Чи горить co2. Вуглекислий газ. Властивості, одержання, застосування. Сигнали та ознаки отруєння

Вуглекислий газ, або діоксид вуглецю, або CO 2 - одна з найпоширеніших на Землі газоподібних речовин. Він оточує нас протягом усього нашого життя. Вуглекислий газ не має кольору, смаку та запаху і ніяк не відчувається людиною.

Він є важливим учасником обміну речовин живих організмів. Газ сам по собі не отруйний, але не підтримує дихання, тому перевищення його концентрації веде до погіршення постачання тканин організму киснем та задухою. Вуглекислий газ широко застосовується у побуті та в промисловості.

Що таке діоксид вуглецю

При атмосферному тиску та кімнатній температурі діоксид вуглецю знаходиться у газоподібному стані. Це форма, що найчастіше зустрічається, в ній він бере участь у процесах дихання, фотосинтезу та обміну речовин живих організмів.

При охолодженні до -78 °С він, минаючи рідку фазу, кристалізується і утворює так званий «сухий лід», що широко застосовується як безпечний холодоагент у харчовій та хімічній промисловості та у вуличній торгівлі та рефрижераторних перевезеннях.

За особливих умов — тиску в десятки атмосфер — вуглекислота перетворюється на рідкий агрегатний стан. Це відбувається на морському дні, на глибині понад 600 м-коду.
Властивості вуглекислого газу
У 17 столітті Жан-Батист Ван Гельмонт із Фландрії відкрив вуглекислий газ та визначив його формулу. Детальне дослідження та опис було зроблено через століття шотландцем Джозефом Блеком. Він досліджував властивості вуглекислого газу та провів серію дослідів, у яких довів, що він виділяється при диханні тварин.
До складу молекули речовини входить один атом вуглецю та два атоми кисню. Хімічна формула вуглекислого газу записується як CO2

У нормальних умовах не має смаку, кольору і запаху. Тільки вдихаючи велику кількість, людина відчуває кислий присмак. Його дає вугільна кислота, що утворюється у малих дозах при розчиненні вуглекислого газу слині. Ця особливість застосовується для виготовлення газованих напоїв. Бульбашки в шампанському, просічки, пиві та лимонаді — це і є вуглекислий газ, що утворився в результаті природних процесів бродіння або доданий до напою штучно.
Щільність вуглекислого газу більша за щільність повітря, тому за відсутності вентиляції він накопичується внизу. Він не підтримує окислювальні процеси, такі як дихання і горіння.
Тому вуглекислоту застосовують у вогнегасниках. Цю властивість вуглекислого газу ілюструють за допомогою фокусу — свічку, що горить, опускають у «порожню» склянку, де вона і гасне. Насправді склянка заповнена CO2.
Вуглекислий газ у природі природні джерела
До таких джерел відносяться окислювальні процеси різної інтенсивності:
Дихання живих організмів. Зі шкільного курсу хімії та ботаніки всі пам'ятають, що в ході фотосинтезу рослини поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Але не всі пам'ятають, що це відбувається лише вдень, за достатнього рівня освітлення. У темний час доби рослини навпаки поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ. Так що спроба покращити якість повітря в кімнаті, перетворюючи її на чагарники фікусів і герані може зіграти злий жарт.
Виверження та інша вулканічна активність. CO 2 викидається із глибин мантії Землі разом із вулканічними газами. У долинах поруч із джерелами вивержень газу настільки багато, що, накопичуючись у низинах, він викликає ядуху тварин і навіть людей. Відомі кілька випадків в Африці, коли задихалися цілі села.
Горіння та гниття органіки. Горіння і гниття - це та сама реакція окислення, але протікає з різною швидкістю. Багаті вуглецем органічні залишки рослин і тварин, що розкладаються, лісові пожежі і тліючі торфовища — все це джерела діоксиду вуглецю.
Найбільшим природним сховищем CO 2 є води світового океану, в яких він розчинений.

За мільйони років еволюції заснованої на вуглецевих сполуках життя на Землі в різних джерелах накопичилося багато мільярдів тонн вуглекислого газу. Його одномоментний викид в атмосферу призведе до загибелі всього живого на планеті через неможливість дихання. Добре, що ймовірність такого миттєвого викиду прагне нуля.
Іштучні джерела вуглекислого газу
Вуглекислий газ потрапляє в атмосферу і внаслідок людської життєдіяльності. Найактивнішими джерелами в наш час вважаються:
Індустріальні викиди, що відбуваються під час згоряння палива на електростанціях та в технологічних установках
Вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів: автомобілів, поїздів, літаків та суден.
Сільськогосподарські відходи - гниття гною у великих тваринницьких комплексах

Крім прямих викидів, існує і опосередкований вплив людини на вміст CO2 в атмосфері. Це масова вирубка лісів у тропічній та субтропічній зоні, насамперед у басейні Амазонки.
Незважаючи на те, що в атмосфері Землі міститься менше відсотка діоксиду вуглецю, він надає все зростаючу дію на клімат та природні явища. Вуглекислий газ бере участь у створенні так званого парникового ефекту шляхом поглинання теплового випромінювання планети та утримання цього тепла в атмосфері. Це веде до поступового, але дуже загрозливого підвищення середньорічної температури планети, танення гірських льодовиків та полярних крижаних шапок, зростання рівня світового океану, затоплення прибережних регіонів та погіршення клімату в далеких від моря країнах.
Знаменно, що на тлі загального потепління на планеті відбувається значний перерозподіл повітряних мас та морських течій, і в окремих регіонах середньорічна температура не підвищується, а знижується. Це дає козирі в руки критикам теорії глобального потепління, які звинувачують її прихильників у підтасовуванні фактів та маніпуляції громадською думкою для певних політичних центрів впливу та фінансово-економічних інтересів.
Людство намагається взяти під контроль вміст вуглекислого газу в повітрі, було підписано Кіотський і Паризький протоколи, що накладають на національні економіки певні зобов'язання. Крім того, багато провідних автовиробників автомобілів оголосили про згортання до 2020-25 років випуску моделей з двигунами внутрішнього згоряння і перехід на гібриди та електромобілі. Однак деякі провідні економіки світу, такі як Китай та США, не поспішають виконувати старі та брати на себе нові зобов'язання, мотивуючи це загрозою рівню життя у своїх країнах.
Вуглекислий газ і ми: чим небезпечний CO 2
Вуглекислий газ - один із продуктів обміну речовин в організмі людини. Він відіграє велику роль в управлінні диханням та постачанням кров'ю органів. Зростання вмісту CO 2 у крові викликає розширення судин, здатних таким чином транспортувати більше кисню до тканин та органів. Аналогічно і система дихання спонукає до більшої активності, якщо концентрація вуглекислоти в організмі зростає. Цю властивість використовують в апаратах штучної вентиляції легень, щоб підштовхнути власні органи дихання пацієнта до більшої активності.
Крім згаданої користі, перевищення концентрації СО 2 може завдати організму і шкоди. Підвищений вміст у повітрі, що вдихається, призводить до нудоти, головного болю, задухою і навіть до втрати свідомості. Організм протестує проти вуглекислого газу та подає людині сигнали. При подальшому збільшенні концентрації розвивається кисневе голодування або гіпоксія. Co 2 заважає кисню приєднуватися до молекул гемоглобіну, які здійснюють переміщення зв'язаних газів по кровоносній системі. Кисневе голодування веде до зниження працездатності, ослаблення реакції та здібностей до аналізу ситуації та прийняття рішень, апатії і може призвести до смерті.
Такі концентрації вуглекислого газу, на жаль, досяжні не лише у тісних шахтах, а й у погано провітрюваних шкільних класах, концертних залах, офісних приміщеннях та транспортних засобах — скрізь, де в замкнутому просторі без достатнього повітрообміну з довкіллям накопичується велика кількість людей.
Основне застосування
CO 2 широко застосовується в промисловості та в побуті – в вогнегасниках та для виготовлення газування, для охолодження продуктів та для створення інертного середовища при зварюванні.
Застосування вуглекислого газу зазначено у таких галузях, як:
для чищення поверхонь сухим льодом.

Фармацевтика
для хімічного синтезу компонентів лікарських засобів;
створення інертної атмосфери;
нормалізація індексу pH відходів виробництва

Харчова галузь
виробництво газованих напоїв;
пакування продуктів харчування в інертній атмосфері для продовження терміну придатності;
декафеїнізація кавових зерен;
заморожування чи охолодження продуктів.

Медицина, аналізи та екологія
Створення захисної атмосфери при порожнинних операціях.
Включення в дихальні суміші як стимулятор дихання.
У хроматографічних аналізах.
Підтримка рівня pH у рідких відходах виробництва.

Електроніка
Охолодження електронних компонентів та пристроїв під час тестування на температурну стійкість.
Абразивне очищення в мікроелектроніці (у твердій фазі).
Очищувальний засіб у виробництві кремнієвих кристалів.

Хімічна галузь
Широко застосовується в хімічному синтезі як реагент і як регулятор температури в реакторі. CO 2 відмінно підходить для знезараження рідких відходів із низьким індексом pH.
Застосовується також для осушення полімерних речовин, рослинних або тваринних фіброматеріалів у целюлозному виробництві для нормалізації рівня pH як компонентів основного процесу, так і його відходів.
Металургійна галузь
У металургії CO 2 переважно служить справі екології, захисту природи від шкідливих викидів шляхом їх нейтралізації:
У чорній металургії – для нейтралізації плавильних газів та для донного перемішування розплаву.
У кольоровій металургії при виробництві свинцю, міді, нікелю та цинку – для нейтралізації газів при транспортуванні ковша з розплавом або гарячих злитків.
Як відновний агент при організації обороту кислотних шахтних вод.

Зварювання у вуглекислому середовищі
Різновид зварювання під флюсом є зварювання у вуглекислому середовищі. Операції зварювальних робіт з вуглекислим газом здійснюється електродом, що плавиться, і поширений у процесі монтажних робіт, усунення дефектів та виправлення деталей з тонкими стінками.

Газування, вулкан, Венера, рефрижератор – що між ними спільного? Вуглекислий газ. Ми зібрали для Вас найцікавішу інформацію про одну з найважливіших хімічних сполук на Землі.

Що таке діоксид вуглецю

Діоксид вуглецю відомий переважно у своєму газоподібному стані, тобто. як вуглекислий газ з простою хімічною формулою CO2. У такому вигляді він існує в нормальних умовах – при атмосферному тиску та «звичайних» температурах. Але при підвищеному тиску, понад 5850 кПа (таке, наприклад, тиск на морській глибині близько 600 м), цей газ перетворюється на рідину. А при сильному охолодженні (мінус 78,5 ° С) він кристалізується і стає так званим сухим льодом, який широко використовується в торгівлі для зберігання заморожених продуктів рефрижераторах.

Рідка вуглекислота і сухий лід виходять і застосовуються у людській діяльності, але ці форми нестійкі та легко розпадаються.

А ось газоподібний діоксид вуглецю поширений всюди: він виділяється в процесі дихання тварин і рослин і є важливим складником хімічного складу атмосфери та океану.

Властивості вуглекислого газу

Вуглекислий газ CO2 не має кольору та запаху. У звичайних умовах не має і смаку. Однак при вдиханні високих концентрацій діоксиду вуглецю можна відчути в роті кислуватий присмак, викликаний тим, що вуглекислий газ розчиняється на слизових і слині, утворюючи слабкий розчин вугільної кислоти.

До речі, саме здатність діоксиду вуглецю розчинятися у воді використовується виготовлення газованих вод. Бульбашки лимонаду - той самий вуглекислий газ. Перший апарат для насичення води CO2 був винайдений ще 1770 р., а вже 1783 р. заповзятливий швейцарець Якоб Швепп почав промислове виробництво газування (торгова марка Schweppes існує досі).

Вуглекислий газ важчий за повітря в 1,5 рази, тому має тенденцію «осідати» в його нижніх шарах, якщо приміщення погано вентилюється. Відомий ефект «собачої печери», де CO2 виділяється прямо із землі та накопичується на висоті близько півметра. Доросла людина, потрапляючи в таку печеру, на висоті свого зростання не відчуває надлишку вуглекислого газу, а ось собаки виявляються прямо в густому шарі діоксиду вуглецю і зазнають отруєння.

CO2 не підтримує горіння, тому його використовують у вогнегасниках та системах пожежогасіння. Фокус із гасінням свічки, що горить, вмістом нібито порожньої склянки (а насправді — вуглекислим газом) заснований саме на цій властивості діоксиду вуглецю.

Вуглекислий газ у природі: природні джерела

Вуглекислий газ у природі утворюється з різних джерел:

Дихання тварин та рослин.
Кожному школяру відомо, що рослини поглинають вуглекислий газ CO2 з повітря та використовують його у процесах фотосинтезу. Деякі господині намагаються безліччю кімнатних рослин спокутувати недоліки. Однак рослини не тільки поглинають, але й виділяють вуглекислий газ без світла - це частина процесу дихання. Тому джунглі в спальні, що погано провітрюється - не дуже хороша ідея: вночі рівень CO2 зростатиме ще більше.
Вулканічна діяльність.
Діоксид вуглецю входить до складу вулканічних газів. У місцевостях з високою вулканічною активністю CO2 може виділятися прямо із землі – з тріщин та розломів, які називаються мофетами. Концентрація вуглекислого газу в долинах з мофетами настільки висока, що багато дрібних тварин, потрапивши туди, вмирають.
Розкладання органічних речовин.
Вуглекислий газ утворюється при горінні та гниття органіки. Об'ємні природні викиди діоксиду вуглецю супроводжують лісові пожежі.

Вуглекислий газ "зберігається" в природі у вигляді вуглецевих сполук у корисних копалин: вугіллі, нафті, торфі, вапняку. Гігантські запаси CO2 містяться у розчиненому вигляді у світовому океані.

Викид вуглекислого газу з відкритої водойми може призвести до лімнологічної катастрофи, як це траплялося, наприклад, у 1984 та 1986 роках. в озерах Манун і Ньос у Камеруні. Обидва озера утворилися дома вулканічних кратерів – нині вони згасли, проте у глибині вулканічна магма все ще виділяє вуглекислий газ, який піднімається до вод озер і розчиняється у них. Внаслідок низки кліматичних і геологічних процесів концентрація вуглекислоти у водах перевищила критичне значення. В атмосферу було викинуто величезну кількість вуглекислого газу, який на кшталт лавини спустився гірськими схилами. Жертвами лімнологічних катастроф на камерунських озерах стали близько 1800 осіб.

Штучні джерела вуглекислого газу

Основними антропогенними джерелами діоксиду вуглецю є:

промислові викиди, пов'язані з процесами згоряння;
автомобільний транспорт.

Незважаючи на те, що частка екологічного транспорту у світі зростає, переважна частина населення планети ще не скоро матиме можливість (або бажання) перейти на нові автомобілі.

Активне зведення лісів у промислових цілях також веде до підвищення концентрації вуглекислого газу СО2 повітря.

CO2 – один із кінцевих продуктів метаболізму (розщеплення глюкози та жирів). Він виділяється у тканинах та переноситься за допомогою гемоглобіну до легень, через які видихається. У повітрі, що видихається людиною, близько 4,5% діоксиду вуглецю (45 000 ppm) – у 60-110 разів більше, ніж у вдихуваному.

Вуглекислий газ відіграє велику роль у регуляції кровопостачання та дихання. Підвищення рівня CO2 у крові призводить до того, що капіляри розширюються, пропускаючи більше крові, яке доставляє до тканин кисень і виводить вуглекислоту.

Дихальна система теж стимулюється підвищенням вмісту вуглекислого газу, а не нестачею кисню, як може здатися. Насправді нестача кисню довго не відчувається організмом і цілком можлива ситуація, коли в розрідженому повітрі людина знепритомніє раніше, ніж відчує нестачу повітря. Стимулююча властивість CO2 використовується в апаратах штучного дихання: там вуглекислий газ підмішується до кисню, щоб запустити дихальну систему.

Вуглекислий газ і ми: чим небезпечний СO2

Вуглекислий газ необхідний організму людини так само, як кисень. Але так само, як із киснем, надлишок вуглекислого газу шкодить нашому самопочуттю.

Велика концентрація CO2 у повітрі призводить до інтоксикації організму та викликає стан гіперкапнії. При гіперкапнії людина відчуває труднощі з диханням, нудоту, біль голови і може навіть втратити свідомість. Якщо вміст вуглекислого газу не знижується, то далі настає черга – кисневого голодування. Справа в тому, що і вуглекислий газ, і кисень переміщаються організмом на тому самому «транспорті» – гемоглобіні. У нормі вони «мандрують» разом, прикріплюючись до різних місць молекули гемоглобіну. Проте підвищена концентрація вуглекислого газу крові знижує здатність кисню зв'язуватися з гемоглобіном. Кількість кисню у крові зменшується і настає гіпоксія.

Такі нездорові для організму наслідки наступають при вдиханні повітря з вмістом CO2 більше 5 000 ppm (таким може бути повітря в шахтах, наприклад). Заради справедливості, у звичайному житті ми практично не стикаємося з таким повітрям. Однак і набагато менша концентрація діоксиду вуглецю відбивається на здоров'я не найкращим чином.

Згідно з висновками деяких, вже 1 000 ppm CO2 викликає у половини випробуваних стомлення та головний біль. Духоту та дискомфорт багато людей починають відчувати ще раніше. При подальшому підвищенні концентрації вуглекислого газу до 1500 - 2500 ppm критично, мозок «лінується» виявляти ініціативу, обробляти інформацію та приймати рішення.

І якщо рівень 5000 ppm майже неможливий у повсякденному житті, то 1000 і навіть 2500 ppm легко можуть бути частиною реальності сучасної людини. Наш показав, що в шкільних класах, що рідко провітрюються, рівень CO2 значну частину часу тримається на позначці вище 1 500 ppm, а іноді підскакує вище 2 000 ppm. Є всі підстави припускати, що в багатьох офісах і квартирах ситуація схожа.

Безпечним для здоров'я людини рівнем вуглекислого газу фізіологи вважають 800 ppm.

Ще одне дослідження виявило зв'язок між рівнем CO2 і окислювальним стресом: чим вищий рівень діоксиду вуглецю, тим більше ми страждаємо від того, що руйнує клітини нашого організму.

Вуглекислий газ в атмосфері Землі

В атмосфері нашої планети всього близько 0,04% CO2 (це приблизно 400 ppm), а зовсім недавно було ще менше: позначку в 400 ppm вуглекислий газ перевищив тільки восени 2016 року. Вчені пов'язують зростання рівня CO2 в атмосфері з індустріалізацією: у середині XVIII століття, напередодні промислового перевороту, він становив лише близько 270 ppm.

(IV), діоксид вуглецю або двоокис вуглецю. Також його ще називають вугільним ангідридом. Він є абсолютно безбарвним газом, який не має запаху, із кислуватим смаком. Вуглекислий газ важчий за повітря і погано розчиняється у воді. За температури нижче - 78 градусів Цельсія кристалізується і стає схожим на сніг.

З газоподібного стану ця речовина переходить у твердий, оскільки не може існувати в рідкому стані в умовах атмосферного тиску. Щільність вуглекислого газу в нормальних умовах становить 1,97 кг/м3 – в 1,5 рази вище Діоксид вуглецю у твердому вигляді називається «сухий лід». У рідкий стан, у якому його можна зберігати тривалий час, він переходить у разі підвищення тиску. Розглянемо докладніше цю речовину та її хімічну будову.

Вуглекислий газ, формула якого CO2, складається з вуглецю та кисню, а виходить він у результаті спалювання або гниття органічних речовин. Оксид вуглецю міститься у повітрі та підземних мінеральних джерелах. Люди та тварини також виділяють вуглекислий газ при видиханні повітря. Рослини без освітлення виділяють її, а під час фотосинтезу інтенсивно поглинають. Завдяки процесу метаболізму клітин всіх живих істот оксид вуглецю є одним із головних складових навколишньої природи.

Цей газ не токсичний, але якщо він накопичується у великій концентрації, може початися ядуха (гіперкапнія), а при його нестачі розвивається протилежний стан - гіпокапнія. Діоксид вуглецю пропускає та відображає інфрачервоні. Він є безпосередньо впливає на глобальне потепління. Це відбувається через те, що рівень його вмісту в атмосфері постійно зростає, що призводить до парникового ефекту.

Діоксид вуглецю отримують промисловим шляхом з димних або пічних газів, або шляхом розкладання карбонатів доломіту і вапняку. Суміш цих газів ретельно промивається спеціальним розчином, що складається з карбонату калію. Далі вона переходить у гідрокарбонат і при нагріванні розкладається, у результаті вивільняється вуглекислота. Вуглекислота (H2CO3) утворюється з вуглекислого газу, розчиненого у воді, але в сучасних умовах одержують її та іншими, більш прогресивними методами. Після того, як вуглекислий газ очищений, його стискають, охолоджують і закачують у балони.

У промисловості ця речовина широко та повсюдно застосовується. Харчовики використовують його як розпушувач (наприклад, для приготування тіста) або як консервант (Е290). За допомогою вуглекислого газу виробляють різні тонізуючі напої та газування, які так улюблені не лише дітьми, а й дорослими. Діоксид вуглецю використовують для виготовлення харчової соди, пива, цукру, шипучих вин.

Вуглекислий газ застосовується і під час виробництва ефективних вогнегасників. За допомогою вуглекислого газу створюється активне середовище, необхідне при високій температурі зварювальної дуги вуглекислий газ розпадається на кисень і чадний газ. Кисень взаємодіє з рідким металом та окислює його. Вуглекислота в балончиках застосовується в пневматичних рушницях та пістолетах.

Авіамоделісти використовують цю речовину як паливо для своїх моделей. За допомогою вуглекислого газу можна значно підвищити врожайність культур, які вирощуються в оранжереї. Також у промисловості широко використовується в якому продукти харчування зберігаються значно краще. Його застосовують як холодоагент у холодильниках, морозильних камерах, електричних генераторах та інших теплоенергетичних установках.

Вуглекислий газ безбарвний газ із ледь відчутним запахом не отруйний, важчий за повітря. Вуглекислий газ поширений у природі. Розчиняється у воді, утворюючи вугільну кислоту Н 2 CO 3 надає їй кислий смак. У повітрі міститься близько 0,03% вуглекислого газу. Щільність у 1,524 рази більша за щільність повітря і дорівнює 0,001976 г/см 3 (при нульовій температурі та тиску 101,3 кПа). Потенціал іонізації 14,3В. Хімічна формула – CO2.

У зварювальному виробництві використовується термін "вуглекислий газ"див. У «Правилах пристрою та безпечної експлуатації судин, що працюють під тиском», прийнятий термін «вуглекислота», а в - термін "двоокис вуглецю".

Існує безліч способів отримання вуглекислого газу, основні з яких розглянуті у статті.

Щільність двоокису вуглецю залежить від тиску, температури та агрегатного стану, в якому вона знаходиться. При атмосферному тиску та температурі -78,5°С вуглекислий газ, минаючи рідкий стан, перетворюється на білу снігоподібну масу "сухий лід".

Під тиском 528 кПа та при температурі -56,6°С вуглекислота може перебувати у всіх трьох станах (так звана потрійна точка).

Двоокис вуглецю термічно стійка, дисоціює на окис вуглецю і лише за температури вище 2000°С.

Вуглекислий газ – це перший газ, який був описаний як дискретна речовина. У сімнадцятому столітті фламандський хімік Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) зауважив, що після спалювання вугілля в закритій посудині маса попелу була набагато меншою від маси вугілля, що спалюється. Він пояснював це тим, що вугілля трансформується на невидиму масу, яку він назвав «газ».

Властивості вуглекислого газу були вивчені набагато пізніше 1750р. шотландським фізиком Джозефом Блеком (Joseph Black).

Він виявив, що вапняк (карбонат кальцію CaCO 3) при нагріванні або взаємодії з кислотами виділяє газ, який він назвав «пов'язане повітря». Виявилося, що «пов'язане повітря» щільніше за повітря і не підтримує горіння.

CaCO 3 + 2HCl = СО 2 + CaCl 2 + H 2 O

Пропускаючи «пов'язане повітря» тобто. вуглекислий газ CO 2 через водний розчин вапна Ca(OH) 2 на дно осаджується карбонат кальцію CaCO 3 . Джозеф Блек використав цей досвід для доказу того, що вуглекислий газ виділяється внаслідок дихання тварин.

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

Рідкий двоокис вуглецю безбарвна рідина без запаху, щільність якої сильно змінюється зі зміною температури. Вона існує при кімнатній температурі лише за тиску понад 5,85 МПа. Щільність рідкої вуглекислоти 0771 г/см 3 (20°С). При температурі нижче +11°С вона важча за воду, а вище +11°С - легше.

Питома маса рідкого двоокису вуглецю значно змінюється з температуроютому кількість вуглекислоти визначають і продають по масі. Розчинність води в рідкому двоокисі вуглецю в інтервалі температур 5,8-22,9°С трохи більше 0,05%.

Рідкий двоокис вуглецю перетворюється на газ при підведенні до неї теплоти. За нормальних умов (20°С та 101,3 кПа) при випаровуванні 1 кг рідкої вуглекислоти утворюється 509 л вуглекислого газу. При надмірно швидкому відборі газу, зниженні тиску в балоні та недостатньому підведенні теплоти вуглекислота охолоджується, швидкість її випаровування знижується і при досягненні «потрійної точки» вона перетворюється на сухий лід, який забиває отвір у знижувальному редукторі, і подальший відбір газу припиняється. При нагріванні сухий лід безпосередньо перетворюється на вуглекислий газ, минаючи рідкий стан. Для випаровування сухого льоду необхідно підвести значно більше теплоти, ніж для випаровування рідкого двоокису вуглецю - тому якщо у балоні утворився сухий лід, то він випаровується повільно.

Вперше рідкий двоокис вуглецю отримали 1823 р. Гемфрі Деві(Humphry Davy) та Майкл Фарадей(Michael Faraday).

Тверда двоокис вуглецю «сухий лід», на вигляд нагадує сніг і лід. Вміст вуглекислого газу, що отримується з брикету сухого льоду, високий - 99,93-99,99%. Вміст вологи не більше 0,06-0,13%. Сухий лід, перебуваючи на відкритому повітрі, інтенсивно випаровується, тому для його зберігання та транспортування використовують контейнери. Одержання вуглекислого газу із сухого льоду проводиться у спеціальних випарниках. Тверда двоокис вуглецю (сухий лід), що поставляється за ГОСТ 12162.

Двоокис вуглецю найчастіше застосовують:

для створення захисного середовища при металах;
у виробництві газованих напоїв;
охолодження, заморожування та зберігання харчових продуктів;
для систем пожежогасіння;
для чищення поверхонь сухим льодом.

Щільність вуглекислого газу досить висока, що дозволяє забезпечувати захист реакційного простору дуги від зіткнення з газами повітря і попереджає азотування при невеликих витратах вуглекислоти в струмені. Вуглекислий газ є, в процесі зварювання він взаємодіє з металом шва і надає на метал зварювальної ванни окислюючу, а також дію, що навуглерожує.

Раніше перешкодою для застосування вуглекислоти як захисне середовище булиу швах. Пори викликалися кипінням металу, що твердіє, зварювальної ванни від виділення оксису вуглецю (СО) внаслідок недостатньої його розкисленості.

При високих температурах вуглекислий газ дисоціює з утворенням активного вільного, одноатомного кисню:

Окислення металу шва вільним, що виділяється при зварюванні з вуглекислого газу, нейтралізується вмістом додаткової кількості легуючих елементів з великою спорідненістю до кисню, найчастіше кремнієм і марганцем (понад тієї кількості, яка потрібна для легування металу шва) або вводяться в зону зварювання флюсами (зварювання).

Як двоокис, так і окис вуглецю практично не розчиняються у твердому та розплавленому металі. Вільний активний окислює елементи, присутні у зварювальній ванні, залежно від їх спорідненості до кисню та концентрації за рівнянням:

Ме + О = МеО

де Ме - метал (марганець, алюміній чи ін.).

Крім того, і сам вуглекислий газ реагує із цими елементами.

В результаті цих реакцій при зварюванні у вуглекислоті спостерігається значне вигоряння алюмінію, титану та цирконію, і менш інтенсивне - кремнію, марганцю, хрому, ванадію та ін.

Особливо енергійно окислення домішок відбувається при . Це пов'язано з тим, що при зварюванні електродом, що плавиться, взаємодія розплавленого металу з газом відбувається при перебування краплі на кінці електрода і в зварювальній ванні, а при зварюванні електродом, що не плавиться - тільки у ванні. Як відомо, взаємодія газу з металом у дуговому проміжку відбувається значно інтенсивніше внаслідок високої температури та більшої поверхні контактування металу з газом.

Зважаючи на хімічну активність вуглекислого газу по відношенню до вольфраму зварювання в цьому газі ведуть тільки плавиться електродом.

Двоокис вуглецю нетоксичний і невибухонебезпечний. При концентраціях більше 5% (92 г/м 3 ) вуглекислий газ надає шкідливий вплив на здоров'я людини, оскільки вона важча за повітря і може накопичуватися в приміщеннях, що слабо провітрюються, у підлоги. При цьому знижується об'ємна частка кисню в повітрі, що може спричинити явище кисневої недостатності та ядухи. Приміщення, де здійснюється зварювання з використанням вуглекислоти, повинні бути обладнані загальнообмінною припливно-витяжною вентиляцією. Гранично допустима концентрація вуглекислого газу повітря робочої зони 9,2 г/м 3 (0,5%).

Вуглекислий газ поставляється по . Для отримання якісних швів використовують газоподібний і зріджений двоокис вуглецю вищого та першого сортів.

Вуглекислоту транспортують і зберігають у сталевих балонах або цистернах великої ємності в рідкому стані з наступною газифікацією на заводі, з централізованим постачанням зварювальних постів через рампи. У стандартний з водяною ємністю 40 л заливається 25 кг рідкої вуглекислоти, яка за нормального тиску займає 67,5% об'єму балона і дає при випаровуванні 12,5 м 3 вуглекислого газу. У верхній частині балона разом із газоподібною вуглекислотою накопичується повітря. Вода, як важча, ніж рідкий двоокис вуглецю, збирається в нижній частині балона.

Для зниження вологості вуглекислого газу рекомендується встановити балон вентилем вниз та після відстоювання протягом 10...15 хв обережно відкрити вентиль і випустити з балона вологу. Перед зварюванням необхідно з нормально встановленого балона випустити невелику кількість газу, щоб видалити повітря, що потрапило в балон. Частина вологи затримується у вуглекислоті у вигляді водяної пари, що погіршує при зварюванні шва.

При випуску газу з балона внаслідок ефекту дроселювання та поглинання теплоти при випаровуванні рідкого двоокису вуглецю газ значно охолоджується. При інтенсивному відборі газу можлива закупорка редуктора замерзлої вологою, що міститься у вуглекислоті, а також сухим льодом. Щоб уникнути цього при відборі вуглекислого газу перед редуктором, встановлюють підігрівач газу. Остаточне видалення вологи після редуктора проводиться спеціальним осушувачем, наповненим скляною ватою та хлористим кальцієм, силікагелієм, мідним купоросом або іншими поглиначами вологи.

Балон з двоокисом вуглецю пофарбований у чорний колір, з написом жовтими літерами «ВУГЛЕКІСЛОТА».

Нові каталізатори допоможуть перетворити діоксид вуглецю на паливо.

Щоб отримати енергію, як правило, необхідно щось спалити: звичайні автомобілі спалюють паливо в двигунах внутрішнього згоряння, електромобілі заряджають свої батареї від електрики, що надходить, наприклад, на ТЕЦ, де спалюють природний газ, і навіть нам для м'язової чи розумової роботи треба «спалити» в собі з'їдений сніданок.

У будь-якому органічному паливі, чи то бензинові вуглеводні чи вуглеводи з шоколадки, містяться атоми вуглецю, які наприкінці свого енергетичного шляху перетворюються на вуглекислий газ. Ну а газ, у свою чергу, вирушає в атмосферу, де він може накопичуватися і викликати будь-які негативні ефекти на зразок глобального потепління.

З енергетичної точки зору вуглекислий газ абсолютно марний, оскільки вуглець у ньому повністю «згорів», міцно і нерозривно зв'язавши себе з двома атомами кисню. Горіти він уже не горить, і єдине, що з ним можна зробити - втопити або закопати. Втопити його можна, розчинивши в океані - і це дійсно один із способів утилізації СО2. Інший спосіб - закачати його під високим тиском під землю, бажано там, де є нафтові родовища; це дозволить підвищити віддачу нафтових пластів та допоможе видобути більше нафти. Однак хіміки все ж таки знайшли спосіб «зварити кашу з сокири» – існує третій шлях утилізації СО2, коли його перетворюють на паливо.

Щоб перетворити СО 2 на паливо, потрібно «похімічити» з молекулою вуглекислого газу, наприклад, відібрати в неї один атом кисню. Тоді вуглекислий газ перетвориться на чадний газ СО. Незважаючи на те, що для більшості чадний газ – це «той газ, від якого періодично гинуть неакуратні користувачі дров'яних печей», у промисловості його використовують у різних процесах: по-перше, його можна спалити і отримати енергію, по-друге, його можна використовувати в металургійних процесах, а по-третє, з нього можна синтезувати різні органічні молекули, у тому числі рідке паливо. Саме останній пункт і відкриває перед вуглекислим газом нафтохімічні перспективи.

Однак варто зауважити, що використання чадного газу з хімічною метою не є зовсім новим. Ще на зорі ХХ століття німецькі хіміки Франц Фішер і Ганс Тропш розробили спосіб, як із звичайного вугілля отримати рідке паливо: спочатку з кам'яного вугілля та води отримують синтез-газ – так називається суміш чадного газу та водню, а потім за допомогою каталізатора із синтез- газу одержують різні вуглеводні. Цей спосіб був затребуваний, коли звичайної нафти не вистачало, проте згодом, у другій половині ХХ століття метод отримання палива з вугілля став просто дорогою альтернативою «класичним» нафтопереробним технологіям. Але якщо в процесі Фішера-Тропша в якості сировини використовують кам'яне вугілля, яке саме по собі є корисною копалиною, то хіміки з тієї ж мети - отримання синтез-газу - розробили спосіб, що дозволяє робити його з «непотрібного» вуглекислого газу.

Такі речі неможливі без використання каталізаторів, і, щоб отримати працюючий каталізатор, хімікам часом доводиться йти на різні хитрощі. Справа в тому, що крім певного хімічного складу для каталізатора дуже важлива його внутрішня структура. Якщо говорити спрощено, каталізатор, нанесений на рівну поверхню, може виявитися неробочим, а ось якщо його нанести на пористу поверхню, і якщо при цьому буде певний розмір, то тоді він зможе заробити на повну силу.

Для того щоб створити такий каталізатор, хіміки взяли електропровідний матеріал як підкладку і нанесли на нього шар з кульок полістирольних діаметром близько 200 нанометрів. Після чого порожнечі, що залишилися у просторі між кульками, заповнили атомами срібла. (В якості аналогії можна уявити, що ми насипали на підлогу шар з більярдних куль, а потім все зверху залили рівним шаром розплавленого парафіну.) Тепер, щоб отримати пористий субстрат, потрібно якимось чином прибрати з матеріалу всі кульки, залишивши в цілості, що залишилася. структуру. У випадку з більярдними кулями це було б дуже проблематично, а ось у випадку з полістирольними кульками все виявилося набагато простіше - і в результаті після видалення полістиролу на поверхні електрода вийшла комірчаста структура зі срібла з "сотами" певного розміру.

Подібний матеріал, як виявилося, добре перетворює вуглекислий газ на синтез-газ, причому ефективність і селективність каталізатора управляється за рахунок розміру сот: якщо на етапі синтезу каталізатора взяти полістирольні кульки більші, то після реакції вийде один склад продуктів, а якщо дрібніші - то інший . Детально результати досліджень опубліковані у журналі Angewandte Chemie .

І начебто все добре, і людство мало б святкувати перемогу над викидами парникових газів, а кожну трубу, яка чадить в атмосферу продуктами згоряння, потрібно обладнати подібним срібним каталізатором, але все-таки варто зробити одне зауваження. Один із важливих законів, за яким живе навколишній світ – закон збереження: маса та енергія не виникають нізвідки і не зникають у нікуди. Це справедливо й у атомів хімічних елементів, й у тепла, вироблюваного під час спалювання палива, й у електричної енергії. Тому скільки енергії виходить при спалюванні чадного газу до вуглекислого, як мінімум, стільки ж енергії потрібно витратити (спрощено), щоб перетворити молекулу вуглекислого газу назад на молекулу чадного. І очевидно, що для такої, загалом, «зеленої» технології з утилізації парникового газу потрібне своє джерело енергії, яке як мінімум не «почало» би в атмосферу стільки СО 2 , скільки можна було б перетворити на корисний продукт.

Звідки взяти енергію для перетворення одного газу на інший? Наприклад, від вітряних або сонячних енергоустановок, які виробляють енергію, але не викидають в атмосферу продукти згоряння палива – це дозволило б зменшити загальну кількість вуглекислого газу.

Смішно, що схожою діяльністю займалися древні рослини і бактерії, що поглинали вуглекислий газ, що знаходився тоді в надлишку в атмосфері, і перетворили його в органічні речовини, що стали потім викопним паливом. Можливо, що людству в майбутньому доведеться займатися чимось схожим, але вже з використанням хімічних технологій.