с чем взаимодействует углекислый газ

Физические и химические свойства углекислого газа

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

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:

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

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

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, kat = Cu₂O);

CO₂ + C = 2CO (t).

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

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:

Физические свойства углекислого газа

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.

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) (1);

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.

Примеры решения задач

Задание	Какой объем углекислого газа выделится при действии 200 г 10%-го раствора азотной кислоты на 90 г карбоната кальция, содержащего 8% примесей, нерастворимых в кислоте?
Решение	Молярные массы азотной кислоты и карбоната кальция, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 63 и 100 г/моль, соответственно.

Запишем уравнение растворения известняка в азотной кислоте:

Содержание чистого (без примесей) карбоната кальция в известняке:

ω(CaCO₃)_cl = 100% — ω_admixture = 100% — 8% = 92% = 0,92.

Тогда, масса чистого карбоната кальция:

Количество вещества карбоната кальция равно:

n(CaCO₃) = 82,8 / 100 = 0,83 моль.

Масса азотной кислоты в растворе будет равна:

m(HNO₃) = 200 × 10 / 100% = 20 г.

Количество вещества азотной кислоты кальция равно:

n(HNO₃) = 20 / 63 = 0,32 моль.

Сравнивая количества веществ, вступивших в реакцию, определяем, что азотная кислота находится в недостатке, следовательно дальнейшие расчеты производим по азотной кислоте. Согласно уравнению реакции n(HNO₃): n(CO₂) = 2:1, следовательно n(CO₂) = 1/2×n(HNO₃) = 0,16 моль. Тогда, объем углекислого газа будет равен:

ОтветОбъем углекислого газа — 3,58 г.

Задание	Найдите объем углекислого газа массой 35 г.
Решение	Масса вещества и его объем связаны между собой через количество вещества. Запишем формулы для вычисления количества вещества с помощью его массы и объема:

Приравняет выражения, записанные справа и выразим объем:

Вычислим по выведенной формуле объем углекислого газа. Молярная масса углекислого газа, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 44 г/моль.

V (CO₂) = 35×22,4 / 44 = 17,82 л.

Источник

Взаимодействие углекислого газа с веществами и его химические свойства

Общие химические свойства углекислого газа: CO₂ инертен, то есть химически не активен; при попадании в водный раствор легко вступает в реакции.
Большинство кислотных оксидов устойчивы к высоким температурам, но углекислота при их воздействии восстанавливается.

Взаимодействие с другими веществами:

1) Углекислота относится к кислотным оксидам, то есть в сочетании с водой образуется кислота. Однако угольная кислота неустойчива и распадается сразу. Эта реакция имеет обратимый характер:

Диоксид углерода + вода ↔ угольная кислота

2) При взаимодействии углекислого газа и соединений азота с водородом (аммиаком) в водном растворе происходит разложение до углеаммонийной соли.

Аммиак + углекислота = гидрокарбонат аммония

Полученное вещество часто используется в приготовлении хлеба и различных кондитерских изделий.

3) Ход некоторых реакций должен поддерживаться высокими температурами. Примером является производство мочевины при 130 °C и давлении 200 атм., схематически изображаемое так:

Аммиак + диоксид углерода → карбамид + вода

Также под воздействием температуры около 800 градусов протекает реакция образования оксида цинка:

Цинк + двуокись углерода → оксид цинка + оксид углерода

4) Возможно уравнение с гидроксидом бария, при котором выделяется средняя соль.

Гидроксид бария + углекислота = карбонат бария + оксид водорода.

Применяется для регулировки калориметров по теплоемкости. Также вещество используют в промышленности для производства красных кирпичей, синтетических тканей, фейерверков, гончарных изделий, плитки для ванн и туалетов.

5) Углекислый газ выделяется при реакциях горения.

Метан + кислород = углекислота + вода (в газообразном состоянии) + энергия

Этилен + кислород = диоксид углерода + оксид водорода + энергия

Этан + кислород = двуокись углерода + вода + энергия

Этанол + кислород = вода + углекислота + энергия

6) Газ не поддерживает горения, этот процесс возможен только с некоторыми активными металлами, например, магнием.

Магний + углекислота = углерод + оксид магния.

MgO активно применяется при производстве косметических средств. Вещество используют в пищевой промышленности как пищевую добавку.

7) Двуокись углерода реагирует с гидроксидами с получением солей, которые существуют в двух формах, как карбонаты и бикарбонаты. Например, углекислый газ и гидроксид натрия, согласно формуле, образуют гидрокарбонат Na:

диоксид углерода + гидроксид натрия → гидрокарбонат натрия.

Или же при большем количестве NaOH образуется карбонат Na с образованием воды:

Диоксид углерода + гидроксид натрия → карбонат натрия + вода

Кислотно-щелочные реакции углекислоты используются на протяжении веков для затвердевания известкового раствора, что может быть выражено простым уравнением:

Гидроксид кальция + двуокись углерода → карбонат кальция + оксид водорода

В зелёных растениях играет важную роль в процессе фотосинтеза:

Диоксид углерода + вода → глюкоза + кислород.

9) Химические свойства углекислоты используются в промышленности при производстве соды, суть этого процесса можно выразить суммарным уравнением:

Хлорид натрия + Диоксид углерода + аммиак + вода → гидрокарбонат натрия + хлорид аммония

10) Фенолят Na разлагается при взаимодействии с углекислым газом, при этом малорастворимый фенол выпадает в осадок:

Фенолят натрия + двуокись углерода + оксид водорода = фенол + гидрокарбонат натрия

11) Пероксид натрия и углекислый газ, взаимодействуя, образуют среднюю соль карбоната Na с выделением кислорода.

Пероксид натрия + углекислота → карбонат натрия + кислород

Образование углекислоты происходит при растворении в воде кальцинированной соды (стиральной соды).

Гидрокарбонат натрия + вода → углекислота + вода + гидроксид натрия
При этой реакции (гидролиз по катиону) образуется сильнощелочная среда.

12) CO2 вступает в реакцию с гидроксидом калия, последний образуется путем электролиза хлористого калия.

Гидроксид калия + углекислота → карбонат калия + вода

13) Газ в силу своего строения не реагирует с благородными газами, то есть гелием, неоном, аргоном, криптоном, ксеноном, радоном, оганесоном.

Заключение

Мы привели большую часть химических реакций, в которых участвует CO₂. Ученые всего мира пытаются решить проблему увеличения концентрации углекислоты в воздухе, не без помощи реакций с другими веществами, которые известны химикам. А какие химические формулы взаимодействия углекислого газа знаете вы?

Спасибо, что указали на ошибку. Исправили.

Скажите пожалуйста На производстве углекислоты мы заменили на комрессорном агрегате старый охладитель углекислого газа с трубками из нержавейки на новый, с латунными трубками. То есть в начале этих трубок охладителя Углекислый газ будет под давлением 16 бар и температурой 130 градусов, на выходе + 10 градусов, всё это с выделением конденсата. Не будет ли какой-то непредвиденной реакции в зоне взаимодействия уг. газа, латуни и воды? Охладитель работает хорошо, но не разрушаться ли трубки от коррозии?

Необходимо определиться для начала, откуда поступает к вам углекислый газ, какие еще газы поступают вместе с углекислым газом в охладитель. У нас, в энергетическом производстве, на определенном участке пароводяного тракта установлены латунные трубки, в которых происходит нагрев теплоносителя. Мы производим замеры растворенного кислорода в конденсате перед подачей его на подогреватели с трубками из латуни. В нашем случае большая концентрация кислорода в воде, при нагревании последней, приводит к коррозии латунных трубок.

Затрудняюсь вам ответить на этот вопрос, надо изучать состав газа на входе в теплообменник. Возможно образование угольной кислоты в теплообменнике. А при наличии кислорода кислота может вызывать коррозию, но это не точно.

Источник

Еще один интересный газ – углекислый

Недавние статьи об угарном газе натолкнули меня на мысль продолжить тему оксидов углерода – раз уж сказала «а», то нужно говорить и «б». Раз уж написала об окиси углерода, то по всем законам жанра надо рассказать и о двуокиси, то есть об углекислом газе.

Так что планирую на эту тему несколько статей: об углекислом газе в целом, о его влиянии на организм, а также интересные опыты по получению и свойствам этого вещества. Посмотрим, что из этого выйдет, а то ведь про гомеопатию я тоже не собиралась много писать, а в итоге получилось аж пять статей.

Итак, сегодня я расскажу о том, что такое углекислый газ, как его получают, с чем реагирует углекислый газ и сколько его содержится в воздухе.

Что это такое

Углекислый газ это в нормальных условиях газ, не имеет цвета и запаха, плотность его больше, чем у воздуха, поэтому он в полтора раза тяжелее воздуха.

Имеет несколько названий:
Все эти названия и формулу я буду использовать в дальнейшем тексте, чтобы уж слишком не мозолить глаза постоянным словосочетанием «углекислый газ».

Как видно из формулы, молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Немного истории

Углекислый газ был впервые описан голландским химиком Яном (Жаном, Иоганном) Баптистом ван Гельмонтом в начале 17 века. Гельмонт сжигал древесный уголь и наблюдал выделение газа в результате сгорания. Называл он его «лесным духом» и считал разновидностью воздуха.
Также он установил, что такой же газ образуется в результате спиртового брожения и при действии различных кислот на поташ и известняк (карбонаты калия и кальция).

Позже, в середине 18 века, углекислый газ изучал английский химик Джозеф Блэк. Он прокаливал известняк и действовал на него кислотами, в результате чего получал углекислый газ.

Он установил, что этот газ легко поглощается щелочами и за счет этого назвал его «фиксируемым (связанным) воздухом». Именно благодаря Блэку химики узнали о том, что в твердых телах может «содержаться» газ. Это было совершенно новой и неожиданной идеей для того времени.

Свойства

Если диоксид углерода охладить приблизительно до минус 78 градусов по шкале Цельсия, то образуются белые кристаллы – «сухой лёд».

СО2 малорастворим в воде, но если повысить давление, то растворимость значительно увеличивается. Это свойство используют при приготовлении газированных напитков.

При растворении в воде углекислый газ дает очень слабую и неустойчивую в водных растворах угольную кислоту Н2СО3. Долгое время даже считалось, что ее не существует в свободном виде при нормальных условиях. Только недавно ее удалось выделить как самостоятельное вещество, используя низкие температуры (об этом есть заметка в группе «Занимательная химия», ссылки под статьей).

Зато соли этой кислоты очень устойчивы и имеют огромное значение в нашей жизни.

Напоминаю, соли – это вещества, в которых часть молекулы кислоты (любой) соединяется с одним или несколькими атомами металла.

Например, если от угольной кислоты берется кислотный остаток СО3 и соединяется с кальцием Са, мы получаем СаСО3 – карбонат кальция, мел, известняк и еще много других названий.

Если возьмем кислотный остаток НСО3 (в формуле угольной кислоты ведь два атома водорода, вот мы один уберем, а второй оставим в кислотном остатке) и соединим его с натрием Na, то получим NaНСО3 — всем хорошо знакомую пищевую соду.

Таким образом, соли и кислоты – это совершенно разные вещества. Разные как по составу, так и по свойствам. Например, та же угольная кислота жидкая, а мел, как вы знаете, твердый. И т.д.

Один из основных законов химии – свойства зависят от состава. Разный состав – разные свойства. Причем, все свойства. Не какие-то там абстрактные «химические», а все: цвет, агрегатное состояние, плотность, запах, вкус, поведение в организме (то есть участие в биохимических процессах) и т.д.

Вроде бы просто, элементарно, но когда доходит до практики, многие про это забывают и начинают такую чушь говорить…

Я потому так подробно останавливаюсь на формулах, что хорошо помню недавнюю историю с одной моей коллегой (про моих коллег уже, наверное, целую книгу можно издавать).

Она принесла мне «на рецензию» упаковку от китайской соевой лапши и начала биться в истерике, что в её, лапши то есть, состав входит серная кислота. При близком рассмотрении состава в перечне ингредиентов нашелся «кальций сернокислый». На мой закономерный вопрос, где тут серная кислота, мне ткнули пальцем в этот несчастный сульфат кальция с воплем: «Ну он же СЕРНОКИСЛЫЙ. ».

Пришлось на пальцах и на листке бумаге объяснять, что это – только часть кислоты, а не целая молекула. А раз состав изменился, то и свойства изменились. Кальций сернокислый и серная кислота – совершенно разные вещества. Никакой кислоты здесь и в помине нет, опасности тоже нет, ешьте на здоровье (при условии разумной концентрации, естественно).

Короче, кое-как убедила несчастную женщину, которая купила лапшу, прочитала этикетку, в ужасе выбросила лапшу, а этикетку принесла на работу и сунула мне «тыжехимику», чтобы доказать, что мировое правительство нас травит и мы все скоро умрем.

Возвращаемся к свойствам углекислого газа.

Наверное, все еще из школы помнят, что он не поддерживает дыхание и горение. В принципе, верно, но есть исключение. Магний (а также калий, цезий, алюминий, лантан и т. п.), может некоторое время гореть в атмосфере углекислого газа с образованием оксида магния. Именно поэтому пожар, где горят такие вещества, невозможно потушить углекислотным огнетушителем.

Еще одно из свойств, которое как раз изучал Блэк, диоксид углерода хорошо реагирует с щелочами. В одной из следующих статей я покажу несколько опытов с углекислым газом, которые можно провести в домашних условиях.

Упомяну о важном физическом свойстве – плотности. Молекулярная масса углекислого газа равна 44. Это в полтора раза больше воздуха (29). Следовательно, углекислый газ тяжелее воздуха и будет скапливаться в низинах, подвалах и т.д. Это нужно учитывать, если вдруг доведется бывать в местах, где возможно образование и скопление двуокиси углерода.

Применение

Самое основное, пожалуй, «применение» углекислого газа – это использование его растениями в процессах фотосинтеза.

Остальные способы использования человеком кратко перечислю:

Сухой лед

Диоксид углерода в атмосфере

Откуда в атмосфере Земли берется диоксид углерода? Его источниками является дыхание животных и растений, гниение органики, ее горение (в том числе и сжигание ископаемого топлива, то есть угля, нефти, газа), выделение с вулканическими газами и подземными минеральными водами, выветривание горных пород.

Что интересно, около 56% СО2 поступает в атмосферу в результате процессов брожения и минерализации органических веществ, а также дыхания растений, как наземных, так и водных.

38% двуокиси углерода в воздухе дают почвенные микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности.

А выделение углекислого газа в результате дыхания людей и животных дает всего лишь 1,6%.

В чистом воздухе за пределами мегаполисов концентрация углекислого газа составляет около 0,04%. Это считается оптимальным содержанием для нормальной жизни человека.

Около 4 миллиардов лет назад атмосфера Земли состояла в основном из диоксида углерода. Однако со временем он постепенно растворялся в воде и вступал в химические реакции с породами земной коры с образованием карбонатов, в основном, кальция и магния. За счет этого содержание двуокиси углерода в атмосфере снижалось, а когда появились зеленые растения, этот процесс стал протекать еще быстрее. К моменту появления человека содержание СО2 в воздухе стало порядка 0,02-0,03% и оставалось на этом уровне до начала промышленной революции.

Потом за счет интенсивного сжигания органического топлива и вырубания лесов концентрация двуокиси углерода повысилась до 0,04%. Вроде бы немного, совсем уж смешные цифры, но в следующих статьях я покажу, что это на самом деле довольно существенное повышение.

Около 50% углекислого газа атмосферы поглощается зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Еще около 30% растворяется в Мировом океане. Остальное же, увы, остается нам. Этот газ поглощает исходящее от Земли тепловое (инфракрасное) излучение, накапливает его, что приводит к парниковому эффекту. Конечно, не только СО2 является парниковым газом, их много, но он один из основных, и глобальное потепление и изменение климата – уже не шутка, а реальный факт.

Пожалуй, на этом и закончу сегодняшнюю статью. Надеюсь, было интересно.

Всем отдыхающим – хорошего отпуска, ну а, как я, работающим – вменяемого начальства

Источник

Углекислый газ, свойства, получение и применение

Углекислый газ, свойства, получение и применение.

Углекислый газ – бинарное химическое соединение углерода и кислорода, имеющее формулу CO₂.

Углекислый газ, формула, молекула, строение, состав, вещество:

Углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода, углекислота, оксид углерода (IV), угольный ангидрид) – бесцветный газ, почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом).

Углекислый газ – бинарное химическое соединение углерода и кислорода, имеющее формулу CO₂.

Химическая формула углекислого газа CO₂.

Строение молекулы углекислого газа, структурная формула углекислого газа:

Углекислый газ вырабатывается в органах и тканях человека образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма. Он переносится от тканей по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Таким образом, содержание углекислого газа в крови велико в венозной системе, уменьшается в капиллярной сети лёгких, и содержание его мало в артериальной крови. В выдыхаемом человеком воздухе содержится около 4,5% диоксида углерода, что в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом. Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки.

Углекислый газ растворяется в воде. В 100 граммах воды растворяется 0,3803 грамма CO₂ при 16 °C, 0,3369 грамма CO₂ – при 20 °C, 0,2515 грамма CO₂ – при 30 °C. Растворяясь в воде, образует угольную кислоту Н₂CO₃. Растворим также в ацетоне, бензоле, метаноле и этаноле.

Термически устойчив при температурах менее 1000 °C. При температуре 1000 °C восстанавливается углем до оксида углерода (II).

Жидкий углекислый газ можно получить при повышении давления. Так, при температуре 20 °С и давлении свыше 6 МПа (

60 атм.) газ сгущается в бесцветную жидкость. При нормальных условиях (20 °С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа. Хранят и транспортируют углекислый газ, как правило, в жидком состоянии

Двуокись углерода негорюча, но в ее атмосфере может поддерживаться горение активных металлов, например, щелочных металлов и щелочноземельных – магния, кальция, бария.

Двуокись углерода нетоксична, невзрывоопасна.

Предельно допустимая концентрация двуокиси углерода в воздухе рабочей зоны не установлена, при оценке этой концентрации можно ориентироваться на нормативы для угольных и озокеритовых шахт, установленные в пределах 0,5% (об.) или 9,2 г/м (см. ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия»).

По степени воздействия на организм человека двуокись углерода относится к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76.

При концентрациях более 5% (92 г/м) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как она тяжелее воздуха в полтора раза и может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола и в приямках, а также во внутренних объемах оборудования для получения, хранения и транспортирования газообразной, жидкой и твердой двуокиси углерода. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья.

Углекислый газ легко пропускает излучение в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, которое поступает на Землю от Солнца и обогревает её. В то же время он поглощает испускаемое Землёй инфракрасное излучение и является одним из парниковых газов, вследствие чего участвует в процессе глобального потепления.

Источник