Углекислый газ молекулярная формула

Углекислый газ, или диоксид углерода, или CO₂ — одно из самых распространенных на Земле газообразных веществ. Он окружает нас в течение всей нашей жизни. Углекислый газ не имеет цвета, вкуса и запаха и никак не ощущается человеком.

Он является важным участником обмена веществ живых организмов. Газ сам по себе не ядовит, но не поддерживает дыхание, поэтому превышение его концентрации ведет к ухудшению снабжения тканей организма кислородом и к удушью. Углекислый газ широко применяется в быту и в промышленности.

Что такое диоксид углерода

При атмосферном давлении и комнатной температуре диоксид углерода находится в газообразном состоянии. Это наиболее часто встречающаяся его форма, в ней он участвует в процессах дыхания, фотосинтеза и обмена веществ живых организмов.

При охлаждении до -78 °С он, минуя жидкую фазу, кристаллизуется и образует так называемый «сухой лед», широко применяемый как безопасный хладагент в пищевой и химической промышленности и в уличной торговле и рефрижераторных перевозках.

При особых условиях — давлении в десятки атмосфер — углекислота переходит в жидкое агрегатное состояние. Это происходит на морском дне, на глубине свыше 600 м.

Свойства углекислого газа

В 17 веке Жан-Батист Ван Гельмонт из Фландрии открыл углекислый газ и определил его формулу. Подробное исследование и описание было сделано столетие спустя шотландцем Джозефом Блэком. Он исследовал свойства углекислого газа и провел серию опытов, в которых доказал, что он выделяется при дыхании животных.

В состав молекулы вещества входит один атом углерода и два атома кислорода. Химическая формула углекислого газа записывается как CO₂

В нормальных условиях не обладает вкусом, цветом и запахом. Только вдыхая большое его количество, человек ощущает кислый привкус. Его дает угольная кислота, образующаяся в малых дозах при растворении углекислого газа в слюне. Эта особенность применяется для приготовления газированных напитков. Пузырьки в шампанском, просекко, пиве и лимонаде — это и есть углекислый газ, образовавшийся в результате естественных процессов брожения или добавленный в напиток искусственно.

Физические свойства углекислого газа

Плотность углекислого газа больше плотности воздуха, поэтому при отсутствии вентиляции он скапливается внизу. Он не поддерживает окислительные процессы, такие, как дыхание и горение.

”
• Дыхание живых организмов. Из школьного курса химии и ботаники все помнят, что в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но не все помнят, что это происходит только днем, при достаточном уровне освещения. В темное время суток растения наоборот, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Так что попытка улучшить качество воздуха в комнате, превращая ее в заросли фикусов и герани может сыграть злую шутку.
• Извержения и другая вулканическая активность. CO₂ выбрасывается из глубин мантии Земли вместе с вулканическими газами. В долинах рядом с источниками извержений газа настолько много, что, скапливаясь в низинах, он вызывает удушье животных и даже людей. Известны несколько случаев в Африке, когда задыхались целые деревни.
• Горение и гниение органики. Горение и гниение — это одна и та же реакция окисления, но протекающая с разной скоростью. Богатые углеродом разлагающиеся органические остатки растений и животных, лесные пожары и тлеющие торфяники — все это источники диоксида углерода.
• Самым же большим природным хранилищем CO₂ являются воды мирового океана, в которых он растворен.

Углекислый газ в природе

За миллионы лет эволюции основанной на углеродных соединениях жизни на Земле в различных источниках накопились многие миллиарды тонн углекислого газа. Его одномоментный выброс в атмосферу приведет к гибели всего живого на планете из-за невозможности дыхания. Хорошо, что вероятность такого одномоментного выброса стремится к нулю.

Искусственные источники углекислого газа

Углекислый газ попадает в атмосферу и в результате человеческой жизнедеятельности. Самыми активными источниками в наше время считаются:

• Индустриальные выбросы, происходящие в ходе сгорания топлива на электростанциях и в технологических установках
• Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, поездов, самолетов и судов.
• Сельскохозяйственные отходы — гниение навоза в больших животноводческих комплексах

Кроме прямых выбросов, существует и косвенное воздействие человека на содержание CO₂ в атмосфере. Это массовая вырубка лесов в тропической и субтропической зоне, прежде всего в бассейне Амазонки.

Искусственный источник углекислого газа

Несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится менее процента диоксида углерода, он оказывает все возрастающее действие на климат и природные явления. Углекислый газ участвует в создании так называемого парникового эффекта путем поглощения теплового излучения планеты и удерживания этого тепла в атмосфере. Это ведет к постепенному, но весьма угрожающему повышению среднегодовой температуры планеты, таянию горных ледников и полярных ледяных шапок, росту уровня мирового океана, затоплению прибрежных регионов и ухудшению климата в далеких от моря странах.

Знаменательно, что на фоне общего потепления на планете происходит значительное перераспределение воздушных масс и морских течений, и в отдельных регионах среднегодовая температура не повышается, а понижается. Это дает козыри в руки критикам теории глобального потепления, обвиняющим ее сторонников в подтасовке фактов и манипуляции общественным мнением в угоду определенным политическим центрам влияния и финансово-экономическим интересам

Человечество пытается взять под контроль содержание углекислого газа в воздухе, были подписаны Киотский и Парижский протоколы, накладывающие на национальные экономики определенные обязательства. Кроме того, многие ведущие автопроизводители автомобилей объявили о сворачивании к 2020-25 годам выпуска моделей с двигателями внутреннего сгорания и переходе на гибриды и электромобили. Однако некоторые ведущие экономики мира, такие, как Китай и США, не торопятся выполнять старые и брать на себя новые обязательства, мотивируя это угрозой уровню жизни в своих странах.

Углекислый газ и мы: чем опасен CO₂

Углекислый газ — один из продуктов обмена веществ в организме человека. Он играет большую роль в управлении дыханием и снабжением кровью органов. Рост содержания CO₂ в крови вызывает расширение сосудов, способных таким образом транспортировать больше кислорода к тканям и органам. Аналогично и система дыхания понуждается к большей активности, если концентрация углекислоты в организме растет. Это свойство используют в аппаратах искусственной вентиляции легких, чтобы подстегнуть собственные органы дыхания пациента к большей активности.

Кроме упомянутой пользы, превышение концентрации СO₂ может принести организму и вред. Повышенное содержание во вдыхаемом воздухе приводит к тошноте, головной боли, удушью и даже к потере сознания. Организм протестует против углекислого газа и подает человеку сигналы. При дальнейшем увеличении концентрации развивается кислородное голодание, или гипоксия. Co₂ мешает кислороду присоединяться к молекулам гемоглобина, которые и осуществляют перемещение связанных газов по кровеносной системе. Кислородное голодание ведет к снижению работоспособности, ослаблению реакции и способностей к анализу ситуации и принятию решений, апатии и может привести к смерти.

Общие симптомы отравления углекислым газом

Такие концентрации углекислого газа, к сожалению, достижимы не только в тесных шахтах, но и в плохо проветриваемых школьных классах, концертных залах, офисных помещениях и транспортных средствах — везде, где в замкнутом пространстве без достаточного воздухообмена с окружающей средой скапливается большое количество людей.

Основное применение

CO₂ широко применяется в промышленности и в быту – в огнетушителях и для изготовления газировки, для охлаждения продуктов и для создания инертной среды при сварке.

Основное применение углекислого газа

Применение углекислого газа отмечено в таких отраслях, как:

• для чистки поверхностей сухим льдом.

Фармацевтика

• для химического синтеза компонентов лекарственных средств;
• создания инертной атмосферы;
• нормализация индекса pH отходов производства.

Углекислый газ в фармацевтике

Пищевая отрасль

• производство газированных напитков;
• упаковка продуктов питания в инертной атмосфере для продления срока годности;
• декаффеинизация кофейных зерен;
• замораживание или охлаждение продуктов.

Углекислый газ в пищевой отрасли

Медицина, анализы и экология

• Создание защитной атмосферы при полостных операциях.
• Включение в дыхательные смеси в качестве стимулятора дыхания.
• В хроматографических анализах.
• Поддержание уровня pH в жидких отходах производства.

Углекислый газ и экология

Электроника

• Охлаждение электронных компонентов и устройств при тестировании на температурную стойкость.
• Абразивная очистка в микроэлектронике (в твердой фазе).
• Очищающее средство в производстве кремниевых кристаллов.

Химическая отрасль

Широко применяется в химическом синтезе в качестве реагента и в качестве регулятора температур в реакторе. CO₂ отлично подходит для обеззараживания жидких отходов с низким индексом pH.

Использование углекислого газа

Применяется также для осушения полимерных веществ, растительных или животных фиброматериалов, в целлюлозном производстве для нормализации уровня pH как компонентов основного процесса, так и его отходов.

Металлургическая отрасль

В металлургии CO₂ в основном служит делу экологии, защиты природы от вредных выбросов путем их нейтрализации:

Применение углекислого газа в металлургии

• В черной металлургии — для нейтрализации плавильных газов и для донного перемешивания расплава.
• В цветной металлургии при производстве свинца, меди, никеля и цинка — для нейтрализации газов при транспортировке ковша с расплавом или горячих слитков.
• В качестве восстановительного агента при организации оборота кислотных шахтных вод.

Сварка в углекислой среде

Процесс сварки с применением углекислого газа

Разновидность сварки под флюсом является сварка в углекислой среде. Операции сварочных работ с углекислым газом осуществляется плавящимся электродом и распространен в процессе монтажных работ, устранении дефектов и исправления деталей с тонкими стенками.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Химическая, структурная и электронная формулы углекислого газа

Химическая формула: СО₂.

Структурная формула: O =”” C =”” O

Молярная масса: 44,01 г/моль.

Физические свойства углекислого газа

При стандартных условиях – газ без цвета и запаха, с кисловатым вкусом. При атмосферном давлении не существует в жидком состоянии, при сильном охлаждении кристаллизуется в виде «сухого льда» – белой снегообразной массы. Температура сублимации равна –78 °С. При нормальных условиях в одном объеме воды растворяется 0,9 объемов углекислого газа.

Химические свойства углекислого газа

Является кислотным оксидом.

При растворении в воде образует угольную кислоту:

Взаимодействует с основными оксидами и основаниями, образуя карбонаты и гидрокарбонаты (соли угольной кислоты):

_{(избыток)}

Не поддерживает горение, но при нагревании может окислять активные металлы:

Качественная реакция – помутнение известковой воды (Ca(OH)₂) за счет образования белого осадка карбоната кальция:

Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений.

В промышленности углекислый газ получают термическим разложением карбонатов:

В лаборатории – действием сильных кислот на карбонаты или гидрокарбонаты:

Примеры решения задач

Задание	Рассчитать объем углекислого газа (н.у) который можно получить при сжигании 12 тонн угля, если выход продукта составляет 90% от теоретически возможного.
Решение	Запишем уравнение реакции горения:

Рассчитаем количество вещества углерода по формуле:

моль

По уравнению реакции

моль

1 моль газа при нормальных условиях занимает объем 22,4л.

Рассчитаем теоретический объем углекислого газа:

_теор. л м

Рассчитаем практический объем углекислого газа:

_практ. м

ОтветОбъем полученного углекислого газа равен 20160 м

Задание	Рассчитать объем 20% раствора соляной кислоты (плотность =”1,1″ г/мл), который необходим для получения 5,6 литров углекислого газа из образца известняка, который содержит 5% примесей.
Решение	Запишем уравнение реакции:

В процессе реакции образуется угольная кислота (H₂CO₃), которая сразу разлагается на воду (H₂O) и углекислый газ (CO₂).

Рассчитаем количество вещества углекислого газа по формуле:

где V_m – молярный объем, т.е. объем, который занимает один моль газа при нормальных условиях. л/моль.

моль

Для расчета количества вещества соляной кислоты составим пропорцию по уравнению реакции:

2 моль HCl приводят к образованию 1 моль CO₂

x моль HCl приводят к образованию 0,25 моль CO₂

моль

Молярная масса соляной кислоты равна 36,5 г/моль. Рассчитаем массу соляной кислоты:

моль г/моль г

Выражение для массовой доли вещества в растворе:

Рассчитаем массу раствора соляной кислоты по формуле:

Если раствор HCl 20%, то массовая доля соляной кислоты в нем будет равна 0,20.

Рассчитаем объем раствора соляной кислоты по формуле:

мл

1) при горении угля и углеродсодержащих веществ6

CH4 + 2O2 =”>” CO2 + 2H2O

2)при разложении некоторых сложных веществ:

H2CO3 =”>” CO2 + H2O

CaCO3 =”>” CaO + CO2

2NaHCO3 =”>” Na2CO3 + CO2 + H2O

3) при действии сильных кислот на карбонаты – соли угольной кислоты:

CaCO3 + 2HCl =”>” CaCl2 + CO2 + H2O

K2CO3 + H2SO4 =”>” K2SO4 + CO2 + H2O

СО2 – газ без цвета, вкуса и запаха, малорастворим в воде. Растворимость его повышается при увеличении давления. При высоком давлении он становится жидким, а при одновременном охлаждении – твердым (“сухой лёд”)

1)СО2 – кислотный оксид. При растворении в воде он реагирует с ней и образует непрочную угольную кислоту:

СО2 + Н2О =”>” H2CO3

2) взаимодействует с основными оксидами, образуя соли:

СО2 + СаО =”>” CaCO3

CO2 + Na2O =”>” Na2CO3

3) Углекислый газ реагирует с щелочами. Состав соли зависит от мольного соотношения реагирующих веществ:

CO2 + KOH =”>” KHCO3 гидрокарбонат калия, кислая соль

CO2 + 2KOH =”>” K2CO3 + H2O карбонат калия, средняя соль

4) Углекислый газ взаимодействует с известковой водой, вызывая ее помутнение – это его качественная реакция.

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O

5) Это вещество может быть окислителем для активных металлов:

>