugunsdzēšanas sistēmās. Degošas sveces dzēšanas triks ar it kā tukšas glāzes saturu (bet patiesībā oglekļa dioksīdu) ir balstīts tieši uz šo oglekļa dioksīda īpašību.

Oglekļa dioksīds dabā: dabiski avoti

Oglekļa dioksīds dabā veidojas no dažādiem avotiem:

• Dzīvnieku un augu elpošana.
  Katrs skolēns zina, ka augi absorbē oglekļa dioksīdu CO2 no gaisa un izmanto to fotosintēzes procesos. Dažas mājsaimnieces mēģina kompensēt trūkumus ar istabas augu pārpilnību. Taču augi ne tikai absorbē, bet arī izdala oglekļa dioksīdu, ja nav gaismas – tā ir daļa no elpošanas procesa. Tāpēc džungļi slikti vēdināmā guļamistabā nav laba ideja: CO2 līmenis naktīs paaugstināsies vēl vairāk.
• Vulkāniskā darbība.
  Oglekļa dioksīds ir daļa no vulkāniskām gāzēm. Vietās ar augstu vulkānisko aktivitāti CO2 var izdalīties tieši no zemes – no plaisām un plaisām, ko sauc par mofetiem. Oglekļa dioksīda koncentrācija ielejās ar mofetiem ir tik augsta, ka daudzi mazi dzīvnieki, nokļūstot tur, iet bojā.
• Organisko vielu sadalīšanās.
  Oglekļa dioksīds veidojas organisko vielu sadegšanas un sabrukšanas laikā. Meža ugunsgrēkus pavada lielas dabiskās oglekļa dioksīda emisijas.

Oglekļa dioksīds dabā tiek “uzglabāts” oglekļa savienojumu veidā minerālos: oglēs, eļļā, kūdrā, kaļķakmenī. Pasaules okeānos izšķīdušā veidā ir atrodamas milzīgas CO2 rezerves.

Oglekļa dioksīda izplūde no atklātas rezervuāra var izraisīt limnoloģisku katastrofu, kā tas notika, piemēram, 1984. un 1986. gadā. Manounas un Nyos ezeros Kamerūnā. Abi ezeri veidojušies vulkānisko krāteru vietā - tagad tie ir izmiruši, bet dziļumā vulkāniskā magma joprojām izdala ogļskābo gāzi, kas paceļas līdz ezeru ūdeņiem un izšķīst tajos. Vairāku klimatisko un ģeoloģisko procesu rezultātā oglekļa dioksīda koncentrācija ūdeņos pārsniedza kritisko vērtību. Atmosfērā tika izmests milzīgs daudzums oglekļa dioksīda, kas kā lavīna devās lejup pa kalnu nogāzēm. Apmēram 1800 cilvēku kļuva par limnoloģisko katastrofu upuriem Kamerūnas ezeros.

Mākslīgie oglekļa dioksīda avoti

Galvenie antropogēnie oglekļa dioksīda avoti ir:

• rūpnieciskās emisijas, kas saistītas ar sadegšanas procesiem;
• autotransports.

Neraugoties uz to, ka pasaulē pieaug videi draudzīga transporta īpatsvars, lielākajai daļai pasaules iedzīvotāju drīzumā nebūs iespējas (vai vēlmes) pārsēsties uz jauniem auto.

Aktīvā mežu izciršana rūpnieciskos nolūkos izraisa arī oglekļa dioksīda CO2 koncentrācijas palielināšanos gaisā.

CO2 ir viens no vielmaiņas (glikozes un tauku sadalīšanās) galaproduktiem. Tas izdalās audos un ar hemoglobīnu tiek transportēts uz plaušām, caur kurām tiek izelpots. Cilvēka izelpotais gaiss satur aptuveni 4,5% oglekļa dioksīda (45 000 ppm) – 60-110 reizes vairāk nekā ieelpotajā gaisā.

Oglekļa dioksīdam ir liela nozīme asinsrites un elpošanas regulēšanā. CO2 līmeņa paaugstināšanās asinīs izraisa kapilāru paplašināšanos, ļaujot tiem iziet vairāk asiņu, kas piegādā skābekli audiem un izvada oglekļa dioksīdu.

Elpošanas sistēmu stimulē arī oglekļa dioksīda palielināšanās, nevis skābekļa trūkums, kā varētu šķist. Reāli organisms ilgstoši nejūt skābekļa trūkumu un ir pilnīgi iespējams, ka retinātā gaisā cilvēks zaudēs samaņu, pirms sajutīs gaisa trūkumu. CO2 stimulējošā īpašība tiek izmantota mākslīgās elpināšanas ierīcēs: kur oglekļa dioksīds tiek sajaukts ar skābekli, lai “iedarbinātu” elpošanas sistēmu.

Oglekļa dioksīds un mēs: kāpēc CO2 ir bīstams

Oglekļa dioksīds cilvēka ķermenim ir nepieciešams tāpat kā skābeklis. Bet, tāpat kā ar skābekli, arī oglekļa dioksīda pārpalikums kaitē mūsu labklājībai.

Augsta CO2 koncentrācija gaisā izraisa ķermeņa intoksikāciju un izraisa hiperkapnijas stāvokli. Ar hiperkapniju cilvēkam rodas apgrūtināta elpošana, slikta dūša, galvassāpes un var pat zaudēt samaņu. Ja oglekļa dioksīda saturs nesamazinās, tad rodas skābekļa bads. Fakts ir tāds, ka gan oglekļa dioksīds, gan skābeklis pārvietojas pa visu ķermeni ar vienu un to pašu “transportu” - hemoglobīnu. Parasti tie “ceļo” kopā, piestiprinoties dažādām hemoglobīna molekulas vietām. Tomēr paaugstināta oglekļa dioksīda koncentrācija asinīs samazina skābekļa spēju saistīties ar hemoglobīnu. Skābekļa daudzums asinīs samazinās un rodas hipoksija.

Šādas neveselīgas sekas ķermenim rodas, ieelpojot gaisu, kura CO2 saturs pārsniedz 5000 ppm (tas var būt, piemēram, gaiss raktuvēs). Taisnības labad jāsaka, ka parastajā dzīvē mēs praktiski nekad nesaskaramies ar šādu gaisu. Tomēr daudz zemāka oglekļa dioksīda koncentrācija ne vislabākajā veidā ietekmē veselību.

Saskaņā ar dažiem atklājumiem pat 1000 ppm CO2 pusei subjektu izraisa nogurumu un galvassāpes. Daudzi cilvēki sāk justies aizlikts un diskomforts pat agrāk. Kritiski palielinoties oglekļa dioksīda koncentrācijai līdz 1500–2500 ppm, smadzenes ir “slinkas”, lai uzņemtos iniciatīvu, apstrādātu informāciju un pieņemtu lēmumus.

Un, ja 5000 ppm līmenis ikdienas dzīvē ir gandrīz neiespējams, tad 1000 un pat 2500 ppm var viegli iekļauties mūsdienu cilvēka realitātē. Mūsējie parādīja, ka reti vēdināmās skolu klasēs CO2 līmenis lielāko daļu laika saglabājas virs 1500 ppm un dažreiz pārsniedz 2000 ppm. Ir pamats uzskatīt, ka līdzīga situācija ir daudzos birojos un pat dzīvokļos.

Fiziologi par cilvēka labklājībai drošu oglekļa dioksīda līmeni uzskata 800 ppm.

Citā pētījumā tika atklāta saikne starp CO2 līmeni un oksidatīvo stresu: jo augstāks ir oglekļa dioksīda līmenis, jo vairāk mēs ciešam no oksidatīvā stresa, kas bojā mūsu ķermeņa šūnas.

Oglekļa dioksīds Zemes atmosfērā

Mūsu planētas atmosfērā ir tikai aptuveni 0,04% CO2 (tas ir aptuveni 400 ppm), un nesen tas bija vēl mazāk: oglekļa dioksīds 400 ppm robežu pārsniedza tikai 2016. gada rudenī. Zinātnieki CO2 līmeņa paaugstināšanos atmosfērā saista ar industrializāciju: 18. gadsimta vidū, rūpnieciskās revolūcijas priekšvakarā, tas bija tikai aptuveni 270 ppm.

Jūs jau zināt, ka izelpojot no plaušām izdalās oglekļa dioksīds. Bet ko jūs zināt par šo vielu? Droši vien nedaudz. Šodien es atbildēšu uz visiem jūsu jautājumiem par oglekļa dioksīdu.

Definīcija

Šī viela normālos apstākļos ir bezkrāsaina gāze. Daudzos avotos to var saukt atšķirīgi: oglekļa monoksīds (IV) un oglekļa anhidrīds, un oglekļa dioksīds un oglekļa dioksīds.

Īpašības

Oglekļa dioksīds (formula CO 2) ir bezkrāsaina gāze, tai ir skāba smarža un garša, un tā šķīst ūdenī. Ja to pareizi atdzesē, veidojas sniegam līdzīga masa, ko sauc par sauso ledu (foto zemāk), kas sublimējas -78 o C temperatūrā.

Tas ir viens no jebkuras organiskas vielas sabrukšanas vai sadegšanas produktiem. Ūdenī tas šķīst tikai 15 o C temperatūrā un tikai tad, ja ūdens:oglekļa dioksīda attiecība ir 1:1. Oglekļa dioksīda blīvums var atšķirties, bet standarta apstākļos tas ir vienāds ar 1,976 kg/m3. Tas ir, ja tas ir gāzveida formā, un citos stāvokļos (šķidrā/gāzveida) arī blīvuma vērtības būs atšķirīgas. Šī viela ir skābs oksīds; pievienojot to ūdenim, veidojas ogļskābe. Ja jūs apvienojat oglekļa dioksīdu ar jebkuru sārmu, turpmākās reakcijas rezultātā veidojas karbonāti un bikarbonāti. Šis oksīds nevar nodrošināt degšanu, ar dažiem izņēmumiem. Tie ir reaktīvi metāli, un šāda veida reakcijās tie atņem no tā skābekli.

Kvīts

Oglekļa dioksīds un dažas citas gāzes izdalās lielos daudzumos, kad tiek ražots spirts vai sadalās dabiskie karbonāti. Pēc tam iegūtās gāzes mazgā ar izšķīdinātu kālija karbonātu. Tam seko to oglekļa dioksīda absorbcija, šīs reakcijas produkts ir bikarbonāts, kura šķīdumu karsējot iegūst vēlamo oksīdu.

Taču tagad to veiksmīgi aizstāj ūdenī izšķīdināts etanolamīns, kas absorbē dūmgāzēs esošo tvana gāzi un karsējot izdala to. Šī gāze ir arī blakusprodukts reakcijām, kas rada tīru slāpekli, skābekli un argonu. Laboratorijā, karbonātiem un bikarbonātiem reaģējot ar skābēm, veidojas nedaudz oglekļa dioksīda. Tas veidojas arī tad, kad reaģē cepamā soda un citronu sula vai tas pats nātrija bikarbonāts un etiķis (foto).

Pieteikums

Pārtikas rūpniecība nevar iztikt bez oglekļa dioksīda izmantošanas, kur tas ir pazīstams kā konservants un raudzētājs, kods E290. Jebkurš ugunsdzēšamais aparāts satur to šķidrā veidā.

Tāpat četrvērtīgais oglekļa oksīds, kas izdalās fermentācijas procesā, kalpo kā laba barība akvārija augiem. Tas ir atrodams arī labi zināmajā soda, ko daudzi cilvēki bieži iegādājas pārtikas preču veikalā. Stiepļu metināšana notiek oglekļa dioksīda vidē, bet, ja šī procesa temperatūra ir ļoti augsta, tad to pavada oglekļa dioksīda disociācija, kas atbrīvo skābekli, kas oksidē metālu. Tad metināšanu nevar veikt bez deoksidējošiem līdzekļiem (mangāna vai silīcija). Oglekļa dioksīdu izmanto, lai piepūstu velosipēdu riteņus; tas ir arī pneimatisko pistoļu kārbās (šo veidu sauc par gāzes baloniem). Arī šis oksīds cietā stāvoklī, ko sauc par sauso ledu, ir nepieciešams kā aukstumaģents tirdzniecībā, zinātniskajos pētījumos un dažu iekārtu remontdarbos.

Secinājums

Tādā veidā oglekļa dioksīds ir labvēlīgs cilvēkiem. Un ne tikai rūpniecībā, tam ir arī svarīga bioloģiskā loma: bez tā nevar notikt gāzu apmaiņa, asinsvadu tonusa regulēšana, fotosintēze un daudzi citi dabiski procesi. Bet tā pārpalikums vai trūkums gaisā kādu laiku var negatīvi ietekmēt visu dzīvo organismu fizisko stāvokli.

Oglekļa dioksīds ir bezkrāsaina gāze ar viegli skābenu smaržu un garšu, kas reģistrēta starptautiskajā pārtikas piedevu klasifikācijā ar kodu E290. Izmanto kā konservantu, propelantu, antioksidantu un skābuma regulētāju.

Oglekļa dioksīda vispārīgās īpašības

Oglekļa dioksīds ir smaga, bez smaržas, bezkrāsaina gāze, kas pazīstama kā oglekļa dioksīds. Oglekļa dioksīda īpaša iezīme ir tā spēja atmosfēras spiedienā no cieta stāvokļa tieši pārvērsties gāzveida stāvoklī, apejot šķidro stadiju (kalorizatoru). Šķidrā stāvoklī oglekļa dioksīds tiek uzglabāts paaugstinātā spiedienā. Oglekļa dioksīda cietais stāvoklis - baltie kristāli - ir pazīstams kā "sausais ledus".

Oglekļa dioksīds veidojas organisko vielu sadegšanas un sabrukšanas laikā, tas izdalās augu un dzīvnieku elpošanas laikā, kā arī dabiski atrodams gaisā un minerālavotos.

Oglekļa dioksīda ieguvumi un kaitējums

Oglekļa dioksīds nav toksiska viela un tāpēc tiek uzskatīta par nekaitīgu cilvēka ķermenim. Bet, būdams vielu uzsūkšanās procesa paātrinātājs kuņģa gļotādā, tas provocē, piemēram, strauju intoksikāciju, dzerot gāzētos alkoholiskos dzērienus. Aizrauties ar dzeramo sodu nav ieteicams ikvienam, kam ir problēmas ar kuņģa-zarnu traktu, jo nekaitīgākās E290 negatīvās izpausmes ir vēdera uzpūšanās un atraugas.

E290 pielietošana

Galvenais oglekļa dioksīda lietojums ir tā izmantošana kā E290 konservants gāzēto dzērienu ražošanā. To bieži izmanto vīnogu izejvielu fermentācijas procesā, lai kontrolētu fermentāciju. E290 ir iekļauts konservantu sastāvā iepakotu gaļas un piena produktu, maizes izstrādājumu, dārzeņu un augļu uzglabāšanai. Sausais ledus tiek izmantots kā saldēšanas un dzesēšanas līdzeklis saldējuma, kā arī svaigu zivju un jūras velšu konservēšanai. Kā cepamais pulveris E290 “strādā” maizes un konditorejas izstrādājumu cepšanas procesā.

Pārdošanā jūs varat atrast E290 oglekļa dioksīdu cilindros vai “sausā ledus” bloku veidā īpašos noslēgtos iepakojumos.

Oglekļa dioksīda E290 izmantošana Krievijā

Krievijas Federācijas teritorijā pārtikas piedevas E290 izmantošana pārtikas rūpniecībā ir atļauta kā konservantu un raudzētāju.

Viela ar ķīmisko formulu CO2 un molekulmasu 44,011 g/mol, kas var pastāvēt četros fāzu stāvokļos - gāzveida, šķidrā, cietā un superkritiskā.

CO2 gāzveida stāvokli parasti sauc par oglekļa dioksīdu. Atmosfēras spiedienā tā ir bezkrāsaina gāze bez smaržas, temperatūrā +20?Ar blīvumu 1,839 kg/m? (1,52 reizes smagāks par gaisu), labi šķīst ūdenī (0,88 tilpumi 1 tilpumā ūdens), daļēji mijiedarbojoties tajā, veidojot ogļskābi. Atmosfērā ir vidēji 0,035 tilpuma%. Pēkšņas dzesēšanas laikā izplešanās (izplešanās) dēļ CO2 spēj desublimēties – nonākt tieši cietā stāvoklī, apejot šķidro fāzi.

Oglekļa dioksīda gāze iepriekš bieži tika uzglabāta stacionārās gāzes tvertnēs. Pašlaik šī uzglabāšanas metode netiek izmantota; ogļskābo gāzi vajadzīgajā daudzumā iegūst tieši uz vietas - iztvaicējot šķidro ogļskābo gāzi gazifikatorā. Tad gāzi var viegli sūknēt pa jebkuru gāzes vadu zem spiediena 2-6 atmosfēras.

CO2 šķidro stāvokli tehniski sauc par "šķidro oglekļa dioksīdu" vai vienkārši "oglekļa dioksīdu". Tas ir bezkrāsains, bez smaržas šķidrums ar vidējo blīvumu 771 kg/m3, kas pastāv tikai zem spiediena 3482...519 kPa pie temperatūras 0...-56,5 grādi C (“zemas temperatūras oglekļa dioksīds” ), vai zem spiediena 3 482...7 383 kPa 0...+31,0 grādu C temperatūrā (“augstspiediena oglekļa dioksīds”). Augstspiediena oglekļa dioksīdu visbiežāk iegūst, saspiežot oglekļa dioksīdu līdz kondensācijas spiedienam, vienlaikus atdzesējot ar ūdeni. Zemas temperatūras oglekļa dioksīds, kas ir galvenais oglekļa dioksīda veids rūpnieciskam patēriņam, visbiežāk tiek ražots augstspiediena ciklā ar trīspakāpju dzesēšanu un droseles darbību īpašās iekārtās.

Zemam un vidējam oglekļa dioksīda patēriņam (augstspiedienam) tā uzglabāšanai un transportēšanai tiek izmantoti dažādi tērauda baloni (no baloniem sadzīves sifoniem līdz konteineriem ar tilpumu 55 litri). Visizplatītākais ir 40 litru balons ar darba spiedienu 15 000 kPa, kas satur 24 kg oglekļa dioksīda. Tērauda baloniem nav nepieciešama papildu aprūpe, oglekļa dioksīds tiek uzglabāts bez zaudējumiem ilgu laiku. Augstspiediena oglekļa dioksīda baloni ir krāsoti melnā krāsā.

Nozīmīgam patēriņam zemas temperatūras šķidrā oglekļa dioksīda uzglabāšanai un transportēšanai tiek izmantotas dažādas ietilpības izotermiskās tvertnes, kas aprīkotas ar dienesta aukstumiekārtām. Ir uzglabāšanas (stacionārās) vertikālās un horizontālās tvertnes ar ietilpību no 3 līdz 250 tonnām, transportējamās tvertnes ar ietilpību no 3 līdz 18 tonnām Vertikālajām tvertnēm nepieciešama pamatu izbūve un tās galvenokārt tiek izmantotas ierobežotas izvietošanas vietas apstākļos. Horizontālo tvertņu izmantošana ļauj samazināt pamatu izmaksas, it īpaši, ja ir kopīgs karkass ar oglekļa dioksīda staciju. Tvertnes sastāv no iekšējas metinātas tvertnes, kas izgatavota no zemas temperatūras tērauda un ar poliuretāna putām vai vakuuma siltumizolāciju; ārējais korpuss izgatavots no plastmasas, cinkota vai nerūsējošā tērauda; cauruļvadi, veidgabali un vadības ierīces. Metinātā trauka iekšējās un ārējās virsmas tiek īpaši apstrādātas, tādējādi samazinot metāla virsmas korozijas iespējamību. Dārgiem importētiem modeļiem ārējais noslēgtais korpuss ir izgatavots no alumīnija. Tvertņu izmantošana nodrošina šķidrā oglekļa dioksīda uzpildīšanu un novadīšanu; uzglabāšana un transportēšana bez produkta zudumiem; vizuāla svara un darba spiediena kontrole degvielas uzpildes laikā, uzglabāšanas un izdalīšanas laikā. Visu veidu cisternas ir aprīkotas ar daudzlīmeņu drošības sistēmu. Drošības vārsti ļauj pārbaudīt un remontēt, neapturot un neiztukšojot tvertni.

Ar momentānu spiediena pazemināšanos līdz atmosfēras spiedienam, kas notiek injekcijas laikā īpašā izplešanās kamerā (droselēšana), šķidrais oglekļa dioksīds uzreiz pārvēršas gāzē un plānā sniegam līdzīgā masā, kas tiek nospiesta un oglekļa dioksīds tiek iegūts cietā stāvoklī. , ko parasti sauc par "sauso ledu". Atmosfēras spiedienā tā ir balta stiklveida masa ar blīvumu 1562 kg/m?, ar temperatūru -78,5?C, kas brīvā dabā sublimējas - pamazām iztvaiko, apejot šķidro stāvokli. Sauso ledu var iegūt arī tieši no augstspiediena iekārtām, ko izmanto zemas temperatūras oglekļa dioksīda ražošanai no gāzu maisījumiem, kas satur CO2 vismaz 75-80 %. Sausā ledus tilpuma dzesēšanas jauda ir gandrīz 3 reizes lielāka nekā ūdens ledus un ir 573,6 kJ/kg.

Cietais oglekļa dioksīds parasti tiek ražots briketēs ar izmēriem 200×100×20-70 mm, granulās ar diametru 3, 6, 10, 12 un 16 mm, reti smalkākā pulvera veidā (“sausais sniegs”). Briketes, granulas un sniegu uzglabā ne ilgāk kā 1-2 dienas stacionārās pazemes raktuvju tipa noliktavās, sadalītas nelielos nodalījumos; transportē īpašos izolētos konteineros ar drošības vārstu. Tiek izmantoti dažādu ražotāju konteineri ar ietilpību no 40 līdz 300 kg vai vairāk. Zudumi sublimācijas dēļ atkarībā no apkārtējās vides temperatūras ir 4-6% vai vairāk dienā.

Pie spiediena virs 7,39 kPa un temperatūrā virs 31,6 grādiem C oglekļa dioksīds atrodas tā sauktajā superkritiskajā stāvoklī, kurā tā blīvums ir līdzīgs šķidruma blīvumam, bet viskozitāte un virsmas spraigums ir kā gāzei. Šī neparastā fizikālā viela (šķidrums) ir lielisks nepolārs šķīdinātājs. Superkritiskais CO2 spēj pilnībā vai selektīvi ekstrahēt jebkuras nepolāras sastāvdaļas, kuru molekulmasa ir mazāka par 2000 daltoniem: terpēnus, vaskus, pigmentus, augstas molekulmasas piesātinātās un nepiesātinātās taukskābes, alkaloīdus, taukos šķīstošos vitamīnus un fitosterīnus. Superkritiskā CO2 nešķīstošās vielas ir celuloze, ciete, organiskie un neorganiskie polimēri ar lielu molekulmasu, cukuri, glikozīdvielas, olbaltumvielas, metāli un daudzu metālu sāļi. Ar līdzīgām īpašībām superkritiskais oglekļa dioksīds arvien vairāk tiek izmantots organisko un neorganisko vielu ekstrakcijas, frakcionēšanas un impregnēšanas procesos. Tas ir arī daudzsološs darba šķidrums mūsdienu siltuma dzinējiem.

• Īpaša gravitāte. Oglekļa dioksīda īpatnējais svars ir atkarīgs no spiediena, temperatūras un agregācijas stāvokļa, kurā tas atrodas.
• Oglekļa dioksīda kritiskā temperatūra ir +31 grāds. Oglekļa dioksīda īpatnējais svars 0 grādos un 760 mm Hg spiedienā. vienāds ar 1,9769 kg/m3.
• Oglekļa dioksīda molekulmasa ir 44,0. Oglekļa dioksīda relatīvais svars salīdzinājumā ar gaisu ir 1,529.
• Šķidrais oglekļa dioksīds temperatūrā virs 0 grādiem. daudz vieglāks par ūdeni, un to var uzglabāt tikai zem spiediena.
• Cietā oglekļa dioksīda īpatnējais svars ir atkarīgs no tā ražošanas metodes. Šķidrais oglekļa dioksīds, sasaldējot, pārvēršas sausā ledū, kas ir caurspīdīga, stiklveida cieta viela. Šajā gadījumā vislielākais blīvums ir cietajam oglekļa dioksīdam (normālā spiedienā traukā, kas atdzesēts līdz mīnus 79 grādiem, blīvums ir 1,56). Rūpnieciskais cietais oglekļa dioksīds ir baltā krāsā, tā cietība ir tuvu krītam,
• tā īpatnējais svars mainās atkarībā no ražošanas metodes diapazonā no 1,3 - 1,6.

• Stāvokļa vienādojums. Attiecību starp oglekļa dioksīda tilpumu, temperatūru un spiedienu izsaka vienādojums
• V= R T/p - A, kur
• V - tilpums, m3/kg;
• R - gāzes konstante 848/44 = 19,273;
• T - temperatūra, K grādi;
• p spiediens, kg/m2;
• A ir papildu termins, kas raksturo ideālas gāzes novirzi no stāvokļa vienādojuma. To izsaka ar atkarību A = (0,0825 + (1,225)10-7 r)/(T/100)10/3.

• Trīskāršais oglekļa dioksīda punkts. Trīskāršajam punktam raksturīgs spiediens 5,28 ata (kg/cm2) un temperatūra mīnus 56,6 grādi.
• Oglekļa dioksīds var pastāvēt visos trīs stāvokļos (cietā, šķidrā un gāzveida) tikai trīskāršā punktā. Pie spiediena zem 5,28 ata (kg/cm2) (vai temperatūrā, kas zemāka par mīnus 56,6 grādiem), oglekļa dioksīds var pastāvēt tikai cietā un gāzveida stāvoklī.
• Tvaika-šķidruma reģionā, t.i. virs trīskāršā punkta spēkā ir šādas attiecības
• i"x + i""y = i,
• x + y = 1, kur,
• x un y - vielas proporcija šķidrā un tvaiku formā;
• i" ir šķidruma entalpija;
• i"" - tvaika entalpija;
• i ir maisījuma entalpija.
• No šīm vērtībām ir viegli noteikt x un y vērtības. Attiecīgi apgabalam, kas atrodas zem trīskāršā punkta, būs derīgi šādi vienādojumi:
• i"" y + i"" z = i,
• y + z = 1, kur,
• i"" - cietā oglekļa dioksīda entalpija;
• z ir vielas daļa cietā stāvoklī.
• Trīs fāzu trīskāršajā punktā ir arī tikai divi vienādojumi
• i" x + i"" y + i""" z = i,
• x + y + z = 1.
• Zinot i", i", "i""" vērtības trīskāršajam punktam un izmantojot iepriekš minētos vienādojumus, varat noteikt maisījuma entalpiju jebkuram punktam.

• Siltuma jauda. Oglekļa dioksīda siltumietilpība 20 grādu temperatūrā. un 1 ata ir
• Ср = 0,202 un Сv = 0,156 kcal/kg*deg. Adiabātiskais indekss k =1,30.
• Šķidrā oglekļa dioksīda siltumietilpība temperatūras diapazonā no -50 līdz +20 grādiem. ko raksturo šādas vērtības, kcal/kg*deg. :
• C -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
• Tr, 0,47 0,49 0,515 0,514 0,517 0,6 0,64 0,68

• Kušanas punkts. Cietā oglekļa dioksīda kušana notiek temperatūrā un spiedienā, kas atbilst trīskāršajam punktam (t = -56,6 grādi un p = 5,28 ata) vai virs tā.
• Zem trīskāršā punkta sublimējas cietais oglekļa dioksīds. Sublimācijas temperatūra ir spiediena funkcija: normālā spiedienā tā ir -78,5 grādi, vakuumā tā var būt -100 grādi. un zemāk.

• Entalpija. Oglekļa dioksīda tvaiku entalpiju plašā temperatūru un spiedienu diapazonā nosaka, izmantojot Planka un Kuprijanova vienādojumu.
• i = 169,34 + (0,1955 + 0,000115t)t - 8,3724 p(1 + 0,007424p)/0,01 T(10/3), kur
• I - kcal/kg, p - kg/cm2, T - grādi K, t - grādi C.
• Šķidrā oglekļa dioksīda entalpiju jebkurā punktā var viegli noteikt, no piesātināto tvaiku entalpijas atņemot latento iztvaikošanas siltumu. Līdzīgi, atņemot sublimācijas latento siltumu, var noteikt cietā oglekļa dioksīda entalpiju.

• Siltumvadītspēja. Oglekļa dioksīda siltumvadītspēja pie 0 grādiem. ir 0,012 kcal/m*stunda*grādis C, un -78 grādu temperatūrā. tas samazinās līdz 0,008 kcal/m*stunda*deg.S.
• Dati par oglekļa dioksīda siltumvadītspēju 10 4 ēd.k. kcal/m*stunda*grādi C pie pozitīvas temperatūras ir norādīti tabulā.
• Spiediens, kg/cm2 10 grādi. 20 grādi. 30 grādi. 40 grādi
• Oglekļa dioksīda gāze
• 1 130 136 142 148
• 20 - 147 152 157
• 40 - 173 174 175
• 60 - - 228 213
• 80 - - - 325
• Šķidrais oglekļa dioksīds
• 50 848 - - -
• 60 870 753 - -
• 70 888 776 - -
• 80 906 795 670
  Cietā oglekļa dioksīda siltumvadītspēju var aprēķināt, izmantojot formulu:
  236,5/T1,216 st., kcal/m*stunda*deg.S.

• Termiskās izplešanās koeficients. Cietā oglekļa dioksīda tilpuma izplešanās koeficientu a aprēķina atkarībā no īpatnējā smaguma un temperatūras izmaiņām. Lineārās izplešanās koeficientu nosaka izteiksme b = a/3. Temperatūras diapazonā no -56 līdz -80 grādiem. koeficientiem ir šādas vērtības: a *10*5st. = 185,5–117,0, b* 10* 5 st. = 61,8-39,0.

• Viskozitāte. Oglekļa dioksīda viskozitāte 10 * 6st. atkarībā no spiediena un temperatūras (kg*sek/m2)
• Spiediens, pie -15 grādiem. 0 grādi. 20 grādi. 40 grādi
• 5 1,38 1,42 1,49 1,60
• 30 12,04 1,63 1,61 1,72
• 75 13,13 12,01 8,32 2,30

• Dielektriskā konstante.Šķidrā oglekļa dioksīda dielektriskā konstante pie 50 - 125 ati ir diapazonā no 1,6016 - 1,6425.
• Oglekļa dioksīda dielektriskā konstante pie 15 grādiem. un spiediens 9,4 - 39 un 1,009 - 1,060.

• Oglekļa dioksīda mitruma saturs.Ūdens tvaiku saturu mitrā oglekļa dioksīdā nosaka, izmantojot vienādojumu,
• X = 18/44 * p’/p – p’ = 0,41 p’/p – p’ kg/kg, kur
• p’ - ūdens tvaiku daļējais spiediens pie 100% piesātinājuma;
• p ir kopējais tvaika-gāzes maisījuma spiediens.

• Oglekļa dioksīda šķīdība ūdenī. Gāzu šķīdību mēra pēc gāzes tilpumiem, kas samazināti līdz normāliem apstākļiem (0 grādi, C un 760 mm Hg) uz vienu šķīdinātāja tilpumu.
• Oglekļa dioksīda šķīdība ūdenī mērenā temperatūrā un spiedienā līdz 4 - 5 atm atbilst Henrija likumam, kas izteikts ar vienādojumu
• P = N X, kur
• P ir gāzes daļējais spiediens virs šķidruma;
• X ir gāzes daudzums molos;
• H - Henrija koeficients.

• Šķidrais oglekļa dioksīds kā šķīdinātājs. Smēreļļas šķīdība šķidrā oglekļa dioksīdā -20 grādu temperatūrā. līdz +25 grādiem. ir 0,388 g 100 CO2,
• un palielinās līdz 0,718 g uz 100 g CO2 +25 grādu temperatūrā. AR.
• Ūdens šķīdība šķidrā oglekļa dioksīdā temperatūras diapazonā no -5,8 līdz +22,9 grādiem. ir ne vairāk kā 0,05% no svara.

Drošības pasākumi

Pēc ietekmes uz cilvēka ķermeni pakāpes oglekļa dioksīda gāze pieder pie 4. bīstamības klases saskaņā ar GOST 12.1.007-76 “Kaitīgas vielas. Klasifikācija un vispārējās drošības prasības." Maksimāli pieļaujamā koncentrācija darba zonas gaisā nav noteikta, novērtējot šo koncentrāciju, jākoncentrējas uz ogļu un ozokerīta raktuvju standartiem, kas noteikti 0,5% robežās.

Lietojot sauso ledu, izmantojot traukus ar šķidru zemas temperatūras oglekļa dioksīdu, jānodrošina drošības pasākumi, lai novērstu roku un citu darbinieka ķermeņa daļu apsaldējumus.

Biežākie šī savienojuma veidošanās procesi ir dzīvnieku un augu atlieku pūšana, dažāda veida kurināmā sadegšana, dzīvnieku un augu elpošana. Piemēram, viens cilvēks dienā atmosfērā izdala aptuveni kilogramu oglekļa dioksīda. Oglekļa monoksīds un dioksīds var veidoties arī nedzīvā dabā. Oglekļa dioksīds izdalās vulkāniskās darbības laikā, un to var iegūt arī no minerālūdens avotiem. Oglekļa dioksīds nelielos daudzumos ir atrodams Zemes atmosfērā.

Šī savienojuma ķīmiskās struktūras īpatnības ļauj tam piedalīties daudzās ķīmiskās reakcijās, kuru pamatā ir oglekļa dioksīds.

Formula

Šīs vielas savienojumā četrvērtīgais oglekļa atoms veido lineāru saiti ar divām skābekļa molekulām. Šādas molekulas izskatu var attēlot šādi:

Hibridizācijas teorija izskaidro oglekļa dioksīda molekulas uzbūvi šādi: starp oglekļa atomu sp orbitālēm un divām skābekļa 2p orbitālēm veidojas divas esošās sigmas saites; Oglekļa p-orbitāles, kas nepiedalās hibridizācijā, ir saistītas ar līdzīgām skābekļa orbitālēm. Ķīmiskajās reakcijās oglekļa dioksīdu raksta šādi: CO 2.

Fizikālās īpašības

Normālos apstākļos oglekļa dioksīds ir bezkrāsaina gāze bez smaržas. Tas ir smagāks par gaisu, tāpēc oglekļa dioksīds var darboties kā šķidrums. Piemēram, to var liet no viena trauka citā. Šī viela nedaudz šķīst ūdenī – aptuveni 0,88 litri CO 2 izšķīst vienā litrā ūdens 20 ⁰C temperatūrā. Neliela temperatūras pazemināšanās radikāli maina situāciju – tajā pašā litrā ūdens pie 17⁰C var izšķīst 1,7 litri CO 2. Ar spēcīgu dzesēšanu šī viela izgulsnējas sniega pārslu veidā - veidojas tā sauktais “sausais ledus”. Šis nosaukums cēlies no tā, ka normālā spiedienā viela, apejot šķidro fāzi, nekavējoties pārvēršas gāzē. Šķidrais oglekļa dioksīds veidojas pie spiediena nedaudz virs 0,6 MPa un istabas temperatūrā.

Ķīmiskās īpašības

Mijiedarbojoties ar spēcīgiem oksidētājiem, 4-oglekļa dioksīdam piemīt oksidējošas īpašības. Šīs mijiedarbības tipiskā reakcija ir:

C + CO 2 = 2CO.

Tādējādi ar ogļu palīdzību oglekļa dioksīds tiek reducēts līdz tā divvērtīgajai modifikācijai - oglekļa monoksīdam.

Normālos apstākļos oglekļa dioksīds ir inerts. Bet daži aktīvie metāli var tajā sadedzināt, no savienojuma atdalot skābekli un atbrīvojot oglekļa gāzi. Tipiska reakcija ir magnija sadegšana:

2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

Reakcijas laikā veidojas magnija oksīds un brīvais ogleklis.

Ķīmiskajos savienojumos CO 2 bieži piemīt tipiska skābes oksīda īpašības. Piemēram, tas reaģē ar bāzēm un bāzes oksīdiem. Reakcijas rezultāts ir ogļskābes sāļi.

Piemēram, nātrija oksīda savienojuma reakciju ar oglekļa dioksīdu var attēlot šādi:

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

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3.

Ogļskābes un CO 2 šķīdums

Oglekļa dioksīds ūdenī veido šķīdumu ar nelielu disociācijas pakāpi. Šo oglekļa dioksīda šķīdumu sauc par ogļskābi. Tas ir bezkrāsains, vāji izteikts un ar skābu garšu.

Ķīmiskās reakcijas reģistrēšana:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Līdzsvars ir diezgan spēcīgi nobīdīts pa kreisi – tikai aptuveni 1% no sākotnējā oglekļa dioksīda pārvēršas ogļskābē. Jo augstāka temperatūra, jo mazāk ogļskābes molekulu šķīdumā. Kad savienojums vārās, tas pilnībā izzūd, un šķīdums sadalās oglekļa dioksīdā un ūdenī. Ogļskābes strukturālā formula ir parādīta zemāk.

Ogļskābes īpašības

Ogļskābe ir ļoti vāja. Šķīdumos tas sadalās ūdeņraža jonos H + un savienojumos HCO 3 -. CO 3 - joni veidojas ļoti mazos daudzumos.

Ogļskābe ir divbāziska, tāpēc tās veidotie sāļi var būt vidēji un skābi. Krievu ķīmiskajā tradīcijā vidējos sāļus sauc par karbonātiem, bet stipros sāļus - par bikarbonātiem.

Kvalitatīva reakcija

Viens no iespējamiem veidiem, kā noteikt oglekļa dioksīda gāzi, ir mainīt kaļķu javas dzidrumu.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Šī pieredze ir zināma no skolas ķīmijas kursa. Reakcijas sākumā veidojas neliels daudzums baltu nogulšņu, kas pēc tam pazūd, kad oglekļa dioksīds tiek izlaists caur ūdeni. Caurspīdības izmaiņas notiek tāpēc, ka mijiedarbības procesā nešķīstošs savienojums - kalcija karbonāts - pārvēršas šķīstošā vielā - kalcija bikarbonātā. Reakcija notiek pa šo ceļu:

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

Oglekļa dioksīda ražošana

Ja jums ir nepieciešams iegūt nelielu CO2 daudzumu, varat sākt sālsskābes reakciju ar kalcija karbonātu (marmoru). Šīs mijiedarbības ķīmiskais apzīmējums izskatās šādi:

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

Arī šim nolūkam izmanto oglekli saturošu vielu, piemēram, acetilēna, sadegšanas reakcijas:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.

Iegūtās gāzveida vielas savākšanai un uzglabāšanai izmanto Kipp aparātu.

Rūpniecības un lauksaimniecības vajadzībām oglekļa dioksīda ražošanas mērogam jābūt lielam. Populāra metode šai liela mēroga reakcijai ir kaļķakmens dedzināšana, kas rada oglekļa dioksīdu. Reakcijas formula ir dota zemāk:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Oglekļa dioksīda pielietojumi

Pārtikas rūpniecība pēc liela mēroga “sausā ledus” ražošanas pārgāja uz principiāli jaunu pārtikas uzglabāšanas metodi. Tas ir neaizstājams gāzēto dzērienu un minerālūdens ražošanā. CO 2 saturs dzērienos piešķir tiem svaigumu un ievērojami palielina to glabāšanas laiku. Minerālūdeņu karbidizācija ļauj izvairīties no piesātinājuma un nepatīkamas garšas.

Ēdienu gatavošanā bieži izmanto citronskābes dzēšanas metodi ar etiķi. Šī procesa laikā izdalītais oglekļa dioksīds piešķir konditorejas izstrādājumiem pūkainību un vieglumu.

Šo savienojumu bieži izmanto kā pārtikas piedevu, lai palielinātu pārtikas produktu glabāšanas laiku. Saskaņā ar starptautiskajiem standartiem par produktos esošo ķīmisko piedevu klasifikāciju, tas ir kodēts ar E 290,

Pulverveida oglekļa dioksīds ir viena no populārākajām vielām, kas iekļautas ugunsdzēšanas maisījumos. Šī viela ir atrodama arī ugunsdzēšamo aparātu putās.

Vislabāk ir transportēt un uzglabāt oglekļa dioksīdu metāla balonos. Temperatūrā virs 31⁰C spiediens cilindrā var sasniegt kritisko līmeni, un šķidrais CO 2 nonāks superkritiskā stāvoklī, strauji palielinoties darba spiedienam līdz 7,35 MPa. Metāla cilindrs spēj izturēt iekšējo spiedienu līdz 22 MPa, tāpēc spiediena diapazons temperatūrā virs trīsdesmit grādiem tiek uzskatīts par drošu.