Углекислый газ, свойства, получение и применение

Применение в промышленности

Применение углекислого газа в различных областях промышленности связано с химическими и физическими свойствами вещества. Он не горит, не опасен в минимальных концентрациях для человека и животных и является основным компонентом для жизнедеятельности растений.

Химическая промышленность:

• Участвует в синтезе искусственных химикатов;
• Регулирует температуру в реакциях;
• Нейтрализует щелочи;
• Очищает ткани животных и растений;
• Может восстанавливаться до метана.

Металлургия:

• Осаждение отходящего дыма;
• Регулирует направления течения воды при отводе шахт;
• Некоторые лазеры используют CO2 в качестве источника энергии (неон).

Производство бумаги:

• Регулирует водородный показатель в древесной массе или целлюлозе;
• Усиливает в мощности производственные машины.

Особую роль в промышленной и смежных индустриях играет сухой лед. Он применяется как:

• Источник охлаждения в морозильных камерах при перевозках;
• Охлаждение при затвердевании сплавов;
• Очистка сухим льдом оборудования (криобластинг).

Углекислый газ в природе естественные источники

К таким источникам относятся окислительные процессы разной интенсивности:

• Дыхание живых организмов. Из школьного курса химии и ботаники все помнят, что в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но не все помнят, что это происходит только днем, при достаточном уровне освещения. В темное время суток растения наоборот, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Так что попытка улучшить качество воздуха в комнате, превращая ее в заросли фикусов и герани может сыграть злую шутку.
• Извержения и другая вулканическая активность. CO 2 выбрасывается из глубин мантии Земли вместе с вулканическими газами. В долинах рядом с источниками извержений газа настолько много, что, скапливаясь в низинах, он вызывает удушье животных и даже людей. Известны несколько случаев в Африке, когда задыхались целые деревни.
• Горение и гниение органики. Горение и гниение — это одна и та же реакция окисления, но протекающая с разной скоростью. Богатые углеродом разлагающиеся органические остатки растений и животных, лесные пожары и тлеющие торфяники — все это источники диоксида углерода.
• Самым же большим природным хранилищем CO 2 являются воды мирового океана, в которых он растворен.

За миллионы лет эволюции основанной на углеродных соединениях жизни на Земле в различных источниках накопились многие миллиарды тонн углекислого газа. Его одномоментный выброс в атмосферу приведет к гибели всего живого на планете из-за невозможности дыхания. Хорошо, что вероятность такого одномоментного выброса стремится к нулю.

Устройство баллонов

Баллон с углекислым газом представляет собой емкость, выполненную из металла в форме цилиндра, которая имеет резьбу с вкрученным запорным вентилем в верхней части устройства

Важно заметить, что тип запорного вентиля будет зависеть от газа, которым он наполняется. Отдельные высокие требования предъявляются к герметичности, а также надежности газовых баллонов, особенно с такими веществами, как углекислый газ

Также можно добавить, что конструкция вентиля для баллона с углекислым газом имеет не одну, а три резьбы. Нижняя предназначается для закрепления его в самой емкости. К верхней резьбе крепят шток клапана, а боковая предназначается для заглушки.

Применение диоксида углерода

Пищевая промышленность после масштабного получения «сухого льда» перешла на принципиально новый метод хранения продуктов. Он незаменим при производстве газированных напитков и минеральной воды. Содержание СО₂ в напитках придает им свежесть и заметно увеличивает срок хранения. А карбидизация минеральных вод позволяет избежать затхлости и неприятного вкуса.

В кулинарии часто используют метод погашения лимонной кислоты уксусом. Выделяющийся при этом углекислый газ придает пышность и легкость кондитерским изделиям.

Данное соединение часто используется в качестве пищевой добавки, повышающей срок хранения пищевых продуктах. Согласно международным нормам классификации химических добавок содержания в продуктах, проходит под кодом Е 290,

Порошкообразный углекислый газ – одно из наиболее популярных веществ, входящих в состав пожаротушительных смесей. Это вещество встречается и в пене огнетушителей.

Транспортировать и хранить углекислый газ лучше всего в металлических баллонах. При температуре более 31⁰С давление в баллоне может достигнуть критического и жидкий СО₂ перейдет в сверхкритическое состояние с резким подъемом рабочего давления до 7,35 МПа. Металлический баллон выдерживает внутреннее давление до 22 МПа, поэтому диапазон давления при температурах свыше тридцати градусов признается безопасным.

Что такое молярная масса?

Молярная масса вещества — это отношение его массы к количеству молей. Для воздуха тоже действует это отношение. Поэтому при проведении вычислений в результате получается масса одного моля. Но не все вещества можно рассчитать подобным образом. Для того, чтобы узнать, чему равна молярная масса воздуха в физике используют специальные формулы. Выражается результат в граммах на моль. Воздух является смесью различных газов. Из этого следует, что молярная масса воздуха включает в себя молярные массы газов, входящих в его состав. Именно поэтому результаты таких вычислений будут различаться в зависимости от состава воздуха и количества различных газов и примесей в его составе. Существует и усредненный показатель, и средняя молярная масса воздуха равняется 29 г/моль.

Если же при расчетах было выявлено сильное отклонение от нормального показателя без объективных причин, то следует задуматься. Нарушение баланса газов – это очень серьезная проблема, которая очень часто встречается в больших городах. Именно там ежедневно в воздух выбрасывается огромное количество разнообразных веществ, которые меняют состав воздуха. Вредные примеси и их скопления очень плохо влияют на состояние организма человека. Также и увеличение или уменьшение содержания азота, кислорода, углекислого газа и других веществ влечет за собой тоже большие проблемы. Недостаток кислорода губителен для живых организмов и для человека может быть даже смертельно опасным.

Тщательное исследование воздуха может выявить отклонения от нормы и предотвратить их негативное влияние на организм человека. В нашей независимой лаборатории можно заказать комплексное обследование, которое представляет собой проведение исследований на различные показатели и выявление нарушений.

«Сухой лед» и прочие полезные свойства диоксида углерода

В повседневной практике углекислый газ используется достаточно широко. Например, газированная вода с добавками ароматных эссенций – прекрасный освежающий напиток. В пищевой промышленности диоксид углерода используется и как консервант — он обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Углекислотными огнетушителями пользуются при пожарах. Биохимики нашли, что удобрение… воздуха углекислым газом весьма эффективное средство для увеличения урожайности различных культур. Пожалуй, такое удобрение имеет единственный, но существенный недостаток: применять его можно только в оранжереях. На заводах, производящих диоксид углерода, сжиженный газ расфасовывают в стальные баллоны и отправляют потребителям. Если открыть вентиль, то из отверстия с шипением вырывается… снег. Что за чудо?

Все объясняется просто. Работа, затраченная на сжатие газа, оказывается значительно меньше той, которая требуется на его расширение. И чтобы как-то компенсировать возникающий дефицит, углекислый газ резко охлаждается, превращаясь в «сухой лед». Он широко используется для сохранения пищевых продуктов и перед обычным льдом имеет значительные преимущества: во-первых, «хладопроизводительность» его вдвое выше на единицу веса; во-вторых, он испаряется без остатка.

Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой, так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород, который, в свою очередь, и входит во взаимодействие с жидким металлом, окисляя его.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Получение и применение

Источники природного нахождения двуокиси углерода — разнообразные окислительные процессы. Например, дыхание людей, животных. Другие варианты:

1. Вулканическая активность — при извержениях CO2 выбрасывается из глубинных слоев мантии Земли вместе с другими газообразными веществами. Известны случаи, когда люди, проживающие вблизи «дышащих» вулканов (особенно если их жилища располагались в низинах), массово страдали от удушья.
2. Процессы горения или гниения органических веществ — по сути, эти реакции идентичны, отличаются только скоростью протекания.
3. Воды мирового океана — самый крупный «поставщик» природного углекислого газа.

https://youtube.com/watch?v=7fb5V0z52uM

Производственное и лабораторное извлечение вещества

В лабораторных условиях диоксид углерода получают при взаимодействии карбоната кальция и соляной кислоты (серная кислота в этом случае не годится):

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O.

Реакцию проводят в аппарате Киппа (специальный прибор для получения газов).

В промышленности для получения CO2 используют реакцию термического разложения:

CaCO3 → CaO + CO2.

В качестве исходного материала применяют известняк, мел, реже — доломит, магнезит. Кроме того, газ получают и при сжигании угля, торфа, нефтепродуктов и древесины. Еще один вариант — извлечение из отходов, образующихся на химических производствах. Именно такой метод является наиболее рентабельным с экономической точки зрения.

Примечание: «сухой лед» — побочный продукт пищевой отрасли (пивоварение, ликероводочная промышленность).

Использование двуокиси углерода

Углекислый газ широко применяется в различных отраслях промышленности. Например, он незаменим в содовом производстве, синтезе органических кислот, изготовлении безалкогольных «шипучих» напитков (ситро, лимонада и прочих). Сухой лед используется в качестве охлаждающего компонента — холодная среда препятствует гниению пищевых продуктов. Другие варианты:

1. В металлургической промышленности — для регулировки процесса отвода стоков, осаждения газов, использование лазерного луча, сварка.
2. Химическая промышленность — регулирование скорости проведения химических реакций, в качестве нейтрализатора щелочи, очистки тканей.
3. Легкая промышленность — целлюлозно-бумажное производство.
4. Медицина и фармацевтическая промышленность — углекислота незаменима при проведении некоторых хирургических вмешательств, реанимировании пациентов.

А еще углекислый газ используют в сельском хозяйстве при выращивании различных культур: в качестве «подкормки» его запускают в зимние теплицы для улучшения «дыхания» растений. Кроме того, двуокись углерода используется и при тушении пожаров, особенно тех, что невозможно ликвидировать порошковыми или пенными средствами.

Углекислый газ и его физические свойства

Углекислый газ состоит из углерода и кислорода. Формула углекислого газа выглядит так – CO₂. В природе он образуется при сжигании или гниении органических веществ. В воздухе и минеральных источниках содержание газа также достаточно велико. кроме того люди и животные также выделяют диоксид углерода при выдыхании.

Рис. 1. Молекула углекислого газа.

Диоксид углерода является абсолютно бесцветным газом, его невозможно увидеть. Также он не имеет и запаха. Однако при его большой концентрации у человека может развиться гиперкапния, то есть удушье. Недостаток углекислого газа также может причинить проблемы со здоровьем. В результате недостатка это газа может развиться обратное состояние к удушью – гипокапния.

Если поместить углекислый газ в условия низкой температуры, то при -72 градусах он кристаллизуется и становится похож на снег. Поэтому углекислый газ в твердом состоянии называют «сухой снег».

Рис. 2. Сухой снег – углекислый газ.

Углекислый газ плотнее воздуха в 1,5 раза. Его плотность составляет 1,98 кг/м³ Химическая связь в молекуле углекислого газа ковалентная полярная. Полярной она является из-за того, что у кислорода больше значение электроотрицательности.

Важным понятием при изучении веществ является молекулярная и молярная масса. Молярная масса углекислого газа равна 44. Это число формируется из суммы относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы. Значения относительных атомных масс берутся из таблицы Д.И. Менделеева и округляются до целых чисел. Соответственно, молярная масса CO₂ = 12+2*16.

Чтобы вычислить массовые доли элементов в углекислом газе необходимо следовать формулерасчета массовых долей каждого химического элемента в веществе. w = n * Ar / Mr

n – число атомов или молекул.
Ar – относительная атомная масса химического элемента.Mr – относительная молекулярная масса вещества.
Рассчитаем относительную молекулярную массу углекислого газа.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 или 27 % Так как в формулу углекислого газа входит два атома кислорода, то n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 или 73 % Ответ: w(C) = 0,27 или 27 %; w(O) = 0,73 или 73 %

Плотность и другие свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления

В таблице представлены теплофизические свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления. Свойства в таблице указаны при температуре от 273 до 1273 К и давлении от 1 до 100 атм

Рассмотрим такое важное свойство углекислого газа, как плотность. Плотность углекислого газа равна 1,913 кг/м3 при нормальных условиях (при н.у.)

По данным таблицы видно, что плотность углекислого газа существенно зависит от температуры и давления — при росте давления плотность CO2 значительно увеличивается, а при повышении температуры газа — снижается. Так, при нагревании на 1000 градусов плотность углекислого газа уменьшается в 4,7 раза.

Однако, при увеличении давления углекислого газа, его плотность начинает расти, причем значительно сильнее, чем снижается при нагреве. Например при давлении 10 атм. и температуре 0°С плотность углекислого газа вырастает уже до значения 20,46 кг/м3.

Необходимо отметить, что рост давления газа приводит к пропорциональному увеличению значения его плотности, то есть при 10 атм. удельный вес углекислого газа в 10 раз больше, чем при нормальном атмосферном давлении.

В таблице приведены следующие теплофизические свойства углекислого газа:

• плотность углекислого газа в кг/м3;
• удельная теплоемкость, кДж/(кг·град);
• теплопроводность, Вт/(м·град);
• динамическая вязкость, Па·с;
• температуропроводность, м2/с;
• кинематическая вязкость, м2/с;
• число Прандтля.

Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100!

Хранение и транспортировка углекислого газа

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050. Для получения качественных швов используют газообразную и сжиженную двуокись углерода высшего и первого сортов.

Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах по ГОСТ 949 или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы.

В верхней части баллона вместе с газообразной углекислотой скапливается воздух. Вода, как более тяжелая, чем жидкая двуокись углерода, собирается в нижней части баллона.

Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10…15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух

Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой двуокиси углерода газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом. Во избежание этого при отборе углекислого газа перед редуктором устанавливают подогреватель газа. Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным стеклянной ватой и хлористым кальцием, силикогелием, медным купоросом или другими поглотителями влаги.

Баллон окрашен в черный цвет, с надписью желтыми буквами «УГЛЕКИСЛОТА».

Редуктор

Стабилизацию, понижение давления подачи газозащиты, оптимальный расход углекислоты при сварке полуавтоматом, блокировку подачи двуокиси углерода при прекращении сварки осуществляет редуктор. Однокамерный и двухкамерный (двухступенчатый) регулятор давления с последовательным расположением полостей снижения давления настраивается поворотом ручного регулятора изменения потока подачи СО2.

Манометр на входе регистрирует давление двуокиси углерода в баллоне. Второй – в камере регуляции, сети раздачи угольного ангидрида. Не ограничиваясь функцией регистратора изменений, редуктор работает как стабилизатор выходного давления.

Расход диоксида углерода в баллоне не должен влиять на то, какое давление углекислоты должно быть при сварке полуавтоматом. Мембрана редуктора занимает позицию пропуска газа в полость камеры снижения рабочего давления при первичной настройке. Изменение параметров напряжения управляющей пружины приводит в действие противоположную регулировочную пружину.

Площадь открытого сечения впускного клапана плавно меняется в сторону увеличения, но расход углекислоты при сварке полуавтоматом остаётся прежним. Постоянство либо изменение выходного давления корректируется по текущему показанию манометра регулировочным винтом.

Манипуляциями входящего в комплектацию шарового крана ведётся уточнение величины газоистечения. Расходная шайба с дюзой корректируют выпуск по величине значения давления в рабочей камере.

Защитой пневморедуктора занимается вмонтированный предохранительный клапан. Скачок давления приведёт к разрыву мембраны. Потеря герметичности входным штуцером с увеличением пропуска газа ведёт к превентивному запиранию системы.

Получение углекислого газа:

В промышленности углекислый газ образуется в дымовых газах при сжигании различных органических и неорганических веществ или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов (доломита, известняка). Также углекислый газ как побочный продукт получают на установках разделения воздуха с целью получения чистого кислорода, азота и аргона.

В лабораторных условиях углекислый газ получают, например, в результате следующих химических реакций:

1. взаимодействия карбоната кальция и азотной кислоты:

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O,

2. в результате взаимодействия карбоната кальция с другими минеральными кислотами,

3. взаимодействия пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком,

4. реакции горения углерода:

С + O2 → CO2.

История открытия углекислого газа

Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество. В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».

Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).

Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO3) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.

CaCO3 + 2HCl = СО2 + CaCl2 + H2O

Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO2 через водный раствор извести Ca(OH)2 на дно осаждается карбонат кальция CaCO3.

CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Получение низких температур.

В жидком и твердом виде СО 2 применяется в основном как хладагент. Сухой лед – компактный материал, удобный в обращении и позволяющий создавать разные температурные режимы. При той же массе он превосходит обычный лед по хладоемкости более чем в два раза, занимая вдвое меньший объем. Сухой лед используется при хранении пищевых продуктов. Им охлаждают шампанское, безалкогольные напитки и мороженое. Он широко применяется при «холодном измельчении» термочувствительных материалов (мясных продуктов, смол, полимеров, красителей, инсектицидов, красок, приправ); при галтовке (очистке от заусенцев) штампованных изделий из резины и пластика; при низкотемпературных испытаниях летательных аппаратов и электронных устройств в специальных камерах; для «холодного смешивания» полуфабрикатов кексов и тортов, чтобы при выпечке они сохраняли однородность; для быстрого охлаждения контейнеров с транспортируемыми продуктами обдуванием их струей измельченного сухого льда; при закалке легированных и нержавеющих сталей, алюминия и т.д. с целью улучшения их физических свойств; для плотной посадки деталей машин при их сборке; для охлаждения резцов при обработке высокопрочных стальных заготовок.

[править] Применение

В народном хозяйстве диоксид углерода широко применяется в химической промышленности при производстве соды, мочевины и т. п., а также в производстве сахара, вина, пива, для изготовления газированной воды и т. д. Широко известны природные источники диоксида углерода в виде минеральных вод «Нарзан», «Боржоми» и другие. Спрессованный твердый CO2 под названием «сухой лед» применяют для охлаждения мяса, рыбы и других пищевых продуктов, которые быстро портятся. Сухой лед гораздо больше, чем обычный, снижает температуру и при испарении не оставляет никакой жидкости. В промышленности диоксид углерода получают разложением карбоната кальция:

Теплопроводность углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления

В таблице представлены значения теплопроводности углекислого газа CO₂ в интервале температуры от 220 до 1400 К и при давлении от 1 до 600 атм. Данные выше черты в таблице относятся к жидкому CO₂.

Следует отметить, что теплопроводность сжиженного углекислого газа при увеличении его температуры снижается, а при увеличении давления — растет. Углекислый газ (в газовый фазе) становится более теплопроводным, как при увеличении температуры, так и при росте его давления.

Теплопроводность в таблице дана в размерности Вт/(м·град). Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000!

[править] Применение

В народном хозяйстве диоксид углерода широко применяется в химической промышленности при производстве соды, мочевины и т. п., а также в производстве сахара, вина, пива, для изготовления газированной воды и т. д. Широко известны природные источники диоксида углерода в виде минеральных вод «Нарзан», «Боржоми» и другие. Спрессованный твердый CO2 под названием «сухой лед» применяют для охлаждения мяса, рыбы и других пищевых продуктов, которые быстро портятся. Сухой лед гораздо больше, чем обычный, снижает температуру и при испарении не оставляет никакой жидкости. В промышленности диоксид углерода получают разложением карбоната кальция:

Использование в сельском хозяйстве

Кислота угольная сегодня широко используется в сельском хозяйстве для производства различных качественных минеральных удобрений. Это экологически чистые компоненты, которые применяются для подкормки различных овощных, фруктовых и плодовых культур, позволяя существенно повысить показатели урожайности.

На основе кислоты угольной выполняются следующие минеральные удобрения:

• кальцинированная сода;
• литиевая соль;
• карбамид или мочевина.

Наибольшее распространение сегодня получила мочевина или как она стала сегодня называться карбамид. Это простое в использовании эффективное удобрение, которое отличается универсальностью. С одинаковым успехом его можно вносить под плодовые деревья, фрукты и овощи, различные декоративные растения.

Агрегатные состояния вещества

Все вещества в зависимости от условий могут находиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Различные агрегатные состояния существуют у каждого вещества. Наглядным примером этому служат лёд, вода и водяной пар.

ЧЕМ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА

Вы уже знаете, что молекулы одного и того же вещества в твёрдом, жидком и газообразном состоянии ничем не отличаются друг от друга. То или иное агрегатное состояние определяется взаимным расположением составляющих вещество молекул, а также характером их движения и взаимодействия.

В газах при атмосферном давлении расстояния между молекулами намного больше размера самих молекул. Именно поэтому притяжение между молекулами газа мало. При обычных температурах средняя кинетическая энергия молекул газа вполне достаточна для совершения работы по преодолению сил их взаимного притяжения, поэтому молекулы газа разлетаются, если газ не сдерживают стенки сосуда.

Плотности жидкостей и твёрдых тел во много раз больше плотности газа, а их молекулы расположены гораздо ближе друг к другу. В этом случае сила взаимного притяжения молекул намного больше и средней кинетической энергии молекул уже недостаточно для того, чтобы совершить работу по преодолению сил межмолекулярного притяжения. Это является причиной того, что молекулы в жидкостях и особенно в твёрдых телах не могут значительно удаляться друг от друга.

ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ОДНОГО АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ

Вещества могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. Изменение агрегатного состояния вещества всегда связано с выделением или поглощением некоторого количества теплоты.

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое используется для решения огромного числа практических задач. Например, в крупных городах используют снегоплавильные машины, для того чтобы грязный снег с улицы отправлять в канализацию и не загрязнять окружающую среду. На тепловых и атомных электростанциях в паровых турбинах применяют водяной пар. Сжиженный газ (фреон) используют в холодильных установках.

Всего различают шесть процессов, при которых происходит переход вещества из одного агрегатного состояния в другое.

ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называется плавлением. В твёрдых телах, в отличие от жидкостей, частицы расположены упорядоченно. Поэтому, для того чтобы перевести частицы из упорядоченного состояния в неупорядоченное, нужно совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения. Внутренняя энергия вещества при этом увеличивается за счёт увеличения энергии взаимодействия молекул. Примерами плавления могут служить таяние льда, плавление металлов в металлургии и пр.

Обратный процесс, связанный с переходом вещества из жидкого состояния в твёрдое, называется кристаллизацией или отвердеванием. Пример кристаллизации — замерзание воды. Процесс кристаллизации сопровождается уменьшением внутренней энергии вещества за счёт уменьшения энергии взаимодействия молекул.

ПАРООБРАЗОВАНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Пример парообразования — испарение воды.

Обратный процесс, связанный с переходом вещества из газообразного состояния в жидкое, называется конденсацией (от лат. condense — уплотнение, сгущение). Пример конденсации — образование росы.

СУБЛИМАЦИЯ (ВОЗГОНКА) И ДЕСУБЛИМАЦИЯ

Переход вещества из твёрдого состояния в газообразное (минуя жидкое) называется сублимацией (от лат. sublimo — возношу) или возгонкой. Возгонкой объясняются также запахи, которыми обладают многие твёрдые тела. Вылетая из твёрдого тела, молекулы образуют над ним газ (или пар), который и вызывает запах. Например, разные сорта древесины имеют различный запах.

Переход вещества из газообразного состояния в твёрдое (минуя жидкое) называется десублимацией. Пример десублимации — образование на окнах зимой инея, узоров из кристалликов льда. Данный процесс десублимации может осуществляться только на внутренней поверхности оконного стекла, где молекулы паров воды превращаются в кристаллики льда.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Агрегатные состояния вещества».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров:
3 201

Применения, основанные на инертности.

СО 2 применяется как антиоксидант при долговременном хранении многих пищевых продуктов: сыра, мяса, сухого молока, орехов, растворимых чая, кофе, какао и т.д. Как вещество, подавляющее горение, СО 2 используют при хранении и транспортировке горючих материалов, например ракетного топлива, масел, бензина, красок, лаков, растворителей. Он используется как защитная среда при электросварке углеродистых сталей с целью получения однородного прочного шва, при этом сварочные работы оказываются дешевле, чем при использовании инертных газов.

СО 2 – одно из наиболее эффективных средств тушения пожаров, возникающих при воспламенении горючих жидкостей и электрических пробоях. Выпускают разные углекислотные огнетушители: от портативных емкостью не более 2 кг до стационарных установок автоматической подачи с общей емкостью баллонов до 45 кг или газовых резервуаров низкого давления емкостью до 60 т СО 2 . Жидкий СО 2 , находящийся в таких огнетушителях под давлением, при выпуске образует смесь из снега и холодного газа; последний обладает большей плотностью, чем воздух, и вытесняет его из зоны горения. Эффект усиливается еще и охлаждающим действием снега, который, испаряясь, переходит в газообразный СО 2 .

Способы получения

Наибольшее распространение на сегодняшний день получила технология изготовления кислоты угольной путем растворения в воде структурной газовой формы диоксида углерода. Для производства этих соединений используют соответствующие установки, позволяющие увеличивать давление углекислоты, одновременно понижая температуру раствора. В подобных условиях концентрация угольной кислоты увеличивается и в последующем имеется возможность получения твердой формы за счёт понижения температуры до отметки -35 градусов и ниже.

Также в последние годы популярностью стала пользоваться технология производства солей путем взаимодействия гидрокарбонатов и карбонатов с еще более сильными кислотами. При этом лучшая часть полученных соединений разлагается на диоксид углерода и воду. Преимуществом такой технологии является простота используемого оборудования, не требуется одновременно охлаждать растворы и повышать давление CO2, но при этом отмечается большое количество отходов. Недостатком этой технологии является то, что требуется утилизировать углеродный диоксид, который превращается в пар.

Используемые сегодня высокотехнологичные установки позволяют получать чистую кислоту угольную, в особенности при применении технологии с экстремально низкими температурами. В последующем необходимо лишь обеспечить правильное хранение кристаллов, которые при температурах выше минус 30 градусов начинают растворяться, быстро теряя все свои свойства. Также возможно производство и последующее хранение различных солей на основе этого соединения, которые сохраняют свою форму и параметры даже при положительных температурах и доступе воздуха.

Применение в других сферах деятельности

Человек также использует углекислоту в других областях деятельности и в быту. Доступность диоксида обуславливает его широкую распространенность, а свойства – востребованность даже среди обывателей.

Схема применения углекислоты

Где еще применяется углекислота:

• При сварке. Защищает металл от нагрева и окисления, обтекая электрическую дугу.
• В сельском хозяйстве. Углекислый газ в купе с солнечным светом – идеальный способ удобрить любые культуры. Распыление газа в парнике или теплице увеличивает урожайность в 2-3 раза;
• В медицине служит для создания атмосферы, близкой к реальной, при проведении искусственных операций на органах. Он применяется как стимулятор для восстановления дыхания пациента и при введении его в наркоз;
• Фармацевтика. Создает идеальную среду для синтеза химии и низкотемпературной транспортировки вод;
• Приборы и оборудование. Охлаждает оборудование и агрегаты без разбора на модули, выступает как абразивный элемент прочистки;
• Защита окружающей среды. Регулирует показатель водорода в стоках;
• Пищевая промышленность. Используется как консервант и разрыхлитель теста. Добавляется в напитки, делая их газированными;
• Для создания давления в пневматическом оружии.

Получаемый в малом количестве от спиртового брожения используется как способ газировки напитков. Он также уберегает муку, сухофрукты, арахис от насекомых, не влияя на качество и скорость их порчи.

Углекислый газ – первоклассная среда для разведения цветов, подкормки овощей и подводных растений. Он ускоряет фотосинтез и улучшает обменные процессы в растительных клетках. Главное – имеет доступную цену даже для обывателей.

Диоксид углерода может применяться и в криодеструкции, в качестве заморозки. Он сжигает холодом поверхность бородавок и родинок, заставляя их отваливаться, но не оставлять шрамов от скальпеля и швов.