Полезни съвети

Какво е CO2?

Pin
Send
Share
Send
Send


Въглероден диоксид (въглероден диоксид, въглероден диоксид, CO2) се образува при взаимодействието на два елемента - кислород и въглерод. Въглеродният диоксид се образува при изгарянето на въглеводородни съединения или въглища, в резултат на ферментация на течности, а също и като продукт на дишане на животни и хора. В атмосферата се съдържа в малки количества. Растенията абсорбират въглеродния диоксид от атмосферата и го превръщат в органични компоненти. Ако този газ изчезне от атмосферата на Земята, практически няма да има дъжд и ще стане видимо по-хладно.

Свойства на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид е по-тежък от въздуха. Замръзва при -78 ° C. При замразяване въглеродът се образува от въглероден диоксид. Под формата на разтвор въглеродният диоксид образува въглеродна киселина. Поради някои свойства, въглеродният диоксид понякога се нарича "одеяло" на Земята. Лесно предава ултравиолетови лъчи. Инфрачервените лъчи се излъчват от повърхността на въглероден диоксид в космоса.

Въглеродният диоксид се отделя в течна форма при ниска температура, в течна форма при високо налягане и в газообразна форма. Газообразната форма на въглероден диоксид се получава от отпадъчните газове при производството на алкохоли, амоняк, а също и в резултат на изгарянето на гориво. Газът на въглероден диоксид е нетоксичен и неексплозивен газ, без мирис и безцветен. В течна форма въглеродният диоксид е безцветна и без мирис течност. Със съдържание над 5% въглеродният диоксид се натрупва в областта на пода в помещения с лоша вентилация. Намаляването на обемната фракция на кислорода във въздуха може да доведе до недостиг на кислород и задушаване. Ембриолозите са установили, че човешките и животинските клетки се нуждаят от около 7% въглероден диоксид и само 2% кислород. Въглеродният диоксид е успокоително средство на нервната система и отличен анестетик. Газът в човешкото тяло участва в синтеза на аминокиселини, има съдоразширяващ ефект. Липсата на въглероден диоксид в кръвта води до спазъм на кръвоносните съдове и гладката мускулатура на всички органи, до увеличаване на секрецията в носните проходи, бронхите и до развитие на полипи и аденоиди, до стягане на мембраните поради отлагането на холестерола.

Производство на въглероден диоксид

Има няколко метода за производство на въглероден диоксид. В промишлеността въглеродният диоксид се получава от доломит, варовик - продукти от разпадането на естествените карбонати, както и от пещните газове. Газовата смес се промива с разтвор на калиев карбонат. Сместа абсорбира въглероден диоксид и се превръща в бикарбонат. Разтворът на бикарбонат се нагрява и той се разлага и отделя въглероден диоксид. При промишлен процес въглеродният диоксид се изпомпва в цилиндри.

В лаборатории производството на въглероден диоксид се основава на взаимодействието на бикарбонати и карбонати с киселини.

Приложения за въглероден диоксид

В ежедневната практика въглеродният диоксид се използва доста често. В хранително-вкусовата промишленост въглеродният диоксид се използва като бакпулвер и като консервант. Той е посочен на опаковката на продукта под код E290. Свойствата на въглеродния диоксид се използват и при производството на газирана вода.

Биохимиците са открили, че за увеличаване на добива на различни култури е много ефективно да се наторява въздухът с въглероден диоксид. Този метод на торене обаче може да се използва само в оранжерии. В селското стопанство газът се използва за създаване на изкуствен дъжд. Когато неутрализира алкална среда, въглеродният диоксид замества мощните минерални киселини. В зеленчуковите магазини въглеродният диоксид се използва за създаване на газова среда.

В парфюмерийната промишленост въглеродният диоксид се използва при производството на парфюми. В медицината въглеродният диоксид се използва за антисептични ефекти по време на открити операции.

Когато се охлади, въглеродният диоксид се превръща в „сух лед“. Втечнен въглероден диоксид се опакова в цилиндри и се изпраща на потребителите. Въглеродният диоксид под формата на "сух лед" се използва за запазване на храната. Такъв лед се изпарява без нагряване при нагряване.

Въглеродният диоксид се използва като активна среда при заваряване на тел. При заваряване въглеродният диоксид се разлага на кислород и въглероден оксид. Кислородът взаимодейства с течния метал и го окислява.

При моделирането на самолети въглеродният диоксид се използва като източник на енергия за двигателите. Въглеродният диоксид в спрей кутии се използва във въздушните оръжия.

Какво е въглероден диоксид?

Въглеродният диоксид е познат главно в газообразно състояние, т.е. като въглероден диоксид с простата химическа формула CO2. В тази форма той съществува при нормални условия - при атмосферно налягане и "обикновени" температури. Но при повишено налягане, над 5 850 kPa (такова например налягане на дълбочина на морето от около 600 m), този газ се превръща в течност. А при силно охлаждане (минус 78,5 ° С) кристализира и се превръща в така наречения сух лед, който се използва широко в търговията за съхранение на замразени продукти в хладилници.

Течният въглероден диоксид и сухият лед се получават и прилагат в човешката дейност, но тези форми са нестабилни и лесно се разпадат.

Но газообразният въглероден диоксид е навсякъде: той се отделя по време на дишането на животни и растения и е важен компонент от химичния състав на атмосферата и океана.

Свойства на въглероден диоксид

Въглеродният диоксид CO2 е безцветен и без мирис. При обикновени условия то няма вкус. Въпреки това, когато вдишвате високи концентрации на въглероден диоксид, можете да почувствате кисел вкус в устата си, причинен от факта, че въглеродният диоксид се разтваря върху лигавиците и в слюнката, образувайки слаб разтвор на въглеродна киселина.

Между другото, именно способността на въглеродния диоксид да се разтваря във вода, която се използва за получаване на пенлива вода. Мехурчета лимонада - същият въглероден диоксид. Първият воден сатуратор на CO2 е изобретен още през 1770 г., а вече през 1783 г. предприемчивият швейцарец Jacob Schwepp започва индустриално производство на сода (запазената марка Schweppes все още съществува).

Въглеродният диоксид е 1,5 пъти по-тежък от въздуха, поради което той има тенденция да се "утаява" в долните си слоеве, ако помещението е слабо проветрено. Ефектът от "кучешката пещера" е известен, при който CO2 се отделя директно от земята и се натрупва на височина около половин метър. Възрастен, попадайки в такава пещера, в разгара на растежа си не усеща излишък от въглероден диоксид, но кучетата се оказват директно в дебел слой въглероден диоксид и се отровят.

CO2 не поддържа горенето, поради което се използва в пожарогасители и пожарогасителни системи. Фокусът върху гасенето на горяща свещ със съдържанието на уж празна чаша (и всъщност въглероден диоксид) се основава на това свойство на въглероден диоксид.

Въглероден диоксид в природата: природни източници

Въглеродният диоксид в природата се образува от различни източници:

  • Дишането на животни и растения.
    Всеки ученик знае, че растенията абсорбират въглероден диоксид CO2 от въздуха и го използват при фотосинтезата. Някои домакини се опитват да попълнят недостатъците на свежа вентилация с изобилие от стайни растения. Растенията обаче не само абсорбират, но и отделят въглероден диоксид при липса на светлина - това е част от дихателния процес. Следователно джунглата в слабо проветрива спалня не е добра идея: през нощта нивата на CO2 ще се увеличат още повече.
  • Вулканична дейност.
    Въглеродният диоксид е част от вулканичните газове. В райони с висока вулканична активност CO2 може да се отделя директно от земята - от пукнатини и разломи, наречени мофети. Концентрацията на въглероден диоксид в долините с мофети е толкова висока, че много малки животни умират, когато стигнат до там.
  • Разлагане на органични вещества.
    Въглеродният диоксид се образува по време на изгарянето и разлагането на органиката. Обемните емисии на природен въглероден диоксид придружават горските пожари.

Въглеродният диоксид се „съхранява“ в природата под формата на въглеродни съединения в минерали: въглища, нефт, торф, варовик. Гигантските запаси от CO2 са разтворени в океаните.

Изпускането на въглероден диоксид от открит резервоар може да доведе до линологична катастрофа, както се случи например през 1984 и 1986 г. в езерата Манун и Ниос в Камерун. И двете езера, образувани на мястото на вулканични кратери - сега са изчезнали, но в дълбините на вулканичната магма все още излъчват въглероден диоксид, който се издига до водите на езерата и се разтваря в тях. В резултат на редица климатични и геоложки процеси концентрацията на въглероден диоксид във водите надвишава критичната стойност. В атмосферата се отдели огромно количество въглероден диоксид, който като лавина се спускаше по планинските склонове. Около 1800 души станаха жертва на линологични бедствия на камерунските езера.

Източници на изкуствен въглероден диоксид

Основните антропогенни източници на въглероден диоксид са:

  • промишлени емисии, свързани с горивни процеси,
  • автомобилен транспорт.

Въпреки факта, че делът на зеления транспорт в света расте, огромната част от населението на света няма скоро да има възможност (или желание) да премине към нови автомобили.

Активното обезлесяване за промишлени цели също води до увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид CO2 във въздуха.

Въглероден диоксид в човешкото тяло

CO2 е един от крайните продукти на метаболизма (разграждането на глюкозата и мазнините). Секретира се в тъканите и се пренася с помощта на хемоглобин в белите дробове, през които се издишва. Около 4,5% въглероден диоксид (45 000 ppm) е 60-110 пъти повече във въздуха, издишан от човек, отколкото в вдишания въздух.

Въглеродният диоксид играе голяма роля за регулирането на кръвоснабдяването и дишането. Увеличаването на нивото на CO2 в кръвта кара капилярите да се разширяват, пускайки повече кръв, която доставя кислород до тъканите и премахва въглеродния диоксид.

Дихателната система също се стимулира от увеличаване на въглеродния диоксид, а не от липса на кислород, както може да изглежда. Всъщност липсата на кислород не се усеща дълго време от тялото и е напълно възможно човек да загуби съзнание в разреден въздух, преди да почувства липса на въздух. Стимулиращото свойство на CO2 се използва в апаратите за изкуствено дишане: там въглеродният диоксид се смесва с кислород за „стартиране“ на дихателната система.

Въглероден диоксид и ние: каква е опасността от CO2

Въглеродният диоксид е необходим за човешкото тяло, както и кислорода. Но точно както с кислорода, излишъкът от въглероден диоксид вреди на благосъстоянието ни.

Високата концентрация на CO2 във въздуха води до интоксикация на организма и причинява състояние на хиперкапния. При хиперкапния човек има затруднено дишане, гадене, главоболие и дори може да загуби съзнание. Ако съдържанието на въглероден диоксид не намалее, тогава идва ред на хипоксия - кислороден глад. Факт е, че и въглеродният диоксид, и кислородът се движат през тялото с един и същ „транспорт“ - хемоглобин. Обикновено те "пътуват" заедно, привързвайки се към различни места в молекулата на хемоглобина. Въпреки това, повишената концентрация на въглероден диоксид в кръвта намалява способността на кислорода да се свързва с хемоглобина. Количеството кислород в кръвта намалява и настъпва хипоксия.

Такива нездравословни последици за организма възникват при вдишване на въздух със съдържание на CO2 над 5000 ppm (това може да бъде въздух в мини, например). Честно казано, в обикновения живот на практика не срещаме такъв въздух. Въпреки това много по-ниската концентрация на въглероден диоксид влияе на здравето не по най-добрия начин.

Според откритията на някои проучвания, вече 1000 ppm CO2 причинява умора и главоболие при половината от субектите. Много хора започват да изпитват задух и дискомфорт още по-рано. С по-нататъшно увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид до 1500 - 2500 ppm, производителността е критично намалена, мозъкът е "мързелив" да поеме инициативата, да обработва информация и да взема решения.

И ако нивото от 5000 ppm е почти невъзможно в ежедневието, тогава 1000 и дори 2500 ppm могат лесно да бъдат част от реалността на съвременния човек. Експериментът ни в училище показа, че в по-рядко проветряваните училищни часове нивата на CO2 се задържат над 1500 ppm през повечето време и понякога скачат над 2000 ppm. Има всички основания да се предполага, че в много офиси и дори апартаменти ситуацията е подобна.

Физиолозите смятат 800 ppm за безопасни за здравето на човек.

Друго проучване установи връзка между нивата на CO2 и оксидативния стрес: колкото по-високо е нивото на въглеродния диоксид, толкова повече страдаме от оксидативен стрес, който разрушава клетките на нашето тяло.

CO2 като страничен продукт от парна риформинг на СН4 и други въглеводороди във водород H2

Водородът H2 се изисква от промишлеността, предимно за неговото използване в производството на амоняк NH3 (процес Хабер, каталитична реакция на водород и азот), амонякът е необходим и за производството на минерални торове и азотна киселина. Водородът може да се произвежда по различни начини, включително електролиза на вода, която еколозите обичат да използват - обаче, за съжаление, в този момент всички методи за производство на водород, с изключение на въглеводородното реформиране, са абсолютно икономически неоправдани в голям мащаб, освен ако няма излишък от „безплатно“ електричество. Следователно, основният метод за получаване на водород, по време на който също се отделя въглероден диоксид, е парна реформиране на метан: при температура около 700. 1100 ° С и налягане 3. 25 бара, в присъствието на катализатор, водната пара H2O реагира с метан СН4 с освобождаването на синтез газ (ендотермичен процес, тоест върви с усвояване на топлина):
CH4 + H2O (+ топлина) → CO + 3H2

По подобен начин пропанът може да бъде реформиран на пара:
C3H8 + 3H2O (+ топлина) → 2CO + 7H2

Както и етанол (етилов алкохол):
C2H5OH + H2O (+ топлина) → 2CO + 4H2

Дори бензинът може да бъде реформиран с пара. Бензинът съдържа повече от 100 различни химични съединения, реакциите на парна риформинг на изооктан и толуен са показани по-долу:
C8H18 + 8H2O (+ топлина) → 8CO + 17H2
C7H8 + 7H2O (+ топлина) → 7CO + 11H2

И така, в процеса на парна риформинг на едно или друго въглеводородно гориво са получени водород и въглероден окис CO (въглероден оксид). На следващия етап от процеса на производство на водород въглеродният окис в присъствието на катализатор претърпява реакция на движението на кислородния атом O от вода към газ = CO се окислява до CO2 и водородът H2 се освобождава в свободна форма. Реакцията е екзотермична, тя произвежда около 40,4 kJ / mol топлина:
CO + H2O → CO2 + H2 (+ топлина)

В индустриалната среда въглеродният диоксид CO2, отделен по време на парна риформинг на въглеводороди, е лесен за изолиране и събиране. Въпреки това, CO2 в този случай е нежелан страничен продукт, простото му свободно освобождаване в атмосферата, въпреки че сега е преобладаващият начин да се отървете от CO2, е нежелателно от гледна точка на околната среда и някои предприятия използват по-модерни методи, като например инжектиране CO2 в нефтените находища с намаляващ дебит или изпомпването му в океана.

Производство на CO2 за пълно изгаряне на въглеводородни горива

При изгаряне, тоест окисляване на достатъчно количество кислород с въглеводороди, като метан, пропан, бензин, керосин, дизелово гориво и др., Се образува въглероден диоксид и обикновено вода. Например реакцията на изгаряне на метан СН4 изглежда така:
СН4 + 2O2 → СО2 + 2Н2О

CO2 като страничен продукт от производството на H2 чрез частично окисляване на горивото

Около 95% от индустриалния водород в света се произвежда по описания по-горе метод за парна реформиране на въглеводородни горива, предимно метан СН4, съдържащ се в природен газ. В допълнение към реформеното пара, водородът може да се получи и от въглеводородни горива с доста висока ефективност чрез метода за частично окисляване, когато метанът и другите въглеводороди реагират с недостатъчно количество кислород за пълно изгаряне на горивото (припомнете си, че по време на пълното изгаряне на горивото, накратко описано малко по-горе, се получава въглероден диоксид CO2 и газ H20). Когато се подава по-малко количество кислород от стехиометричния, реакционните продукти са предимно водород Н2 и въглероден оксид, това е въглероден окис СО, а въглеродният диоксид СО2 и някои други вещества се произвеждат в малки количества. Тъй като обикновено на практика този процес се осъществява не с пречистен кислород, а с въздух, на входа и изхода на процеса има азот, който не участва в реакцията.

Частичното окисляване е екзотермичен процес, тоест в резултат на реакцията се генерира топлина. Частичното окисляване по правило протича много по-бързо от реформеното пара и изисква по-малък реактор. Както се вижда от примера на реакциите по-долу, първоначално частичното окисляване произвежда по-малко водород на единица гориво, отколкото се получава в процеса на реформиране на пара.

Частичното окисляване на метан СН4:
СН4 + ½O2 → CO + H2 (+ топло)

Частичное окисление бензина на примере изооктана и толуола, из более чем ста химических соединений, присутствующих в бензине:
C8Н18 + 4O2 → 8CO + 9H2 (+ тепло)
C7Н18 + 3½O2 → 7CO + 4H2 (+ тепло)

Для конвертации CO в углекислый газ и получения дополнительного водорода используется уже упомянутая в описании процесса парового реформинга реакция сдвига кислорода вода→газ:
CO + H2O → CO2 + H2 (+ небольшое количество тепла)

CO2 при ферментации сахара

При производството на алкохолни напитки и хлебни изделия от тесто с мая се използва процесът на ферментация на захарите - глюкоза, фруктоза, захароза и др., С образуването на етилов алкохол C2H5OH и въглероден диоксид CO2. Например реакцията на ферментация на глюкоза C6H12O6 е следната:
C6Н12О6 → 2С2Н5OH + 2CO2

А фруктозната ферментация C12H22O11 - изглежда така:
C12Н22О11 + Н2O → 4C2Н5OH + 4CO2


Wittemann CO2 Производствено оборудване

При производството на алкохолни напитки полученият алкохол е желан и дори може да се каже, че е необходим продукт на реакцията на ферментация. Въглеродният диоксид понякога се отделя в атмосферата, а понякога се оставя в напитката за неговото карбонизиране. При печенето на хляб всичко се случва обратното: CO2 е необходим за образуването на мехурчета, които причиняват тестото да се покачва, а етиловият алкохол се изпарява почти напълно по време на печене.

Много предприятия, предимно дестилерии, за които СО2 е напълно ненужен страничен продукт, установиха неговото събиране и продажба. Газ от ферментационните резервоари чрез алкохолни капани се подава в цеха за въглероден диоксид, където CO2 се пречиства, втечнява и бутилира. Всъщност именно дестилерии в много региони са основните доставчици на въглероден диоксид - и за много от тях продажбата на въглероден диоксид в никакъв случай не е последният източник на доходи.

Има цяла индустрия на оборудване за производство на чист въглероден диоксид в пивоварни и дестилерии (Huppmann / GEA Brewery, Wittemann и други), както и директното му производство от въглеводородни горива. Доставчиците на газ като Air Products и Air Liquide също инсталират станции за емисии на CO.2 и последващото му почистване, втечняване на бензиностанцията.

CO2 при производството на негасена вар CaO от CaCO3

Производственият процес на широко използвания бърз вар CaO също има въглероден диоксид като страничен продукт на реакцията. Реакцията на разлагане на CaCO3 варовик е ендотермична, има нужда от температура от порядъка на + 850 ° C и изглежда така:
CaCO3 → CaO + CO2

Ако варовикът (или друг метален карбонат) реагира с киселина, тогава въглеродният диоксид H2CO3 се отделя като един от продуктите на реакцията. Например, солна киселина HCl реагира с варовик (калциев карбонат) CaCO3, както следва:
2HCl + CaCO3 → CaCl2 + Н2CO3

Въглеродната киселина е много нестабилна и при атмосферни условия бързо се разлага във вода на CO2 и H2O.

"Одеялото на Земята"

Въглероден диоксид (въглероден диоксид, въглероден диоксид, CO2) се образува чрез комбиниране на два елемента: въглерод и кислород. Образува се по време на изгарянето на въглища или въглеводородни съединения, по време на ферментацията на течности, а също и като продукт на дишането на хора и животни. В малки количества се намира и в атмосферата, откъдето се усвоява от растенията, които от своя страна произвеждат кислород.

Въглеродният диоксид е безцветен и по-тежък от въздуха. Той замръзва при температура -78,5 ° C с образуването на сняг, състоящ се от въглероден диоксид. Под формата на воден разтвор, той образува въглеродна киселина, но той няма достатъчна стабилност, така че да бъде лесно изолиран.

Въглеродният диоксид е „одеялото“ на Земята. Той лесно предава ултравиолетовите лъчи, които загряват нашата планета и отразява инфрачервените лъчи, излъчвани от нейната повърхност, в космическото пространство. И ако изведнъж въглеродният диоксид изчезне от атмосферата, тогава това ще се отрази предимно на климата. На Земята ще стане много по-хладно, дъждовете ще падат много рядко. До какво това в крайна сметка ще доведе не е трудно да се предположи.

Вярно е, че такава катастрофа все още не ни заплашва. По-вероятно е точно обратното. Изгарянето на органични вещества: нефт, въглища, природен газ, дърво - постепенно увеличава съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата. Така че с времето трябва да изчакаме значително затопляне и овлажняване на земния климат. Между другото, старейшините смятат, че вече е осезаемо по-топло, отколкото беше през младостта им.

Предлага се въглероден диоксид течна ниска температуратечност с високо налягане и газообразен, Получава се от отпадъчните газове от производството на амоняк и алкохол, както и от специално изгаряне на горива и други отрасли. Газообразният въглероден диоксид е газ без цвят и миризма при температура 20 ° C и налягане 101,3 kPa (760 mm Hg), плътност - 1,839 kg / m 3. Течният въглероден диоксид е безцветна течност без мирис.

Въглероден диоксид нетоксичен и неексплозивен. При концентрации над 5% (92 g / m 3) въглеродният диоксид има вредно влияние върху човешкото здраве - той е по-тежък от въздуха и може да се натрупва в помещения с лоша вентилация в близост до пода. В същото време обемната част на кислорода във въздуха намалява, което може да причини феномена на недостиг на кислород и задушаване.

Производство на въглероден диоксид

В промишлеността въглеродният диоксид се получава от пещни газовеот продукти на разлагане на естествени карбонати (варовик, доломит). Газовата смес се промива с разтвор на калиев карбонат, който абсорбира въглеродния диоксид, преминавайки в бикарбонат. При нагряване разтворът на бикарбонат се разлага, отделяйки въглероден диоксид. При промишленото производство газът се изпомпва в бутилки.

В лабораторни условия се получават малки количества взаимодействието на карбонати и бикарбонати с киселини, например мрамор с солна киселина.

„Сух лед“ и други полезни свойства на въглеродния диоксид

В ежедневната практика въглеродният диоксид се използва доста широко. Например газирана вода с добавки на ароматни есенции - прекрасна освежаваща напитка. Най- хранителна промишленост въглеродният диоксид се използва и като консервант - той е посочен на опаковката под кода E290, а също и като бакпулвер от теста.

Пожарогасители с въглероден диоксид използван при пожари. Биохимиците са открили това тор. въздух на въглероден диоксид много ефективно средство за увеличаване на добива на различни култури. Може би този тор има един-единствен, но съществен недостатък: може да се използва само в оранжерии. В инсталации, произвеждащи въглероден диоксид, втечнен газ се опакова в стоманени бутилки и се изпраща на потребителите. Ако отворите вентила, той избухва от отварящия се отвор. сняг. Какво чудо?

Всичко се обяснява просто. Работата, изразходвана за компресиране на газ, е много по-малка от необходимата за разширяването му. И за да компенсира по някакъв начин дефицита, въглеродният диоксид бързо се охлажда, превръщайки се в Сух лед, Той се използва широко за консервиране на хранителни продукти и има значителни предимства пред обикновения лед: първо, "хладилният му капацитет" е два пъти по-висок за единица тегло, и второ, той се изпарява без остатък.

Въглеродният диоксид се използва като активна среда в заваряване на тел, тъй като при температурата на дъгата въглеродният диоксид се разлага на въглероден оксид СО и кислород, който от своя страна влиза във взаимодействие с течен метал, окислявайки го.

Въглеродният диоксид в консерви се използва във въздушни пушки и като източник на енергия за двигатели в моделирането на самолети.

Гледайте видеоклипа: A new way to remove CO2 from the atmosphere. Jennifer Wilcox (Февруари 2023).

Pin
Send
Share
Send
Send