محتوای مقاله

دی اکسید کربن(کربن (IV) مونوکسید، انیدرید کربنیک، دی اکسید کربن) CO 2، یک ماده حبابدار شناخته شده در نوشابه های گازدار است. بشر از زمان های بسیار قدیم، اما تنها در قرن نوزدهم، از خواص درمانی "آب گازدار" از منابع طبیعی مطلع بوده است. خودم یاد گرفتم که بگیرمش در همان زمان، ماده ای که آب را جوشان می کند شناسایی شد - دی اکسید کربن. برای اولین بار برای اهداف کربنی کردن، این گاز در سال 1887 در طی واکنش بین سنگ مرمر خرد شده و اسید سولفوریک به دست آمد. همچنین از منابع طبیعی جدا شد. بعدها، CO 2 در مقیاس صنعتی با سوزاندن کک، کلسینه کردن سنگ آهک و تخمیر الکل شروع به تولید کرد. برای بیش از یک ربع قرن، دی اکسید کربن در سیلندرهای فولادی تحت فشار ذخیره می شد و تقریباً منحصراً برای کربناته کردن نوشیدنی ها استفاده می شد. در سال 1923 CO 2 جامد (یخ خشک) به عنوان یک محصول تجاری شروع به تولید کرد و در حدود سال 1940 CO 2 مایع تولید شد که تحت فشار بالا در مخازن مهر و موم شده مخصوص ریخته شد.

مشخصات فیزیکی.

در دماها و فشارهای معمولی، دی اکسید کربن گازی بی رنگ با طعم و بوی کمی ترش است. 50 درصد از هوا سنگین‌تر است، بنابراین می‌توان آن را از ظرفی به ظرف دیگر ریخت. CO 2 محصول اکثر فرآیندهای احتراق است و در مقادیر کافی می تواند شعله های آتش را با جابجایی اکسیژن از هوا خاموش کند. هنگامی که غلظت CO 2 در یک اتاق با تهویه ضعیف افزایش می یابد، محتوای اکسیژن در هوا به حدی کاهش می یابد که فرد ممکن است خفه شود. CO 2 در بسیاری از مایعات حل می شود. حلالیت به خواص مایع، دما و فشار بخار CO 2 بستگی دارد. توانایی دی اکسید کربن برای حل شدن در آب، کاربرد گسترده آن را در تولید نوشابه ها مشخص می کند. CO 2 در حلال های آلی مانند الکل، استون و بنزن بسیار محلول است.

با افزایش فشار و خنک شدن، دی اکسید کربن به راحتی مایع می شود و در دمای 31+ تا 57- درجه سانتی گراد (بسته به فشار) در حالت مایع قرار می گیرد. در زیر 57- درجه سانتیگراد به حالت جامد (یخ خشک) تبدیل می شود. فشار مورد نیاز برای مایع سازی به دما بستگی دارد: در +21 درجه سانتیگراد 60 اتمسفر است و در -18 درجه سانتیگراد فقط 20 اتمسفر است. CO 2 مایع در ظروف در بسته تحت فشار مناسب ذخیره می شود. وقتی وارد جو می شود، بخشی از آن به گاز و مقداری به «برف کربنی» تبدیل می شود، در حالی که دمای آن تا -84 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.

با جذب گرما از محیط، یخ خشک به حالت گازی منتقل می شود و فاز مایع را دور می زند - تصعید می شود. برای کاهش تلفات تصعید، آن را در ظروف دربسته ای ذخیره و حمل می کنند که به اندازه کافی قوی هستند تا در برابر افزایش فشار با افزایش دما مقاومت کنند.

خواص شیمیایی.

CO 2 یک ترکیب کم فعال است. هنگامی که در آب حل می شود، اسید کربنیک ضعیف تشکیل می دهد که کاغذ تورنسل را به رنگ قرمز در می آورد. اسید کربنیک طعم نوشابه های گازدار را بهبود می بخشد و از رشد باکتری ها جلوگیری می کند. در واکنش با فلزات قلیایی و قلیایی خاکی و همچنین با آمونیاک، CO 2 کربنات ها و بی کربنات ها را تشکیل می دهد.

شیوع در طبیعت و تولید.

CO 2 در طی احتراق مواد حاوی کربن، تخمیر الکلی و پوسیدگی بقایای گیاهی و حیوانی تشکیل می شود. هنگام تنفس حیوانات آزاد می شود و در تاریکی توسط گیاهان آزاد می شود. برعکس، در نور، گیاهان CO 2 را جذب کرده و اکسیژن آزاد می کنند که تعادل طبیعی اکسیژن و دی اکسید کربن را در هوایی که تنفس می کنیم حفظ می کند. محتوای CO 2 در آن از 0.03٪ (از نظر حجم) تجاوز نمی کند.

پنج راه اصلی برای تولید CO2 وجود دارد: احتراق مواد حاوی کربن (کک، گاز طبیعی، سوخت مایع). تشکیل به عنوان یک محصول جانبی در طول سنتز آمونیاک؛ تکلیس سنگ آهک؛ تخمیر؛ پمپاژ از چاه در دو مورد آخر، دی اکسید کربن تقریبا خالص به دست می آید و هنگام سوزاندن مواد حاوی کربن یا کلسینه کردن سنگ آهک، مخلوطی از CO 2 با نیتروژن و آثاری از گازهای دیگر تشکیل می شود. این مخلوط از محلولی عبور می کند که فقط CO 2 را جذب می کند. سپس محلول حرارت داده می شود و CO 2 تقریبا خالص به دست می آید که از ناخالصی های باقی مانده جدا می شود. بخار آب با انجماد و خشک کردن شیمیایی حذف می شود.

CO 2 خالص شده با خنک کردن آن در فشار بالا مایع شده و در ظروف بزرگ ذخیره می شود. برای تولید یخ خشک، CO 2 مایع به یک محفظه بسته پرس هیدرولیک وارد می شود، جایی که فشار به فشار اتمسفر کاهش می یابد. با کاهش شدید فشار، برف شل و گاز بسیار سرد از CO 2 تشکیل می شود. برف فشرده شده و یخ خشک به دست می آید. گاز CO 2 خارج شده، مایع شده و به مخزن ذخیره بازگردانده می شود.

کاربرد

دریافت دماهای پایین

در شکل مایع و جامد، CO 2 عمدتا به عنوان مبرد استفاده می شود. یخ خشک یک ماده فشرده است که به راحتی قابل حمل است و به شما امکان می دهد شرایط دمایی مختلفی ایجاد کنید. با همان جرم، بیش از دو برابر سردتر از یخ معمولی است و نیمی از حجم را اشغال می کند. یخ خشک در نگهداری مواد غذایی استفاده می شود. برای خنک کردن شامپاین، نوشابه و بستنی استفاده می شود. این به طور گسترده ای در "سایر سرد" مواد حساس به حرارت (محصولات گوشتی، رزین ها، پلیمرها، رنگ ها، حشره کش ها، رنگ ها، چاشنی ها) استفاده می شود. هنگام غلت زدن (تمیز کردن از فرز) محصولات لاستیکی و پلاستیکی مهر شده. هنگام آزمایش دمای پایین هواپیما و دستگاه های الکترونیکی در اتاق های ویژه. برای "اختلاط سرد" کلوچه ها و کیک های نیمه تمام به طوری که در طول پخت همگن باقی بمانند. برای خنک کردن سریع ظروف با محصولات حمل شده با دمیدن آنها با جریانی از یخ خشک خرد شده. هنگام سخت شدن فولادهای آلیاژی و ضد زنگ، آلومینیوم و غیره. به منظور بهبود خواص فیزیکی آنها؛ برای اتصال محکم قطعات ماشین در هنگام مونتاژ آنها؛ برای خنک کردن برش ها هنگام پردازش قطعات فولادی با مقاومت بالا.

کربن سازی.

کاربرد اصلی گاز CO 2 کربناته کردن آب و نوشابه است. ابتدا آب و شربت را به نسبت های لازم مخلوط کرده و سپس مخلوط را با گاز CO 2 تحت فشار اشباع می کنند. کربناته شدن در آبجوها و شراب ها معمولاً در نتیجه واکنش های شیمیایی رخ می دهد.

برنامه های کاربردی بر اساس اینرسی.

CO 2 به عنوان یک آنتی اکسیدان در طول نگهداری طولانی مدت بسیاری از محصولات غذایی استفاده می شود: پنیر، گوشت، پودر شیر، آجیل، چای فوری، قهوه، کاکائو و غیره. به عنوان یک سرکوب کننده احتراق، CO 2 هنگام ذخیره و حمل و نقل مواد قابل اشتعال مانند سوخت موشک، روغن، بنزین، رنگ ها، لاک ها و حلال ها استفاده می شود. به عنوان یک محیط محافظ در جوشکاری الکتریکی فولادهای کربنی به منظور به دست آوردن یک جوش یکنواخت و قوی استفاده می شود، در حالی که کار جوشکاری ارزان تر از هنگام استفاده از گازهای بی اثر است.

CO 2 یکی از موثرترین وسایل برای خاموش کردن آتش است که هنگام مشتعل شدن مایعات قابل اشتعال و خرابی الکتریکی رخ می دهد. کپسول های آتش نشانی دی اکسید کربن مختلفی تولید می شود: از کپسول های قابل حمل با ظرفیت حداکثر 2 کیلوگرم تا واحدهای عرضه خودکار ثابت با ظرفیت سیلندر تا 45 کیلوگرم یا مخازن گاز کم فشار با ظرفیت حداکثر 60 تن. CO 2. CO 2 مایع که در چنین کپسول های آتش نشانی تحت فشار است، هنگامی که آزاد می شود، مخلوطی از برف و گاز سرد را تشکیل می دهد. دومی چگالی بالاتری نسبت به هوا دارد و آن را از منطقه احتراق خارج می کند. این اثر همچنین با اثر خنک کنندگی برف تقویت می شود که با تبخیر شدن به گاز CO2 تبدیل می شود.

جنبه های شیمیایی

دی اکسید کربن در تولید آسپرین، سرب سفید، اوره، پربورات ها و کربنات های شیمیایی خالص استفاده می شود. اسید کربنیک که هنگام حل شدن CO 2 در آب تشکیل می شود، یک معرف ارزان قیمت برای خنثی کردن قلیاها است. در ریخته گری از دی اکسید کربن برای درمان کپک های شنی با واکنش CO 2 با سیلیکات سدیم مخلوط با ماسه استفاده می شود. این به شما امکان می دهد تا قطعات ریخته گری با کیفیت بالاتر را بدست آورید. آجرهای نسوز که برای پوشش کوره های ذوب فولاد، شیشه و آلومینیوم استفاده می شوند پس از تصفیه با دی اکسید کربن دوام بیشتری پیدا می کنند. CO 2 همچنین در سیستم های نرم کننده آب شهری با استفاده از آهک سودا استفاده می شود.

ایجاد افزایش فشار

CO 2 برای تست فشار و تست نشت ظروف مختلف و همچنین برای کالیبره کردن فشار سنج ها، شیرها و شمع ها استفاده می شود. برای پر کردن ظروف قابل حمل برای باد کردن کمربند نجات و قایق های بادی استفاده می شود. مخلوطی از دی اکسید کربن و اکسید نیتروژن از دیرباز برای تحت فشار قرار دادن قوطی های آئروسل استفاده می شود. CO 2 تحت فشار به داخل ظروف مهر و موم شده با اتر (در وسایل راه اندازی سریع موتور)، حلال ها، رنگ ها، حشره کش ها برای سمپاشی بعدی این مواد تزریق می شود.

کاربرد در پزشکی.

CO 2 در مقادیر کم به اکسیژن (برای تحریک تنفس) و در طول بیهوشی اضافه می شود. در غلظت های بالا برای کشتن انسانی حیوانات استفاده می شود.

قبل از بررسی خواص شیمیایی دی اکسید کربن، اجازه دهید برخی از ویژگی های این ترکیب را دریابیم.

اطلاعات کلی

مهم ترین جزء آب گازدار است. این است که به نوشیدنی ها تازگی و کیفیت درخشان می بخشد. این ترکیب یک اکسید اسیدی و نمک ساز است. دی اکسید کربن 44 گرم در مول است. این گاز از هوا سنگین‌تر است، بنابراین در قسمت پایینی اتاق جمع می‌شود. این ترکیب در آب کم محلول است.

خواص شیمیایی

اجازه دهید به طور مختصر خواص شیمیایی دی اکسید کربن را بررسی کنیم. هنگام تعامل با آب، اسید کربنیک ضعیف تشکیل می شود. تقریباً بلافاصله پس از تشکیل، به کاتیون های هیدروژن و آنیون های کربنات یا بی کربنات تجزیه می شود. ترکیب حاصل با فلزات فعال، اکسیدها و همچنین قلیایی ها برهم کنش می دهد.

خواص شیمیایی پایه دی اکسید کربن چیست؟ معادلات واکنش ماهیت اسیدی این ترکیب را تایید می کند. (4) قادر به تشکیل کربنات با اکسیدهای اساسی است.

مشخصات فیزیکی

در شرایط عادی این ترکیب در حالت گازی است. هنگامی که فشار افزایش می یابد، می توان آن را به حالت مایع تبدیل کرد. این گاز بی رنگ، بی بو و طعم کمی ترش دارد. دی اکسید کربن مایع یک اسید بی رنگ، شفاف و بسیار متحرک است که از نظر پارامترهای خارجی شبیه به اتر یا الکل است.

وزن مولکولی نسبی دی اکسید کربن 44 گرم بر مول است. این تقریبا 1.5 برابر بیشتر از هوا است.

اگر دما به 78.5- درجه سانتیگراد کاهش یابد، تشکیل آن از نظر سختی شبیه به گچ است. با تبخیر این ماده، گاز مونوکسید کربن تشکیل می شود (4).

واکنش کیفی

هنگام در نظر گرفتن خواص شیمیایی دی اکسید کربن، لازم است واکنش کیفی آن برجسته شود. هنگامی که این ماده شیمیایی با آب آهک برهمکنش می کند، رسوب کدر کربنات کلسیم تشکیل می شود.

کاوندیش توانست خواص فیزیکی مشخصه مونوکسید کربن (4)، مانند حلالیت در آب و همچنین وزن مخصوص بالا را کشف کند.

لاووازیه مطالعه ای انجام داد که در آن سعی کرد فلز خالص را از اکسید سرب جدا کند.

خواص شیمیایی دی اکسید کربن که در نتیجه چنین مطالعاتی آشکار شد، تاییدی بر خواص کاهشی این ترکیب شد. لاووازیه با کلسینه کردن اکسید سرب با مونوکسید کربن موفق به بدست آوردن فلز شد (4). برای اطمینان از اینکه ماده دوم مونوکسید کربن است (4) آب آهک را از گاز عبور داد.

تمام خواص شیمیایی دی اکسید کربن ماهیت اسیدی این ترکیب را تایید می کند. این ترکیب به مقدار کافی در جو زمین یافت می شود. با رشد سیستماتیک این ترکیب در جو زمین، تغییرات جدی آب و هوا (گرمایش زمین) امکان پذیر است.

این دی اکسید کربن است که نقش مهمی در طبیعت زنده ایفا می کند، زیرا این ماده شیمیایی نقش فعالی در متابولیسم سلول های زنده دارد. این ترکیب شیمیایی است که نتیجه فرآیندهای مختلف اکسیداتیو مرتبط با تنفس موجودات زنده است.

دی اکسید کربن موجود در جو زمین منبع اصلی کربن برای گیاهان زنده است. در طی فرآیند فتوسنتز (در نور) فرآیند فتوسنتز اتفاق می افتد که با تشکیل گلوکز و آزاد شدن اکسیژن در جو همراه است.

دی اکسید کربن سمی نیست و از تنفس پشتیبانی نمی کند. با افزایش غلظت این ماده در جو، فرد دچار حبس نفس و سردردهای شدید می شود. در موجودات زنده، دی اکسید کربن اهمیت فیزیولوژیکی مهمی دارد، به عنوان مثال، برای تنظیم تون عروق ضروری است.

ویژگی های دریافت

در مقیاس صنعتی، دی اکسید کربن را می توان از گاز دودکش جدا کرد. علاوه بر این، CO2 محصول جانبی تجزیه دولومیت و سنگ آهک است. تاسیسات مدرن برای تولید دی اکسید کربن شامل استفاده از محلول آبی اتانامین است که گاز موجود در گاز دودکش را جذب می کند.

در آزمایشگاه، دی اکسید کربن از واکنش کربنات ها یا بی کربنات ها با اسیدها آزاد می شود.

کاربرد دی اکسید کربن

این اکسید اسیدی در صنعت به عنوان یک عامل خمیرمایه یا نگهدارنده استفاده می شود. در بسته بندی محصول این ترکیب به عنوان E290 نشان داده شده است. به صورت مایع، دی اکسید کربن در کپسول های آتش نشانی برای خاموش کردن آتش استفاده می شود. مونوکسید کربن (4) برای تولید آب گازدار و نوشیدنی های لیموناد استفاده می شود.

(IV)، دی اکسید کربن یا دی اکسید کربن. به آن انیدرید کربنیک نیز می گویند. این گاز کاملا بی رنگ و بی بو با طعم ترش است. دی اکسید کربن سنگین تر از هوا است و در آب کم محلول است. در دمای کمتر از -78 درجه سانتیگراد متبلور شده و شبیه برف می شود.

این ماده از حالت گازی به جامد تبدیل می شود، زیرا نمی تواند در حالت مایع تحت فشار اتمسفر وجود داشته باشد. چگالی دی اکسید کربن در شرایط عادی 1.97 کیلوگرم بر متر مکعب است - 1.5 برابر بیشتر از دی اکسید کربن به شکل جامد "یخ خشک". به حالت مایع تبدیل می شود که با افزایش فشار می توان آن را برای مدت طولانی ذخیره کرد. بیایید نگاهی دقیق تر به این ماده و ساختار شیمیایی آن بیندازیم.

دی اکسید کربن که فرمول آن CO2 است از کربن و اکسیژن تشکیل شده است و در نتیجه احتراق یا پوسیدگی مواد آلی به دست می آید. مونوکسید کربن در هوا و چشمه های معدنی زیرزمینی یافت می شود. انسان ها و حیوانات نیز هنگام بازدم دی اکسید کربن منتشر می کنند. گیاهان بدون نور آن را آزاد می کنند و در طول فتوسنتز به شدت آن را جذب می کنند. به لطف فرآیند متابولیک سلول های همه موجودات زنده، مونوکسید کربن یکی از اجزای اصلی طبیعت اطراف است.

این گاز سمی نیست، اما اگر در غلظت های بالا تجمع پیدا کند، خفگی (هیپرکاپنیا) شروع می شود و با کمبود آن، حالت مخالف ایجاد می شود - هیپوکاپنی. دی اکسید کربن مادون قرمز را منتقل و منعکس می کند. این است که به طور مستقیم بر گرم شدن کره زمین تأثیر می گذارد. این به دلیل این واقعیت است که سطح محتوای آن در جو به طور مداوم در حال افزایش است که منجر به اثر گلخانه ای می شود.

دی اکسید کربن به صورت صنعتی از دود یا گازهای کوره یا از تجزیه دولومیت و کربنات های سنگ آهک تولید می شود. مخلوط این گازها با محلول مخصوص متشکل از کربنات پتاسیم کاملاً شسته می شود. سپس به بی کربنات تبدیل می شود و با حرارت دادن تجزیه می شود و در نتیجه دی اکسید کربن آزاد می شود. دی اکسید کربن (H2CO3) از دی اکسید کربن محلول در آب تشکیل می شود، اما در شرایط مدرن با روش های پیشرفته تر دیگری نیز به دست می آید. پس از خالص شدن دی اکسید کربن، فشرده، سرد و به داخل سیلندرها پمپ می شود.

در صنعت، این ماده به طور گسترده و جهانی استفاده می شود. تولید کنندگان مواد غذایی از آن به عنوان یک عامل خمیر کننده (مثلاً برای تهیه خمیر) یا به عنوان نگهدارنده (E290) استفاده می کنند. با کمک دی اکسید کربن، نوشیدنی های مقوی و نوشابه های مختلف تولید می شود که نه تنها توسط کودکان، بلکه توسط بزرگسالان نیز مورد علاقه است. دی اکسید کربن در تولید جوش شیرین، آبجو، شکر و شراب های گازدار استفاده می شود.

همچنین از دی اکسید کربن در تولید کپسول های آتش نشانی موثر استفاده می شود. با کمک دی اکسید کربن، یک محیط فعال ایجاد می شود که لازم است در دماهای بالای قوس جوشکاری، دی اکسید کربن به اکسیژن و مونوکسید کربن تجزیه می شود. اکسیژن با فلز مایع تعامل می کند و آن را اکسید می کند. دی اکسید کربن موجود در قوطی ها در تفنگ های بادی و تپانچه استفاده می شود.

مدل سازان هواپیما از این ماده به عنوان سوخت مدل های خود استفاده می کنند. با کمک دی اکسید کربن، می توانید عملکرد محصولات کشت شده در گلخانه را به میزان قابل توجهی افزایش دهید. همچنین در صنایعی که در آن محصولات غذایی بسیار بهتر نگهداری می شوند، به طور گسترده استفاده می شود. این ماده به عنوان مبرد در یخچال ها، فریزرها، ژنراتورهای برق و سایر نیروگاه های حرارتی استفاده می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی دی اکسید کربن

تعریف

دی اکسید کربن (دی اکسید کربن، انیدرید کربنیک، دی اکسید کربن) مونوکسید کربن (IV) است.

فرمول \(\ \mathrm(CO)_(2) \) است. جرم مولی - 44 گرم در مول.

خواص شیمیایی دی اکسید کربن

دی اکسید کربن متعلق به کلاس اکسیدهای اسیدی است، یعنی. هنگام تعامل با آب، اسیدی به نام اسید کربنیک تشکیل می دهد. اسید کربنیک از نظر شیمیایی ناپایدار است و در لحظه تشکیل بلافاصله به اجزای خود تجزیه می شود. واکنش بین دی اکسید کربن و آب برگشت پذیر است:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \پیکان راست چپ \mathrm(CO)_(2) \times \mathrm(H)_(2) \ mathrm(O)(\text (راه حل )) \پیکان راست چپ \mathrm(H)_(2) \mathrm(CO)_(3) \).

با حرارت دادن، دی اکسید کربن به مونوکسید کربن و اکسیژن تجزیه می شود:

\(\ 2 \mathrm(CO)_(2)=2 \mathrm(CO)+\mathrm(O)_(2) \)

مانند تمام اکسیدهای اسیدی، دی اکسید کربن با واکنش های متقابل با اکسیدهای بازی (که فقط توسط فلزات فعال تشکیل می شوند) و بازها مشخص می شود:

\(\ \mathrm(CaO)+\mathrm(CO)_(2)=\mathrm(CaCO)_(3) \);

\(\ \mathrm(Al)_(2) \mathrm(O)_(3)+3 \mathrm(CO)_(2)=\mathrm(Al)_(2)\left(\mathrm(CO) _(3)\راست)_(3)\);

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(NaOH)_((\text (رقیق)))=\mathrm(NaHCO)_(3) \);

\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(NaOH)_((\mathrm(conc)))=\mathrm(Na)_(2) \mathrm(CO)_(3)+\ mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \).

دی اکسید کربن از احتراق پشتیبانی نمی کند: فقط فلزات فعال در آن می سوزند:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Mg)=\mathrm(C)+2 \mathrm(MgO)\left(\mathrm(t)^(\circ)\راست) \) ;

\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Ca)=\mathrm(C)+2 \mathrm(CaO)\left(\mathrm(t)^(\circ)\راست) \) .

دی اکسید کربن با مواد ساده ای مانند هیدروژن و کربن واکنش می دهد:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+4 \mathrm(H)_(2)=\mathrm(CH)_(4)+2 \mathrm(H)_(2) \mathrm(O)\ left(\mathrm(t)^(\circ), \mathrm(kat)=\mathrm(Cu)_(2) \mathrm(O)\right) \);

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(C)=2 \mathrm(CO)\left(\mathrm(t)^(\circ)\راست) \).

هنگامی که دی اکسید کربن با پراکسیدهای فلزات فعال واکنش می دهد، کربنات ها تشکیل شده و اکسیژن آزاد می شود:

\(\ 2 \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Na)_(2) \mathrm(O)_(2)=2 \mathrm(Na)_(2) \mathrm(CO)_ (3)+\mathrm(O)_(2) \uparrow \).

یک واکنش کیفی به دی اکسید کربن واکنش متقابل آن با آب آهک (شیر) است، به عنوان مثال. با هیدروکسید کلسیم، که در آن یک رسوب سفید تشکیل می شود - کربنات کلسیم:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(Ca)(\mathrm(OH))_(2)=\mathrm(CaCO)_(3 \downnarrow)+\mathrm(H)_(2 ) \mathrm(O) \).

خواص فیزیکی دی اکسید کربن دی اکسید کربن یک ماده گازی بدون رنگ و بو است. سنگین تر از هوا از نظر حرارتی پایدار است. هنگامی که فشرده و سرد می شود، به راحتی به حالت مایع و جامد تبدیل می شود. دی اکسید کربن در حالت جامد جامد "یخ خشک" نامیده می شود و به راحتی در دمای اتاق تصعید می شود. دی اکسید کربن در آب کم محلول است و تا حدی با آن واکنش می دهد. چگالی - 1.977 گرم در لیتر.

تولید و استفاده از دی اکسید کربن روش های صنعتی و آزمایشگاهی برای تولید دی اکسید کربن وجود دارد. بنابراین، در صنعت با سوزاندن سنگ آهک (1) و در آزمایشگاه با اثر اسیدهای قوی روی نمک‌های اسید کربنیک (2) به دست می‌آید:

\(\ \mathrm(CaCO)_(3)=\mathrm(CaO)+\mathrm(CO)_(2)\left(\mathrm(t)^(\circ)\راست)(1) \);

\(\ \mathrm(CaCO)_(3)+2 \mathrm(HCl)=\mathrm(CaCl)_(2)+\mathrm(CO)_(2) \uparrow+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O)(2)\).

دی اکسید کربن در صنایع غذایی (لیموناد کربناته)، شیمیایی (کنترل دما در تولید الیاف مصنوعی)، متالورژی (حفاظت از محیط زیست، مانند بارش گاز قهوه ای) و سایر صنایع استفاده می شود.

نمونه هایی از حل مسئله

تکلیف با اثر 200 گرم محلول 10 درصد اسید نیتریک به ازای هر 90 گرم کربنات کلسیم حاوی 8 درصد ناخالصی های نامحلول در اسید، چه حجمی از دی اکسید کربن آزاد می شود؟ محلول جرم مولی اسید نیتریک و کربنات کلسیم با استفاده از جدول عناصر شیمیایی D.I. مندلیف - به ترتیب 63 و 100 گرم در مول. اجازه دهید معادله انحلال سنگ آهک در اسید نیتریک را بنویسیم:

\(\ \mathrm(CaCO)_(3)+2 \mathrm(HNO)_(3) \راست فلش \mathrm(Ca)\left(\mathrm(NO)_(3)\راست)_(2)+ \mathrm(CO)_(2) \uparrow+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \).

\(\ \omega\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=100 \%-\omega_(\text ( ترکیبی ))=100 \%-8 \% =92\%=0.92\).

سپس جرم کربنات کلسیم خالص عبارت است از:

\(\ m\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=\mathrm(m)_(\text (limestone)) \times \omega\left(\mathrm (CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl)) / 100 \% \);

\(\ \mathrm(m)\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=90 \times 92 / 100 \%=82.8 \mathrm(g) \ ).

مقدار ماده کربنات کلسیم برابر است با:

\(\n\left(C a C O_(3)\right)=m\left(C a C O_(3)\right)_(Cl) / M\left(C a C O_(3)\ درست) \)؛

\(\n\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)=82.8 / 100=0.83 \mathrm(mol)\)

جرم اسید نیتریک در محلول برابر با:

\(\ \mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)=\mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)_(\text (راه حل )) \times \omega\left(\mathrm(HNO)_(3)\right) / 100 \% \);

\(\ \mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)=200 \times 10 / 100 \%=20 \mathrm(g) \)

مقدار اسید نیتریک کلسیم برابر است با:

\(\ \mathrm(n)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)=\mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right) / \mathrm(M) \left(\mathrm(HNO)_(3)\راست) \)

\(\n\left(H N O_(3)\right)=20 / 63=0.32 \) مول

با مقایسه مقادیر موادی که واکنش نشان داده اند، مشخص می کنیم که اسید نیتریک کمبود دارد، بنابراین، محاسبات بیشتر با استفاده از اسید نیتریک انجام می شود. با توجه به معادله واکنش \(\n(H N O 3) : n(C O 2)=2: 1\)، بنابراین n(CO2) = 1/2×n(HNO3) = 0.16 مول. سپس حجم دی اکسید کربن برابر با:

V(CO2) = n(CO2)×Vm ;

V(CO2) = 0.16×22.4 = 3.58 گرم.

پاسخ حجم دی اکسید کربن 3.58 گرم است.

وظیفه حجم دی اکسید کربن را با وزن 35 گرم بیابید.

محلول جرم یک ماده و حجم آن از طریق مقدار ماده به یکدیگر مرتبط هستند. بیایید فرمول های محاسبه مقدار یک ماده را با استفاده از جرم و حجم آن بنویسیم:

\(\ \mathrm(n)=\mathrm(m) / \mathrm(M) \);

\(\ \mathrm(n)=\mathrm(V) / \mathrm(V)_(\mathrm(m)) \).

عبارات نوشته شده در سمت راست را برابر کنید و حجم را بیان کنید:

\(\ \mathrm(m) / \mathrm(M)=\mathrm(V) / \mathrm(V)_(\mathrm(m)) \);

\(\ \mathrm(V)=\mathrm(m) \times \mathrm(V)_(\mathrm(m)) / \mathrm(M) \).

اجازه دهید حجم دی اکسید کربن را با استفاده از فرمول به دست آمده محاسبه کنیم. جرم مولی دی اکسید کربن با استفاده از جدول عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف - 44 گرم در مول.

\(\V\left(C O_(2)\right)=35 \times 22.4 / 44=17.82 \) l.

پاسخ حجم دی اکسید کربن 17.82 لیتر است.

متداول ترین فرآیندهای تشکیل این ترکیب، پوسیدگی بقایای جانوری و گیاهی، احتراق انواع سوخت و تنفس حیوانات و گیاهان است. به عنوان مثال، یک نفر در روز حدود یک کیلوگرم دی اکسید کربن را در جو منتشر می کند. مونوکسید کربن و دی اکسید نیز می توانند در طبیعت بی جان تشکیل شوند. دی اکسید کربن در طی فعالیت های آتشفشانی آزاد می شود و همچنین می تواند از منابع آب معدنی تولید شود. دی اکسید کربن به مقدار کمی در جو زمین یافت می شود.

ویژگی های ساختار شیمیایی این ترکیب به آن اجازه می دهد تا در بسیاری از واکنش های شیمیایی شرکت کند که اساس آن دی اکسید کربن است.

فرمول

در ترکیب این ماده، اتم کربن چهار ظرفیتی با دو مولکول اکسیژن پیوند خطی ایجاد می کند. ظاهر چنین مولکولی را می توان به صورت زیر نشان داد:

تئوری هیبریداسیون ساختار مولکول دی اکسید کربن را به شرح زیر توضیح می دهد: دو پیوند سیگما موجود بین اوربیتال های sp اتم های کربن و دو اوربیتال 2p اکسیژن تشکیل می شوند. اوربیتال‌های p کربن که در هیبریداسیون شرکت نمی‌کنند، در پیوند با اوربیتال‌های مشابه اکسیژن به هم متصل می‌شوند. در واکنش های شیمیایی، دی اکسید کربن را به صورت: CO 2 می نویسند.

مشخصات فیزیکی

در شرایط عادی، دی اکسید کربن یک گاز بی رنگ و بی بو است. از هوا سنگین تر است، به همین دلیل است که دی اکسید کربن می تواند مانند یک مایع رفتار کند. مثلا می توان آن را از ظرفی به ظرف دیگر ریخت. این ماده کمی در آب محلول است - حدود 0.88 لیتر CO 2 در یک لیتر آب با دمای 20 ⁰C حل می شود. کاهش جزئی دما وضعیت را به شدت تغییر می دهد - 1.7 لیتر CO 2 می تواند در همان لیتر آب در دمای 17⁰C حل شود. با خنک شدن قوی، این ماده به شکل دانه های برف رسوب می کند - به اصطلاح "یخ خشک" تشکیل می شود. این نام از این واقعیت ناشی می شود که در فشار معمولی ماده با دور زدن فاز مایع بلافاصله به گاز تبدیل می شود. دی اکسید کربن مایع در فشار کمی بالاتر از 0.6 مگاپاسکال و در دمای اتاق تشکیل می شود.

خواص شیمیایی

هنگام تعامل با عوامل اکسید کننده قوی، دی اکسید کربن 4 خاصیت اکسید کننده را از خود نشان می دهد. واکنش معمول این تعامل عبارت است از:

C + CO 2 = 2CO.

بنابراین، با کمک زغال سنگ، دی اکسید کربن به اصلاح دو ظرفیتی آن کاهش می یابد - مونوکسید کربن.

در شرایط عادی، دی اکسید کربن بی اثر است. اما برخی از فلزات فعال می توانند در آن بسوزند و اکسیژن را از ترکیب خارج کرده و گاز کربن را آزاد کنند. یک واکنش معمولی احتراق منیزیم است:

2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

در طی واکنش، اکسید منیزیم و کربن آزاد تشکیل می شود.

در ترکیبات شیمیایی، CO 2 اغلب خواص یک اکسید اسید معمولی را نشان می دهد. مثلاً با بازها و اکسیدهای بازی واکنش می دهد. نتیجه واکنش نمک های اسید کربنیک است.

برای مثال، واکنش یک ترکیب اکسید سدیم با دی اکسید کربن را می توان به صورت زیر نشان داد:

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

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3.

محلول اسید کربنیک و CO 2

دی اکسید کربن در آب محلولی با درجه تفکیک کمی تشکیل می دهد. این محلول دی اکسید کربن اسید کربنیک نامیده می شود. بی رنگ، با بیان ضعیف و مزه ترش است.

ثبت یک واکنش شیمیایی:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

تعادل به شدت به سمت چپ تغییر می کند - تنها حدود 1٪ از دی اکسید کربن اولیه به اسید کربنیک تبدیل می شود. هر چه دما بالاتر باشد، مولکول های اسید کربنیک در محلول کمتر می شود. هنگامی که این ترکیب به جوش می آید، به طور کامل ناپدید می شود و محلول به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود. فرمول ساختاری اسید کربنیک در زیر ارائه شده است.

خواص اسید کربنیک

اسید کربنیک بسیار ضعیف است. در محلول ها به یون های هیدروژن H + و ترکیبات HCO 3 - تجزیه می شود. CO 3 - یونها در مقادیر بسیار کم تشکیل می شوند.

اسید کربنیک دوبازیک است، بنابراین نمک های تشکیل شده توسط آن می توانند متوسط ​​و اسیدی باشند. در سنت شیمی روسیه، نمک های متوسط ​​​​کربنات و نمک های قوی بی کربنات نامیده می شوند.

واکنش کیفی

یکی از راه های ممکن برای تشخیص گاز دی اکسید کربن، تغییر شفافیت ملات آهک است.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

این تجربه از یک دوره شیمی مدرسه شناخته شده است. در ابتدای واکنش، مقدار کمی رسوب سفید تشکیل می شود که متعاقباً با عبور دی اکسید کربن از آب، از بین می رود. تغییر در شفافیت به این دلیل رخ می دهد که در طول فرآیند برهمکنش، یک ترکیب نامحلول - کربنات کلسیم - به یک ماده محلول - بی کربنات کلسیم تبدیل می شود. واکنش در این مسیر ادامه می یابد:

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

تولید دی اکسید کربن

در صورت نیاز به دریافت مقدار کمی CO2، می توانید واکنش اسید هیدروکلریک را با کربنات کلسیم (مرمر) شروع کنید. نماد شیمیایی این برهمکنش به این صورت است:

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

همچنین برای این منظور، از واکنش های احتراق مواد حاوی کربن، به عنوان مثال استیلن، استفاده می شود:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.

از دستگاه کیپ برای جمع آوری و ذخیره ماده گازی حاصل استفاده می شود.

برای نیازهای صنعت و کشاورزی، مقیاس تولید دی اکسید کربن باید زیاد باشد. یک روش محبوب برای این واکنش در مقیاس بزرگ سوزاندن سنگ آهک است که دی اکسید کربن تولید می کند. فرمول واکنش در زیر آورده شده است:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

کاربردهای دی اکسید کربن

صنعت غذا، پس از تولید در مقیاس بزرگ «یخ خشک»، به روشی اساساً جدید برای نگهداری مواد غذایی روی آورد. در تولید نوشیدنی های گازدار و آب معدنی ضروری است. محتوای CO 2 موجود در نوشیدنی ها به آنها تازگی می بخشد و ماندگاری آنها را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. و کاربید شدن آبهای معدنی به شما امکان می دهد از کدر شدن و طعم ناخوشایند جلوگیری کنید.

در آشپزی اغلب از روش اطفاء اسید سیتریک با سرکه استفاده می شود. دی اکسید کربن آزاد شده به محصولات شیرینی پزی نرمی و سبکی می بخشد.

این ترکیب اغلب به عنوان یک افزودنی غذایی برای افزایش ماندگاری محصولات غذایی استفاده می شود. طبق استانداردهای بین المللی برای طبقه بندی افزودنی های شیمیایی موجود در محصولات، کد E 290،

دی اکسید کربن پودری یکی از محبوب ترین مواد موجود در مخلوط های اطفاء حریق است. این ماده در فوم کپسول آتش نشانی نیز یافت می شود.

بهتر است دی اکسید کربن را در سیلندرهای فلزی حمل و ذخیره کنید. در دماهای بالاتر از 31 درجه سانتیگراد، فشار در سیلندر می تواند به بحرانی برسد و CO2 مایع با افزایش شدید فشار کاری به 7.35 مگاپاسکال به حالت فوق بحرانی می رود. سیلندر فلزی می تواند فشار داخلی تا 22 مگاپاسکال را تحمل کند، بنابراین محدوده فشار در دمای بالای سی درجه ایمن در نظر گرفته می شود.