Το διοξείδιο του άνθρακα διασπάται σε... Υγροποιημένα αέρια

Σε βιομηχανική κλίμακα, το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να ληφθεί με τους ακόλουθους τρόπους:

1. από ασβεστόλιθο, ο οποίος περιέχει έως και 40% CO 2, οπτάνθρακας ή ανθρακίτης έως 18% CO 2 με ψήσιμο σε ειδικούς κλιβάνους.
2. σε εγκαταστάσεις που λειτουργούν με τη μέθοδο του θειικού οξέος λόγω αντιδράσεων αλληλεπίδρασης θειικού οξέος με γαλάκτωμα κιμωλίας.
3. από αέρια που σχηματίζονται κατά τη ζύμωση του αλκοόλ, της μπύρας και της διάσπασης των λιπών.
4. από τα καυσαέρια των βιομηχανικών λεβήτων που καίνε άνθρακα, φυσικό αέριο και άλλα καύσιμα. Τα καυσαέρια περιέχουν 12-20% CO 2.
5. από απαέρια χημικής παραγωγής, κυρίως συνθετική αμμωνία και μεθανόλη. Τα καυσαέρια περιέχουν περίπου 90% CO 2 .

Προς το παρόν Ο πιο συνηθισμένος τρόπος λήψης διοξειδίου του άνθρακα είναι από αέρια κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Τα απόβλητα σε αυτές τις περιπτώσεις είναι σχεδόν καθαρό διοξείδιο του άνθρακα και είναι ένα φθηνό υποπροϊόν της παραγωγής.

Στα φυτά υδρόλυσης, κατά τη διάρκεια της ζύμωσης της μαγιάς με πριονίδι, απελευθερώνονται αέρια που περιέχουν 99% CO 2.

1 - δεξαμενή ζύμωσης. 2 - δεξαμενή αερίου. 3 - πύργος πλυσίματος. 4 - προσυμπιεστής. 5 - σωληνωτό ψυγείο. 6 - διαχωριστής λαδιού. 7 - πύργος? 8 - πύργος? 9 - συμπιεστής δύο σταδίων. 10 - ψυγείο? 11 - διαχωριστής λαδιού. 12 - δεξαμενή.

Σχέδιο για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα σε μονάδες υδρόλυσης

Το αέριο από τη δεξαμενή ζύμωσης 1 τροφοδοτείται από αντλίες και εάν υπάρχει επαρκής πίεση, εισέρχεται από μόνο του στη δεξαμενή αερίου 2, όπου διαχωρίζονται στερεά σωματίδια από αυτήν. Στη συνέχεια, το αέριο εισέρχεται στον πύργο πλύσης 3, γεμάτος με οπτάνθρακα ή κεραμικούς δακτυλίους, όπου πλένεται με αντίθετη ροή νερού και τελικά απελευθερώνεται από στερεά σωματίδια και υδατοδιαλυτές ακαθαρσίες. Μετά το πλύσιμο, το αέριο εισέρχεται στον προσυμπιεστή 4, όπου συμπιέζεται σε πίεση 400-550 kPa.

Εφόσον κατά τη συμπίεση η θερμοκρασία του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται στους 90-100°C, μετά τον συμπιεστή το αέριο εισέρχεται στο σωληνωτό ψυγείο 5, όπου ψύχεται στους 15°C. Στη συνέχεια, το διοξείδιο του άνθρακα αποστέλλεται στον διαχωριστή λαδιού 6, όπου διαχωρίζεται το λάδι που εισήλθε στο αέριο κατά τη συμπίεση. Μετά από αυτό, το διοξείδιο του άνθρακα καθαρίζεται με υδατικά διαλύματα οξειδωτικών παραγόντων (KMnO 4, K 2 Cr 2 P 7, υποχρωμίτης) στον πύργο 7 και στη συνέχεια ξηραίνεται με ενεργό άνθρακα ή σιλικαζέλ στον πύργο 8.

Μετά τον καθαρισμό και το στέγνωμα, το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται σε συμπιεστή δύο σταδίων 9. Στο στάδιο Ι, συμπιέζεται σε 1-1,2 MPa. Στη συνέχεια, το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο ψυγείο 10, όπου ψύχεται από τους 100 στους 15°C, περνά από τον διαχωριστή λαδιού 11 και εισέρχεται στο δεύτερο στάδιο του συμπιεστή, όπου συμπιέζεται στα 6-7 MPa, μετατρέπεται σε υγρό διοξείδιο του άνθρακα και συλλέγεται σε δεξαμενή 12, από την οποία ο ανεφοδιασμός πραγματοποιείται σε τυπικούς κυλίνδρους ή άλλα δοχεία (δεξαμενές).

Οι πιο συνηθισμένες διαδικασίες για τον σχηματισμό αυτής της ένωσης είναι η σήψη υπολειμμάτων ζώων και φυτών, η καύση διαφόρων τύπων καυσίμων και η αναπνοή ζώων και φυτών. Για παράδειγμα, ένα άτομο εκπέμπει περίπου ένα κιλό διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα την ημέρα. Το μονοξείδιο του άνθρακα και το διοξείδιο μπορούν επίσης να σχηματιστούν σε άψυχη φύση. Το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της ηφαιστειακής δραστηριότητας και μπορεί επίσης να παραχθεί από πηγές μεταλλικού νερού. Το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται σε μικρές ποσότητες στην ατμόσφαιρα της Γης.

Οι ιδιαιτερότητες της χημικής δομής αυτής της ένωσης της επιτρέπουν να συμμετέχει σε πολλές χημικές αντιδράσεις, η βάση των οποίων είναι το διοξείδιο του άνθρακα.

Τύπος

Στην ένωση αυτής της ουσίας, το τετρασθενές άτομο άνθρακα σχηματίζει έναν γραμμικό δεσμό με δύο μόρια οξυγόνου. Η εμφάνιση ενός τέτοιου μορίου μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Η θεωρία του υβριδισμού εξηγεί τη δομή του μορίου του διοξειδίου του άνθρακα ως εξής: οι δύο υπάρχοντες δεσμοί σίγμα σχηματίζονται μεταξύ των τροχιακών sp των ατόμων άνθρακα και των δύο τροχιακών 2p του οξυγόνου. Τα ρ-τροχιακά του άνθρακα, τα οποία δεν συμμετέχουν στον υβριδισμό, συνδέονται σε συνδυασμό με παρόμοια τροχιακά οξυγόνου. Στις χημικές αντιδράσεις, το διοξείδιο του άνθρακα γράφεται ως: CO 2.

Φυσικές ιδιότητες

Υπό κανονικές συνθήκες, το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο, άοσμο αέριο. Είναι βαρύτερο από τον αέρα, γι' αυτό και το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να συμπεριφέρεται σαν υγρό. Για παράδειγμα, μπορεί να χυθεί από το ένα δοχείο στο άλλο. Αυτή η ουσία είναι ελαφρώς διαλυτή στο νερό - περίπου 0,88 λίτρα CO 2 διαλύονται σε ένα λίτρο νερού στους 20 ⁰C. Μια ελαφρά μείωση της θερμοκρασίας αλλάζει ριζικά την κατάσταση - 1,7 λίτρα CO 2 μπορούν να διαλυθούν στο ίδιο λίτρο νερού στους 17⁰C. Με ισχυρή ψύξη, αυτή η ουσία καθιζάνει με τη μορφή νιφάδων χιονιού - σχηματίζεται ο λεγόμενος "ξηρός πάγος". Αυτό το όνομα προέρχεται από το γεγονός ότι σε κανονική πίεση η ουσία, παρακάμπτοντας την υγρή φάση, μετατρέπεται αμέσως σε αέριο. Το υγρό διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζεται σε πίεση λίγο πάνω από 0,6 MPa και σε θερμοκρασία δωματίου.

Χημικές ιδιότητες

Όταν αλληλεπιδρά με ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες, το διοξείδιο του άνθρακα 4 εμφανίζει οξειδωτικές ιδιότητες. Η τυπική αντίδραση αυτής της αλληλεπίδρασης είναι:

C + CO 2 = 2CO.

Έτσι, με τη βοήθεια του άνθρακα, το διοξείδιο του άνθρακα ανάγεται στη δισθενή του τροποποίηση - μονοξείδιο του άνθρακα.

Υπό κανονικές συνθήκες, το διοξείδιο του άνθρακα είναι αδρανές. Αλλά μερικά ενεργά μέταλλα μπορούν να καούν σε αυτό, αφαιρώντας το οξυγόνο από την ένωση και απελευθερώνοντας αέριο άνθρακα. Μια τυπική αντίδραση είναι η καύση του μαγνησίου:

2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης σχηματίζεται οξείδιο του μαγνησίου και ελεύθερος άνθρακας.

Στις χημικές ενώσεις, το CO 2 συχνά εμφανίζει τις ιδιότητες ενός τυπικού οξειδίου οξέος. Για παράδειγμα, αντιδρά με βάσεις και βασικά οξείδια. Το αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι άλατα ανθρακικού οξέος.

Για παράδειγμα, η αντίδραση μιας ένωσης οξειδίου του νατρίου με διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3;

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O;

NaOH + CO 2 = NaHCO 3.

Διάλυμα ανθρακικού οξέος και CO 2

Το διοξείδιο του άνθρακα στο νερό σχηματίζει ένα διάλυμα με μικρό βαθμό διάστασης. Αυτό το διάλυμα διοξειδίου του άνθρακα ονομάζεται ανθρακικό οξύ. Είναι άχρωμο, ασθενώς εκφρασμένο και έχει ξινή γεύση.

Καταγραφή μιας χημικής αντίδρασης:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Η ισορροπία μετατοπίζεται αρκετά έντονα προς τα αριστερά - μόνο περίπου το 1% του αρχικού διοξειδίου του άνθρακα μετατρέπεται σε ανθρακικό οξύ. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο λιγότερα μόρια ανθρακικού οξέος στο διάλυμα. Όταν η ένωση βράζει, εξαφανίζεται εντελώς και το διάλυμα αποσυντίθεται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ο δομικός τύπος του ανθρακικού οξέος παρουσιάζεται παρακάτω.

Ιδιότητες του ανθρακικού οξέος

Το ανθρακικό οξύ είναι πολύ αδύναμο. Σε διαλύματα, διασπάται σε ιόντα υδρογόνου H + και ενώσεις HCO 3 -. Τα ιόντα CO 3 - σχηματίζονται σε πολύ μικρές ποσότητες.

Το ανθρακικό οξύ είναι διβασικό, επομένως τα άλατα που σχηματίζονται από αυτό μπορεί να είναι μέτρια και όξινα. Στη ρωσική χημική παράδοση, τα μέτρια άλατα ονομάζονται ανθρακικά και τα ισχυρά άλατα ονομάζονται διττανθρακικά.

Ποιοτική αντίδραση

Ένας πιθανός τρόπος ανίχνευσης αερίου διοξειδίου του άνθρακα είναι η αλλαγή της διαύγειας του ασβεστοκονιάματος.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Αυτή η εμπειρία είναι γνωστή από ένα σχολικό μάθημα χημείας. Στην αρχή της αντίδρασης, σχηματίζεται μια μικρή ποσότητα λευκού ιζήματος, το οποίο στη συνέχεια εξαφανίζεται όταν το διοξείδιο του άνθρακα διέρχεται από το νερό. Η αλλαγή στη διαφάνεια συμβαίνει επειδή κατά τη διαδικασία αλληλεπίδρασης, μια αδιάλυτη ένωση - το ανθρακικό ασβέστιο - μετατρέπεται σε μια διαλυτή ουσία - το διττανθρακικό ασβέστιο. Η αντίδραση προχωρά σε αυτό το μονοπάτι:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.

Παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα

Εάν χρειάζεται να πάρετε μια μικρή ποσότητα CO2, μπορείτε να ξεκινήσετε την αντίδραση υδροχλωρικού οξέος με ανθρακικό ασβέστιο (μάρμαρο). Η χημική σημείωση για αυτήν την αλληλεπίδραση μοιάζει με αυτό:

CaCO 3 + HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.

Επίσης για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται αντιδράσεις καύσης ουσιών που περιέχουν άνθρακα, για παράδειγμα ακετυλένιο:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.

Μια συσκευή Kipp χρησιμοποιείται για τη συλλογή και αποθήκευση της αέριας ουσίας που προκύπτει.

Για τις ανάγκες της βιομηχανίας και της γεωργίας, η κλίμακα παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα πρέπει να είναι μεγάλη. Μια δημοφιλής μέθοδος για αυτή την αντίδραση μεγάλης κλίμακας είναι η καύση ασβεστόλιθου, ο οποίος παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Ο τύπος της αντίδρασης δίνεται παρακάτω:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Εφαρμογές διοξειδίου του άνθρακα

Η βιομηχανία τροφίμων, μετά από μεγάλης κλίμακας παραγωγή «ξηρού πάγου», μεταπήδησε σε μια ριζικά νέα μέθοδο αποθήκευσης τροφίμων. Είναι απαραίτητο για την παραγωγή ανθρακούχων ποτών και μεταλλικού νερού. Η περιεκτικότητα σε CO 2 στα ποτά τους δίνει φρεσκάδα και αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους. Και η καρβιδοποίηση των μεταλλικών νερών σας επιτρέπει να αποφύγετε τη μουχλιότητα και τη δυσάρεστη γεύση.

Στη μαγειρική χρησιμοποιείται συχνά η μέθοδος κατάσβεσης του κιτρικού οξέος με ξύδι. Το διοξείδιο του άνθρακα που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας προσδίδει αφράτο και ελαφρότητα στα προϊόντα ζαχαροπλαστικής.

Αυτή η ένωση χρησιμοποιείται συχνά ως πρόσθετο τροφίμων για την αύξηση της διάρκειας ζωής των προϊόντων διατροφής. Σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα για την ταξινόμηση των χημικών πρόσθετων που περιέχονται στα προϊόντα, φέρει τον κωδικό E 290,

Το διοξείδιο του άνθρακα σε σκόνη είναι μια από τις πιο δημοφιλείς ουσίες που περιλαμβάνονται στα μείγματα πυρόσβεσης. Αυτή η ουσία βρίσκεται επίσης στον αφρό του πυροσβεστήρα.

Είναι καλύτερο να μεταφέρετε και να αποθηκεύετε διοξείδιο του άνθρακα σε μεταλλικούς κυλίνδρους. Σε θερμοκρασίες άνω των 31⁰C, η πίεση στον κύλινδρο μπορεί να φτάσει σε κρίσιμη τιμή και το υγρό CO 2 θα μεταβεί σε υπερκρίσιμη κατάσταση με απότομη αύξηση της πίεσης λειτουργίας στα 7,35 MPa. Ο μεταλλικός κύλινδρος μπορεί να αντέξει εσωτερική πίεση έως και 22 MPa, επομένως το εύρος πίεσης σε θερμοκρασίες άνω των τριάντα βαθμών θεωρείται ασφαλές.

Το CO - μονοξείδιο του άνθρακα και το CO2 - διοξείδιο του άνθρακα συχνά συγχέονται. Τα ονόματα ακούγονται παρόμοια, και τα δύο είναι αέρια άχρωμα και άοσμα, και σε υψηλές συγκεντρώσεις και τα δύο μπορεί να είναι θανατηφόρα. Η διαφορά είναι ότι το CO2 είναι ένα κοινό φυσικό αέριο που χρειάζεται όλη η φυτική και ζωική ζωή. Το CO δεν είναι κοινό. Τις περισσότερες φορές είναι ένα υποπροϊόν της καύσης καυσίμου που δεν χρειάζεται οξυγόνο.

Τα μέσα ενημέρωσης συχνά προσθέτουν στη σύγχυση. Ακούσαμε ιστορίες για αυτοκτονία εισάγοντας έναν εύκαμπτο σωλήνα κήπου στον σωλήνα εξάτμισης και το παράθυρο του αυτοκινήτου, και στη συνέχεια να λειτουργήσει ο κινητήρας μέχρι το CO (μονοξείδιο του άνθρακα) να ανατινάξει τον επιβάτη του αυτοκινήτου. Σήμερα μας λένε ότι η εξάτμιση του αυτοκινήτου μας είναι η κύρια πηγή του «θανατηφόρου» αερίου του θερμοκηπίου CO2. Είναι εύκολο να καταλάβουμε γιατί μπερδεύονται.

Είναι χρήσιμο να κατανοήσουμε τις ομοιότητες και τις διαφορές μεταξύ CO και CO2:

Σχετικά με το μονοξείδιο του άνθρακα

• Το CO σχηματίζεται φυσικά σε ίχνη εν μέρει οξείδωση μεθανίουατμόσφαιρα, ηφαίστεια και δασικές πυρκαγιές
• Το CO σχηματίζεται σε επικίνδυνα επίπεδα από την καύση με οξυγόνο σε συσκευές καύσης καυσίμου που δεν αερίζονται σωστά, όπως φούρνοι πετρελαίου και αερίου, θερμοσίφωνες αερίου, φούρνοι αερίου, θερμάστρες αερίου ή κηροζίνης, τζάκια και ξυλόσομπες
• Το CO παράγεται σε επικίνδυνα επίπεδα μηχανή εσωτερικής καύσηςπου ΔΕΝ χρησιμοποιούν καταλυτικό μετατροπέα
• Αυτός είναι ο πιο κοινός τύπος θανατηφόρου δηλητηρίασης στον κόσμο.

• 0,1 ppm - τρέχον μέσο επίπεδο CO στον πλανήτη
• Ο OSHA περιορίζει τα επίπεδα μακροχρόνιας έκθεσης στο χώρο εργασίας στα 50 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο)
• Τα συμπτώματα της ήπιας δηλητηρίασης από CO περιλαμβάνουν πονοκεφάλους και ζάλη σε συγκεντρώσεις μικρότερες από 100 ppm
• Συγκεντρώσεις έως και 700 ppm μπορεί να είναι απειλητικές για τη ζωή

Σχετικά με το διοξείδιο του άνθρακα

• Το CO2 είναι ένα κοινό αέριο στην ατμόσφαιρα και απαιτείται για τη ζωή των φυτών
• Το CO2 είναι ένα φυσικό υποπροϊόν της αναπνοής του ανθρώπου και των ζώων, της ζύμωσης, των χημικών αντιδράσεων και της καύσης ορυκτών καυσίμων και ξύλου
• Το CO2 δεν είναι εύφλεκτο
• Το CO2 παράγεται από κινητήρες εσωτερικής καύσης που χρησιμοποιούν καταλυτικό μετατροπέα
• Η δηλητηρίαση από CO2 είναι σπάνια. Ωστόσο, οι αυτοδύτες θα πρέπει να το προσέχουν (σκαμπές)
• Η διαρροή δεξαμενών CO2 υπό πίεση σε κλειστούς χώρους μπορεί να είναι επικίνδυνη για τους επιβάτες - τόσο από υψηλά επίπεδα CO2 όσο και από σχετικά χαμηλότερα επίπεδα οξυγόνου (μετατόπιση)

• 400 ppm είναι το τρέχον μέσο επίπεδο CO2 στον πλανήτη
• Η ASHRAE συνιστά ένα όριο 1.000 ppm για κτίρια γραφείων και αίθουσες διδασκαλίας
• Ο OSHA περιορίζει τα επίπεδα μακροχρόνιας έκθεσης στο χώρο εργασίας στα 5.000 ppm
• Η υπνηλία μπορεί να εμφανιστεί στα 10.000 ppm - συχνή σε κλειστά αυτοκίνητα ή αμφιθέατρα
• Τα συμπτώματα της ήπιας δηλητηρίασης από CO2 περιλαμβάνουν πονοκεφάλους και ζάλη σε συγκεντρώσεις μικρότερες από 30.000 ppm (3%)
• Στα 80.000 ppm (8%) το CO2 μπορεί να είναι απειλητικό για τη ζωή

Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ CO και CO2;

• Ο άνθρακας και το οξυγόνο συνδυάζονται για να σχηματίσουν και τα δύο αέρια
• Και τα δύο είναι άχρωμα, άγευστα και άοσμα
• Και τα δύο βρίσκονται στον αέρα σε όλο τον κόσμο (αν και σε διαφορετικές συγκεντρώσεις)
• Και τα δύο απελευθερώνονται κατά την καύση ή τη φωτιά

Κατανόηση του PPM - μέρη ανά εκατομμύριο

Μέρη ανά εκατομμύριο (ppm ή ppmv) είναι ο τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες μετρούν μικρές ποσότητες μορίων αερίου στον αέρα, καθώς ο αριθμός των μορίων αερίου σε έναν όγκο είναι σημαντικά μικρότερος από 1%. Αντί να πουν "1% αέριο κατ' όγκο", οι επιστήμονες θα πουν "10.000 ppmv" (10.000 / 1.000.000 = 1%) ή θα το συντομεύσουν σε "10.000 ppm".

Για παράδειγμα, είναι ευκολότερο να γράψουμε ότι το επίπεδο CO2 σε ένα δωμάτιο αυξήθηκε από 400 ppm σε 859 ppm παρά να γράψουμε ότι το επίπεδο CO2 αυξήθηκε από 0,04% σε 0,0859%. Ωστόσο, και τα δύο είναι αληθινά.

Πώς πήραν τα ονόματά τους το μονοξείδιο και το διοξείδιο

Μπορείτε να ευχαριστήσετε τους αρχαίους Έλληνες που μας έδωσαν τα ονόματά τους για αριθμούς:

Μονοφωνικό = 1
di = 2
τρι = 3
τετρά = 4
πέντα = 5
εξά = 6
επτά = 7
οκτά = 8
εννέα = 9
δεκα = 10

Έτσι παίρνουμε αγγλικές λέξεις όπως τρίαγωνία (3 πλευρές), Η.Π.Α Πέντα gon (μονόπλευρη 5) ή ηχοσανίδαθλον (10 αγωνίσματα). Πρώτο ημίχρονο λοιπόν μονοφωνικόοξείδιο σημαίνει άτομο οξυγόνου 1 και το πρώτο μισό diοξείδιο σημαίνει άτομα οξυγόνου 2.

Για το δεύτερο μισό της λέξης έχουμε οξείδιοΟξείδιο είναι το όνομα μιας απλής ένωσης οξυγόνου με ένα άλλο στοιχείο ή ομάδα. Για παράδειγμα, προσθέστε οξυγόνο στο στοιχείο υδρογόνο και παίρνετε υδρογόνο δι οξείδιο(H20) ή νερό. Άλλα οξείδια που μπορεί να έχετε ακούσει είναι το υποξείδιο του αζώτου (NO2 - αέριο γέλιου) ή το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO - το δραστικό συστατικό του αντηλιακού).

Το περιεχόμενο του άρθρου

ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ(μονοξείδιο του άνθρακα (IV), ανθρακικός ανυδρίτης, διοξείδιο του άνθρακα) CO 2 , ένα πολύ γνωστό συστατικό με φυσαλίδες στα ανθρακούχα αναψυκτικά. Ο άνθρωπος γνώριζε για τις θεραπευτικές ιδιότητες του «ανθρακού νερού» από φυσικές πηγές από αμνημονεύτων χρόνων, αλλά μόλις τον 19ο αιώνα. Έμαθα να το παίρνω μόνος μου. Παράλληλα, εντοπίστηκε η ουσία που κάνει το νερό να αναβράζει - το διοξείδιο του άνθρακα. Για πρώτη φορά για σκοπούς ενανθράκωσης, αυτό το αέριο ελήφθη το 1887 κατά τη διάρκεια της αντίδρασης μεταξύ θρυμματισμένου μαρμάρου και θειικού οξέος. απομονώθηκε και από φυσικές πηγές. Αργότερα, το CO 2 άρχισε να παράγεται σε βιομηχανική κλίμακα με καύση οπτάνθρακα, ασβεστόλιθο και αλκοόλη ζύμωσης. Για περισσότερο από ένα τέταρτο του αιώνα, το διοξείδιο του άνθρακα αποθηκεύτηκε σε κυλίνδρους από χάλυβα υπό πίεση και χρησιμοποιήθηκε σχεδόν αποκλειστικά για την παραγωγή ανθρακικών ποτών. Το 1923 άρχισε να παράγεται στερεό CO 2 (ξηρός πάγος) ως εμπορικό προϊόν και γύρω στο 1940 παράγεται υγρό CO 2, το οποίο χύνεται σε ειδικές σφραγισμένες δεξαμενές υπό υψηλή πίεση.

Φυσικές ιδιότητες.

Σε κανονικές θερμοκρασίες και πιέσεις, το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο αέριο με ελαφρώς ξινή γεύση και οσμή. Είναι 50% βαρύτερο από τον αέρα, επομένως μπορεί να χυθεί από το ένα δοχείο στο άλλο. Το CO 2 είναι προϊόν των περισσότερων διαδικασιών καύσης και, σε αρκετά μεγάλες ποσότητες, μπορεί να σβήσει τις φλόγες εκτοπίζοντας το οξυγόνο από τον αέρα. Όταν η συγκέντρωση του CO 2 αυξάνεται σε ένα δωμάτιο που δεν αερίζεται καλά, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον αέρα μειώνεται τόσο πολύ που ένα άτομο μπορεί να πνιγεί. Το CO 2 διαλύεται σε πολλά υγρά. Η διαλυτότητα εξαρτάται από τις ιδιότητες του υγρού, τη θερμοκρασία και την πίεση ατμών CO 2. Η ικανότητα του διοξειδίου του άνθρακα να διαλύεται στο νερό καθορίζει την ευρεία χρήση του στην παραγωγή αναψυκτικών. Το CO 2 είναι εξαιρετικά διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες, όπως αλκοόλη, ακετόνη και βενζόλιο.

Με την αυξανόμενη πίεση και την ψύξη, το διοξείδιο του άνθρακα υγροποιείται εύκολα και βρίσκεται σε υγρή κατάσταση σε θερμοκρασίες από +31 έως –57 ° C (ανάλογα με την πίεση). Κάτω από τους -57°C μετατρέπεται σε στερεή κατάσταση (ξηρός πάγος). Η πίεση που απαιτείται για την υγροποίηση εξαρτάται από τη θερμοκρασία: στους +21° C είναι 60 atm και στους –18° C είναι μόνο 20 atm. Το υγρό CO 2 αποθηκεύεται σε σφραγισμένα δοχεία υπό την κατάλληλη πίεση. Όταν περνάει στην ατμόσφαιρα, μέρος του μετατρέπεται σε αέριο και ένα μέρος σε «χιόνι άνθρακα», ενώ η θερμοκρασία του πέφτει στους -84 °C.

Απορροφώντας τη θερμότητα από το περιβάλλον, ο ξηρός πάγος περνά σε αέρια κατάσταση, παρακάμπτοντας την υγρή φάση - εξαχνώνεται. Για να μειωθούν οι απώλειες εξάχνωσης, αποθηκεύεται και μεταφέρεται σε σφραγισμένα δοχεία που είναι αρκετά ανθεκτικά ώστε να αντέχουν την αύξηση της πίεσης καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.

Χημικές ιδιότητες.

Το CO 2 είναι μια χαμηλής δραστικής ένωση. Όταν διαλυθεί στο νερό, σχηματίζει ασθενές ανθρακικό οξύ, το οποίο μετατρέπει το χαρτί λακκούβας κόκκινο. Το ανθρακικό οξύ βελτιώνει τη γεύση των ανθρακούχων ποτών και εμποδίζει την ανάπτυξη βακτηρίων. Αντιδρώντας με μέταλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών, καθώς και με αμμωνία, το CO 2 σχηματίζει ανθρακικά και διττανθρακικά άλατα.

Επικράτηση στη φύση και την παραγωγή.

Το CO 2 σχηματίζεται κατά την καύση ουσιών που περιέχουν άνθρακα, την αλκοολική ζύμωση και τη σήψη φυτικών και ζωικών υπολειμμάτων. απελευθερώνεται όταν τα ζώα αναπνέουν και απελευθερώνεται από τα φυτά στο σκοτάδι. Στο φως, αντίθετα, τα φυτά απορροφούν CO 2 και απελευθερώνουν οξυγόνο, το οποίο διατηρεί τη φυσική ισορροπία του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα που αναπνέουμε. Η περιεκτικότητα σε CO 2 σε αυτό δεν υπερβαίνει το 0,03% (κατ' όγκο).

Υπάρχουν πέντε κύριοι τρόποι παραγωγής CO 2: καύση ουσιών που περιέχουν άνθρακα (οπτάνθρακας, φυσικό αέριο, υγρό καύσιμο). σχηματισμός ως παραπροϊόν κατά τη σύνθεση αμμωνίας. πύρωση του ασβεστόλιθου? ζύμωση; άντληση από πηγάδια. Στις δύο τελευταίες περιπτώσεις, λαμβάνεται σχεδόν καθαρό διοξείδιο του άνθρακα και κατά την καύση ουσιών που περιέχουν άνθρακα ή την ασβεστόλιθο, σχηματίζεται ένα μείγμα CO 2 με άζωτο και ίχνη άλλων αερίων. Αυτό το μείγμα περνά μέσα από ένα διάλυμα που απορροφά μόνο CO 2 . Στη συνέχεια το διάλυμα θερμαίνεται και λαμβάνεται σχεδόν καθαρό CO 2, το οποίο διαχωρίζεται από τις υπόλοιπες ακαθαρσίες. Οι υδρατμοί απομακρύνονται με κατάψυξη και χημική ξήρανση.

Το καθαρισμένο CO 2 υγροποιείται ψύχοντάς το σε υψηλή πίεση και αποθηκεύεται σε μεγάλα δοχεία. Για την παραγωγή ξηρού πάγου, το υγρό CO 2 τροφοδοτείται σε έναν κλειστό θάλαμο μιας υδραυλικής πρέσας, όπου η πίεση μειώνεται σε ατμοσφαιρική πίεση. Με απότομη μείωση της πίεσης, σχηματίζεται χαλαρό χιόνι και πολύ κρύο αέριο από το CO 2. Το χιόνι συμπιέζεται και προκύπτει ξηρός πάγος. Το αέριο CO 2 αντλείται, υγροποιείται και επιστρέφει στη δεξαμενή αποθήκευσης.

ΕΦΑΡΜΟΓΗ

Λήψη χαμηλών θερμοκρασιών.

Σε υγρή και στερεή μορφή, το CO 2 χρησιμοποιείται κυρίως ως ψυκτικό μέσο. Ο ξηρός πάγος είναι ένα συμπαγές υλικό, εύκολο στον χειρισμό και σας επιτρέπει να δημιουργήσετε διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας. Με την ίδια μάζα, είναι περισσότερο από δύο φορές πιο κρύος από τον συνηθισμένο πάγο, καταλαμβάνοντας το μισό όγκο. Ο ξηρός πάγος χρησιμοποιείται στην αποθήκευση τροφίμων. Χρησιμοποιείται για την ψύξη σαμπάνιας, αναψυκτικών και παγωτού. Χρησιμοποιείται ευρέως στην «κρύα λείανση» υλικών ευαίσθητων στη θερμότητα (προϊόντα κρέατος, ρητίνες, πολυμερή, βαφές, εντομοκτόνα, χρώματα, καρυκεύματα). κατά την ανατροπή (καθαρισμός από γρέζια) σφραγισμένα προϊόντα από καουτσούκ και πλαστικό. κατά τη διάρκεια δοκιμών χαμηλής θερμοκρασίας αεροσκαφών και ηλεκτρονικών συσκευών σε ειδικούς θαλάμους· για «κρύα ανάμειξη» ημικατεργασμένων μάφιν και κέικ ώστε να παραμείνουν ομοιογενή κατά το ψήσιμο. για γρήγορη ψύξη δοχείων με μεταφερόμενα προϊόντα, φυσώντας τα με ρεύμα θρυμματισμένου ξηρού πάγου. κατά τη σκλήρυνση κράματος και ανοξείδωτου χάλυβα, αλουμινίου κ.λπ. προκειμένου να βελτιώσουν τις φυσικές τους ιδιότητες· για σφιχτή εφαρμογή εξαρτημάτων μηχανής κατά τη συναρμολόγησή τους. για ψύξη κοπτικών κατά την επεξεργασία τεμαχίων από χάλυβα υψηλής αντοχής.

Ανθρακοποίηση.

Η κύρια εφαρμογή του αερίου CO 2 είναι η ενανθράκωση του νερού και των αναψυκτικών. Αρχικά, το νερό και το σιρόπι αναμειγνύονται στις απαιτούμενες αναλογίες και στη συνέχεια το μείγμα κορεσμένο με αέριο CO 2 υπό πίεση. Η ενανθράκωση σε μπύρες και κρασιά συνήθως συμβαίνει ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν σε αυτά.

Εφαρμογές με βάση την αδράνεια.

Το CO 2 χρησιμοποιείται ως αντιοξειδωτικό κατά τη μακροχρόνια αποθήκευση πολλών προϊόντων διατροφής: τυρί, κρέας, γάλα σε σκόνη, ξηροί καρποί, στιγμιαίο τσάι, καφές, κακάο κ.λπ. Ως κατασταλτικό της καύσης, το CO 2 χρησιμοποιείται στην αποθήκευση και μεταφορά εύφλεκτων υλικών, όπως καύσιμο πυραύλων, λάδια, βενζίνη, χρώματα, βερνίκια και διαλύτες. Χρησιμοποιείται ως προστατευτικό μέσο στην ηλεκτρική συγκόλληση ανθρακούχων χάλυβων προκειμένου να επιτευχθεί ομοιόμορφη, ισχυρή συγκόλληση, ενώ οι εργασίες συγκόλλησης είναι φθηνότερες από ό,τι όταν χρησιμοποιούνται αδρανή αέρια.

Το CO 2 είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά μέσα για την κατάσβεση των πυρκαγιών που συμβαίνουν όταν τα εύφλεκτα υγρά αναφλέγονται και ηλεκτρικές βλάβες. Παράγονται διάφοροι πυροσβεστήρες διοξειδίου του άνθρακα: από φορητούς με χωρητικότητα όχι μεγαλύτερη από 2 kg έως σταθερές αυτόματες μονάδες τροφοδοσίας συνολικής κυλίνδρου χωρητικότητας έως 45 kg ή δεξαμενές αερίου χαμηλής πίεσης χωρητικότητας έως 60 τόνους CO 2. Το υγρό CO 2, το οποίο βρίσκεται υπό πίεση σε τέτοιους πυροσβεστήρες, όταν απελευθερώνεται, σχηματίζει ένα μείγμα χιονιού και ψυχρού αερίου. ο τελευταίος έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τον αέρα και τον εκτοπίζει από τη ζώνη καύσης. Το αποτέλεσμα ενισχύεται επίσης από το ψυκτικό αποτέλεσμα του χιονιού, το οποίο, εξατμιζόμενο, μετατρέπεται σε αέριο CO 2.

Χημικές πτυχές.

Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στην παραγωγή ασπιρίνης, λευκού μολύβδου, ουρίας, υπερβορικών αλάτων και χημικά καθαρών ανθρακικών αλάτων. Το ανθρακικό οξύ, που σχηματίζεται όταν το CO 2 διαλύεται στο νερό, είναι ένα φθηνό αντιδραστήριο για την εξουδετέρωση των αλκαλίων. Στα χυτήρια, το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται για τη θεραπεία μούχλας άμμου με αντίδραση CO 2 με πυριτικό νάτριο αναμεμειγμένο με άμμο. Αυτό σας επιτρέπει να αποκτήσετε χύτευση υψηλότερης ποιότητας. Τα πυρίμαχα τούβλα που χρησιμοποιούνται για την επένδυση κλιβάνων για την τήξη χάλυβα, γυαλιού και αλουμινίου γίνονται πιο ανθεκτικά μετά την επεξεργασία με διοξείδιο του άνθρακα. Το CO 2 χρησιμοποιείται επίσης σε αστικά συστήματα αποσκλήρυνσης νερού που χρησιμοποιούν ανθρακικό ασβέστη.

Δημιουργία αυξημένης πίεσης.

Το CO 2 χρησιμοποιείται για τη δοκιμή πίεσης και τη δοκιμή διαρροής διαφόρων δοχείων, καθώς και για τη βαθμονόμηση μετρητών πίεσης, βαλβίδων και μπουζί. Χρησιμοποιείται για την πλήρωση φορητών δοχείων για το φούσκωμα των ζωνών ασφαλείας και των φουσκωτών σκαφών. Ένα μείγμα διοξειδίου του άνθρακα και υποξειδίου του αζώτου έχει χρησιμοποιηθεί από καιρό για την πίεση σε δοχεία αεροζόλ. Το CO 2 εγχέεται υπό πίεση σε σφραγισμένα δοχεία με αιθέρα (σε συσκευές γρήγορης εκκίνησης του κινητήρα), διαλύτες, χρώματα, εντομοκτόνα για μετέπειτα ψεκασμό αυτών των ουσιών.

Εφαρμογή στην ιατρική.

Το CO 2 προστίθεται σε μικρές ποσότητες στο οξυγόνο (για την τόνωση της αναπνοής) και κατά τη διάρκεια της αναισθησίας. Σε υψηλές συγκεντρώσεις χρησιμοποιείται για την ανθρώπινη θανάτωση ζώων.

(IV), διοξείδιο του άνθρακα ή διοξείδιο του άνθρακα. Ονομάζεται επίσης ανθρακικός ανυδρίτης. Είναι ένα εντελώς άχρωμο, άοσμο αέριο με ξινή γεύση. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι βαρύτερο από τον αέρα και είναι ελάχιστα διαλυτό στο νερό. Σε θερμοκρασίες κάτω από -78 βαθμούς Κελσίου κρυσταλλώνεται και γίνεται σαν χιόνι.

Αυτή η ουσία μεταβαίνει από αέρια κατάσταση σε στερεό, αφού δεν μπορεί να υπάρξει σε υγρή κατάσταση υπό ατμοσφαιρική πίεση. Η πυκνότητα του διοξειδίου του άνθρακα υπό κανονικές συνθήκες είναι 1,97 kg/m3 - 1,5 φορές μεγαλύτερη.Το διοξείδιο του άνθρακα σε στερεή μορφή ονομάζεται «ξηρός πάγος». Γίνεται υγρή κατάσταση στην οποία μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα όταν αυξάνεται η πίεση. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτήν την ουσία και τη χημική της δομή.

Το διοξείδιο του άνθρακα, του οποίου ο τύπος είναι CO2, αποτελείται από άνθρακα και οξυγόνο και λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της καύσης ή της αποσύνθεσης οργανικών ουσιών. Το μονοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται στον αέρα και τις υπόγειες μεταλλικές πηγές. Οι άνθρωποι και τα ζώα εκπέμπουν επίσης διοξείδιο του άνθρακα όταν εκπνέουν. Τα φυτά χωρίς φως το απελευθερώνουν και το απορροφούν εντατικά κατά τη φωτοσύνθεση. Χάρη στη μεταβολική διαδικασία των κυττάρων όλων των ζωντανών όντων, το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα από τα κύρια συστατικά της γύρω φύσης.

Αυτό το αέριο δεν είναι τοξικό, αλλά αν συσσωρευτεί σε υψηλές συγκεντρώσεις, μπορεί να ξεκινήσει ασφυξία (υπερκαπνία) και με την έλλειψή του αναπτύσσεται η αντίθετη κατάσταση - υποκαπνία. Το διοξείδιο του άνθρακα μεταδίδει και ανακλά το υπέρυθρο. Είναι που επηρεάζει άμεσα την υπερθέρμανση του πλανήτη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το επίπεδο του περιεχομένου του στην ατμόσφαιρα αυξάνεται συνεχώς, γεγονός που οδηγεί στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται βιομηχανικά από καπνό ή αέρια κλιβάνου ή από την αποσύνθεση δολομίτη και ανθρακικών ασβεστόλιθων. Το μείγμα αυτών των αερίων πλένεται καλά με ένα ειδικό διάλυμα που αποτελείται από ανθρακικό κάλιο. Στη συνέχεια, μετατρέπεται σε διττανθρακικό και αποσυντίθεται όταν θερμαίνεται, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα (H2CO3) σχηματίζεται από το διοξείδιο του άνθρακα διαλυμένο στο νερό, αλλά στις σύγχρονες συνθήκες λαμβάνεται και με άλλες, πιο προηγμένες μεθόδους. Αφού καθαριστεί το διοξείδιο του άνθρακα, συμπιέζεται, ψύχεται και αντλείται σε κυλίνδρους.

Στη βιομηχανία, αυτή η ουσία χρησιμοποιείται ευρέως και παγκοσμίως. Οι παραγωγοί τροφίμων το χρησιμοποιούν ως διογκωτικό (για παράδειγμα, για την παρασκευή ζύμης) ή ως συντηρητικό (E290). Με τη βοήθεια του διοξειδίου του άνθρακα παράγονται διάφορα τονωτικά ποτά και αναψυκτικά, τα οποία τόσο αγαπούν όχι μόνο τα παιδιά, αλλά και οι ενήλικες. Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στην παραγωγή μαγειρικής σόδας, μπύρας, ζάχαρης και αφρωδών οίνων.

Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή αποτελεσματικών πυροσβεστήρων. Με τη βοήθεια του διοξειδίου του άνθρακα δημιουργείται ένα ενεργό μέσο, ​​το οποίο είναι απαραίτητο σε υψηλές θερμοκρασίες του τόξου συγκόλλησης, το διοξείδιο του άνθρακα διασπάται σε οξυγόνο και μονοξείδιο του άνθρακα. Το οξυγόνο αλληλεπιδρά με το υγρό μέταλλο και το οξειδώνει. Το διοξείδιο του άνθρακα σε κουτιά χρησιμοποιείται σε αεροβόλα και πιστόλια.

Οι κατασκευαστές αεροσκαφών χρησιμοποιούν αυτή την ουσία ως καύσιμο για τα μοντέλα τους. Με τη βοήθεια του διοξειδίου του άνθρακα, μπορείτε να αυξήσετε σημαντικά την απόδοση των καλλιεργειών που καλλιεργούνται σε ένα θερμοκήπιο. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στη βιομηχανία όπου τα τρόφιμα διατηρούνται πολύ καλύτερα. Χρησιμοποιείται ως ψυκτικό σε ψυγεία, καταψύκτες, ηλεκτρογεννήτριες και άλλους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.