Artikkelin sisältö

HIILIDIOKSIDI(hiili(IV)monoksidi, hiilihappoanhydridi, hiilidioksidi) CO 2, hiilihapollisten virvoitusjuomien tunnettu kupliva ainesosa. Ihminen on tiennyt luonnollisista lähteistä peräisin olevan "kuirevan veden" parantavista ominaisuuksista ammoisista ajoista lähtien, mutta vasta 1800-luvulla. Opin hankkimaan sen itse. Samalla tunnistettiin aine, joka saa veden kuohumaan - hiilidioksidi. Ensimmäistä kertaa karbonointitarkoituksiin tämä kaasu saatiin vuonna 1887 murskatun marmorin ja rikkihapon välisen reaktion aikana; se eristettiin myös luonnollisista lähteistä. Myöhemmin hiilidioksidia alettiin tuottaa teollisessa mittakaavassa polttamalla koksia, kalsinoimalla kalkkikiveä ja käymällä alkoholia. Yli neljännesvuosisadan ajan hiilidioksidia varastoitiin paineistetuissa terässylintereissä, ja sitä käytettiin lähes yksinomaan juomien hiilihapotukseen. Vuonna 1923 kiinteitä hiilidioksidia (kuivajää) alettiin valmistaa kaupallisena tuotteena, ja vuoden 1940 tienoilla tuotettiin nestemäistä CO 2:ta, joka kaadettiin erityisiin suljettuihin säiliöihin korkeassa paineessa.

Fyysiset ominaisuudet.

Normaaleissa lämpötiloissa ja paineissa hiilidioksidi on väritöntä kaasua, jolla on hieman hapan maku ja haju. Se on 50 % ilmaa raskaampaa, joten se voidaan kaataa astiasta toiseen. CO 2 on useimpien palamisprosessien tuote, ja se voi riittävän suuria määriä sammuttaa liekit syrjäyttämällä happea ilmasta. Kun CO 2 -pitoisuus kasvaa huonosti tuuletetussa huoneessa, ilman happipitoisuus vähenee niin paljon, että ihminen voi tukehtua. CO 2 liukenee moniin nesteisiin; liukoisuus riippuu nesteen ominaisuuksista, lämpötilasta ja CO 2 -höyrynpaineesta. Hiilidioksidin kyky liueta veteen määrää sen laajan käytön virvoitusjuomien valmistuksessa. CO 2 liukenee hyvin orgaanisiin liuottimiin, kuten alkoholiin, asetoniin ja bentseeniin.

Paineen ja jäähdytyksen kasvaessa hiilidioksidi nesteytyy helposti ja on nestemäisessä tilassa +31 - –57 °C:n lämpötiloissa (paineesta riippuen). Alle –57°C:ssa se muuttuu kiinteäksi (kuivajääksi). Nesteytymiseen vaadittava paine riippuu lämpötilasta: +21°C:ssa se on 60 atm ja -18°C:ssa vain 20 atm. Nestemäinen CO 2 varastoidaan suljetuissa säiliöissä sopivassa paineessa. Kun se joutuu ilmakehään, osa siitä muuttuu kaasuksi ja osa "hiililumeksi", kun sen lämpötila laskee -84 °C:seen.

Absorboi lämpöä ympäristöstä, kuivajää siirtyy kaasumaiseen tilaan ohittaen nestefaasin - sublimoituu. Sublimaatiohäviöiden vähentämiseksi se varastoidaan ja kuljetetaan suljetuissa säiliöissä, jotka ovat riittävän vahvoja kestämään paineen nousun lämpötilan noustessa.

Kemialliset ominaisuudet.

CO 2 on vähän aktiivinen yhdiste. Veteen liuotettuna se muodostaa heikkoa hiilihappoa, joka muuttaa lakmuspaperin punaiseksi. Hiilihappo parantaa hiilihapollisten juomien makua ja estää bakteerien kasvua. Reagoiessaan alkali- ja maa-alkalimetallien sekä ammoniakin kanssa CO 2 muodostaa karbonaatteja ja bikarbonaatteja.

Esiintyminen luonnossa ja tuotannossa.

CO 2 muodostuu hiiltä sisältävien aineiden palamisen, alkoholikäymisen sekä kasvi- ja eläintähteiden mätänemisen aikana; sitä vapautuu eläimet hengittäessä, ja kasvit vapauttavat sitä pimeässä. Valossa kasvit päinvastoin imevät hiilidioksidia ja vapauttavat happea, mikä ylläpitää hengittämämme ilman luonnollista hapen ja hiilidioksidin tasapainoa. Sen CO 2 -pitoisuus ei ylitä 0,03 tilavuusprosenttia.

Hiilidioksidin tuottamiseen on viisi päätapaa: hiiltä sisältävien aineiden (koksi, maakaasu, nestemäinen polttoaine) poltto; muodostuminen sivutuotteena ammoniakkisynteesin aikana; kalkkikiven kalsinointi; käyminen; pumppaus kaivoista. Kahdessa viimeisessä tapauksessa saadaan lähes puhdasta hiilidioksidia, ja poltettaessa hiilipitoisia aineita tai kalsinoitua kalkkikiveä muodostuu CO 2 -seos typen ja muiden kaasujen jäämien kanssa. Tämä seos johdetaan liuoksen läpi, joka absorboi vain CO 2 . Sitten liuosta kuumennetaan ja saadaan lähes puhdasta CO 2:ta, joka erotetaan jäljellä olevista epäpuhtauksista. Vesihöyry poistetaan jäädyttämällä ja kemiallisesti kuivaamalla.

Puhdistettu CO 2 nesteytetään jäähdyttämällä se korkeassa paineessa ja varastoidaan suurissa säiliöissä. Kuivajään valmistamiseksi nestemäistä CO 2:ta syötetään hydraulipuristimen suljettuun kammioon, jossa paine alennetaan ilmakehän paineeseen. Paineen jyrkän laskun myötä CO 2:sta muodostuu löysää lunta ja erittäin kylmää kaasua. Lumi puristetaan ja saadaan kuivajäätä. CO 2 -kaasu pumpataan pois, nesteytetään ja palautetaan varastosäiliöön.

SOVELLUS

Alhaisten lämpötilojen vastaanotto.

Nestemäisessä ja kiinteässä muodossa CO 2:ta käytetään pääasiassa kylmäaineena. Kuivajää on kompakti materiaali, helppo käsitellä ja mahdollistaa erilaisten lämpötilaolosuhteiden luomisen. Samalla massalla se on yli kaksi kertaa kylmempää kuin tavallinen jää ja vie puolet tilavuudesta. Kuivajäätä käytetään elintarvikkeiden varastoinnissa. Sitä käytetään samppanjan, virvoitusjuomien ja jäätelön jäähdyttämiseen. Sitä käytetään laajalti lämpöherkkien materiaalien (lihatuotteet, hartsit, polymeerit, värit, hyönteismyrkyt, maalit, mausteet) "kylmäjauhamiseen"; rummutettaessa (puhdistetaan purseista) leimattuja kumi- ja muovituotteita; ilma-alusten ja elektronisten laitteiden alhaisen lämpötilan testauksen aikana erityisissä kammioissa; puolivalmiiden muffinien ja kakkujen "kylmäsekoitukseen", jotta ne pysyvät homogeenisina paistamisen aikana; kuljetettavia tuotteita sisältävien säiliöiden nopeaan jäähdyttämiseen puhaltamalla niitä murskatun kuivajään virralla; kovettaessa seos- ja ruostumattomia teräksiä, alumiinia jne. parantaakseen niiden fyysisiä ominaisuuksia; koneen osien tiiviiseen sovitukseen niiden asennuksen aikana; jäähdytysleikkureihin, kun työstetään erittäin lujia terästyökappaleita.

Hiiletys.

CO 2 -kaasun pääasiallinen käyttökohde on veden ja virvoitusjuomien karbonointi. Ensin sekoitetaan vesi ja siirappi vaadituissa suhteissa ja sitten seos kyllästetään paineen alaisena CO 2 -kaasulla. Oluen ja viinin hiilihapottuminen tapahtuu yleensä niissä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden seurauksena.

Inertiaan perustuvat sovellukset.

CO 2:ta käytetään antioksidanttina monien elintarvikkeiden pitkäaikaissäilytyksessä: juusto, liha, maitojauhe, pähkinät, pikatee, kahvi, kaakao jne. Palamista estävänä aineena CO 2:ta käytetään palavien materiaalien, kuten rakettipolttoaineen, öljyjen, bensiinin, maalien, lakkojen ja liuottimien, varastoinnissa ja kuljetuksessa. Sitä käytetään suojaväliaineena hiiliterästen sähköhitsauksessa tasaisen, vahvan hitsin aikaansaamiseksi, kun taas hitsaustyöt ovat halvempia kuin inerttejä kaasuja käytettäessä.

CO 2 on yksi tehokkaimmista keinoista sammuttaa tulipaloja, jotka syntyvät syttyvien nesteiden syttyessä ja sähkökatkoissa. Valmistetaan erilaisia ​​hiilidioksidisammuttimia: kannettavista, joiden kapasiteetti on enintään 2 kg, kiinteisiin automaattisiin syöttöyksiköihin, joiden sylinterin kokonaiskapasiteetti on enintään 45 kg, tai matalapaineisiin kaasusäiliöihin, joiden kapasiteetti on enintään 60 tonnia. CO 2. Nestemäinen CO 2, joka on paineen alaisena tällaisissa sammuttimissa, muodostaa vapautuessaan lumen ja kylmän kaasun seoksen; jälkimmäisellä on suurempi tiheys kuin ilmalla ja se syrjäyttää sen palamisvyöhykkeeltä. Vaikutusta vahvistaa myös lumen jäähdytysvaikutus, joka haihtuessaan muuttuu kaasumaiseksi CO 2:ksi.

Kemialliset näkökohdat.

Hiilidioksidia käytetään aspiriinin, valkolyijyn, urean, perboraattien ja kemiallisesti puhtaiden karbonaattien valmistukseen. Hiilihappo, joka muodostuu, kun CO 2 liuotetaan veteen, on halpa reagenssi alkalien neutraloimiseen. Valimoissa hiilidioksidia käytetään hiekkamuottien kovettumiseen saattamalla CO 2 reagoimaan hiekkaan sekoitettuna natriumsilikaatin kanssa. Näin voit saada korkealaatuisempia valukappaleita. Teräksen, lasin ja alumiinin sulatusuunien vuoraukseen käytetyt tulenkestävät tiilet kestävät hiilidioksidikäsittelyn jälkeen. CO 2:ta käytetään myös kaupunkien vedenpehmennysjärjestelmissä, joissa käytetään natronkalkkia.

Lisääntyneen paineen luominen.

CO 2:ta käytetään erilaisten säiliöiden paine- ja vuototestaukseen sekä painemittareiden, venttiilien ja sytytystulppien kalibrointiin. Sitä käytetään kannettavien säiliöiden täyttämiseen pelastusvöiden ja puhallettavien veneiden täyttämiseen. Hiilidioksidin ja dityppioksidin seosta on käytetty pitkään aerosolitölkkien paineistamiseen. CO 2 ruiskutetaan paineen alaisena suljettuihin säiliöihin, joissa on eetteriä (moottorin nopean käynnistyksen laitteissa), liuottimia, maaleja, hyönteismyrkkyjä näiden aineiden myöhempää ruiskuttamista varten.

Sovellus lääketieteessä.

CO 2:ta lisätään pieninä määrinä happeen (hengityksen stimuloimiseksi) ja anestesian aikana. Suurina pitoisuuksina sitä käytetään eläinten inhimilliseen lopettamiseen.

Ennen kuin tarkastelemme hiilidioksidin kemiallisia ominaisuuksia, selvitetään joitain tämän yhdisteen ominaisuuksia.

Yleistä tietoa

Se on kivennäisveden tärkein komponentti. Juuri tämä antaa juomille tuoreutta ja kuohuvaa laatua. Tämä yhdiste on hapan, suolaa muodostava oksidi. hiilidioksidia on 44 g/mol. Tämä kaasu on ilmaa raskaampaa, joten se kerääntyy huoneen alaosaan. Tämä yhdiste liukenee huonosti veteen.

Kemialliset ominaisuudet

Tarkastellaanpa lyhyesti hiilidioksidin kemiallisia ominaisuuksia. Vuorovaikutuksessa veden kanssa muodostuu heikkoa hiilihappoa. Melkein välittömästi muodostumisen jälkeen se dissosioituu vetykationeiksi ja karbonaatti- tai bikarbonaattianioneiksi. Saatu yhdiste reagoi aktiivisten metallien, oksidien ja myös alkalien kanssa.

Mitkä ovat hiilidioksidin kemialliset perusominaisuudet? Reaktioyhtälöt vahvistavat tämän yhdisteen happaman luonteen. (4) pystyy muodostamaan karbonaatteja emäksisten oksidien kanssa.

Fyysiset ominaisuudet

Normaaleissa olosuhteissa tämä yhdiste on kaasumaisessa tilassa. Paineen kasvaessa se voidaan muuttaa nestemäiseksi. Tämä kaasu on väritöntä, hajutonta ja sillä on hieman hapan maku. Nesteytetty hiilidioksidi on väritön, läpinäkyvä, erittäin liikkuva happo, joka on ulkoisilta parametriltaan samanlainen kuin eetteri tai alkoholi.

Hiilidioksidin suhteellinen molekyylipaino on 44 g/mol. Tämä on lähes 1,5 kertaa enemmän kuin ilma.

Jos lämpötila laskee -78,5 celsiusasteeseen, muodostuu se on kovuudeltaan samanlainen kuin liitu. Kun tämä aine haihtuu, muodostuu hiilimonoksidikaasua (4).

Laadullinen reaktio

Kun tarkastellaan hiilidioksidin kemiallisia ominaisuuksia, on tarpeen korostaa sen laadullista reaktiota. Kun tämä kemikaali on vuorovaikutuksessa kalkkiveden kanssa, muodostuu samea kalsiumkarbonaattisakka.

Cavendish onnistui löytämään hiilimonoksidille sellaisia ​​tyypillisiä fysikaalisia ominaisuuksia (4), kuten vesiliukoisuuden sekä suuren ominaispainon.

Lavoisier suoritti tutkimuksen, jossa hän yritti eristää puhdasta metallia lyijyoksidista.

Tällaisten tutkimusten tuloksena paljastuneet hiilidioksidin kemialliset ominaisuudet vahvistivat tämän yhdisteen pelkistäviä ominaisuuksia. Lavoisier onnistui saamaan metallia kalsinoimalla lyijyoksidia hiilimonoksidilla (4). Varmistaakseen, että toinen aine oli hiilimonoksidia (4), hän ohjasi kalkkivettä kaasun läpi.

Kaikki hiilidioksidin kemialliset ominaisuudet vahvistavat tämän yhdisteen happaman luonteen. Tätä yhdistettä löytyy riittävä määrä maan ilmakehässä. Tämän yhdisteen systemaattinen lisääntyminen maan ilmakehässä on mahdollista vakava ilmastonmuutos (ilmaston lämpeneminen).

Hiilidioksidilla on tärkeä rooli elävässä luonnossa, koska tämä kemikaali osallistuu aktiivisesti elävien solujen aineenvaihduntaan. Tämä kemiallinen yhdiste on seurausta erilaisista elävien organismien hengitykseen liittyvistä oksidatiivisista prosesseista.

Maan ilmakehän hiilidioksidi on elävien kasvien pääasiallinen hiilen lähde. Fotosynteesiprosessissa (valossa) tapahtuu fotosynteesiprosessi, johon liittyy glukoosin muodostuminen ja hapen vapautuminen ilmakehään.

Hiilidioksidi ei ole myrkyllistä eikä tue hengitystä. Kun tämän aineen pitoisuus ilmakehässä on lisääntynyt, henkilö kokee hengenahdistusta ja vaikeita päänsärkyä. Elävissä organismeissa hiilidioksidilla on tärkeä fysiologinen merkitys esimerkiksi verisuonten sävytyksen säätelyssä.

Vastaanoton ominaisuudet

Teollisessa mittakaavassa hiilidioksidi voidaan erottaa savukaasuista. Lisäksi CO2 on dolomiitin ja kalkkikiven hajoamisen sivutuote. Nykyaikaisissa hiilidioksidin tuotantolaitteistoissa käytetään etaaniamiinin vesiliuosta, joka adsorboi savukaasun sisältämän kaasun.

Laboratoriossa hiilidioksidia vapautuu karbonaattien tai bikarbonaattien reaktiossa happojen kanssa.

Hiilidioksidin sovellukset

Tätä hapanta oksidia käytetään teollisuudessa nostatusaineena tai säilöntäaineena. Tuotepakkauksessa tämä yhdiste on merkitty E290:ksi. Nestemäisessä muodossa olevaa hiilidioksidia käytetään sammuttimissa tulipalojen sammuttamiseen. Hiilimonoksidia (4) käytetään hiilihapotetun veden ja limonadijuomien valmistukseen.

(IV), hiilidioksidi tai hiilidioksidi. Sitä kutsutaan myös hiilihappoanhydridiksi. Se on täysin väritön, hajuton kaasu, jolla on hapan maku. Hiilidioksidi on ilmaa raskaampaa ja liukenee huonosti veteen. Alle -78 celsiusasteen lämpötiloissa se kiteytyy ja muuttuu lumen kaltaiseksi.

Tämä aine muuttuu kaasumaisesta tilasta kiinteäksi, koska se ei voi olla nestemäisessä tilassa ilmakehän paineessa. Hiilidioksidin tiheys normaaleissa olosuhteissa on 1,97 kg/m3 - 1,5 kertaa suurempi hiilidioksidi, jota kutsutaan kuivaksi jääksi. Siitä tulee nestemäinen tila, jossa sitä voidaan säilyttää pitkään paineen noustessa. Katsotaanpa tarkemmin tätä ainetta ja sen kemiallista rakennetta.

Hiilidioksidi, jonka kaava on CO2, koostuu hiilestä ja hapesta, ja sitä saadaan orgaanisten aineiden palamisen tai hajoamisen seurauksena. Hiilimonoksidia löytyy ilmasta ja maanalaisista mineraalilähteistä. Ihmiset ja eläimet vapauttavat myös hiilidioksidia uloshengittäessään. Kasvit ilman valoa vapauttavat sen ja imevät sitä intensiivisesti fotosynteesin aikana. Kaikkien elävien olentojen solujen aineenvaihduntaprosessin ansiosta hiilimonoksidi on yksi ympäröivän luonnon pääkomponenteista.

Tämä kaasu ei ole myrkyllistä, mutta jos se kerääntyy korkeina pitoisuuksina, tukehtuminen (hyperkapnia) voi alkaa, ja sen puutteella kehittyy päinvastainen tila - hypokapnia. Hiilidioksidi läpäisee ja heijastaa infrapunaa. Se vaikuttaa suoraan ilmaston lämpenemiseen. Tämä johtuu siitä, että sen pitoisuus ilmakehässä nousee jatkuvasti, mikä johtaa kasvihuoneilmiöön.

Hiilidioksidia tuotetaan teollisesti savu- tai uunikaasuista tai dolomiitti- ja kalkkikivikarbonaattien hajoamisesta. Näiden kaasujen seos pestään perusteellisesti erityisellä liuoksella, joka koostuu kaliumkarbonaatista. Seuraavaksi se muuttuu bikarbonaatiksi ja hajoaa kuumennettaessa, jolloin vapautuu hiilidioksidia. Hiilidioksidi (H2CO3) muodostuu veteen liuenneesta hiilidioksidista, mutta nykyaikaisissa olosuhteissa sitä saadaan myös muilla, kehittyneemmillä menetelmillä. Kun hiilidioksidi on puhdistettu, se puristetaan, jäähdytetään ja pumpataan sylintereihin.

Teollisuudessa tätä ainetta käytetään laajasti ja yleisesti. Elintarvikevalmistajat käyttävät sitä nostatusaineena (esimerkiksi taikinan valmistukseen) tai säilöntäaineena (E290). Hiilidioksidin avulla tuotetaan erilaisia ​​tonic-juomia ja virvoitusjuomia, joita eivät vain lapset, vaan myös aikuiset rakastavat. Hiilidioksidia käytetään ruokasoodan, oluen, sokerin ja kuohuviinien valmistuksessa.

Hiilidioksidia käytetään myös tehokkaiden sammuttimien valmistuksessa. Hiilidioksidin avulla syntyy aktiivinen väliaine, jota tarvitaan hitsauskaaren korkeissa lämpötiloissa, hiilidioksidi hajoaa hapeksi ja hiilimonoksidiksi. Happi vuorovaikuttaa nestemäisen metallin kanssa ja hapettaa sen. Tölkeissä olevaa hiilidioksidia käytetään ilma-aseissa ja pistooleissa.

Lentomallinnajat käyttävät tätä ainetta polttoaineena malleissaan. Hiilidioksidin avulla voit lisätä merkittävästi kasvihuoneessa kasvatettujen viljelykasvien satoa. Sitä käytetään laajalti myös teollisuudessa, jossa elintarvikkeet säilyvät paljon paremmin. Sitä käytetään kylmäaineena jääkaapeissa, pakastimissa, sähkögeneraattoreissa ja muissa lämpövoimalaitoksissa.

Hiilidioksidin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

MÄÄRITELMÄ

Hiilidioksidi (hiilidioksidi, hiilihappoanhydridi, hiilidioksidi) on hiilimonoksidia (IV).

Kaava on \(\ \mathrm(CO)_(2) \). Moolimassa – 44 g/mol.

Hiilidioksidin kemialliset ominaisuudet

Hiilidioksidi kuuluu happamien oksidien luokkaan, ts. Vuorovaikutuksessa veden kanssa se muodostaa hapon, jota kutsutaan hiilihapoksi. Hiilihappo on kemiallisesti epästabiili ja hajoaa muodostumishetkellä välittömästi komponenteiksi, ts. Hiilidioksidin ja veden välinen reaktio on palautuva:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \vasen oikea nuoli \mathrm(CO)_(2) \times \mathrm(H)_(2) \ mathrm(O)(\teksti ( ratkaisu )) \vasen oikea nuoli \mathrm(H)_(2) \mathrm(CO)_(3) \).

Kuumennettaessa hiilidioksidi hajoaa hiilimonoksidiksi ja hapeksi:

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

Kuten kaikille happamille oksideille, hiilidioksidille on ominaista vuorovaikutusreaktiot emäksisten oksidien (jota muodostavat vain aktiiviset metallit) ja emästen kanssa:

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

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

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(NaOH)_((\teksti ( laimea )))=\mathrm(NaHCO)_(3) \);

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

Hiilidioksidi ei tue palamista, siinä palavat vain aktiiviset metallit:

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

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

Hiilidioksidi reagoi yksinkertaisten aineiden, kuten vedyn ja hiilen, kanssa:

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

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

Kun hiilidioksidi reagoi aktiivisten metallien peroksidien kanssa, muodostuu karbonaatteja ja vapautuu happea:

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

Laadullinen reaktio hiilidioksidiin on sen vuorovaikutuksen reaktio kalkkiveden (maidon) kanssa, ts. kalsiumhydroksidilla, jossa muodostuu valkoinen sakka - kalsiumkarbonaatti:

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

Hiilidioksidin fysikaaliset ominaisuudet Hiilidioksidi on kaasumainen aine, jolla ei ole väriä tai hajua. Ilmaa raskaampaa. Lämpöstabiili. Puristettuna ja jäähdytettynä se muuttuu helposti nestemäiseksi ja kiinteäksi olomuodoksi. Kiinteässä aggregaattitilassa olevaa hiilidioksidia kutsutaan "kuivajääksi" ja se sublimoituu helposti huoneenlämpötilassa. Hiilidioksidi liukenee huonosti veteen ja reagoi osittain sen kanssa. Tiheys – 1,977 g/l.

Hiilidioksidin tuotanto ja käyttö Hiilidioksidin tuottamiseen on olemassa teollisia ja laboratoriomenetelmiä. Niinpä teollisuudessa sitä saadaan polttamalla kalkkikiveä (1) ja laboratoriossa voimakkaiden happojen vaikutuksesta hiilihapposuoloihin (2):

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

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

Hiilidioksidia käytetään elintarviketeollisuudessa (karbonoiva limonadi), kemianteollisuudessa (lämpötilan säätö synteettisten kuitujen tuotannossa), metallurgiassa (ympäristönsuojelu, kuten ruskean kaasun saostus) ja muilla aloilla.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

Tehtävä Mikä tilavuus hiilidioksidia vapautuu, kun 200 g 10 % typpihappoliuosta per 90 g kalsiumkarbonaattia sisältää 8 % happoon liukenemattomia epäpuhtauksia? Liuos Typpihapon ja kalsiumkarbonaatin moolimassat laskettuna käyttämällä kemiallisten alkuaineiden taulukkoa D.I. Mendelejev - 63 ja 100 g/mol, vastaavasti. Kirjoitetaan yhtälö kalkkikiven liukenemiselle typpihappoon:

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

\(\ \omega\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=100 \%-\omega_(\text ( sekoitus ))=100 \%-8 \% =92\%=0,92\).

Sitten puhtaan kalsiumkarbonaatin massa on:

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

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

Kalsiumkarbonaattiaineen määrä on yhtä suuri:

\(\n\left(C a C O_(3)\right)=m\left(C a C O_(3)\right)_(C l) / M\left(C a C O_(3)\ oikea) \);

\(\n\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)=82,8 / 100=0,83 \mathrm(mol)\)

Typpihapon massa liuoksessa on yhtä suuri kuin:

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

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

Kalsiumtyppihapon määrä on yhtä suuri:

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

\(\n\vasen(H N O_(3)\oikea)=20 / 63=0,32 \) mol

Vertailemalla reagoineiden aineiden määriä toteamme, että typpihaposta on pulaa, joten lisälaskelmia tehdään typpihapon avulla. Reaktioyhtälön \(\n(H N O 3) : n(CO 2) = 2: 1\ mukaan, siis n(CO2) = 1/2 × n(HNO3) = 0,16 mol. Sitten hiilidioksidin tilavuus on yhtä suuri:

V(CO2) = n(CO2) × Vm;

V(CO2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.

Vastaus Hiilidioksidin tilavuus on 3,58 g.

Tehtävä Etsi 35 g painavan hiilidioksidin tilavuus.

Ratkaisu Aineen massa ja tilavuus liittyvät toisiinsa aineen määrän kautta. Kirjataan ylös kaavat aineen määrän laskemiseksi sen massan ja tilavuuden perusteella:

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

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

Yhdistä oikealle kirjoitetut lausekkeet ja ilmaise äänenvoimakkuus:

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

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

Lasketaan hiilidioksidin tilavuus johdetun kaavan avulla. Hiilidioksidin moolimassa, laskettu käyttämällä D.I.:n kemiallisten alkuaineiden taulukkoa. Mendelejev – 44 g/mol.

\(\V\left(C O_(2)\right)=35 \ kertaa 22,4 / 44 = 17,82 \) l.

Vastaus Hiilidioksidin tilavuus on 17,82 litraa.

Yleisimmät tämän yhdisteen muodostumisprosessit ovat eläin- ja kasvijäänteiden mätäneminen, erilaisten polttoaineiden poltto sekä eläinten ja kasvien hengitys. Esimerkiksi yksi ihminen päästää ilmakehään noin kilon hiilidioksidia päivässä. Hiilimonoksidia ja -dioksidia voi muodostua myös elottomassa luonnossa. Hiilidioksidia vapautuu tulivuoren toiminnan aikana ja sitä voidaan tuottaa myös kivennäisvesilähteistä. Hiilidioksidia löytyy pieniä määriä maapallon ilmakehässä.

Tämän yhdisteen kemiallisen rakenteen erityispiirteet antavat sille mahdollisuuden osallistua moniin kemiallisiin reaktioihin, joiden perustana on hiilidioksidi.

Kaava

Tämän aineen yhdisteessä neliarvoinen hiiliatomi muodostaa lineaarisen sidoksen kahden happimolekyylin kanssa. Tällaisen molekyylin ulkonäkö voidaan esittää seuraavasti:

Hybridisaatioteoria selittää hiilidioksidimolekyylin rakenteen seuraavasti: kaksi olemassa olevaa sigmasidosta muodostuvat hiiliatomien sp-orbitaalien ja hapen kahden 2p-orbitaalin välille; Hiilen p-orbitaalit, jotka eivät osallistu hybridisaatioon, ovat sitoutuneet samanlaisten happiratojen yhteyteen. Kemiallisissa reaktioissa hiilidioksidi kirjoitetaan seuraavasti: CO 2.

Fyysiset ominaisuudet

Normaaleissa olosuhteissa hiilidioksidi on väritön, hajuton kaasu. Se on ilmaa raskaampaa, minkä vuoksi hiilidioksidi voi käyttäytyä kuin neste. Se voidaan esimerkiksi kaataa säiliöstä toiseen. Tämä aine liukenee heikosti veteen - noin 0,88 litraa hiilidioksidia liukenee yhteen litraan vettä 20 ⁰C:ssa. Pieni lämpötilan lasku muuttaa tilannetta radikaalisti - 1,7 litraa CO 2:ta voi liueta samaan litraan vettä 17⁰C:ssa. Voimakkaalla jäähdytyksellä tämä aine saostuu lumihiutaleina - muodostuu niin kutsuttu "kuivajää". Tämä nimi tulee siitä tosiasiasta, että normaalipaineessa aine, ohittaen nestefaasin, muuttuu välittömästi kaasuksi. Nestemäistä hiilidioksidia muodostuu hieman yli 0,6 MPa:n paineessa ja huoneenlämpötilassa.

Kemialliset ominaisuudet

Kun 4-hiilidioksidi on vuorovaikutuksessa vahvojen hapettimien kanssa, sillä on hapettavia ominaisuuksia. Tämän vuorovaikutuksen tyypillinen reaktio on:

C + CO 2 = 2CO.

Siten hiilidioksidi pelkistetään hiilen avulla sen kaksiarvoiseksi modifikaatioksi - hiilimonoksidiksi.

Normaaleissa olosuhteissa hiilidioksidi on inerttiä. Mutta jotkut aktiiviset metallit voivat palaa siinä, poistaen happea yhdisteestä ja vapauttaen hiilikaasua. Tyypillinen reaktio on magnesiumin palaminen:

2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

Reaktion aikana muodostuu magnesiumoksidia ja vapaata hiiltä.

Kemiallisissa yhdisteissä CO 2:lla on usein tyypillisen happooksidin ominaisuuksia. Se reagoi esimerkiksi emästen ja emäksisten oksidien kanssa. Reaktion tuloksena syntyy hiilihapposuoloja.

Esimerkiksi natriumoksidiyhdisteen reaktio hiilidioksidin kanssa voidaan esittää seuraavasti:

Na20 + C02 = Na2C03;

2NaOH + C02 = Na2C03 + H20;

NaOH + CO 2 = NaHC03.

Hiilihappo- ja CO 2 -liuos

Hiilidioksidi vedessä muodostaa liuoksen, jolla on pieni dissosiaatioaste. Tätä hiilidioksidiliuosta kutsutaan hiilihapoksi. Se on väritön, heikosti ilmentynyt ja hapan maku.

Kemiallisen reaktion tallentaminen:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Tasapaino siirtyy melko voimakkaasti vasemmalle - vain noin 1 % alkuperäisestä hiilidioksidista muuttuu hiilihapoksi. Mitä korkeampi lämpötila, sitä vähemmän hiilihappomolekyylejä liuoksessa on. Kun yhdiste kiehuu, se katoaa kokonaan ja liuos hajoaa hiilidioksidiksi ja vedeksi. Hiilihapon rakennekaava on esitetty alla.

Hiilihapon ominaisuudet

Hiilihappo on erittäin heikkoa. Liuoksissa se hajoaa vetyioneiksi H + ja yhdisteiksi HCO 3 -. CO 3 -ioneja muodostuu hyvin pieniä määriä.

Hiilihappo on kaksiemäksistä, joten sen muodostamat suolat voivat olla keski- ja happamia. Venäläisessä kemian perinteessä keskisuuria suoloja kutsutaan karbonaateiksi ja vahvoja suoloja bikarbonaatteiksi.

Laadullinen reaktio

Yksi mahdollinen tapa havaita hiilidioksidikaasu on muuttaa kalkkilaastin kirkkautta.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Tämä kokemus tunnetaan koulun kemian kurssilta. Reaktion alussa muodostuu pieni määrä valkoista sakkaa, joka myöhemmin häviää, kun hiilidioksidia johdetaan veden läpi. Läpinäkyvyyden muutos johtuu siitä, että vuorovaikutusprosessin aikana liukenematon yhdiste - kalsiumkarbonaatti - muuttuu liukoiseksi aineeksi - kalsiumbikarbonaatiksi. Reaktio etenee tätä tietä:

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

Hiilidioksidin tuotanto

Jos haluat saada pienen määrän CO2:ta, voit aloittaa suolahapon reaktion kalsiumkarbonaatin (marmorin) kanssa. Tämän vuorovaikutuksen kemiallinen merkintä näyttää tältä:

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

Myös tähän tarkoitukseen käytetään hiiltä sisältävien aineiden, esimerkiksi asetyleenin, palamisreaktioita:

CH4 + 202 → 2H20 + C02-.

Tuloksena olevan kaasumaisen aineen keräämiseen ja varastointiin käytetään Kipp-laitetta.

Teollisuuden ja maatalouden tarpeisiin hiilidioksidin tuotannon mittakaavan tulee olla suuri. Suosittu menetelmä tähän laajamittaiseen reaktioon on polttaa kalkkikiveä, joka tuottaa hiilidioksidia. Reaktiokaava on annettu alla:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Hiilidioksidin sovellukset

Elintarviketeollisuus siirtyi "kuivajään" laajamittaisen tuotannon jälkeen täysin uuteen ruoan säilytysmenetelmään. Se on välttämätön hiilihapollisten juomien ja kivennäisveden valmistuksessa. Juomien CO 2 -pitoisuus antaa niille tuoreutta ja pidentää merkittävästi niiden säilyvyyttä. Ja kivennäisvesien karbidointi auttaa välttämään ummetusta ja epämiellyttävää makua.

Ruoanvalmistuksessa käytetään usein menetelmää sitruunahapon sammuttamiseksi etikalla. Prosessin aikana vapautuva hiilidioksidi antaa makeistuotteisiin kuohkeutta ja keveyttä.

Tätä yhdistettä käytetään usein elintarvikelisäaineena elintarvikkeiden säilyvyyden pidentämiseksi. Tuotteiden sisältämien kemiallisten lisäaineiden luokittelua koskevien kansainvälisten standardien mukaan se on koodattu E 290,

Jauhemainen hiilidioksidi on yksi suosituimmista sammutusseoksissa olevista aineista. Tätä ainetta löytyy myös sammuttimen vaahdosta.

Hiilidioksidia on parasta kuljettaa ja varastoida metallisylintereissä. Yli 31 °C:n lämpötiloissa sylinterin paine voi saavuttaa kriittisen tason ja nestemäinen CO 2 menee ylikriittiseen tilaan, jolloin käyttöpaine nousee jyrkästi arvoon 7,35 MPa. Metallisylinteri kestää jopa 22 MPa:n sisäisen paineen, joten painealuetta yli 30 asteen lämpötiloissa pidetään turvallisena.