Углекислый газ это вещество

Углекислый газ это вещество

Углекислота (общие сведения)

Углекислота, также известная как диоксид углерода, угольный ангидрид, углекислый газ, двуокись углерода и оксид углерода IV, в обычной среде является бесцветным газом, лишенным запаха, но обладающим специфическим кисловатым привкусом. Этот газ образуется при соединении углерода и кислорода.

Краткая информация:

Формула: CO2
Плотность: 1,97 кг/мі
Молярная масса вещества: 44,0095(14) г/моль
Температура кипения под давлением: 57 °C
Температура плавления: 78 °C, вещество возгоняется (переходит из твердого состояния в газ, минуя жидкое состояние)
Кристаллическая решетка: молекулярная
Форма молекулы: линейная

Общие сведения об углекислоте

Углекислота в полтора раза тяжелее кислорода. При 10°C под давлением 30 атмосфер она превращается в жидкость, а при замораживании образует твердый сухой лед. Примечательно, что при нормальном атмосферном давлении углекислота, минуя жидкое состояние, при нагревании переходит из твердого состояния сразу в газообразное.
Концентрация углекислоты в атмосфере нашей планеты достигает 0,0395%, а уровень ее содержания в воздухе продолжает расти с момента начала увлечения человечества техническим прогрессом. Увеличение количества углекислоты в атмосфере обусловлено продолжительным использованием людьми продуктов горения органический веществ, таких как нефть, древесина и уголь.
Двуокись углерода, растворенная в воздухе, поглощает инфракрасные лучи, которые испускает Земля, и играет значительную роль в глобальном потеплении. Предположив на секунду, что углекислый газ исчез из нашего мира, мы получим безрадостную картину холодной и иссохшей планеты. На самом деле именно этот газ используют растения для того, чтобы напитать себя полезными органическими веществами. А вот для человека концентрация в атмосфере углекислоты в размере 7-10% может оказаться опасной для здоровья и жизни. При таком высоком содержании этого газа в воздухе человек может испытывать невыносимую головную боль, тошноту и сильную слабость, вплоть до потери сознания.
Несмотря на то, что углекислота в сильной концентрации способна оказать на человека негативное воздействие, этот газ не относится к токсичным или взрывоопасным веществам.

История открытия углекислоты

Любопытен тот факт, что в настоящее время невозможно достоверно определить, кто именно первым открыл углекислый газ. Версии выдвигаются самые разнообразные. Одно известно наверняка – оксид углерода IV обязан своим названием Антуану Лавуазье, который определил состав этого газа в 1774 году. Также существуют документальные свидетельства того, что примерно в это же время Джозеф Пристли и Карл Шееле в ходе различных экспериментов сумели выделить углекислый газ. Кроме того, в 1620 году голландский химик Ван Гельмонт описал выделение углекислоты в результате горения органического вещества, опередив Лавуазье более чем на полтора века.
Свойства углекислоты
Углекислый газ имеет кисловатый привкус, но лишен цвета и запаха. Он легко растворяется в воде, а при замерзании превращается в «сухой лед». Если замерзшую углекислоту нагреть при нормальном атмосферном давлении, то она испарится, минуя жидкое состояние.
Диоксид углерода выделяется с дыханием животных и людей и является одним из основных участников метаболизма в организме. В светлое время суток углекислый газ поглощается растениями. Происходит процесс фотосинтеза, в результате которого вырабатывается кислород.
Углекислый газ относится к ангидридам, то есть кислотным оксидам. Растворенный в воде, он образует угольную кислоту. Углекислота образует карбонаты и гидрокарбонаты в результате реакций с сильными основаниями – щелочами. Также она способна участвовать в реакциях нуклеофильного присоединения и электрофильного замещения.

Получение углекислоты

В лаборатории углекислоту легко можно получить как продукт реакции различных кислот с карбонатами и гидрокарбонатами. Очень просто можно выработать углекислый газ при взаимодействии лимонной кислоты и обычной пищевой соды. Оба эти вещества широко распространены и применяются в повседневной жизни, а значит, такой опыт под силу провести любому человеку. Подобный способ получения диоксида углерода раньше широко использовался аптекарями для изготовления газированных напитков.
Основным промышленным способом получения чистого углекислого газа является его выделение из веществ, в большей степени состоящих из диоксида углерода в сочетании с азотом или метаном. Для этого способа характерно использование углекислотных станций абсорбцонно-десорбционного типа и применение жидких химических абсорбентов.
Как правило, в промышленном масштабе углекислота вырабатывается как побочный продукт различных химических процессов. Образовавшиеся в результате подобных реакций газы обрабатываются раствором карбоната калия. Из полученного в итоге гидрокарбоната путем нагревания выделяют углекислоту.

Читать также:  Кабель канал на пол под провода

Применение углекислоты

Необходимость создания и развития промышленного производства углекислого газа обусловлена множеством областей его применения и невероятной широтой использования.
Углекислота используется как защитная среда при сварке проволокой. Высокие температуры приводят к выделению кислорода, что ведет к окислению металлов, поэтому в сварочную проволоку вводятся марганец или кремний, выполняющие функцию раскислителей.
Жидкая углекислота, получаемая под давлением, используется при производстве огнетушителей и для создания газированных напитков. В пищевых целях углекислоту используют еще и в качестве разрыхлителя и консерванта.
В твердом состоянии углекислота используется в качестве рабочего вещества холодильных установок.
Углекислый газ используется в сельском хозяйстве для «подкормки» зеленых культур. В России зимой недостаток света отрицательно сказывается на урожайности тепличных растений. Использование диоксида углерода позволяет добиться прироста растений и урожая.

Интересные факты об углекислоте

Углекислый газ в значительном объеме содержится в атмосферах планет Венеры и Марса. На Земле огромное количество углекислого газа растворено в водах мирового океана.
Опытным путем было установлено, что если в организме практически отсутствует углекислый газ, то кислород не может насытить клетки тела, выделившись из связанного с гемоглобином состояния. Таким образом, недостаток углекислого газа в теле способен привести к кислородному голоданию всего организма.
В процессе дыхания человек способен выделять до 1 кг диоксида углерода в течение одних суток.
В летнее время года, когда длительность светового дня заметно увеличивается, содержание диоксида углерода в атмосфере падает, поскольку растения в процессе фотосинтеза вырабатывают кислород и поглощают углекислый газ именно в светлое время суток.

В Украине и на территории Евросоюза и стран СНГ промышленными поставками диоксида углерода и прочих медицинских, технических и чистых газов занимается компания «DP Air Gas». Приоритетной задачей предприятия является предоставление своим клиентам товаром высочайшего качества. Продукция компании «DP Air Gas» — залог безопасности и хорошего результата.

Вы уже знаете, что при выдохе из легких выходит углекислый газ. А вот что вам известно об этом веществе? Наверное, немного. Сегодня я отвечу на все вопросы, касающиеся углекислого газа.

Углекислый газ это вещество

Определение

Это вещество в нормальных условиях является бесцветным газом. Во многих источниках его могут называть по-разному: и оксидом углерода (IV), и угольным ангидридом, и двуокисью углерода, и диоксидом углерода.

Свойства

Углекислый газ (формула СО2) является бесцветным газом, имеющим кислые запах и вкус, растворимым в воде веществом. Если его как следует охладить, то образуется снегообразная масса, называемая сухим льдом (фотография ниже), которая сублимирует при температуре -78 о С.

Углекислый газ это вещество

Получение

Углекислый и еще некоторые газы в больших количествах выделяются, когда производят алкоголь или разлагаются природные карбонаты. Затем полученные газы проходят промывание растворенным карбонатом калия. Далее следует поглощение ими углекислого газа, продуктом данной реакции является гидрокарбонат, при нагревании раствора которого получают искомый оксид.

Углекислый газ это вещество

Применение

Пищевая промышленность не может обойтись без использования углекислоты, где она известна в качестве консерванта и разрыхлителя, имеющего код E290. Ее в виде жидкости содержит любой огнетушитель.

Углекислый газ это вещество

Углекислый газ это вещество

Вот до чего полезен для человека углекислый газ. И не только в промышленности, он играет и важную биологическую роль: без него не может происходить газообмен, регуляция сосудистого тонуса, фотосинтез и многие другие природные процессы. Но его переизбыток или недостача в воздухе некоторое время могут негативно влиять на физическое состояние всех живых организмов.

Читать также:  Как снять стопорные кольца без съемника

Углекислый газ это вещество

Углекислый газ это вещество

Что такое диоксид углерода

Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.

Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.

А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.

Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.

CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле — углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.

Углекислый газ в природе: естественные источники

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

  • Дыхание животных и растений.
    Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
  • Вулканическая деятельность.
    Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
  • Разложение органических веществ.
    Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.

Углекислый газ это вещество

Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.

Читать также:  Принцип работы садового измельчителя

Искусственные источники углекислого газа

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

  • промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
  • автомобильный транспорт.

Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.

Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.

Углекислый газ в организме человека

CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.

Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.

Углекислый газ это вещество

Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.

Углекислый газ и мы: чем опасен СO2

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *