Получение
В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве закачивается в баллоны.
В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.
Свойства
Плотность при нормальных условиях 1,98 г/л. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.
Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.
По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).
Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.
Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (см. Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (см. Гипокапния)
Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса (см. Артериолы).
Ссылки
- International Chemical Safety Card 0021 (англ.)
- CID 280 с сайта PubChem (англ.)
- CO2 Диоксид углерода, свойства, применение (англ.)
- Фазовая диаграмма (давление-температура)для диоксида углерода
- Molview from bluerhinos.co.uk Диоксид углерода в 3D
- Dry Ice information (англ.)
- Trends in Atmospheric Carbon Dioxide (NOAA)
- Phase Diagram of Carbon Dioxide(англ.)
- Experiment 071 — Triple Point Phase Transition for Carbon Dioxide
- CO2 как природный рефрежерант — FAQs (англ.)
- Великобритания разрабатывает метод сохранения двуокиси углерода
.
.
Углеродный цикл в условиях индустриализации
Индустриальный диоксид углерода появился
как побочный продукт промышленных технологий. Всего за период 1870 – 2013 гг
суммарное поступление антропогенного СО2 в атмосферу составило 535
ГтС, в том числе:
- выбросы в результате сжигания
ископаемых топлив и переработки минерального сырья – 390 ГтС; - выбросы в результате деятельности
человека на земле – 145 ГтС.
Концентрация углекислого газа в
атмосфере выросла с 278 ррм (1870 г.) до 400 ррм (2013 г.).
Баланс выбросов и поглощений
В период с 1870 по 2014 гг. баланс
выбросов и поглощений парникового газа выглядит следующим образом:
- объём выбросов при сжигании
органического топлива и переработки минерального сырья составил 400 ГтC (73 % общей антропогенной эмиссии) % - эмиссия при изменении землепользования
равна 145 ГтC (27%); - поглощение антропогенных выбросов
океаном составило 155 ГтC (28 % накопленного
объёма антропогенной эмиссии); - биотой суши усвоено 160 ГтC (29 %);
- в атмосфере остались 230 ГтC (43 % суммарного объёма антропогенных выбросов).
Указанное количество антропогенного
углерода является предметом озабоченности стран, подписавших Киотский протокол
и последующие Соглашения.
Все источники СО2 делятся на
стационарные и передвижные. Основные стационарные источники выбросов диоксида
углерода в атмосферу относятся к следующим отраслям:
- Энергетика (угольные, нефтяные, газовые
электростанции). - Переработка нефти и газа.
- Химическая промышленность (производства
аммиака, водорода, метанола и т.д.).
Именно их следует
рассматривать в качестве сырьевых источников углекислого газа в крупнотоннажных
нефтехимических производствах.
Применение
В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.
Жидкая углекислота (жидкая пищевая углекислота) — сжиженный углекислый газ, хранящийся под высоким давлением (~ 65-70 Атм). Бесцветная жидкость. При выпуске жидкой углекислоты из баллона в атмосферу часть её испаряется, а другая часть образует хлопья сухого льда.
Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и для производства газированной воды и лимонада. Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород который в свою очередь и входит в заимодействие с жидким металом окисляя его. Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.
Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в качестве хладагента в ледниках и морозильных установках.
Углекислый газ и парниковый эффект
Ученые из
Института биофизики клетки предложили следующую количественную оценку влияния
концентрации парниковых газов на среднепланетную температуру Земли, которая
хорошо согласуется с результатами многолетних наблюдений:
половину
длинноволнового излучения поверхности планеты.
Развитие энергетики негативно влияет на
состояние биосферы, которая формировалась на протяжении нескольких миллиардов
лет.
В этой связи, на 21-ой Международной конференции
по изменению климата принято соответствующее Парижское соглашение. Документ
закрепляет основные принципы действий всех государств на ближайший временной
период. Основной целью соглашения является сдерживание потепления на планете на
уровне менее 2 Со к 2050 году. Исходя из этого все страны мирового
сообщества, включая Россию, должны разработать собственные долгосрочные
стратегии «низкоуглеродного» развития.
Подписанное ими Соглашение реализуется в
разделении ответственности Сторон конвенции за потепление климата, а именно –
сокращение выбросов, когда все страны считаются эмиттерами углекислого газа.
Это положение является реализацией научно-обоснованного баланса углерода и
перманентно закрепляется процедурой консенсуса на всех конференциях ООН по
климату. На его основе Министерством природных ресурсов и экологии РФ и
распоряжением Президента 17 декабря 2009 года утверждена Климатическая
доктрина. В её рамках предусматривается реализовать меры, обеспечивающие:
- повышение энергетической эффективности
во всех секторах экономики; - использование возобновляемых и
альтернативных источников энергии; - сокращение рыночных диспропорций,
реализацию мер финансовой и налоговой политики, стимулирующих снижение
антропогенных выбросов парниковых газов; - защиту и повышение качества
поглотителей парниковых газов, включая рациональное ведение лесного хозяйства.
