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DIÓXIDO DE CARBONO(monóxido de carbono (IV), anidrido carbônico, dióxido de carbono) CO 2 , um ingrediente borbulhante bem conhecido em refrigerantes carbonatados. O homem conhece as propriedades curativas da “água com gás” de fontes naturais desde tempos imemoriais, mas apenas no século XIX. Eu aprendi a conseguir sozinho. Ao mesmo tempo, foi identificada a substância que torna a água efervescente - o dióxido de carbono. Pela primeira vez para fins de carbonização, esse gás foi obtido em 1887 durante a reação entre o mármore triturado e o ácido sulfúrico; também foi isolado de fontes naturais. Posteriormente, o CO 2 passou a ser produzido em escala industrial pela queima de coque, calcinação de calcário e fermentação de álcool. Durante mais de um quarto de século, o dióxido de carbono foi armazenado em cilindros de aço pressurizados e utilizado quase exclusivamente para carbonatar bebidas. Em 1923, o CO 2 sólido (gelo seco) começou a ser produzido como produto comercial e, por volta de 1940, foi produzido o CO 2 líquido, que foi despejado em tanques especiais selados sob alta pressão.
Propriedades físicas.
Em temperaturas e pressões normais, o dióxido de carbono é um gás incolor com sabor e odor levemente ácidos. É 50% mais pesado que o ar, por isso pode ser despejado de um recipiente para outro. O CO 2 é um produto da maioria dos processos de combustão e, em quantidades suficientemente grandes, pode extinguir chamas ao deslocar o oxigênio do ar. Quando a concentração de CO 2 aumenta em uma sala mal ventilada, o teor de oxigênio no ar diminui tanto que uma pessoa pode sufocar. O CO 2 se dissolve em muitos líquidos; a solubilidade depende das propriedades do líquido, da temperatura e da pressão de vapor de CO 2. A capacidade do dióxido de carbono de se dissolver na água determina seu uso generalizado na produção de refrigerantes. O CO 2 é altamente solúvel em solventes orgânicos, como álcool, acetona e benzeno.
Com o aumento da pressão e do resfriamento, o dióxido de carbono se liquefaz facilmente e fica no estado líquido em temperaturas de +31 a –57 ° C (dependendo da pressão). Abaixo de –57°C ele se transforma em estado sólido (gelo seco). A pressão necessária para a liquefação depende da temperatura: a +21° C é de 60 atm, e a –18° C é de apenas 20 atm. O CO 2 líquido é armazenado em recipientes selados sob pressão apropriada. Ao passar para a atmosfera, parte dele se transforma em gás e parte em “neve de carbono”, enquanto sua temperatura cai para –84°C.
Absorvendo o calor do meio ambiente, o gelo seco passa para o estado gasoso, contornando a fase líquida - sublima. Para reduzir as perdas por sublimação, é armazenado e transportado em recipientes selados e suficientemente resistentes para suportar o aumento da pressão à medida que a temperatura aumenta.
Propriedades quimicas.
CO 2 é um composto pouco ativo. Quando dissolvido em água, forma ácido carbônico fraco, que torna vermelho o papel tornassol. O ácido carbônico melhora o sabor das bebidas carbonatadas e previne o crescimento de bactérias. Reagindo com metais alcalinos e alcalino-terrosos, bem como com amônia, o CO 2 forma carbonatos e bicarbonatos.
Prevalência na natureza e produção.
O CO 2 é formado durante a combustão de substâncias contendo carbono, fermentação alcoólica e decomposição de resíduos vegetais e animais; é liberado quando os animais respiram e pelas plantas no escuro. Na luz, ao contrário, as plantas absorvem CO 2 e liberam oxigênio, o que mantém o equilíbrio natural de oxigênio e dióxido de carbono no ar que respiramos. O teor de CO 2 nele não excede 0,03% (em volume).
Existem cinco formas principais de produzir CO 2: combustão de substâncias que contêm carbono (coque, gás natural, combustível líquido); formação como subproduto durante a síntese de amônia; calcinação de calcário; fermentação; bombeamento de poços. Nos dois últimos casos, obtém-se dióxido de carbono quase puro e, na queima de substâncias que contêm carbono ou na calcinação do calcário, forma-se uma mistura de CO 2 com nitrogênio e vestígios de outros gases. Esta mistura é passada através de uma solução que absorve apenas CO 2 . Em seguida, a solução é aquecida e obtém-se CO 2 quase puro, que é separado das impurezas restantes. O vapor de água é removido por congelamento e secagem química.
O CO 2 purificado é liquefeito por resfriamento em alta pressão e armazenado em grandes recipientes. Para produzir gelo seco, o CO 2 líquido é alimentado em uma câmara fechada de uma prensa hidráulica, onde a pressão é reduzida à pressão atmosférica. Com uma diminuição acentuada da pressão, neve solta e gás muito frio são formados a partir do CO 2. A neve é comprimida e obtém-se gelo seco. O gás CO 2 é bombeado, liquefeito e devolvido ao tanque de armazenamento.
APLICATIVO
Recebendo baixas temperaturas.
Na forma líquida e sólida, o CO 2 é usado principalmente como refrigerante. O gelo seco é um material compacto, fácil de manusear e permite criar diferentes condições de temperatura. Com a mesma massa, é duas vezes mais frio que o gelo comum, ocupando metade do volume. O gelo seco é usado no armazenamento de alimentos. É utilizado para resfriar champanhe, refrigerantes e sorvetes. É amplamente utilizado na “moagem a frio” de materiais sensíveis ao calor (produtos cárneos, resinas, polímeros, corantes, inseticidas, tintas, temperos); ao tombar (limpar rebarbas) produtos estampados de borracha e plástico; durante testes de baixa temperatura de aeronaves e dispositivos eletrônicos em câmaras especiais; para “mistura a frio” de muffins e bolos semiacabados para que permaneçam homogêneos durante o cozimento; para resfriamento rápido de recipientes com produtos transportados, soprando-os com um jato de gelo seco picado; ao endurecer ligas e aços inoxidáveis, alumínio, etc. a fim de melhorar as suas propriedades físicas; para ajuste perfeito de peças de máquinas durante sua montagem; para resfriar fresas no processamento de peças de aço de alta resistência.
Carbonização.
A principal aplicação do gás CO 2 é na carbonatação de água e refrigerantes. Primeiro, água e xarope são misturados nas proporções necessárias e, em seguida, a mistura é saturada com gás CO 2 sob pressão. A carbonatação em cervejas e vinhos geralmente ocorre como resultado de reações químicas que ocorrem neles.
Aplicações baseadas na inércia.
O CO 2 é usado como antioxidante durante o armazenamento a longo prazo de muitos produtos alimentícios: queijo, carne, leite em pó, nozes, chá instantâneo, café, cacau, etc. Como supressor de combustão, o CO 2 é utilizado no armazenamento e transporte de materiais inflamáveis, como combustível de foguete, óleos, gasolina, tintas, vernizes e solventes. É utilizado como meio de proteção na soldagem elétrica de aços carbono para obter uma solda uniforme e forte, enquanto o trabalho de soldagem é mais barato do que com gases inertes.
O CO 2 é um dos meios mais eficazes de extinção de incêndios que ocorrem durante a ignição de líquidos inflamáveis e falhas elétricas. São produzidos vários extintores de dióxido de carbono: desde portáteis com capacidade não superior a 2 kg até unidades estacionárias de abastecimento automático com capacidade total de cilindro de até 45 kg ou tanques de gás de baixa pressão com capacidade de até 60 toneladas de CO2. O CO 2 líquido, que está sob pressão nesses extintores, quando liberado, forma uma mistura de neve e gás frio; este último tem densidade maior que o ar e o desloca da zona de combustão. O efeito também é potencializado pelo efeito de resfriamento da neve, que, ao evaporar, se transforma em CO 2 gasoso.
Aspectos químicos.
O dióxido de carbono é usado na produção de aspirina, chumbo branco, uréia, perboratos e carbonatos quimicamente puros. O ácido carbônico, formado quando o CO 2 é dissolvido em água, é um reagente barato para neutralizar álcalis. Nas fundições, o dióxido de carbono é usado para curar moldes de areia, reagindo o CO 2 com silicato de sódio misturado com areia. Isso permite obter peças fundidas de maior qualidade. Os tijolos refratários usados para revestir fornos de fundição de aço, vidro e alumínio tornam-se mais duráveis após tratamento com dióxido de carbono. O CO 2 também é utilizado em sistemas urbanos de amaciamento de água que utilizam cal sodada.
Criação de aumento de pressão.
O CO 2 é usado para testes de pressão e vazamento de vários recipientes, bem como para calibração de manômetros, válvulas e velas de ignição. É utilizado para encher recipientes portáteis para inflar cintos salva-vidas e barcos infláveis. Uma mistura de dióxido de carbono e óxido nitroso tem sido usada há muito tempo para pressurizar latas de aerossol. O CO 2 é injetado sob pressão em recipientes lacrados com éter (em dispositivos para partida rápida do motor), solventes, tintas, inseticidas para posterior pulverização dessas substâncias.
Aplicação em medicina.
O CO 2 é adicionado em pequenas quantidades ao oxigênio (para estimular a respiração) e durante a anestesia. Em altas concentrações, é usado para a matança humana de animais.
Antes de considerarmos as propriedades químicas do dióxido de carbono, vamos descobrir algumas características deste composto.
informações gerais
É o componente mais importante da água com gás. É isso que confere frescor e qualidade espumante às bebidas. Este composto é um óxido ácido formador de sal. o dióxido de carbono é 44 g/mol. Este gás é mais pesado que o ar, por isso se acumula na parte inferior da sala. Este composto é pouco solúvel em água.
Propriedades quimicas
Consideremos brevemente as propriedades químicas do dióxido de carbono. Ao interagir com a água, forma-se ácido carbônico fraco. Quase imediatamente após a formação, ele se dissocia em cátions hidrogênio e ânions carbonato ou bicarbonato. O composto resultante reage com metais ativos, óxidos e também com álcalis.
Quais são as propriedades químicas básicas do dióxido de carbono? As equações de reação confirmam a natureza ácida deste composto. (4) capaz de formar carbonatos com óxidos básicos.
Propriedades físicas
Em condições normais, este composto está no estado gasoso. Quando a pressão aumenta, pode ser convertido ao estado líquido. Este gás é incolor, inodoro e tem um leve sabor amargo. O dióxido de carbono liquefeito é um ácido incolor, transparente e altamente móvel, semelhante em seus parâmetros externos ao éter ou ao álcool.
O peso molecular relativo do dióxido de carbono é 44 g/mol. Isso é quase 1,5 vezes mais que o ar.
Se a temperatura cair para -78,5 graus Celsius, ocorre a formação. É semelhante em dureza ao giz. Quando esta substância evapora, forma-se gás monóxido de carbono (4).
Reação qualitativa
Ao considerar as propriedades químicas do dióxido de carbono, é necessário destacar sua reação qualitativa. Quando este produto químico interage com a água de cal, forma-se um precipitado turvo de carbonato de cálcio.
Cavendish foi capaz de descobrir propriedades físicas características do monóxido de carbono (4), como solubilidade em água, bem como alta gravidade específica.
Lavoisier conduziu um estudo no qual tentou isolar o metal puro do óxido de chumbo.
As propriedades químicas do dióxido de carbono reveladas como resultado de tais estudos tornaram-se a confirmação das propriedades redutoras deste composto. Lavoisier conseguiu obter metal calcinando óxido de chumbo com monóxido de carbono (4). Para ter certeza de que a segunda substância era o monóxido de carbono (4), ele passou água com cal pelo gás.
Todas as propriedades químicas do dióxido de carbono confirmam a natureza ácida deste composto. Este composto é encontrado em quantidades suficientes na atmosfera terrestre. Com o crescimento sistemático deste composto na atmosfera terrestre, são possíveis graves alterações climáticas (aquecimento global).
É o dióxido de carbono que desempenha um papel importante na natureza viva, porque este produto químico participa ativamente no metabolismo das células vivas. É este composto químico o resultado de vários processos oxidativos associados à respiração dos organismos vivos.
O dióxido de carbono contido na atmosfera terrestre é a principal fonte de carbono para as plantas vivas. No processo de fotossíntese (na luz), ocorre o processo de fotossíntese, que é acompanhado pela formação de glicose e pela liberação de oxigênio na atmosfera.
O dióxido de carbono não é tóxico e não suporta a respiração. Com o aumento da concentração dessa substância na atmosfera, a pessoa sente apneia e fortes dores de cabeça. Nos organismos vivos, o dióxido de carbono tem um significado fisiológico importante, por exemplo, é necessário para a regulação do tônus vascular;
Recursos de recebimento
Em escala industrial, o dióxido de carbono pode ser separado dos gases de combustão. Além disso, o CO2 é um subproduto da decomposição da dolomita e do calcário. As modernas instalações de produção de dióxido de carbono envolvem a utilização de uma solução aquosa de etanamina, que adsorve o gás contido nos gases de combustão.
No laboratório, o dióxido de carbono é liberado pela reação de carbonatos ou bicarbonatos com ácidos.
Aplicação de dióxido de carbono
Este óxido ácido é usado na indústria como agente fermentador ou conservante. Na embalagem do produto este composto é indicado como E290. Na forma líquida, o dióxido de carbono é usado em extintores de incêndio para extinguir incêndios. O monóxido de carbono (4) é usado para produzir água gaseificada e bebidas de limonada.
(IV), dióxido de carbono ou dióxido de carbono. Também é chamado de anidrido carbônico. É um gás totalmente incolor e inodoro com sabor amargo. O dióxido de carbono é mais pesado que o ar e pouco solúvel em água. Em temperaturas abaixo de -78 graus Celsius, cristaliza e se torna como neve.
Essa substância passa do estado gasoso ao sólido, pois não pode existir no estado líquido à pressão atmosférica. A densidade do dióxido de carbono em condições normais é de 1,97 kg/m3 - 1,5 vezes maior. O dióxido de carbono na forma sólida é chamado de “gelo seco”. Torna-se um estado líquido no qual pode ser armazenado por um longo tempo quando a pressão aumenta. Vamos dar uma olhada mais de perto nesta substância e sua estrutura química.
O dióxido de carbono, cuja fórmula é CO2, é composto por carbono e oxigênio e é obtido pela combustão ou decomposição de substâncias orgânicas. O monóxido de carbono é encontrado no ar e em fontes minerais subterrâneas. Humanos e animais também emitem dióxido de carbono quando expiram. As plantas sem luz a liberam e a absorvem intensamente durante a fotossíntese. Graças ao processo metabólico das células de todos os seres vivos, o monóxido de carbono é um dos principais componentes da natureza circundante.
Esse gás não é tóxico, mas se se acumular em altas concentrações pode começar a asfixia (hipercapnia) e, com sua deficiência, desenvolve-se o quadro oposto - hipocapnia. O dióxido de carbono transmite e reflete infravermelho. É o que afeta diretamente o aquecimento global. Isso se deve ao fato de que o nível de seu conteúdo na atmosfera aumenta constantemente, o que leva ao efeito estufa.
O dióxido de carbono é produzido industrialmente a partir de gases de fumaça ou de fornos, ou pela decomposição de dolomita e carbonatos de calcário. A mistura desses gases é cuidadosamente lavada com uma solução especial de carbonato de potássio. Em seguida, transforma-se em bicarbonato e se decompõe quando aquecido, resultando na liberação de dióxido de carbono. O dióxido de carbono (H2CO3) é formado a partir do dióxido de carbono dissolvido em água, mas nas condições modernas também é obtido por outros métodos mais avançados. Depois que o dióxido de carbono é purificado, ele é comprimido, resfriado e bombeado para cilindros.
Na indústria, esta substância é amplamente e universalmente utilizada. Os produtores de alimentos utilizam-no como fermento (por exemplo, para fazer massa) ou como conservante (E290). Com a ajuda do dióxido de carbono, são produzidas diversas bebidas tônicas e refrigerantes, tão apreciadas não só pelas crianças, mas também pelos adultos. O dióxido de carbono é usado na produção de bicarbonato de sódio, cerveja, açúcar e vinhos espumantes.
O dióxido de carbono também é utilizado na produção de extintores de incêndio eficazes. Com a ajuda do dióxido de carbono, é criado um meio ativo, necessário em altas temperaturas do arco de soldagem, o dióxido de carbono se decompõe em oxigênio e monóxido de carbono. O oxigênio interage com o metal líquido e o oxida. O dióxido de carbono em latas é usado em armas de ar comprimido e pistolas.
Os modeladores de aeronaves usam essa substância como combustível para seus modelos. Com a ajuda do dióxido de carbono, você pode aumentar significativamente o rendimento das culturas cultivadas em estufa. Também é amplamente utilizado na indústria, onde os produtos alimentícios são muito melhor conservados. É utilizado como refrigerante em geladeiras, freezers, geradores elétricos e outras usinas termelétricas.
Propriedades físicas e químicas do dióxido de carbono
DEFINIÇÃO
O dióxido de carbono (dióxido de carbono, anidrido carbônico, dióxido de carbono) é monóxido de carbono (IV).
A fórmula é \(\ \mathrm(CO)_(2) \). Massa molar – 44 g/mol.
Propriedades químicas do dióxido de carbono
O dióxido de carbono pertence à classe dos óxidos ácidos, ou seja, Ao interagir com a água, forma um ácido chamado ácido carbônico. O ácido carbônico é quimicamente instável e no momento da formação se decompõe imediatamente em seus componentes, ou seja, A reação entre o dióxido de carbono e a água é reversível:
\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \leftrightarrow \mathrm(CO)_(2) \times \mathrm(H)_(2) \ mathrm(O)(\text (solução)) \leftrightarrow \mathrm(H)_(2) \mathrm(CO)_(3) \).
Quando aquecido, o dióxido de carbono se decompõe em monóxido de carbono e oxigênio:
\(\ 2 \mathrm(CO)_(2)=2 \mathrm(CO)+\mathrm(O)_(2) \)
Como todos os óxidos ácidos, o dióxido de carbono é caracterizado por reações de interação com óxidos básicos (formados apenas por metais ativos) e bases:
\(\ \mathrm(CaO)+\mathrm(CO)_(2)=\mathrm(CaCO)_(3) \);
\(\ \mathrm(Al)_(2) \mathrm(O)_(3)+3 \mathrm(CO)_(2)=\mathrm(Al)_(2)\left(\mathrm(CO) _(3)\direita)_(3)\);
\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(NaOH)_((\text ( diluir )))=\mathrm(NaHCO)_(3) \);
\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(NaOH)_((\mathrm(conc)))=\mathrm(Na)_(2) \mathrm(CO)_(3)+\ matemática(H)_(2) \matrm(O) \).
O dióxido de carbono não suporta combustão; apenas metais ativos queimam nele:
\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Mg)=\mathrm(C)+2 \mathrm(MgO)\left(\mathrm(t)^(\circ)\right) \) ;
\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Ca)=\mathrm(C)+2 \mathrm(CaO)\left(\mathrm(t)^(\circ)\right) \) .
O dióxido de carbono reage com substâncias simples como hidrogênio e carbono:
\(\ \mathrm(CO)_(2)+4 \mathrm(H)_(2)=\mathrm(CH)_(4)+2 \mathrm(H)_(2) \mathrm(O)\ esquerda(\mathrm(t)^(\circ), \mathrm(kat)=\mathrm(Cu)_(2) \mathrm(O)\right) \);
\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(C)=2 \mathrm(CO)\left(\mathrm(t)^(\circ)\right) \).
Quando o dióxido de carbono reage com peróxidos de metais ativos, formam-se carbonatos e libera-se oxigênio:
\(\ 2 \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Na)_(2) \mathrm(O)_(2)=2 \mathrm(Na)_(2) \mathrm(CO)_ (3)+\mathrm(O)_(2) \uparrow \).
Uma reação qualitativa ao dióxido de carbono é a reação de sua interação com água de cal (leite), ou seja, com hidróxido de cálcio, no qual se forma um precipitado branco - carbonato de cálcio:
\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(Ca)(\mathrm(OH))_(2)=\mathrm(CaCO)_(3 \downarrow)+\mathrm(H)_(2 ) \matrm(O) \).
Propriedades físicas do dióxido de carbono O dióxido de carbono é uma substância gasosa sem cor ou odor. Mais pesado que o ar. Termicamente estável. Quando comprimido e resfriado, transforma-se facilmente nos estados líquido e sólido. O dióxido de carbono em estado agregado sólido é chamado de “gelo seco” e sublima facilmente à temperatura ambiente. O dióxido de carbono é pouco solúvel em água e reage parcialmente com ela. Densidade – 1,977 g/l.
Produção e utilização de dióxido de carbono Existem métodos industriais e laboratoriais para a produção de dióxido de carbono. Assim, na indústria é obtido pela queima do calcário (1), e no laboratório pela ação de ácidos fortes sobre os sais de ácido carbônico (2):
\(\ \mathrm(CaCO)_(3)=\mathrm(CaO)+\mathrm(CO)_(2)\left(\mathrm(t)^(\circ)\right)(1) \);
\(\ \mathrm(CaCO)_(3)+2 \mathrm(HCl)=\mathrm(CaCl)_(2)+\mathrm(CO)_(2) \uparrow+\mathrm(H)_(2) \matrm(O)(2)\).
O dióxido de carbono é utilizado nas indústrias alimentícia (limonada carbonatada), química (controle de temperatura na produção de fibras sintéticas), metalúrgica (proteção ambiental, como precipitação de gás marrom) e outras.
Exemplos de resolução de problemas
Tarefa Que volume de dióxido de carbono será liberado pela ação de 200 g de uma solução de ácido nítrico a 10% por 90 g de carbonato de cálcio contendo 8% de impurezas insolúveis em ácido? Solução Massas molares de ácido nítrico e carbonato de cálcio, calculadas pela tabela de elementos químicos D.I. Mendeleev - 63 e 100 g/mol, respectivamente. Vamos escrever a equação para a dissolução do calcário em ácido nítrico:
\(\ \mathrm(CaCO)_(3)+2 \mathrm(HNO)_(3) \rightarrow \mathrm(Ca)\left(\mathrm(NO)_(3)\right)_(2)+ \mathrm(CO)_(2) \uparrow+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \).
\(\ \omega\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=100 \%-\omega_(\text ( mistura ))=100 \%-8 \% =92\%=0,92\).
Então, a massa de carbonato de cálcio puro é:
\(\ m\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=\mathrm(m)_(\text ( calcário )) \times \omega\left(\mathrm (CaCO)_(3)\direita)_(\mathrm(cl)) / 100 \% \);
\(\ \mathrm(m)\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=90 \times 92/100 \%=82,8 \mathrm(g) \ ).
A quantidade de substância carbonato de cálcio é igual a:
\(\n\left(C a C O_(3)\right)=m\left(C a C O_(3)\right)_(C l) / M\left(C a C O_(3)\ certo) \);
\(\n\esquerda(\mathrm(CaCO)_(3)\direita)=82,8 / 100=0,83 \mathrm(mol)\)
A massa de ácido nítrico em solução será igual a:
\(\ \mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)=\mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)_(\text (solução )) \times \omega\left(\mathrm(HNO)_(3)\right) / 100 \% \);
\(\ \mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)=200 \times 10/100 \%=20 \mathrm(g) \)
A quantidade de ácido nítrico de cálcio é igual a:
\(\ \mathrm(n)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right)=\mathrm(m)\left(\mathrm(HNO)_(3)\right) / \mathrm(M) \esquerda(\mathrm(HNO)_(3)\direita) \)
\(\n\esquerda(H N O_(3)\direita)=20/63=0,32 \) mol
Ao comparar as quantidades de substâncias que reagiram, determinamos que o ácido nítrico está em falta, portanto, outros cálculos são feitos com ácido nítrico. De acordo com a equação de reação \(\n(H N O 3) : n(C O 2)=2: 1\), portanto n(CO2) = 1/2×n(HNO3) = 0,16 mol. Então, o volume de dióxido de carbono será igual a:
V(CO2) = n(CO2)×Vm ;
V(CO2) = 0,16×22,4 = 3,58g.
Resposta O volume de dióxido de carbono é 3,58 g.
Tarefa Encontre o volume de dióxido de carbono pesando 35 g.
Solução A massa de uma substância e seu volume estão relacionados entre si através da quantidade de substância. Vamos escrever as fórmulas para calcular a quantidade de uma substância usando sua massa e volume:
\(\ \mathrm(n)=\mathrm(m) / \mathrm(M) \);
\(\ \mathrm(n)=\mathrm(V) / \mathrm(V)_(\mathrm(m)) \).
Iguale as expressões escritas à direita e expresse o volume:
\(\ \mathrm(m) / \mathrm(M)=\mathrm(V) / \mathrm(V)_(\mathrm(m)) \);
\(\ \mathrm(V)=\mathrm(m) \times \mathrm(V)_(\mathrm(m)) / \mathrm(M) \).
Vamos calcular o volume de dióxido de carbono usando a fórmula derivada. Massa molar de dióxido de carbono, calculada usando a tabela de elementos químicos de D.I. Mendeleev – 44 g/mol.
\(\V\esquerda(C O_(2)\direita)=35 \vezes 22,4 / 44=17,82 \) l.
Resposta O volume de dióxido de carbono é de 17,82 litros.
Os processos mais comuns para a formação deste composto são o apodrecimento de restos animais e vegetais, a combustão de vários tipos de combustível e a respiração de animais e plantas. Por exemplo, uma pessoa emite cerca de um quilograma de dióxido de carbono na atmosfera por dia. O monóxido e o dióxido de carbono também podem ser formados na natureza inanimada. O dióxido de carbono é liberado durante a atividade vulcânica e também pode ser produzido a partir de fontes de água mineral. O dióxido de carbono é encontrado em pequenas quantidades na atmosfera terrestre.
As peculiaridades da estrutura química deste composto permitem que ele participe de diversas reações químicas, cuja base é o dióxido de carbono.
Fórmula
No composto desta substância, o átomo de carbono tetravalente forma uma ligação linear com duas moléculas de oxigênio. A aparência de tal molécula pode ser representada da seguinte forma:
A teoria da hibridização explica a estrutura da molécula de dióxido de carbono da seguinte forma: as duas ligações sigma existentes são formadas entre os orbitais sp dos átomos de carbono e os dois orbitais 2p do oxigênio; Os orbitais p do carbono, que não participam da hibridização, estão ligados em conjunto com orbitais semelhantes do oxigênio. Nas reações químicas, o dióxido de carbono é escrito como: CO 2.
Propriedades físicas
Em condições normais, o dióxido de carbono é um gás incolor e inodoro. É mais pesado que o ar, razão pela qual o dióxido de carbono pode se comportar como um líquido. Por exemplo, pode ser despejado de um recipiente para outro. Esta substância é ligeiramente solúvel em água - cerca de 0,88 litros de CO 2 dissolvem-se em um litro de água a 20 ⁰C. Uma ligeira diminuição da temperatura muda radicalmente a situação - 1,7 litros de CO 2 podem dissolver-se no mesmo litro de água a 17⁰C. Com forte resfriamento, essa substância precipita na forma de flocos de neve - forma-se o chamado “gelo seco”. Esse nome vem do fato de que, à pressão normal, a substância, contornando a fase líquida, transforma-se imediatamente em gás. O dióxido de carbono líquido é formado a uma pressão ligeiramente acima de 0,6 MPa e à temperatura ambiente.
Propriedades quimicas
Ao interagir com agentes oxidantes fortes, o dióxido de 4 carbono exibe propriedades oxidantes. A reação típica desta interação é:
C + CO 2 = 2CO.
Assim, com a ajuda do carvão, o dióxido de carbono é reduzido à sua modificação divalente - o monóxido de carbono.
Em condições normais, o dióxido de carbono é inerte. Mas alguns metais ativos podem queimar nele, removendo o oxigênio do composto e liberando gás carbônico. Uma reação típica é a combustão do magnésio:
2Mg + CO 2 = 2MgO + C.
Durante a reação, formam-se óxido de magnésio e carbono livre.
Em compostos químicos, o CO 2 frequentemente exibe as propriedades de um óxido ácido típico. Por exemplo, reage com bases e óxidos básicos. O resultado da reação são sais de ácido carbônico.
Por exemplo, a reação de um composto de óxido de sódio com dióxido de carbono pode ser representada da seguinte forma:
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3;
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O;
NaOH + CO 2 = NaHCO 3.
Solução de ácido carbônico e CO 2
O dióxido de carbono na água forma uma solução com um pequeno grau de dissociação. Esta solução de dióxido de carbono é chamada de ácido carbônico. É incolor, fracamente expresso e tem sabor azedo.
Registrando uma reação química:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.
O equilíbrio é fortemente deslocado para a esquerda - apenas cerca de 1% do dióxido de carbono inicial é convertido em ácido carbônico. Quanto maior a temperatura, menos moléculas de ácido carbônico na solução. Quando o composto ferve, ele desaparece completamente e a solução se desintegra em dióxido de carbono e água. A fórmula estrutural do ácido carbônico é apresentada abaixo.
Propriedades do ácido carbônico
O ácido carbônico é muito fraco. Em soluções, ele se decompõe em íons de hidrogênio H + e compostos HCO 3 -. CO 3 - os íons são formados em quantidades muito pequenas.
O ácido carbônico é dibásico, portanto os sais por ele formados podem ser médios e ácidos. Na tradição química russa, os sais médios são chamados de carbonatos e os sais fortes são chamados de bicarbonatos.
Reação qualitativa
Uma forma possível de detectar o gás dióxido de carbono é alterar a clareza da argamassa de cal.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Essa experiência é conhecida em um curso escolar de química. No início da reação, forma-se uma pequena quantidade de precipitado branco, que posteriormente desaparece quando o dióxido de carbono passa pela água. A mudança na transparência ocorre porque durante o processo de interação, um composto insolúvel - o carbonato de cálcio - é convertido em uma substância solúvel - o bicarbonato de cálcio. A reação prossegue ao longo deste caminho:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.
Produção de dióxido de carbono
Se precisar obter uma pequena quantidade de CO2, você pode iniciar a reação do ácido clorídrico com carbonato de cálcio (mármore). A notação química para esta interação é assim:
CaCO 3 + HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.
Também para este fim, são utilizadas reações de combustão de substâncias contendo carbono, por exemplo, acetileno:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.
Um aparelho Kipp é usado para coletar e armazenar a substância gasosa resultante.
Para as necessidades da indústria e da agricultura, a escala de produção de dióxido de carbono deve ser grande. Um método popular para esta reação em larga escala é queimar calcário, que produz dióxido de carbono. A fórmula da reação é dada abaixo:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Aplicações de dióxido de carbono
A indústria alimentar, após a produção em larga escala de “gelo seco”, mudou para um método fundamentalmente novo de armazenamento de alimentos. É indispensável na produção de refrigerantes e águas minerais. O teor de CO 2 nas bebidas confere-lhes frescura e aumenta significativamente o prazo de validade. E a carbidização das águas minerais permite evitar mofo e sabores desagradáveis.
Na culinária, costuma-se usar o método de extinção do ácido cítrico com vinagre. O dióxido de carbono liberado confere maciez e leveza aos produtos de confeitaria.
Este composto é frequentemente usado como aditivo alimentar para aumentar a vida útil de produtos alimentícios. De acordo com as normas internacionais para classificação de aditivos químicos contidos em produtos, é codificado E 290,
O dióxido de carbono em pó é uma das substâncias mais populares incluídas nas misturas extintoras de incêndio. Esta substância também é encontrada na espuma de extintores de incêndio.
É melhor transportar e armazenar dióxido de carbono em cilindros metálicos. Em temperaturas acima de 31⁰C, a pressão no cilindro pode atingir o nível crítico e o CO 2 líquido entrará em um estado supercrítico com um aumento acentuado na pressão operacional para 7,35 MPa. O cilindro metálico pode suportar pressões internas de até 22 MPa, portanto a faixa de pressão em temperaturas acima de trinta graus é considerada segura.
