Угольный газ формула

Диоксид углерода

Диокси́д углеро́да (углекислый газ, угольный ангидрид, углекислота, двуокись углерода), оксид углерода(IV), химическое соединение углерода с кислородом, СО2.

Физико-химические свойства

Бесцветный газ со слабым запахом; плотность 1,9768 г/дм3 (0 °C). При давлении 5,7 МПа и температуре 20 °C сжижается; при атмосферном давлении и температуре –78,5 °C превращается в белую снегообразную массу – «сухой лёд» (при возгонке поглощает около 590 кДж/кг теплоты); при высоких давлениях образует стеклообразную массу. Растворяется в воде (1,45 г/дм3 при 25 °C и 100 кПа), образуя угольную кислоту. Жидкий диоксид углерода хорошо растворим в эфире и низших спиртах. Термически устойчив. Обладает свойствами кислотных оксидов. Взаимодействует при нагревании с углеродом, выделяя оксид углерода (реакция Будуара), а также с органическими веществами (карбоксилирование). При концентрации в воздухе свыше 6 % токсичен.

Нахождение в природе

Диоксид углерода содержится в атмосфере Земли (около 0,03 % по объёму; атмосфера Венеры содержит около 96 % СО2, Марса 95 % СО2). Выделяется с вулканическими газами, с парáми горячих источников и гейзеров, при горении и разложении растительных и животных остатков, при спиртовом брожении, горении топлива, при термическом разложении карбонатов и их взаимодействии с кислотами. Участвует в биогеохимическом углеродном цикле; является одним из источников жизни на Земле, выделяется при дыхании человека и животных, участвует в процессах фотосинтеза у растений, водорослей и цианобактерий; влияет на климат Земли (входит в состав парниковых газов).

Получение

Диоксид углерода получают в основном как побочный продукт при получении водорода из углеродсодержащего сырья.

Применение

Используют при синтезе мочевины, метанола, карбонатов и гидрокарбонатов металлов, карбоновых кислот и их производных. В пищевой промышленности применяют для охлаждения продуктов и приготовления газированных напитков, в химии – как сверхкритический растворитель, в пожарном деле – как средство огнетушения.

Дата публикации:  17 января 2023 г. в 00:20 (GMT+3)

Окси́д углеро́да (угарный газ, монооксид углерода), оксид углерода(II), химическое соединение углерода с кислородом, СО.

Газ без цвета и запаха, tпл –205,02 °С, tкип –191,5 °С, плотность 1,145 г/дм3 (0 °С); плохо растворим в воде (2,14 мл СО в 100 мл H2O при 25 °С), растворим в бензоле, спирте, хлороформе, соляной и уксусной кислотах; горит голубым пламенем (теплота сгорания 12,64 МДж/м3), самовоспламеняется при 630–700 °С, с воздухом образует взрывоопасные смеси (12,5–74,2 % по объёму СО). Способен диффундировать через слои почвы, в помещениях – через перегородки, может накапливаться в подвалах и колодцах.

Молекула СО очень устойчива (энергия термической диссоциации 1071 кДж/моль), не взаимодействует при обычных условиях с водой, кислотами и щелочами (несолеобразующий оксид). Оксид углерода – сильный восстановитель (в частности, используется для восстановления металлов из их оксидов в металлургии). Окисляется до диоксида углерода CO2 кислородом при комнатной температуре в присутствии катализатора – смеси MnO2 и CuO (гопкалит). Реагирует с NO, Сl2, F2, S; со многими металлами (Fe, Co, Ni и др.) образует летучие карбонилы.

Присутствует в небольших количествах в атмосфере за счёт вулканических и болотных газов, лесных и степных пожаров, выбросов автомобилей, выделений человека и животных, является источником фотохимического смога.

Получают газификацией твёрдых топлив и газификацией нефтяных остатков.

Применяют как высококалорийное топливо, в химическом и нефтехимическом синтезе для получения углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и их производных и др. Используют в реакции каталитического диспропорционирования для производства углеродных нанотрубок.

Физиологическое действие

Высокотоксичен, образует с гемоглобином карбоксигемоглобин, не способный связывать и переносить кислород. Вызывает головную боль, слабость, затруднение дыхания, учащение пульса; высокие концентрации и длительное воздействие приводят к потере сознания и смерти.

Дата публикации:  9 января 2023 г. в 22:21 (GMT+3)

Углекислый газ содержится в воздухе в небольшом количестве, но он воздействует на человека на глубинном уровне. В статье вы найдете подробное описание химических, физических и биологических свойств газа, узнаете, где применяется в промышленности и медицине.

Что такое углекислый газ

Углекислый газ («диоксид углерода», «двуокись углерода», «угольный ангидрид», carbon dioxide) – газ, являющийся частью атмосферного воздуха. Форма обозначения вещества: СО2.

Его невозможно увидеть в привычных условиях, он прозрачен и пропускает ультрафиолет и видимый спектр световых волн. При значительном давлении он переходит в жидкую форму, это возможно на глубине свыше 590 метров.

Углекислый газ является частью всех мировых процессов газообмена в атмосфере, грунте и водных бассейнах. Он входит в состав всех живых организмов, а для большинства живых организмов и растений является одним из основных функциональных компонентов дыхания как жизненно важного процесса.

Человек применяет двуокись углерода в разнообразных целях, в частности – в виде защитной среды при сварке.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ в атмосфере находится в количестве до 0,045% – или порядка 800 миллиардов тонн только в виде газа. В воде и почве его ещё больше.

Сегодня это составляет порядка 400 ppm (400 миллионных частей). Для сравнения: 300-350 лет назад, до начала Великой индустриальной революции, когда в 17 веке был начато кардинальное преобразование мировой экономики в сторону индустриализации, этот параметр составлял около 250 ppm.

Интересно, что в черте города показатель доходит до 450-470 ppm, а в публичных заведениях по типу школы – 1000-1200 и более. Это говорит о негативном влиянии транспорта и скопления людей.

Несмотря на своё крошечное количество СО2 играет значительную роль для биосферы и экологии. Основная форма влияния – воздействие в качестве парникового газа:

Учёные рассчитали, что без присутствия этого эффекта среднегодовая температура на поверхности планеты находилась бы ниже на 25-30°С.

Углекислый газ в помещении

В помещении основным источником образования СО2 являются люди. Ежечасно взрослый человек выдыхает до 20 литров (0,5 кубометров) газа в спокойном состоянии и до 35-40 литров при значительной физической активности.

В зависимости от характера комнаты диоксид углерода может дополнительно образовываться от действия газового котла и плиты.

Средняя допустимая плотность углекислого газа для помещения – от 600 ppm, в связи с чем необходимо регулярно проветривать все жилые и технические помещения, включать соответствующие системы вентиляции или просто ненадолго открывать окна.

Углекислый газ тяжелее чистого воздуха примерно в полтора раза, поэтому он скапливается в помещениях подвального и цокольного расположения.

Полезная статья – Как варить вертикальный шов электросваркой

Свойства углекислого газа

Свойства углекислого газа таковы, что в нормальных условиях его невозможно прочувствовать. Ощущения запаха и вкуса появляются только при увеличении концентрации – проявится кисловатость во рту, вызванная образованием малого количества угольной кислоты на основе влаги слизистых оболочек.

Растворимость углекислого газа в воде и сиропах широко применяется в пищевой отрасли – для создания различных напитков.

В горении газ не участвует, что закономерно привело к его применению в современных устройствах для тушения огня (к примеру, углекислотные огнетушители). Токсичность отсутствует, остальные свойства с точки зрения безопасности человека следует оценивать аккуратно.

Физические свойства

Основные свойства у углекислого газа следующие:

Теплопроводностью почти не обладает.

Полезная статья – Сварка силумина

Основные химические свойства у соединения такие:

Данный оксид углерода имеет валентность IV: в молекуле присутствуют 2 атома кислорода, каждый из которых «оттягивает» на себя по 2 свободных электрона, в результате чего углерод оказывается «связан» кислородом.

Получение углекислого газа

Одной из основных проблем современной экологии является повсеместное образование углекислого газа в техногенной сфере: дымовые и топочные газы, продукты разнообразных химических реакций, функционирование транспорта и промышленности, строительная (производство цемента) и пищевая (брожение алкоголя) отрасли отличаются больше других.

Мировая общественность регулярно пишет о снижении выбросов carbon dioxide, но для науки и техники газ имеет значительное практичное значение.

Это может быть полезно – Poxipol – инструкция по применению

В естественных условиях источниками углекислоты являются:

Сюда также можно отнести содержание газа в различных углеродных ископаемых – от известняка до нефти. Помимо этого, его значительное количество оказалось растворённым в водах океанов и морей.

Лабораторные способы получения

Наиболее устойчивый и эффективный (по сочетанию трудозатрат и количества продукта на выходе) способ искусственного получения – работа с аппаратом Киппа.

Устройство рассчитано на создание контролируемого воздействия жидкой среды на твёрдое. В данном случае – обработка концентрированной соляной кислотой дроблёных кусков и мелкой фракции мрамора. Также будут полезны сода и обычный мел.

Для исследовательских целей быстрее всего взять готовый газ в баллонах – он чище и будет подаваться под необходимым давлением.

Промышленные способы получения

«Сырьё» для генерирования и сбора углекислого газа дают промышленные процессы и различные химические реакции при обработке ископаемых. Углекислоту возможно получать целым спектром способов:

Об этих и некоторых других процессах снято множество видео.

Применение углекислого газа

Что такое углекислота с практической точки зрения? Это – газовая защита от окружающего воздуха и вызываемых им процессов:

Также интересно использование для авиационного и судостроительного моделирования как вид источника энергии для двигателей с различным объёмом (до десятков см3).

Полезная статья – Как варить нержавейку электродом

Влияние углекислого газа на организм человека

Углекислый газ наравне с кислородом обеспечивает жизнь организма. Суть его работы сводится к высвобождению связанного гемоглобином кислорода – для питания тканей и отдельных органов. Для углекислоты важен в первую очередь баланс – количественное соотношение молекул СО2 и О2.

Он является для организма вазодилататором – веществом, которое влияет на состояния кровеносных сосудов, расширяя и расслабляя их. Это напрямую связано со снабжением кислородом при физической активности:

Наблюдается также явление нецелевого повышения содержания углекислоты – при воспалительных процессов, при повреждении организма, проблемах с кровеносной системой вплоть до ишемии. Это чревато атипичным составом газового обмена и нуждается в регуляции силами медицины.

Несмотря на это газ всё же является компонентом «нормального» дыхания. Он переносится кровеносной системой и присутствует в плазме крови, гемоглобине и тканях. Интересно, что находится в организме он при парциальном давлении – во всём доступном пространстве, без скопления в отдельных областях.

Синдром больного здания

Этот феномен касается тех, кто продолжительное время находится в помещении. Проявляется он в неприятном самочувствии, вялости, тяжести в голове и даже заложенности носа. Интересно, что всё это очень быстро пропадает после выхода на улицу.

Суть проблемы – в повышенном содержании углекислого газа. Незаметная сложность любого здания в отношении здоровья – концентрация СО2, резко отличающаяся от нормы. Допустимые 600-800 ppm превращаются здесь в 1000-2000 ppm – это оказывает негативное и тормозящее воздействие на человека.

Решение – в вентиляции. При низком поступлении свежего воздуха содержание углекислого газа постоянно повышается – его необходимо «вымывать» проветриванием.

Респираторный ацидоз

При избытке СО2 в воздухе в организме также повышается его содержание. Это изменяет степень кислотности крови и вызывает комплекс симптомов респираторного (дыхательного) ацидоза. Это явление характеризуется повышенным сердцебиением, упадком сил, беспокойством и сниженным порогом концентрации умственных возможностей. Наиболее критична потеря сознания.

При кратковременном нахождении в «зараженной» углекислым газом атмосфере негативные симптомы проходят при обновлении воздуха или по выходу на улицу. Хуже, если пребывать в таких условиях постоянно: развивается ацидоз хронический. При нём снижается уровень иммунитета, развиваются заболевания дыхательной и сердечно-сосудистой систем, нарушается сон, ухудшается уровень физических возможностей человека.

Суть явления – в изменении кислотно-щелочного баланса крови, измеряющегося в pH.

Состояние организма человека в зависимости от уровня СО2

«Химия» организма интересна двойственным поведением ко всем веществам. Углекислота – не исключение: в привычных, естественных, дозах она является необходимой, а при превышении концентрации в окружающем воздухе оказывается токсичной и способна вызвать смерть живого организма.

Так называемая гиперкапния (состояние, вызываемое при перенасыщении организма углекислым газом) характеризуется наличием головной боли, затруднением дыхания и необходимостью его поддержания волевыми усилиями, тошнотой и потерей сознания.

Следующая стадия – гипоксия: заметное снижение количества кислорода, критически необходимого для дыхания. Оба газа транспортируются по организму одним способом, с помощью гемоглобина. Поэтому пониженное содержание кислорода мгновенно сказывается на функционировании почти каждой клетки, что приводит к существенному ухудшению самочувствия и физических возможностей.

Эти симптомы возникают при существенной концентрации углекислоты – на уровне тысяч ppm. Но уже при одной тысяче ppm возникают переутомление и даже головная боль, подкрепляемые ощущением духоты. При двух тысячах ppm работоспособность заметно падает.

Физиологи резюмируют: высокое содержание углекислого газа в воздухе напрямую влияет на разрушающие процессы окисления, происходящие в организме.

Если у Вас появились вопросы, задавайте их в комментариях. Наши специалисты помогут вам найти ответы на них.

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ относится к классу кислотных оксидов, т.е. при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется угольная. Угольная кислота химически неустойчива и в момент образования сразу же распадается на составляющие, т.е. реакция взаимодействия углекислого газа с водой носит обратимый характер:

CO2 + H2O ↔ CO2×H2O(solution) ↔ H2CO3.

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

2CO2 = 2CO + O2.

Как и для всех кислотных оксидов, для углекислого газа характерны реакции взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:

CaO + CO2 = CaCO3;

Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3;

CO2 + NaOH(dilute) = NaHCO3;

CO2 + 2NaOH(conc) = Na2CO3 + H2O.

Углекислый газ не поддерживает горения, в нем горят только активные металлы:

CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t

CO2 + 2Ca = C + 2CaO (t

Углекислый газ вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами, такими как водород и углерод:

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (t

CO2 + C = 2CO (t

При взаимодействии углекислого газа с пероксидами активных металлов образуются карбонаты и выделяется кислород:

2CO2 + 2Na2O2 = 2Na2CO3 + O2↑.

Качественной реакцией на углекислый газ является реакция его взаимодействия с известковой водой (молоком), т.е. с гидроксидом кальция, в которой образуется осадок белого цвета – карбонат кальция:

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O.

Углекислый газ применяется при получении соды по аммиачно-хлоридному способу, для синтеза карбамида, для получения солей угольной кислоты, а также для газирования фруктовых и минеральных вод и других напитков.

Твердый диоксид углерода под названием «сухой лед» применяется для охлаждения скоропортящихся продуктов, для производства и сохранения мороженого, а также многих других случаях, когда требуется получение низкой температуры.

Характеристики и физические свойства углекислого газа

Масса 1 л CO2при нормальных условиях составляет 1,98 г. Растворимость диоксида углерода в воде невелика: 1 объем воды при 20oС растворяет 0,88 объема CO2, а при 0oС – 1,7 объема.

Под давлением около 0,6 МПа диоксид углерода при комнатной температуре превращается в жидкость. Жидкий диоксид углерода хранят в стальных баллонах. При быстром выливании его из баллона поглощается вследствие испарения так много теплоты, что CO2 превращается в твердую белую снегообразную массу, которая, не плавясь, сублимируется при -78,5oС.

Раствор CO2 в воде имеет кисловатый вкус и обладает слабокислой реакцией, обусловленной присутствием в растворе небольших количеств угольной кислоты H2CO3, образующейся в результате обратимой реакции:

CO2 + H2O↔H2CO3.

Некоторые свойства углекислого газа представлены в таблице ниже:

Физические и химические свойства углекислого газа

Формула – СО2. Молярная масса – 44 г/моль.

Углекислый газ – газообразное вещество без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Термически устойчив. При сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояния. Углекислый газ в твердом агрегатном состоянии носит название «сухой лед» и легко возгоняется при комнатной температуре. Углекислый газ плохо растворим в воде, частично реагирует с ней. Плотность – 1,977 г/л.

Углекислый газ проявляет кислотные свойства: реагирует сощелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается активными металлами, водородом, углеродом.

CO2 + NaOHdilute = NaHCO3;

CO2 + 2NaOHconc = Na2CO3 + H2O;

CO2 + Ba(OH)2 = BaCO3 + H2O;

CO2 + BaCO3 + H2O = Ba(HCO3)2;

CO2 + NH3×H2O = NH4HCO3;

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (t = 200oC, kat. Cu2O);

CO2 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO2 + 5Ca = CaC2 + 4CaO (t = 500oC);

2CO2 + 2Na2O2 = 2Na2CO3 + O2.

Углекислый газ в небольших количествах получают действием кислот на карбонаты:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2.

В промышленном масштабе CO2получают главным образом как побочный продукт в процессе синтеза аммиака:

CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2;

CO + H2O = CO2 + H2.

Кроме этого, большие количества углекислого газа получают при обжиге известняка:

CaCO3 = CaO + CO2.

Получение и применение углекислого газа

Выделяют промышленные и лабораторные способы получения углекислого газа. Так, в промышленности его получают обжигом известняка (1), а в лаборатории –
действием сильных кислот на соли угольной кислоты (2):

CaCO3 = CaO + CO2 (t

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O (2).

Углекислый газ используется в пищевой (газирование лимонада), химической (регулировка температур при производстве синтетических волокон), металлургической
(защита окружающей среды, например, осаждение бурого газа) и других отраслях промышленности.