Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Физические свойства углекислого газа кратко

Углерод

Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

Углерод

Общая характеристика элементов IVa группы

От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

Элементы IVa группы

  • C — 2s 2 2p 2
  • Si — 3s 2 3p 2
  • Ge — 4s 2 4p 2
  • Sn — 5s 2 5p 2
  • Pb — 6s 2 6p 2

Степени оксиления углерода

Природные соединения
  • Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
  • MgCO3 — магнезит
  • CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
  • CaCO3*MgCO3 — доломит

Алмаз, графит, магнезит и доломит

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

Разложение углеродистых соединений

Химические свойства
  • Реакции с неметаллами

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)

Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)

Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

Карбид алюминия

Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

SiO2 + C → (t) Si + CO

Может восстановить и собственный оксид:

Угарный газ

Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

Оксид азота IV

Оксид углерода II — СO

Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

Химические свойства

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

FeO + CO → Fe + CO2

Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

Карбонил железа

Оксид углерода IV — CO2

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

Горение природного газа

Химические свойства

    Реакция с водой

В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)

KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)

При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

Zn + CO2 → (t) ZnO + CO

Оксид цинка II

Угольная кислота

Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

Угольная кислота

Химические свойства

Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.

Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа — помутнение исчезало.

Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.

Осадок выпал и растворился

Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H2CO3 — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

Li2CO3 + CO2 + H2O → LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)

Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.

При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Диоксид углерода, физико-химические и огнетушащие свойства, область применения и правила охраны труда при эксплуатации

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

Читайте так же:
Шуруповерт не заряжается что делать

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.

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

ХарактеристикиОУ-2ОУ-5ОУ-6ОУ-8ОУ-10ОУ-40ОУ-80
Масса огнетушащего вещества, кг1,43,54,25,6
Масса огнетушителя, кг6,213,514,5
Длина струи, м
Продолжительность действия, с
Огнетушащая способность, м2(бензин)0,411,081,081,731,732,84,52

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.

Читайте так же:
Какое масло можно использовать для цепи бензопилы

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.

Рекомендуется периодически проверять массу заряда — не реже одного раза в два года путем взвешивания.

Суммарная масса огнетушителя определяется прибавлением к ней массы СО2, указанной на этикетке или в паспорте.

Необходимо проводить перезарядку и переосвидетельствование баллона через 5 лет.

Соединения углерода

В промышленности угарный газ получают:

  • при пропускании воздуха через раскаленный уголь:
  • паровая конверсия метана – взаимодействие перегретого водяного пара (температура – 800-900ºС) с метаном. В качестве катализаторов используют Ni, MgO, Al2O3:
  • взаимодействие метана с углекислым газом (температура – 800-900ºС, кат. – Ni, MgO, Al2O3):
  • горение углерода в недостатке кислорода (неполное окисление углерода):
  • неполное окислениеметана:

В лаборатории угарный газ можно получить:

  • Нагреванием муравьиной кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:
  • Нагреванием щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:

Химические свойства угарного газа

СО – несолеобразующий оксид

  • Формально СО можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты, т.к. он образуется при дегидратации муравьиной кислоты:

А также образование формиата натрия в реакции с гидроксидом натрия при высоком давлении:

CO + NaOH → HCOONa

Однако при обычных условиях он не вступает в реакции с водой, кислотами и щелочами, поэтому относится к типу несолеобразующих оксидов.

Является сильным восстановителем, поэтому реагирует с окислителями:

  • Горит синим пламенем в атмосфере кислорода:
  • Окисляется хлором в присутствии катализатора или под действием света с образованием ядовитого газа фосгена:
  • Окисляется другими сильными окислителями до углекислого газа или карбонатов:

    Восстанавливает металлы из оксидов (при Т

СО + CuO → Cu + CO2

СО + NiO → Ni + CO2

  • Восстановление водорода из воды в присутствии катализатора Fe, Cr при температуре 400-500 ºС:
  • Восстановление некоторых благородных металлов из солей:
  • Взаимодействие с водородом при повышенном давлении. Из синтез-газа (смеси угарного газа и водорода) при определенных условиях (P, T, kt) можно получить метанол, метан, или другие углеводороды:
  • Образование карбонилов металлов при нагревании:
  • Образование карбоксигемоглобина при связывании угарного газа с гемоглобином крови подобно кислороду:

Этим свойством СО и объясняется его высокая токсичность для организма человека.

Диоксид углерода (углекислый газ)

Способы получения углекислого газа

  • CO2 Конечный продукт окисления органических веществ в клетках аэробных организмов
  • Образуется при действии сильных кислот на карбонаты (растворимые и нерастворимые)и гидрокарбонаты металлов:
  • При взаимодействии растворимых карбонатов с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III), которые необратимо гидролизуются в водном растворе:
  • При термическом разложении нерастворимых карбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов:
  • При сжигании всех видов топлив:
  • При спиртовом брожении глюкозы под действием ферментов:

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ — типичный кислотный оксид. Проявляет слабые окислительные свойства

  • Качественная реакция на углекислый газ — помутнение известковой воды:
  • Взаимодействует с водой, но реакция сильно обратима, и с водой соединяется лишь 1% молекул угольной кислоты:
  • С основными оксидами и сильными основаниями (щелочами), с образованием карбонатов или гидрокарбонатов. При этом возможно образование как кислых, так и средних солей:
  • С карбонатами, с образованием гидрокарбонатов:
  • С водными растворами солей, образованными кислотами, слабее угольной (очень слабые кислоты):
  • С некоторыми восстановителями:

2Мg + CO2 C + 2MgO

Внимание! Магний горит в атмосфере углекислого газа, поэтому горящий магний нельзя тушить углекислотными огнетушителями.

  • В листьях растений на свету из CO2 и H2O образуются углеводы и кислород:
  • С пероксидом натрия, с образованием карбоната натрия:
  • Синтез карбамида (мочевины):
  • Получение питьевой соды по методу Сольвэ:
Читайте так же:
Самодельный гранулятор для опилок

Угольная кислота и карбонаты

Химические свойства угольной кислоты и карбонатов

Угольная кислота – слабая двухосновная кислота

Угольная кислота существует только в водном растворе, где количество ее молекул и анионов в сотни раз меньше, чем количество растворенных молекул углекислого газа CO2

  • Диссоциирует по 2-м ступеням с образованием гидрокарбонат- и карбонат ионов:

H2CO3 как индивидуальное соединение неустойчиво и не имеет практического значения, но ее соли устойчивы и нашли широкое применение.

    Растворимыми являются карбонаты щелочных металлов. Высокая степень гидролиза является причиной щелочной реакции их водных растворов рН(0,1 М р-ра)

  • Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония при нагревании (более 900ºС) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV):

Карбонат аммония при нагревании разлагается иначе:

  • Качественной реакцией является взаимодействие с кислотами является на ионы СО3 2─ и НСО3 − в результате которой происходит выделение СО2:
  • при взаимодействии с разбавленными растворами соляной или серной кислот происходит выделение углекислого газа, который затем пропускают через раствор известковой воды. При этом наблюдается помутнение раствора:

При дальнейшем пропускании раствор вновь становится прозрачным, помутнение исчезает:

История открытия углекислого газа

Углекислый газ был первым между всеми другими газами противопоставлен воздуху под названием “дикого газа” алхимиком XVI в. Вант Гельмонтом.

Открытием СО2 было положено начало новой отрасли химии – пневматохимии (химии газов).

Шотландский химик Джозеф Блэк (1728 – 1799 г.г.) в 1754 году установил, что известковый минерал мрамор (карбонат кальция) при нагревании разлагается с выделением газа и образует негашеную известь (оксид кальция):

CaCO3 CaO + CO2
карбонат кальция оксид кальция углекислый газ

Выделяющийся газ можно было вновь соединить с оксидом кальция и вновь получить карбонат кальция :

CaO + CO2 CaCO3
оксид кальция углекислый газ карбонат кальция

Этот газ был идентичен открытому Ван Гельмонтом “дикому газу”, но Блэк дал ему новое название – “связанный воздух” – так как этот газ можно было связать и вновь получить твердую субстанцию, а также он обладал способностью притягиваться известковой водой (гидроксидом кальция) и вызывать её помутнение:

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
углекислый газ гидроксид кальция карбонат кальция вода

Несколько лет спустя Кавендиш обнаружил еще два характерных физических свойства углекислого газа – его высокую плотность и значительную растворимость в воде.

Углекислый газ в природе

Содержание углекислого газа в атмосфере относительно небольшое, всего 0,04–0,03% (по объему). CO2, сосредоточенный в атмосфере, имеет массу 2200 биллионов тонн.
В 60 раз больше углекислого газа содержится в растворенном виде в морях и океанах.
В течение каждого года из атмосферы извлекается примерно 1/50 часть всего содержащегося в ней CO2 растительным покровом земного шара в процессе фотосинтеза, превращающего минеральные вещества в органические.
Основная масса углекислого газа в природе образуется в результате различных процессов разложения органических веществ. Углекислый газ выделяется при дыхании растений, животных, микроорганизмов. Непрерывно увеличивается количество углекислого газа, выделяемого различными производствами. Углекислый газ содержится в составе вулканических газов, выделяется он и из земли в вулканических местностях. Несколько столетий функционирует в качестве постоянно действующего генератора CO2 “Собачья пещера” вблизи города Неаполя в Италии. Она знаменита тем, что собаки в ней не могут находиться, а человек может там пребывать в нормальном состоянии. Дело в том, что в этой пещере углекислый газ выделяется из земли, а так как он в 1,5 раза тяжелее воздуха, то располагается внизу, примерно на высоте роста собаки (0,5 м). В таком воздухе, где углекислого газа 14% , собаки (и другие животные, разумеется) дышать не могут, но стоящий на ногах взрослый человек не ощущает избытка углекислого газа в этой пещере. Такие же пещеры существуют в Йеллоустонском национальном парке (США).
Природные источники углекислого газа называются мофетами. Мофеты характерны для последней, поздней стадии затухания вулканов в которой находится, в частности, знаменитый вулкан Эльбрус. Поэтому там наблюдаются многочисленные выходы пробивающихся сквозь снега и льды горячих источников, насыщенных углекислым газом.
Вне земного шара оксид углерода (IV) обнаружен в атмосферах Марса и Венеры – планетах “земного типа”.

Получение углекислого газа

В промышленности углекислый газ получается главным образом как побочный продукт обжига известняка спиртового брожения и др.
В химических лабораториях либо пользуются готовыми баллонами с жидким углекислым газом, либо получают CO2 в аппаратах Киппа или приборе для получения газов действием соляной кислоты на куски мрамора:

CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O
карбонат кальция соляная кислота хлорид кальция углекислый газ вода

Пользоваться серной кислотой вместо соляной при этом нельзя, потому что тогда вместо растворимого в воде хлорида кальция получался бы гипс – сульфат кальция (CaSO4) – соль, малорастворимая в воде. Отлагаясь на кусках мрамора, гипс крайне затрудняет доступ к ним кислоты и тем самым очень замедляет течение реакции.

Свойства углекислого газа

CO2 – это бесцветный газ, не имеет запаха, тяжелее воздуха в 1,5 раза, с трудом смешивается с ним (по выражению Д.И. Менделеева, “тонет” в воздухе), что можно доказать следующим опытом: над стаканом, в котором закреплена горящая свечка, опрокидывают стакан, наполненный углекислым газом. Свечка мгновенно гаснет.
Оксид углерода (IV) обладает кислотными свойствами и при растворении этого газа в воде образуется угольная кислота. При пропускании CO2 через подкрашенную лакмусом воду можно наблюдать изменение цвета индикатора с фиолетового на красный.
Хорошая растворимость углекислого газа в воде делает невозможным собирание его методом “вытеснения воды”.
Качественной реакцией на содержание углекислого газа в воздухе является пропускание газа через разбавленный раствор гидроксида кальция (известковую воду). Углекислый газ вызывает образование в этом растворе нерастворимого карбоната кальция, в результате чего раствор становится мутным:

Читайте так же:
Krrqd12a блок плавного пуска двигателя

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
углекислый газ гидроксид кальция карбонат кальция вода

При добавлении избыточного количества CO2 мутный раствор снова становится прозрачным из-за превращения нерастворимого карбоната в растворимый гидрокарбонат кальция:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2
карбонат кальция вода углекислый газ гидрокарбонат кальция

Углекислый газ и пищевая жидкая углекислота

Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество. В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».

Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).

Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO3) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.

CaCO3 + 2HCl = СО2 + CaCl2 + H2O

Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO2 через водный раствор извести Ca(OH)2 на дно осаждается карбонат кальция CaCO3.

Джозеф Блэк использовал этот опыт для доказательства того, что углекислый газ выделяется в результате дыхания животных.

CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Теплопроводность двуокиси углерода CO2 в критической области - таблица 4 Теплопроводность двуокиси углерода CO2 в зависимости от температуры и давления - таблица 3

Получение двуокиси углерода

В промышленности углекислый газ получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве газ закачивается в баллоны.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.



Применение углекислого газа

Двуокись углерода чаще всего применяют:

  • для создания защитной среды при сварке полуавтоматом;
  • в производстве газированных напитков;
  • охлаждение, замораживание и хранения пищевых продуктов;
  • для систем пожаротушения;
  • очистка сухим льдом от загрязнений поверхности изделий.

Применение углекислоты для сварки

Плотность углекислого газа достаточно высока, что позволяет обеспечивать защиту реакционного пространства дуги от соприкосновения с газами воздуха и предупреждает азотирование металла шва при относительно небольших расходах углекислоты в струе. Углекислый газ является активным газом, т.е. в процессе сварки он взаимодействует с металлом шва и оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие.

В настоящее время ввиду большого разбрызгивания металла сварочной ванны при сварке в углекислоте все чаще применяют сварочные смеси с аргоном. Производители сварочного оборудования не остались в стороне от даной проблемы и предусматривают специальный режим на сварочных полуавтоматах, при котором уменьшается эффект разбрызгивания. Еще один путь решения данной проблемы – это применение специальных спреев или жидкостей, которые не позволяют прикипать брызгам к металлу свариваемой детали. В любом случае применение любого из данных методов с лихвой окупит затраты времени и расходных материалов на удаление брызг путем механической зачистки.

Ранее препятствием для применения углекислоты в качестве защитной среды являлось образование дефектов в швах в виде пор. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения окиси углерода (СО) вследствие недостаточной его раскисленности.

При высоких температурах углекислый газ диссоциирует с образованием весьма активного свободного, одноатомного кислорода:

Окисление металла шва выделяющимся при сварке из углекислого газа свободным кислородом нейтрализуется содержанием дополнительного количества легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего кремнием и марганцем (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва) или вводимыми в зону сварки флюсами (полуавтоматическая сварка порошковой проволокой).

Как двуокись, так и окись углерода практически не растворимы в твердом и расплавленном металле. Свободный активный кислород окисляет элементы, присутствующие в сварочной ванне, в зависимости от их сродства к кислороду и концентрации по уравнению:

где Мэ — металл (марганец, алюминий или др.).

Кроме того, и сам углекислый газ реагирует с этими элементами.

В результате этих реакций при сварке в углекислоте наблюдается значительное выгорание алюминия, титана и циркония, и менее интенсивное — кремния, марганца, хрома, ванадия и др.

Особенно энергично окисление примесей происходит при полуавтоматической сварке. Это связано с тем, что при сварке плавящимся электродом взаимодействие расплавленного металла с газом происходит при пребывании капли на конце электрода и в сварочной ванне, а при сварке неплавящимся электродом — только в ванне. Как известно, взаимодействие газа с металлом в дуговом промежутке происходит значительно интенсивнее вследствие высокой температуры и большей поверхности контактирования металла с газом.

Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом.

Вредность и опасность углекислого газа

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. При концентрациях более 5% (92 г/м3) углекислый газ оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как он тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Помещения, где производится сварка с использованием углекислоты, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией. Предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе рабочей зоны 9,2 г/м3 (0,5%).

Читайте так же:
Качественный пистолет для монтажной пены



Углекислый газ в природе естественные источники

К таким источникам относятся окислительные процессы разной интенсивности:

  • 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.

Хранение и транспортировка углекислого газа

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050. Для получения качественных швов используют газообразную и сжиженную двуокись углерода высшего и первого сортов.

Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах по ГОСТ 949 или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы.

В стандартный баллон с водяной емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты, которая при нормальном давлении занимает 67,5% объема баллона и дает при испарении 12,5 м3 углекислого газа.

В верхней части баллона вместе с газообразной углекислотой скапливается воздух. Вода, как более тяжелая, чем жидкая двуокись углерода, собирается в нижней части баллона.

Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10…15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух. Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой двуокиси углерода газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом. Во избежание этого при отборе углекислого газа перед редуктором устанавливают подогреватель газа. Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным стеклянной ватой и хлористым кальцием, силикогелием, медным купоросом или другими поглотителями влаги.

Баллон окрашен в черный цвет, с надписью желтыми буквами «УГЛЕКИСЛОТА».

«Сухой лед» и прочие полезные свойства диоксида углерода

В повседневной практике углекислый газ используется достаточно широко. Например, газированная вода с добавками ароматных эссенций – прекрасный освежающий напиток. В пищевой промышленности диоксид углерода используется и как консервант — он обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Углекислотными огнетушителями пользуются при пожарах. Биохимики нашли, что удобрение… воздуха углекислым газом весьма эффективное средство для увеличения урожайности различных культур. Пожалуй, такое удобрение имеет единственный, но существенный недостаток: применять его можно только в оранжереях. На заводах, производящих диоксид углерода, сжиженный газ расфасовывают в стальные баллоны и отправляют потребителям. Если открыть вентиль, то из отверстия с шипением вырывается… снег. Что за чудо?

Все объясняется просто. Работа, затраченная на сжатие газа, оказывается значительно меньше той, которая требуется на его расширение. И чтобы как-то компенсировать возникающий дефицит, углекислый газ резко охлаждается, превращаясь в «сухой лед». Он широко используется для сохранения пищевых продуктов и перед обычным льдом имеет значительные преимущества: во-первых, «хладопроизводительность» его вдвое выше на единицу веса; во-вторых, он испаряется без остатка.

Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой, так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород, который, в свою очередь, и входит во взаимодействие с жидким металлом, окисляя его.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector