Углекислый газ в промышленности, его получение и применение

Влияние на атмосферу

Углекислый газ легко пропускает излучение в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, которое поступает на Землю от Солнца и обогревает её. В то же время он поглощает испускаемое Землёй инфракрасное излучение и является одним из парниковых газов, вследствие чего предполагается, что он должен участвовать в процессе глобального потепления.

Изначально, до появления жизни, углекислый газ составлял основу атмосферы Земли и его уровень снижался от десятков процентов до долей одного в результате процесса фотосинтеза. Рост содержания углекислого газа до определённой концентрации приводит к появлению облаков из углекислоты, что ведет к похолоданию. Оба эти явления объясняют, почему температурные условия существования жизни на Земле относительно стабильны в течение миллиардов лет.

Находка для всех, кто хочет вность в аквариум углерод недорого и без заморочек. Альтернатива газу CO2.

В прошлом году мне в руки попала бутылка из новой линейки удобрений Tetra с интересным названием CO2 Plus. Мои руки эту бутылку уже не выпустили. Ниже расскажу о своем опыте использования этого продукта.

Внимание сразу привлекла надпись «CO2» на этикетке. Признаюсь, по химии я звезд с неба никогда не хватал, но знаю, что CO2 — это газ

Стало интересно, как удалось загнать и, что ещё важнее, удержать газ в обычной бутылке с жидкостью.

Добавляйте по 2,5 мл на 20 литров аквариумной воды еженедельно

Мозг сразу начал считать:

— Бутылки удобрения 250 мл хватит на 2000 литров. На мой 100 литровый аквариум этого хватит на 20 недель, т.е на 5 месяцев. За эти деньги — очень неплохо.

«И будет моей траве и моему кошельку счастье!» — думаю я и покупаю интересную бутылку.

Дома сразу отмеряю заданное количество и вливаю в аквариум.

По внешнему виду CO2 Plus — бесцветная жидкость, с тонким ароматом, непохожим на другие аквариумные средства. При контакте с водой цвет не меняет, воду не мутит. Рыбу и креветок не беспокоит.

В то время в аквариуме жили пара подростков блю демпси, стайка неоновых радужниц, пара молодых синодонтисов, отоцинклюс и пара креветок Амано. Внесение нового удобрения для населения прошло незаметно. Даже аманки и отоцинклюс никак не отреагировали.

Переставляю из другого аквариума длительный тест на CO2, предварительно освежив реактив. И жду.

К вечеру тест синий (кто не пользовался — это значит, что в воде мало растворенного углекислого газа). Утро вечера мудренее.

Утром индикатор, по-прежнему, синий.

Начинаю разбираться. После вдумчивого прочтения этикеток выясняю, что

СО2 Plus насыщает воду углеродом в форме, которая легко усваивается растениями

а не углекислым газом. В принципе, углекислый газ мы вносим в аквариум, тоже с целью дать растениям углерод для их роста и развития. Непосредственно газ растениям не нужен — им нужен из него только углерод.

Стало понятно, почему тест остается синим — он создан для определения растворенного в воде углекислого газа, а не углерода.

По результатам использования этого удобрения отмечу, что уже к концу первой недели все растения активно начали выпускать новые листья. Недели через три зелень в аквариуме стала выглядеть ярче и пышнее.

• Действительно работает!
• Удобно использовать — можно вносить всего один раз в неделю.
• Бутылки хватает надолго.
• Дешевле газа.
• Стабильнее браги.
• Подходит для креветкариев.

Рекомендую, как альтернативу газу CO2, всем, кто хочет сделать растения в аквариуме красивыми и пышными за недорого и без заморочек с брагой или баллонами.

Искусственные источники углекислого газа

Углекислый газ попадает в атмосферу и в результате человеческой жизнедеятельности. Самыми активными источниками в наше время считаются:

• Индустриальные выбросы, происходящие в ходе сгорания топлива на электростанциях и в технологических установках
• Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, поездов, самолетов и судов.
• Сельскохозяйственные отходы — гниение навоза в больших животноводческих комплексах

Кроме прямых выбросов, существует и косвенное воздействие человека на содержание CO₂ в атмосфере. Это массовая вырубка лесов в тропической и субтропической зоне, прежде всего в бассейне Амазонки.

Искусственный источник углекислого газа

Несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится менее процента диоксида углерода, он оказывает все возрастающее действие на климат и природные явления. Углекислый газ участвует в создании так называемого парникового эффекта путем поглощения теплового излучения планеты и удерживания этого тепла в атмосфере. Это ведет к постепенному, но весьма угрожающему повышению среднегодовой температуры планеты, таянию горных ледников и полярных ледяных шапок, росту уровня мирового океана, затоплению прибрежных регионов и ухудшению климата в далеких от моря странах.

https://youtube.com/watch?v=8IkNnmhQo-A

Знаменательно, что на фоне общего потепления на планете происходит значительное перераспределение воздушных масс и морских течений, и в отдельных регионах среднегодовая температура не повышается, а понижается. Это дает козыри в руки критикам теории глобального потепления, обвиняющим ее сторонников в подтасовке фактов и манипуляции общественным мнением в угоду определенным политическим центрам влияния и финансово-экономическим интересам

Человечество пытается взять под контроль содержание углекислого газа в воздухе, были подписаны Киотский и Парижский протоколы, накладывающие на национальные экономики определенные обязательства. Кроме того, многие ведущие автопроизводители автомобилей объявили о сворачивании к 2020-25 годам выпуска моделей с двигателями внутреннего сгорания и переходе на гибриды и электромобили. Однако некоторые ведущие экономики мира, такие, как Китай и США, не торопятся выполнять старые и брать на себя новые обязательства, мотивируя это угрозой уровню жизни в своих странах.

Оксиды углерода

Ключевые слова конспекта: оксиды углерода, угарный газ, монооксид углерода, формиаты, газообразное топливо, газогенераторы, генераторный газ, углекислый газ, диоксид углерода, 

Углерод образует два устойчивых оксида – оксид углерода (II) СО (монооксид углерода) и оксид углерода (IV) СO₂ (диоксид углерода).

Оксид углерода (II) — угарный газ

Оксид углерода (II) (монооксид углерода, угарный газ СО) – вещество молекулярного строения. В молекуле СО связь ковалентная полярная, тройная. Две общие электронные пары образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному:

Тройная связь в молекуле СО очень прочная, её энергия больше, чем в молекуле N₂ (1069 кДж/моль в молекуле СО, 946 кДж/моль в молекуле N₂).

При обычных условиях оксид углерода (II) – газ без цвета, без запаха, чуть легче воздуха, плохо растворяется в воде и с ней не взаимодействует, сжижается при –191,5 °С, затвердевает при –205 °С.

Оксид углерода (II) – несолеобразующий оксид, при обычных условиях не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но при нагревании под давлением реакция со щёлочью становится возможной, продуктами реакции являются формиаты – соли муравьиной кислоты:

Оксид углерода (II) обладает ярко выраженными восстановительными свойствами за счёт углерода в промежуточной степени окисления +2. Восстановительные свойства оксида углерода (II) в обычных условиях выражены сильнее, чем у водорода. При нагревании он восстанавливает некоторые металлы из их оксидов:

На этом основана, например, выплавка чугуна из железных руд в домне.

Оксид углерода (II) горит в кислороде и образует с ним взрывчатые смеси (воспламенение происходит только при t° = 700 °С):

2СО + O₂ = 2СO₂

Оксид углерода (II) в лаборатории получают при нагревании смеси муравьиной кислоты и серной концентрированной. Серная кислота выступает в роли водоотнимающего (дегидратирующего) реагента:

Оксид углерода (II) имеет большое значение как составная часть газообразного топлива – воздушного, водяного или смешанного газа. Воздушный газ получают продуванием воздуха через раскалённый уголь в специальных цилиндрических печах – газогенераторах. Сверху в генератор загружают уголь, а снизу подают воздух. При горении угля в нижней зоне происходит полное окисление углерода:

С + O₂ = СO₂

Образующийся в нижней части генератора углекислый газ поднимается вверх и, проходя через раскалённые слои угля, взаимодействует с ним:

Образующийся оксид углерода (II) вместе с азотом воздуха выходит из генератора. Смесь этих газов в соотношении 1 : 2 (по объёму) называют генераторным газом.

Водяной газ получают путём пропускания водяных паров через раскалённый уголь (t° = 800– 1000 °С):

Оксид углерода (II) крайне токсичен, он связывается с гемоглобином крови, образуя очень прочный комплекс карбоксигемоглобина. Такой гемоглобин уже не может переносить кислород.

Оксид углерода (IV) — углекислый газ

Оксид углерода (IV) (диоксид углерода, углекислый газ СO₂) – вещество молекулярного строения. В молекуле СO₂ связи ковалентные полярные, двойные:

При обычных условиях оксид углерода (IV) – газ без цвета, без запаха, значительно тяжелее воздуха, растворим в воде. Твёрдый СO₂ при t°= –78 °С возгоняется без плавления.

Оксид углерода (IV) – кислотный оксид, но только небольшая часть растворённого СO₂ (менее 1%) взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты:

СO₂ + H₂O  ⇆  H₂CO₃

Оксид углерода (IV) взаимодействует со щелочами:

Оксид углерода (IV) взаимодействует с оксидами щелочных и щёлочноземельных металлов и магния:

MgO + СO₂ = MgCO₃

Качественной реакцией на углекислый газ является помутнение известковой воды – раствора гидроксида кальция:

Са(ОН)₂ + СO₂ = СаСO₃↓ + H₂O

При пропускании избытка углекислого газа помутнение исчезает:

СаСО₃ + СO₂ + H₂O = Са(НСО₃)₂

В оксиде углерода (IV) содержится углерод в высшей степени окисления, следовательно, он может выступать в роли окислителя. Однако окислительные свойства для оксида углерода (IV) не характерны. Например, горящий магний продолжает гореть в углекислом газе:

В лаборатории оксид углерода (IV) получают взаимодействием карбонатов с сильными кислотами. Чаще всего кусочки мрамора СаСО₃ обрабатывают соляной кислотой:

Конспект урока по химии «Оксиды углерода». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

Ещё конспекты по теме «Углерод и кремний«:

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.

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. CO₂ 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 CO₂ являются воды мирового океана, в которых он растворен.

Углекислый газ в природе

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.

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. CO₂ 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 CO₂ являются воды мирового океана, в которых он растворен.

Углекислый газ в природе

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.

Растворимость в воде при различных температурах

• ‡ Во втором столбце таблицы указана растворимость CO ₂ при каждой заданной температуре, поскольку она измеряется при 101,3 кПа и 0 ° C на объем воды.
• Растворимость дана для «чистой воды», т. Е. Воды, содержащей только CO ₂ . Эта вода будет кислой. Например, при 25 ° C ожидается pH 3,9 (см. Угольная кислота ). При менее кислых значениях pH растворимость будет увеличиваться из-за pH- зависимого состава CO ₂ .

Маленький ликбез. О фотосинтезе.

Как известно, почти все вещества, из которых состоит любой живой организм (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, и т.д.) состоят на 99% всего из трёх химических элементов: углерода, кислорода и водорода. Оставшийся 1% составляют макроэлементы: азот, фосфор и калий, а также так называемые «микроэлементы» (прежде всего – железо, кальций, магний, цинк, в меньших количествах другие, — почти половина таблицы Менделеева). Зелёные растения обладают удивительным механизмом, позволяющим им самостоятельно синтезировать органические вещества из углекислого газа и воды. Под воздействием солнечного света особое вещество, содержащееся в их клетках – зелёный пигмент хлорофилл —  производит из CO₂ и H₂O простой сахар – глюкозу, а уже из него, с помощью макро- и микроэлементов ферменты умеют делать белки, клетчатку, крахмал и всё остальное, что нужно для строительства растительного организма. В процессе этой реакции в окружающую среду выделяется кислород. Небольшую часть этого кислорода растения используют для дыхания, а остальное – выбрасывают в воздух или в воду.

Итак, для нормального роста и развития высших зелёных растений необходимо достаточное количество:

• углекислого газа;
• воды;
• солнечного света;
• макроэлементов (азот, фосфор, калий);
• микроэлементов (железо, кальций, магний, цинк, и др.)

Все эти компоненты должны быть сбалансированы друг с другом. Дефицит или избыток любого из них немедленно даёт преимущества не высшим растениям, а вредным паразитическим водорослям (зелёным нитчатым, багрянкам, диатомовым и другим), создающим в аквариуме проблемы. Эти организмы, которые старше цветковых растений на миллионы лет, приспособлены к любым условиям. Например, если в вашем аквариуме много света и мало СО2 – вы даёте преимущество нитчатым водорослям, способным быстро заполнить ваш аквариум спутанными волокнами тины. Что же делать, чтобы этого не произошло?

В химии и биохимии есть такое понятие – «лимитирующий фактор реакции». Что это такое – хорошо понятно тем, кто часто ходит в походы: скорость движения группы всегда равна скорости движения самого медленного из её участников, который и является «лимитирующим фактором». Так же точно и в росте аквариумных растений. Воды им хватает в избытке (они в ней живут!), макро- и микроэлементы поступают из грунта, из воды и с внесением удобрений, сделать хорошее яркое освещение – тоже не проблема, а вот с CO₂ периодически возникают сложности. Он-то и становится в аквариуме «лимитирующим фактором». Почему? Почему проблемы с углекислотой возникают в аквариуме, но не возникают в природе? Давайте разберёмся…

Перспективное направление

Как подчеркивают эксперты, несомненный плюс метода, за разработку которого присуждена премия этого года, — в том, что он позволяет уйти от использования металлов (которые могут быть токсичными), а значит, сделать производство тех же лекарств более безопасным. Также технология позволяет химикам не зависеть от рынка ценных металлов — это удешевляет процесс производства и делает синтез новых веществ более доступным.

Сейчас это направление органической химии активно развивается во всем мире, в том числе и в России. Катализаторы, созданные по новому принципу, применяют для синтеза лекарств, получения полимеров, создания новых молекулярных органических проводников для электроники и других целей. Сами нобелевские лауреаты активно работают с учеными со всего мира, в том числе и из России.

— Мы работали с Бенджамином Листом над несколькими проектами, — сообщил «Известиям» руководитель группы эффективного катализа Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН Денис Чусов. — В первом мы разрабатывали новый тип асимметрической кислоты, которую можно использовать так же, как и ту кислоту, которая содержится в желудке человека, только производить процессы с большей избирательностью. Это нужно для превращения одних органических веществ в другие.

Второй проект посвящен экологии, и ученые продолжают им заниматься, добавил специалист.

Катализируй это

Выбросы одного из металлургических комбинатов

Фото: ТАСС/Ведомости/Андрей Гордеев

— Он не относится к области асимметрического катализа. Одним из основных отходов при производстве стали является угарный газ. Выбрасывать его в атмосферу нельзя, потому что он ядовит. Его сжигают с использованием кислорода и уже после этого выбрасывают в атмосферу. Но можно поступить по-другому и использовать его на благо человечества. Мы показали, что у него есть уникальные восстановительные свойства, которые можно использовать в органической химии для реакций восстановления и получать продукты, которые раньше получить было, в принципе, невозможно, — рассказал Денис Чусов.

И Лист, и Макмиллан продолжают совершенствовать направление асимметрического катализа. Помимо работы в лабораториях, они занимаются преподавательской деятельностью.

— Я слушал доклад Дэвида Макмиллана в Институте органической химии в 2014 году, — рассказал профессор кафедры органической химии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией супрамолекулярной химии ИОХ РАН Сергей Вацадзе.

По его словам, несмотря на ранее утро воскресенья, аудитория была полной.

Биологические и физиологические свойства

Токсичность

Отравление угарным газом является наиболее распространенным типом смертельного отравления воздуха во многих странах. Окись углерода представляет собой бесцветное вещество, не имеющее запаха и вкуса, но очень токсичное. Оно соединяется с гемоглобином с получением карбоксигемоглобина, который «узурпирует» участок в гемоглобине, который обычно переносит кислород, но неэффективен для доставки кислорода к тканям организма. Столь низкие концентрации, как 667 частей на миллион, могут вызвать преобразования до 50% гемоглобина в организме в карбоксигемоглобин. 50% уровень карбоксигемоглобина может привести к судорогам, коме и смерти. В Соединенных Штатах, Министерство труда ограничивает долгосрочные уровни воздействия окиси углерода на рабочем месте до 50 частей на миллион. В течение короткого периода времени, поглощение окиси углерода является накопительным, так как период его полувыведения составляет около 5 часов на свежем воздухе.
Наиболее распространенные симптомы отравления угарным газом могут быть похожи на другие виды отравлений и инфекций, и включают такие симптомы, как головная боль, тошнота, рвота, головокружение, усталость и чувство слабости. Пострадавшие семьи часто считают, что они являются жертвами пищевого отравления. Младенцы могут быть раздражительными и плохо питаться. Неврологические симптомы включают спутанность сознания, дезориентацию, нарушение зрения, обмороки (потерю сознания) и судороги.
Некоторые описания отравления угарным газом включают геморрагию сетчатки глаза, а также аномальный вишнево-красный оттенок крови. В большинстве клинических диагнозов, эти признаки наблюдаются редко. Одна из трудностей, связанных с полезностью этого «вишневого» эффекта, связана с тем, что она корректирует, или маскирует, в обратном случае нездоровый внешний вид, так как главный эффект удаления венозного гемоглобина связан с тем, что задушенный человек кажется более нормальным, или мертвый человек кажется живым, подобно эффекту красных красителей в составе для бальзамирования. Такой эффект окрашивания в бескислородной CO-отравленной ткани связан с коммерческим использованием монооксида углерода при окрашивании мяса.
Оксид углерода также связывается с другими молекулами, такими как миоглобин и митохондриальная цитохромоксидаза. Воздействие окиси углерода может привести к значительному повреждению сердца и центральной нервной системы, особенно в бледном шаре, часто это связано с длительными хроническими патологическими состояниями. Окись углерода может иметь серьезные неблагоприятные последствия для плода беременной женщины.

Нормальная физиология человека

Окись углерода вырабатывается естественным образом в организме человека в качестве сигнальной молекулы. Таким образом, окись углерода может иметь физиологическую роль в организме в качестве нейротрансмиттера или релаксанта кровеносных сосудов. Из-за роли окиси углерода в организме, нарушения в её метаболизме связаны с различными заболеваниями, в том числе нейродегенерацией, гипертонией, сердечной недостаточностью и воспалениями.

• CO функционирует в качестве эндогенной сигнальной молекулы.
• СО модулирует функции сердечно-сосудистой системы
• CO ингибирует агрегацию и адгезию тромбоцитов
• CO может играть определенную роль в качестве потенциального терапевтического средства

Микробиология

Окись углерода является питательной средой для метаногенных архей, строительным блоком для ацетилкофермента А. Это тема для новой области биоорганометаллической химии. Экстремофильные микроорганизмы могут, таким образом, метаболизировать окись углерода в таких местах, как тепловые жерла вулканов.
У бактерий, окись углерода производится путем восстановления двуокиси углерода ферментом дегидрогеназы монооксида углерода, Fe-Ni-S-содержащего белка.
CooA представляет собой рецепторный белок окиси углерода. Сфера его биологической активности до сих пор неизвестна. Он может быть частью сигнального пути у бактерий и архей. Его распространенность у млекопитающих не установлена.

Калькулятор молярной массы

Все вещества состоят из атомов и молекул

В химии важно точно измерять массу веществ, вступающих в реакцию и получающихся в результате нее. По определению моль является единицей количества вещества в СИ

Один моль содержит точно 6,02214076×10²³ элементарных частиц. Это значение численно равно константе Авогадро NA, если выражено в единицах моль⁻¹ и называется числом Авогадро. Количество вещества (символ n) системы является мерой количества структурных элементов. Структурным элементом может быть атом, молекула, ион, электрон или любая частица или группа частиц.

Постоянная Авогадро N_A = 6.02214076×10²³ моль⁻¹. Число Авогадро — 6.02214076×10²³.

Другими словами моль — это количество вещества, равное по массе сумме атомных масс атомов и молекул вещества, умноженное на число Авогадро. Единица количества вещества моль является одной из семи основных единиц системы СИ и обозначается моль. Поскольку название единицы и ее условное обозначение совпадают, следует отметить, что условное обозначение не склоняется, в отличие от названия единицы, которую можно склонять по обычным правилам русского языка. Один моль чистого углерода-12 равен точно 12 г.