Углекислый газ, известный также как оксид углерода 4, реагирует с рядом веществ, образуя самые различные по своему составу и химическим свойствам соединения. Состоящий из неполярных молекул, он имеет очень слабые межмолекулярные связи и может находиться только в если температура выше, чем 31 градус по Цельсию. Углекислый газ представляет собой химическое соединение, состоящее из одного атома углерода и двух атомов кислорода.
Оксид углерода 4: формула и основная информация
Углекислый газ присутствует в атмосфере Земли при низкой концентрации и действует как Его химическая формула СО 2 . При высокой температуре он может существовать исключительно в газообразном состоянии. В своем твердом состоянии его называют сухим льдом.
Углекислый газ является важным компонентом углеродного цикла. Он исходит из множества природных источников, включая вулканическую дегазацию, сжигание органического вещества и дыхательные процессы живых аэробных организмов. Антропогенные источники углекислого газа в основном связаны с сжиганием различных ископаемых видов топлива для производства электроэнергии и транспорта.
Он также продуцируется различными микроорганизмами из ферментации и клеточного дыхания. Растения превращают углекислый газ в кислород во время процесса, называемого фотосинтезом, используя как углерод, так и кислород для образования углеводов. Кроме того, растения также выделяют кислород в атмосферу, который затем используется для дыхания гетеротрофными организмами.
Углекислый газ (СО2) в организме
Оксид углерода 4 реагирует с разными веществами и является газообразным продуктом отходов от метаболизма. Существует более чем 90% его в крови в форме бикарбоната (НСО 3). Остальное - это либо растворенный СО 2, либо угольная кислота (H2CO 3). За балансирование этих соединений в крови отвечают такие органы, как печень и почки. Бикарбонат - это химическое вещество, которое действует как буфер. Она удерживает уровень рН крови на необходимом уровне, избегая повышения кислотности.
Структура и свойства углекислого газа
Двуокись углерода (CO 2) представляет собой химическое соединение, которое является газом при комнатной температуре и выше. Он состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Люди и животные выделяют углекислый газ, когда выдыхают. Кроме того, он образуется всегда, когда что-то органическое сжигается. Растения используют углекислый газ для производства продуктов питания. Этот процесс называется фотосинтезом.
Свойства углекислого газа изучались шотландским ученым Джозефом Блэком еще в 1750-х годах. способный улавливать тепловую энергию и оказывать воздействие на климат и погоду на нашей планете. Именно он является причиной глобального потепления и повышения температуры поверхности Земли.
Биологическая роль
Оксид углерода 4 реагирует с разными веществами и является конечным продуктом в организмах, которые получают энергию от разрушения сахаров, жиров и аминокислот. Это процесс известен как характерное для всех растений, животных, многих грибов и некоторых бактерий. У высших животных углекислый газ перемещается в крови из тканей тела в легкие, где он выдыхается. Растения получают его из атмосферы для использования при фотосинтезе.
Сухой лед
Сухой лед или твердый диоксид углерода представляет собой твердое состояние газа CO 2 с температурой -78,5 °C. В естественном виде это вещество не встречается в природе, но производится человеком. Оно бесцветно и может использоваться для приготовления газированных напитков, как охлаждающий элемент в емкостях с мороженым и в косметологии, например для замораживания бородавок. Пары сухого льда вызывают удушье и могут привести к смерти. При использовании сухого льда стоит проявлять осторожность и профессионализм.
При обычном давлении он не будет плавиться из в жидкость, а вместо этого переходит непосредственно из твердого вещества в газ. Это называется сублимацией. Он будет меняться непосредственно от твердого тела к газу при любой температуре, превышающей экстремально низкие температуры. Сухой лед сублимируется при нормальной температуре воздуха. При этом выделяется углекислый газ, который не имеет запаха и цвета. Двуокись углерода может быть сжижена при давлении выше 5,1 атм. Газ, который выделяется из сухого льда, настолько холодный, что при смешивании с воздухом он охлаждает водяной пар в воздухе до тумана, который выглядит как густой белый дым.
Получение, химические свойства и реакции
В промышленности оксид углерода 4 получают двумя способами:
- Путем сжигания топлива (C + O 2 = CO 2).
- Путем термического разложения известняка (CaCO 3 = CaO + CO 2).
Полученный объем оксида углерода 4 подвергается очистке, сжижается и закачивается в специальные балоны.
Являясь кислотным, оксид углерода 4 реагирует с такими веществами, как:
- Вода. При растворении образуется угольная кислота (H 2 CO 3).
- Щелочные растворы. Оксид углерода 4 (формула CO 2) вступает в реакцию со щелочами. При этом образуются средние и кислые соли (NaHCO 3).
- Основные оксиды. При этих реакциях образуются соли карбонаты (CaCO 3 и Na 2 CO 3).
- Углерод. Когда оксид углерода 4 реагирует с горячим углем, образуется оксид углерода 2 (угарный газ), который может вызвать отравление. (CO 2 + C = 2CO).
- Магний. Как правило, углекислый газ не поддерживает горение, только при очень высоких температурах он может реагировать с некоторыми металлами. Например, зажженный магний будет продолжать гореть в CO 2 во время окислительно-восстановительной реакции (2Mg + CO 2 = 2MgO + C).
Качественная реакция оксида углерода 4 проявляется при пропускании его через известняковую воду (Ca(OH) 2 или через баритовую воду (Ba(OH) 2. Можно наблюдать помутнение и выпадение осадка. Если после этого продолжать дальше пропускать углекислый газ, то вода снова станет прозрачной, так как нерастворимые карбонаты преобразуются в растворимые гидрокарбонаты (кислые соли угольной кислоты).
Двуокись углерода также образуется при сжигании всего углеродсодержащего топлива, такого, как метан (природный газ), нефтяные дистилляты (бензин, дизельное топливо, керосин, пропан), уголь или древесина. В большинстве случаев вода также выделяется.
Углекислый газ (двуокись углерода) состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода, которые удерживаются вместе ковалентными связями (или делением электронов). Чистый углерод очень редок. Он встречается в природе только в виде минералов, графита и алмаза. Несмотря на это, он является строительным блоком жизни, который в сочетании с водородом и кислородом образует основные соединения, из которых состоит все на планете.
Такие углеводороды, как уголь, нефть и природный газ - это соединения, состоящие из водорода и углерода. Этот элемент содержится в кальците (CaCo 3), минералах в осадочных и метаморфических породах, известняке и мраморе. Это элемент, который содержит все органические вещества - от ископаемого топлива до ДНК.
Взаимодействие углерода с углекислым газом протекает по реакции
Рассматриваемая система состоит из двух фаз – твердого углерода и газа (f = 2). Три взаимодействующих вещества связаны между собой одним уравнением реакции, следовательно, количество независимых компонентов k = 2. Согласно правилу фаз Гиббса число степеней свободы системы будет равно
С = 2 + 2 – 2 = 2 .
Это означает, что равновесные концентрации СО и СО 2 являются функциями температуры и давления.
Реакция (2.1) является эндотермической. Поэтому согласно принципу Ле Шателье повышение температуры смещает равновесие реакции в направлении образования дополнительного количества СО.
При протекании реакции (2.1) расходуется 1 моль СО 2 , который при нормальных условиях имеет объем 22400 см 3 , и 1 моль твердого углерода объемом 5,5 см 3 . В результате реакции образуется 2 моля СО, объем которых при нормальных условиях равен 44800 см 3 .
Из приведенных выше данных об изменении объема реагентов при протекании реакции (2.1) следует:
- Рассматриваемое превращение сопровождается увеличением объема взаимодействующих веществ. Поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье повышение давления будет способствовать протеканию реакции в направлении образования СО 2 .
- Изменение объема твердой фазы пренебрежимо мало в сравнении с изменением объема газа. Поэтому для гетерогенных реакций с участием газообразных веществ с достаточной точностью можно считать, что изменение объема взаимодействующих веществ определяется только количеством молей газообразных веществ в правой и левой частях уравнения реакции.
Константа равновесия реакции (2.1) определяется из выражения
Если в качестве стандартного состояния при определении активности углерода принять графит, то а С = 1
Численное значение константы равновесия реакции (2.1) можно определить из уравнения
Данные о влиянии температуры на величину константы равновесия реакции приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Значения константы равновесия реакции (2.1) при различных температурах
Из приведенных данных видно, что при температуре около 1000К (700 о С) константа равновесия реакции близка к единице. Это означает, что в области умеренных температур реакция (2.1) практически полностью обратима. При высоких температурах реакция необратимо протекает в направлении образования СО, а при низких температурах в обратном направлении.
Если газовая фаза состоит только из СО и СО 2 , выразив парциальные давления взаимодействующих веществ через их объемные концентрации, уравнение (2.4) можно привести к виду
В промышленных условиях СО и СО 2 получают в результате взаимодействия углерода с кислородом воздуха или дутья, обогащенного кислородом. При этом в системе появляется еще один компонент – азот. Введение азота в газовую смесь влияет на соотношение равновесных концентраций СО и СО 2 аналогично уменьшению давления.
Из уравнения (2.6) видно, что состав равновесной газовой смеси является функцией температуры и давления. Поэтому решение уравнения (2.6) графически интерпретируется при помощи поверхности в трехмерном пространстве в координатах Т, P общ и (%СО). Восприятие такой зависимости затруднено. Значительно удобнее изображать ее в виде зависимости состава равновесной смеси газов от одной из переменных при постоянстве второго из параметров системы. В качестве примера на рисунке 2.1 приведены данные о влиянии температуры на состав равновесной газовой смеси при P общ = 10 5 Па.
При известном исходном составе смеси газов судить о направлении протекания реакции (2.1) можно при помощи уравнения
Если давление в системе остается неизменным, соотношение (2.7) можно привести к виду
Рисунок 2.1 – Зависимость равновесного состава газовой фазы для реакции С + СО 2 = 2СО от температуры при P CO +P CO 2 = 10 5 Па.
Для газовой смеси, состав которой отвечает точке а на рисунке 2.1, . При этом
а G > 0. Таким образом, точки выше равновесной кривой характеризуют системы, приближение которых к состоянию термодинамического равновесия протекает по реакции
Аналогичным образом можно показать, что точки ниже равновесной кривой характеризуют системы, которые приближаются к равновесному состоянию по реакции
Cтраница 1
Взаимодействие углекислого газа со щелочью хорошо наблюдать так. Большую круглодонную колбу заполняют углекислым газом, бросают в нее несколько кусочков щелочи и быстро закрывают резиновой пробкой. После того как пройдет реакция (обратить внимание на капельки образующейся воды и выделение тепла), горло колбы опускают в сосуд с водой и открывают пробку. Почти вся колба заполняется водой.
При взаимодействии углекислого газа с аммиаком выделяется тепло, которое поднимает температуру в аппарате выше 30, что, как нам уже известно, влечет разложение-кислой угленатриевой соли.
Для процесса взаимодействия углекислого газа с водой с образованием углеводов и выделением кислорода, кроме подведения большого количества тепла, необходимо еще одно условие: присутствие веществ, стимулирующих осуществление реакции взаимодействия углекислого газа и воды. Такое вещество содержится в листьях растений - это хлорофилл.
Получается она в результате взаимодействия углекислого газа с аммиаком при высоком давлении и температуре.
Получается мочевина в результате взаимодействия углекислого газа и аммиака. Современная химическая промышленность с успехом связывает азот воздуха с водородом в аммиак, который взаимодействует с углекислым газом, образуя мочевину.
Какие процессы происходят при взаимодействии углекислого газа с водой. Какие молекулы и ионы находятся в образующемся при этом растворе.
Карбонат натрия, образующийся при взаимодействии углекислого газа, содержащегося в воздухе, с некоторым количеством присутствующей едкой щелочи, повидимому, не растворяется в метаноле.
Приведенная реакция характеризует только конечный результат взаимодействия углекислого газа с растворенным аммиаком. В действительности процесс протекает гораздо сложнее, проходя через ряд промежуточных стадий.
Получение гидрокарбоната калия основано на реакции взаимодействия углекислого газа с раствором карбоната калия.
Схематически фотосинтез можно представить как окислительно-восстановительный процесс взаимодействия углекислого газа и воды, который идет при участии хлорофилла, поглотившего энергию солнечных лучей.
Полученные удовлетворительные результаты могут быть объяснены образованием окиси углерода СО при взаимодействии углекислого газа с твердым углеродом. Окись углерода является весьма эффективным защитным газом, - она не растворима в металле, восстанавливает окислы и не влияет на углерод, содержащийся в металле. Достаточно небольшого содержания СО в газовой смеси, чтобы заметно улучшить качество наплавленного металла. Угольный электрод можно применять для сварки стали, чугуна, алюминия, меди, бронзы и других металлов.
Предназначение:
Углекислотные огнетушители предназначены для тушения возгорания различного электрооборудования, которое находится под напряжением до 10 000 В. Они применяются эффективно при объемном тушении и когда для тушения пожара необходимы огнетушащие составы, не повреждающие защищаемое оборудование или объекты (музейные экспонаты, компьютерную технику, аппаратуру радиоэлектронную, архивы и т.д.). Углекислота, попадая на горящее вещество, охлаждает и производит его тушение. Она не оставляет следов, испаряясь
Физико-химические свойства:
Физико-химический свойства двуокиси углерода СО2:
Химическое наименование: углекислый газ
Химическая формула: CO2
Молекулярный вес: 44.01
Плотность жидкости при 20°C: 777 кг/куб.м
Критическая температура: 31,0°C
Критическое давление: 73,82 бар
Давление при 21°C: 5,88 Мпа
Давление пара при 20°C: 57,2 бар
Максимальная плотность при заполнении, кг/л: 0,72
Расчетная концентрация при тушении: 36,5 %.
Свойства углекислого газа. Углекислый газ под давлением может быть превращен в жидкость или твердое вещество. При -43°С углекислый газ представляет собой твердое вещество, называемое «сухим льдом». При температуре выше критической (31°С) углекислый газ всегда находится в газообразной форме, независимо от давления. Углекислый газ не поддерживает горения обычных материалов, но существует несколько исключений, например, он вступает в химическую реакцию с магнием и другими металлами. Углекислый газ примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, что улучшает его огнетушащие свойства, поскольку он опускается вниз и покрывает пожар. За счет своего веса он не очень быстро рассеивается. Кроме того, углекислый газ неэлектропроводен, в связи с чем он применяется для тушения пожаров электрооборудования.
Огнетушащие свойства углекислого газа.
Углекислый газ способствует ликвидации пожаров, главным образом, за счет эффекта объемного тушения. Он разбавляет воздух вокруг пожара, пока содержание кислорода в нем не снизится настолько, что станет недостаточным для поддержания горения. Поэтому его можно успешно применять для тушения пожаров класса В, при которых основная задача состоит в отделении воспламеняющихся паров от кислорода, содержащегося в воздухе.
Углекислый газ имеет очень ограниченный охлаждающий эффект. Он может использоваться при тушении пожаров класса А в ограниченных помещениях, в которых содержание кислорода может быть снижено настолько, что пожар прекратится.
Меры безопасности при эксплуатации:
1. При работе углекислотных огнетушителей всех типов запрещается держать раструб незащищенной рукой, так как при выходе углекислоты образуется снегообразная масса с температурой минус 800.
2. При использовании углекислотных огнетушителей необходимо иметь в виду, что углекислота в больших концентрациях к объему помещения может вызвать отравление персонала, поэтому после их применения необходимо помещения проветрить.
3. Не допускается располагать огнетушители ОУ вблизи отопительных приборов, температура которых достигает 500С, следует избегать прямого попадания солнечных лучей на баллоны.
3. Назначение, устройство, принцип действия и техническая характеристика огнетушителей ОУ. Правила охраны труда при эксплуатации.
Углекислотные огнетушители.
Бывают: ОУ-2, ОУ-3, ОУ-5, ОУ-6, ОУ-8, ОУ-10, ОУ-20, ОУ-40, ОУ-80 в зависимости от ёмкости баллона от 2 л до 80 л.
Назначение: Для тушения небольших начальных очагов загорания различных веществ и материалов, за исключением веществ, горение которых происходит без доступа воздуха. Огнетушители могут быть применены для тушения электроустановок, находящихся под напряжением не свыше 1000 в. Огнетушители используют при температуре от - 25˚С до + 50˚С.
Устройство: Огнетушители данной серии состоят из стального баллона, в горловину которых на конусной резьбе ввёрнуты либо запорный вентиль (ОБ-84М), либо запорно-пусковая головка (УН-50000) с сифонной трубкой, не доходящей до дна баллона на 3-4 мм. К корпусу запорных устройств огнетушителей ОУ-2, ОУ-3, ОУ-5, ОУ-6, ОУ-8 присоединен раструб, а у огнетушителей ОУ-10, ОУ-20, ОУ-40, ОУ-80 раструб со шлангом. Запорное устройств имеет предохранительное устройство мембранного типа, которое автоматически разряжает баллон при превышении в нём давления сверх допустимого. Заряд огнетушителей – углекислота по ГОСТ 8050-64.
Принцип действия: Основан на вытеснении двуокиси углерода избыточным давлением. При открывании запорно-пускового устройства углекислый газ по сифонной трубке поступает к раструбу и из сжиженного состояния переходит в твёрдое (снегообразное). При этом переходе температура минус 720С, поэтому за раструб и за запорное устройство дотрагиваться голыми руками не рекомендуется, так как возможно обморожение.
Техническая характеристика углекислотных огнетушителей
Запрещается тушить материалы, горение которых происходит без доступа воздуха.
Применять огнетушители следует согласно паспортам предприятий-производителей и указаниями о порядке действий на этикетках. При наличии вмятин, вздутий или трещин на корпусе, запорно-пусковом устройстве, накидной гайке, а также в случае нарушения герметичности соединений узлов огнетушителя и при неисправности индикатора давления, эксплуатировать огнетушители категорически запрещено. Нельзя ударять по огнетушителям, бросать их в огонь, а также разбирать и перезаряжать их лицам, не имеющим на это права. Запрещается направлять насадку огнетушителя (гибкий рукав или раструб) в сторону людей, так как это может привести к травме. Использовать огнетушители для нужд, не связанных с пожаротушением, запрещено.
Целесообразно напомнить, что тушить пожар вне помещений нужно с наветренной стороны. Когда пожар тушат одновременно несколькими огнетушителями, нельзя струи направлять навстречу друг другу. Для тушения пожаров в музеях, картинных галереях, архивах, вычислительных центрах, а также для тушения возгорания компьютерного оборудования, радиоэлектронных приборов и т.д. следует применять углекислотные огнетушители. Как исключение, при нехватке газовых огнетушителей разрешено использовать порошковые огнетушители для защиты электронного оборудования.
При применении углекислотного или порошкового огнетушителя для тушения пожара электрооборудования под напряжением до 1000 В, следует выдерживать безопасное расстояние (не менее 1 м) от распылительной насадки огнетушителя до токоведущих частей электрооборудования. Для ликвидации пожаров оборудования под напряжением, а также для тушения веществ, которые вступают в химическую реакцию с водой (например, карбид кальция) с интенсивным выделением тепла, запрещено применять водяные и водопенные огнетушители. Это касается и тех случаев, когда во время пожара разбрызгивается топливо.
При применении порошковых огнетушителей следует помнить о том, что образуется высокая запыленность воздуха и это приводит к значительному снижению видимости. В воздухе помещения, особенно небольшого по размерам, в котором тушат пламя углекислотными огнетушителями, возникает опасность снижения концентрации кислорода.
При использовании передвижных углекислотных огнетушителей в воздухе помещений может образовываться опасная концентрация газов, поэтому необходимо применять изолирующие СИЗ органов дыхания и ограничить до минимума количество персонала в помещении.
Правила приведения огнетушителя в действие указаны на этикетке, помещенной на корпусе огнетушителя.
При тушении электроустановок, находящихся под напряжением, не допускается подводить раструб ближе 1м до электроустановки и пламени.
Перезарядка и ремонт огнетушителей должны производится в специализированных организациях на зарядных станциях.
Эксплуатация огнетушителей без чеки и пломбы завода - изготовителя или организации, производившей перезарядку, не допускается.
Огнетушители должны размещается в легкодоступных и заметных местах. Не допускается хранение и эксплуатация огнетушителей в местах, где температура может превышать 50°С и под прямыми лучами солнца.
Необходимо соблюдать осторожность при выпуске огнетушащего вещества из раструба т.к. температура на его поверхности понижается до минус 60-70 С.
После применения огнетушителя в закрытом помещении, помещение необходимо проветрить.
Суммарная масса огнетушителя определяется прибавлением к ней массы СО2, указанной на этикетке или в паспорте.
Необходимо проводить перезарядку и переосвидетельствование баллона через 5 лет.
©2015-2017 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
