كيفية الحصول على الكربون من ثاني أكسيد الكربون. ثاني أكسيد الكربون ، E290 - آثاره على الجسم وأضراره وفوائده

الأهداف:

• وسّع نطاق فهمك لـ تاريخ الاكتشاف، الخصائص والتطبيق العملي لثاني أكسيد الكربون.
• عرّف الطلاب على طرق المختبريستلم ثاني أكسيد الكربون.
• الاستمرار في تكوين المهارات التجريبية للطلاب.

التقنيات المستخدمة:مجموعات "بيانات صحيحة وكاذبة" ، "متعرجة -1".

معدات المختبرات:حامل معمل ، جهاز للحصول على الغازات ، دورق سعة 50 مل ، قطع من الرخام ، حمض الهيدروكلوريك (1: 2) ، ماء جير ، مشبك موهر.

I. مرحلة الاستدعاء

في مرحلة التحدي ، يتم استخدام تقنية "العبارات الصحيحة والكاذبة".

ثانيًا. مرحلة الفهم

1. تنظيم الأنشطة في مجموعات العمل ، التي يتلقى المشاركون فيها نصوصًا حول الموضوعات الخمسة الرئيسية "المتعرجة":

1. تاريخ اكتشاف ثاني أكسيد الكربون
2. ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة
3. الحصول على ثاني أكسيد الكربون
4. خواص ثاني أكسيد الكربون
5. الاستخدام العمليثاني أكسيد الكربون

هناك معرفة أولية بالنص ، القراءة الأولية.

2. العمل في مجموعات الخبراء.

توحد مجموعات الخبراء "المتخصصين" في قضايا محددة. مهمتهم هي قراءة النص بعناية ، وتسليط الضوء على العبارات الرئيسية والمفاهيم الجديدة ، أو استخدام مجموعات و مخططات مختلفةللحصول على تمثيل رسومي لمحتوى النص (يتم تنفيذ العمل بشكل فردي).

3. اختيار المواد وهيكليتها وإضافتها (عمل جماعي)

4. التحضير لترجمة النص في مجموعات العمل

• المجموعة الأولىيضع الخبراء ملخصًا مرجعيًا "تاريخ اكتشاف ثاني أكسيد الكربون"
• المجموعة الثانيةيرسم الخبراء مخططًا لتوزيع ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة
• المجموعة الثالثةيضع الخبراء مخططًا للحصول على ثاني أكسيد الكربون ورسمًا لمنشأة لإنتاجه
• المجموعة الرابعةيقوم الخبراء بتصنيف خصائص ثاني أكسيد الكربون
• المجموعة الخامسةيضع الخبراء مخططًا للاستخدام العملي لثاني أكسيد الكربون

5. التحضير للعرض التقديمي (ملصق)

ثالثا. مرحلة الانعكاس

العودة إلى مجموعات العمل

1. بث في مجموعة من المواضيع 1-5 على التوالي. تجميع النبات لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. الحصول على ثاني أكسيد الكربون ودراسة خواصه.
2. مناقشة نتائج التجربة.
3. عرض الموضوعات الفردية.
4. العودة إلى "بيانات صحيحة وكاذبة". التحقق من الافتراضات الأولية الخاصة بك. وضع الرموز الجديدة.

قد يبدو كالتالي:

نصوص حول خمسة مواضيع رئيسية من "الزجزاج"

1. تاريخ اكتشاف ثاني أكسيد الكربون

كان ثاني أكسيد الكربون هو الأول من بين جميع الغازات الأخرى التي تعارض الهواء تحت اسم "الغاز البري" من قبل الكيميائي في القرن السادس عشر. فانت هيلمونت.

كان اكتشاف ثاني أكسيد الكربون بمثابة بداية لفرع جديد للكيمياء - كيمياء الهواء المضغوط (كيمياء الغاز).

أثبت الكيميائي الاسكتلندي جوزيف بلاك (1728 - 1799) في 1754 أن الرخام المعدني الجيري (كربونات الكالسيوم) يتحلل مع إطلاق الغاز عند تسخينه ويشكل الجير الحي (أكسيد الكالسيوم):

كربونات الكالسيوم 3 CaO + CO 2
كربونات الكالسيوم أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون

يمكن إعادة اتحاد الغاز المتسرب مع أكسيد الكالسيوم والحصول على كربونات الكالسيوم مرة أخرى:

CaO + CO 2 CaCO3
أكسيد الكالسيوم ثاني أكسيد الكربون كربونات الكالسيوم

كان هذا الغاز مطابقًا لـ "الغاز البري" الذي اكتشفه فان هيلمونت ، لكن بلاك أعطاها اسمًا جديدًا - "الهواء المقيد" - لأن هذا الغاز يمكن ربطه وإعادة تشكيله إلى مادة صلبة ، كما أن له القدرة على تنجذب إلى ماء الجير (هيدروكسيد الكالسيوم) وتتسبب في طمسه:

ثاني أكسيد الكربون هيدروكسيد الكالسيوم ماء كربونات الكالسيوم

بعد بضع سنوات ، اكتشف كافنديش خاصيتين أخريين الخصائص الفيزيائيةثاني أكسيد الكربون كثافة عاليةوذوبان كبير في الماء.

2. ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة

محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي منخفض نسبيًا ، فقط 0.04-0.03٪ (من حيث الحجم). تبلغ كتلة ثاني أكسيد الكربون المركّز في الغلاف الجوي 2200 مليار طن.
يوجد 60 مرة أكثر من ثاني أكسيد الكربون في شكل مذاب في البحار والمحيطات.
خلال كل عام ، تتم إزالة حوالي 1/50 من إجمالي ثاني أكسيد الكربون الموجود فيه من الغلاف الجوي بواسطة الغطاء النباتي العالمفي عملية التمثيل الضوئي ، والتي تحول المعادن إلى مواد عضوية.
يتكون الجزء الأكبر من ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة نتيجة لعمليات تحلل المواد العضوية المختلفة. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أثناء تنفس النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة. تتزايد باستمرار كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من الصناعات المختلفة. ثاني أكسيد الكربون موجود في تكوين الغازات البركانية ، كما أنه ينطلق من الأرض في المناطق البركانية. لعدة قرون كانت تعمل كمولد دائم لثاني أكسيد الكربون في "كهف الكلاب" بالقرب من مدينة نابولي في إيطاليا. تشتهر بحقيقة أن الكلاب لا يمكن أن تكون فيها ، ويمكن للإنسان أن يبقى هناك في حالة طبيعية. الحقيقة هي أنه في هذا الكهف يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الأرض ، ولأنه أثقل من الهواء بمقدار 1.5 مرة ، فإنه يقع أسفله ، على ارتفاع كلب تقريبًا (0.5 متر). في مثل هذا الهواء ، حيث يكون ثاني أكسيد الكربون 14٪ ، لا تستطيع الكلاب (والحيوانات الأخرى بالطبع) التنفس ، لكن البالغ لا يشعر بوجود فائض من ثاني أكسيد الكربون في هذا الكهف. توجد نفس الكهوف في منتزه يلوستون الوطني (الولايات المتحدة الأمريكية).
تسمى المصادر الطبيعية لثاني أكسيد الكربون mofetes. تعتبر Mofety من سمات المرحلة الأخيرة المتأخرة من توهين البراكين ، حيث يقع بركان Elbrus الشهير على وجه الخصوص. لذلك ، هناك العديد من مخارج الينابيع الحارة المشبعة بثاني أكسيد الكربون الذي يخترق الجليد والثلج.
خارج الكرة الأرضية ، تم العثور على أول أكسيد الكربون (IV) في الغلاف الجوي لكوكب المريخ والزهرة ، وهما كوكبان من "النوع الأرضي".

3. الحصول على ثاني أكسيد الكربون

في الصناعة ، يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون بشكل أساسي كمنتج ثانوي للتخمير الكحولي لتحميص الحجر الجيري ، إلخ.
في المختبرات الكيميائية ، يستخدمون إما أسطوانات جاهزة مع ثاني أكسيد الكربون السائل ، أو يحصلون على ثاني أكسيد الكربون في جهاز Kipp أو جهاز لإنتاج الغازات بفعل حمض الهيدروكلوريك على قطع من الرخام:

CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
كربونات الكالسيوم حمض الهيدروكلوريك كلوريد الكالسيوم ماء ثاني أكسيد الكربون

من المستحيل استخدام حمض الكبريتيك بدلاً من حمض الهيدروكلوريك ، لأنه بدلاً من كلوريد الكالسيوم القابل للذوبان في الماء ، سيتم الحصول على الجبس - كبريتات الكالسيوم (CaSO 4) - ملح قابل للذوبان في الماء قليلاً. يتم ترسيب الجبس على قطع من الرخام ، مما يجعل الوصول إليها صعبًا للغاية بالنسبة للأحماض ، وبالتالي يؤدي إلى إبطاء مسار التفاعل بشكل كبير.
للحصول على ثاني أكسيد الكربون:

1. اربط الجهاز للحصول على الغازات في ساق الحامل الثلاثي للمختبر
2. قم بإزالة سدادة القمع من أنبوب الاختبار
3. ضع 2-3 قطع من الرخام بحجم؟ بازيلاء
4. أدخل سدادة القمع في الأنبوب مرة أخرى. فتح المشبك
5. صب حمض الهيدروكلوريك (1: 2) في القمع (بعناية!) بحيث يغطي الحمض الرخام قليلاً
6. املأ الدورق بأول أكسيد الكربون (IV) وأغلق المشبك.

4. خواص ثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون ، عديم الرائحة ، أثقل من الهواء بمقدار 1.5 مرة ، وبالكاد يختلط به (وفقًا لـ D.I Mendeleev ، فإنه "يغرق" في الهواء) ، والذي يمكن إثباته من خلال التجربة التالية: فوق كوب ، حيث يحترق الشمعة ثابتة ، تقلب كوبًا مليئًا بثاني أكسيد الكربون. تنطفئ الشمعة على الفور.
أول أكسيد الكربون (IV) له خصائص حمضية وعندما يذوب هذا الغاز في الماء ، يتشكل حمض الكربونيك. عندما يتم تمرير ثاني أكسيد الكربون عبر الماء الملون بعباد الشمس ، يمكن ملاحظة تغير في لون المؤشر من اللون الأرجواني إلى الأحمر.
الذوبان الجيد لثاني أكسيد الكربون في الماء يجعل من المستحيل تجميعه بطريقة "إزاحة الماء".
التفاعل النوعي لمحتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء هو مرور الغاز عبر محلول مخفف من هيدروكسيد الكالسيوم (ماء الجير). يتسبب ثاني أكسيد الكربون في تكوين كربونات الكالسيوم غير القابلة للذوبان في هذا المحلول ، ونتيجة لذلك يصبح المحلول معكرًا:

CO 2 + Ca (OH) 2 CaCO 3 + H 2 O
ثاني أكسيد الكربون هيدروكسيد الكالسيوم ماء كربونات الكالسيوم

عند إضافة كمية زائدة من CO2 ، يصبح المحلول المعكر واضحًا مرة أخرى بسبب تحويل الكربونات غير القابلة للذوبان إلى كربونات هيدروجين الكالسيوم القابلة للذوبان:

كربونات الكالسيوم 3 + H 2 O + CO 2 Ca (HCO 3) 2
ماء كربونات الكالسيوم ثاني أكسيد الكربون بيكربونات الكالسيوم

5. التطبيق العملي لثاني أكسيد الكربون

يسمى ثاني أكسيد الكربون الصلب المضغوط "بالجليد الجاف".
يشبه ثاني أكسيد الكربون الصلب ثلجًا كثيفًا مضغوطًا ، يشبه الطباشير في الصلابة. درجة حرارة "الجليد الجاف" هي -78 درجة مئوية. الثلج الجاف ، على عكس جليد الماء ، كثيف. يغرق في الماء ويبرده بحدة. يمكن إطفاء البنزين المحترق بسرعة عن طريق إلقاء بضع قطع من الثلج الجاف في النيران.
الاستخدام الرئيسي للثلج الجاف هو تخزين ونقل المنتجات الغذائية: الأسماك ، واللحوم ، والآيس كريم ، وما إلى ذلك. لا تكمن قيمة الثلج الجاف في تأثير التبريد فحسب ، بل تكمن أيضًا في حقيقة أن المنتجات لا تتعفن أو تتعفن. ثاني أكسيد الكربون.
يستخدم الثلج الجاف في المختبرات لاختبار الأجزاء والأجهزة والآليات التي ستعمل في ظروف معينة درجات الحرارة المنخفضة. يستخدم الثلج الجاف لاختبار مقاومة الصقيع للإطارات المطاطية.
يستخدم ثاني أكسيد الكربون لكربونات الفاكهة و مياه معدنية، وفي الطب - لحمامات ثاني أكسيد الكربون.
يستخدم ثاني أكسيد الكربون السائل في طفايات حريق ثاني أكسيد الكربون وأنظمة إطفاء حرائق الطائرات والسفن ومحركات إطفاء ثاني أكسيد الكربون. إنه فعال بشكل خاص في الحالات التي يكون فيها الماء غير مناسب ، على سبيل المثال ، عند إطفاء حرائق السوائل القابلة للاشتعال أو في وجود أسلاك كهربائية غير موصلة أو معدات فريدة في الغرفة يمكن أن تتلف بسبب الماء.
في كثير من الحالات ، لا يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون في شكله النهائي ، ولكن يتم الحصول عليه في عملية استخدام ، على سبيل المثال ، مساحيق الخبز التي تحتوي على خليط من بيكربونات الصوديوم مع طرطرات البوتاسيوم الحمضية. عندما يتم خلط هذه المساحيق مع العجين ، تذوب الأملاح ويحدث تفاعل مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون. نتيجة لذلك ، يرتفع العجين ، ويمتلئ بفقاعات من ثاني أكسيد الكربون ، ويتضح أن المنتج المخبوز منه طري ولذيذ.

المؤلفات

1. Change // مجلة دولية حول تنمية التفكير من خلال القراءة والكتابة. - 2000. - رقم 1 ، 2.
2. الطالب الحديث في مجال الإعلام والاتصال: معينات التدريس. - سانت بطرسبرغ: PETROC ، 2000.
3. Zagashev I.O.، Zair-Bek S.I.التفكير النقدي: تطوير التكنولوجيا. - سان بطرسبرج: دار النشر "ألاينس دلتا" 2003.

ثاني أكسيد الكربون مادة لها أسماء عديدة: أول أكسيد الكربون (IV) أو ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون. ويسمى أيضًا أنهيدريد الكربون. إنه غاز عديم اللون والرائحة مع طعم حامض قليلاً. ثاني أكسيد الكربون أثقل من الهواء ولا يذوب جيدًا في الماء. عند درجات حرارة أقل من -78 درجة مئوية ، يتبلور ويصبح مثل الثلج.

من الحالة الغازية ، تنتقل هذه المادة إلى الحالة الصلبة ، حيث لا يمكن أن توجد في حالة سائلة تحت ظروف الضغط الجوي. كثافة ثاني أكسيد الكربون في الظروف الطبيعيةهو 1.97 كجم / م 3 - أعلى بمقدار 1.5 مرة من ثاني أكسيد الكربون في شكل صلب يسمى "الجليد الجاف". في حالة سائلة يمكن تخزينها فيها وقت طويل، يتغير مع زيادة الضغط. دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في هذه المادة وتركيبها الكيميائي.

يتكون ثاني أكسيد الكربون ، صيغته CO2 ، من الكربون والأكسجين ، ويتم الحصول عليه نتيجة احتراق أو تحلل المادة العضوية. يوجد أول أكسيد الكربون في الهواء والينابيع المعدنية الموجودة تحت الأرض. يطلق البشر والحيوانات أيضًا ثاني أكسيد الكربون عندما يزفرون الهواء. تقوم النباتات بدون إضاءة بإطلاقه ، وخلال عملية التمثيل الضوئي تمتصه بشكل مكثف. بفضل عملية التمثيل الغذائي الخلوي لجميع الكائنات الحية ، يعد أول أكسيد الكربون أحد المكونات الرئيسية للبيئة.

هذا الغاز ليس سامًا ، ولكن إذا تراكم بتركيز عالٍ ، فقد يبدأ الاختناق (فرط ثنائي أكسيد الكربون) ، ومع نقصه ، تتطور الحالة المعاكسة - hypocapnia. ينقل ثاني أكسيد الكربون ويعكس الأشعة تحت الحمراء. إنه غاز دفيئة يساهم بشكل مباشر في ظاهرة الاحتباس الحراري. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن مستوى محتواها في الغلاف الجوي يتزايد باستمرار ، مما يؤدي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري.

يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون صناعيًا من غازات الدخان أو الفرن ، أو عن طريق تحلل الدولوميت وكربونات الحجر الجيري. يتم غسل خليط هذه الغازات جيدًا حل خاص، التي تتكون من التالي ، تتحول إلى بيكربونات وتتحلل عند تسخينها ، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون. يتكون ثاني أكسيد الكربون (H2CO3) من ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء ، ولكن في الظروف الحديثةاحصل عليه وطرق أخرى أكثر تقدمًا. بعد تنظيف ثاني أكسيد الكربون ، يتم ضغطه وتبريده وضخه في أسطوانات.

في الصناعة ، يتم استخدام هذه المادة على نطاق واسع وعالمي. يستخدمه عمال الأغذية كعامل تخمير (على سبيل المثال ، لصنع العجين) أو كمادة حافظة (E290). بمساعدة ثاني أكسيد الكربون ، يتم إنتاج العديد من المشروبات المنشطة والمشروبات الغازية ، والتي لا يحبها الأطفال فحسب ، بل وأيضًا الكبار. يستخدم ثاني أكسيد الكربون في التصنيع صودا الخبزوالبيرة والسكر والنبيذ الفوار.

يستخدم ثاني أكسيد الكربون أيضًا في إنتاج طفايات حريق فعالة. بمساعدة ثاني أكسيد الكربون ، يتم إنشاء بيئة نشطة ، وهو أمر ضروري عند درجة حرارة عالية لقوس اللحام ، ويتحلل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين و أول أكسيد الكربون. يتفاعل الأكسجين مع المعدن السائل ويؤكسده. يستخدم ثاني أكسيد الكربون في العلب في بنادق الهواء والمسدسات.

يستخدم صانعو الطائرات هذه المادة كوقود لنماذجهم. بمساعدة ثاني أكسيد الكربون ، يمكنك زيادة غلة المحاصيل المزروعة في الدفيئة بشكل كبير. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في الصناعة التي يتم فيها حفظ الطعام بشكل أفضل. يتم استخدامه كمبرد في الثلاجات والمجمدات والمولدات الكهربائية ومحطات الطاقة الحرارية الأخرى.

أنت تعلم بالفعل أنه عند الزفير ، يغادر ثاني أكسيد الكربون الرئتين. ماذا تعرف عن هذه المادة؟ ربما قليلا. سأجيب اليوم على جميع الأسئلة المتعلقة بثاني أكسيد الكربون.

تعريف

هذه المادة في الظروف العادية هي غاز عديم اللون. في العديد من المصادر ، يمكن تسميته بشكل مختلف: أول أكسيد الكربون (IV) ، أنهيدريد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون.

الخصائص

ثاني أكسيد الكربون (صيغة CO 2) هو غاز عديم اللون له الرائحة الحامضةوالذوق ، مادة قابلة للذوبان في الماء. إذا تم تبريده بشكل صحيح ، فإنه يشكل كتلة شبيهة بالثلج تسمى الثلج الجاف (الصورة أدناه) ، والتي تتسامي عند درجة حرارة -78 درجة مئوية.

وهو أحد نواتج تسوس أو احتراق أي مادة عضوية. يذوب في الماء فقط عند درجة حرارة 15 درجة مئوية وفقط إذا كانت نسبة الماء: ثاني أكسيد الكربون 1: 1. يمكن أن تكون كثافة ثاني أكسيد الكربون مختلفة ، ولكن في ظل الظروف القياسية تكون 1.976 كجم / م 3. هذا إذا كان في شكل غازي ، وفي حالات أخرى (سائل / غازي) ، ستكون قيم الكثافة مختلفة أيضًا. هذه المادةهو أكسيد حمضي ، فإضافته إلى الماء ينتج عنه تكوين حمض الكربونيك. إذا قمت بدمج ثاني أكسيد الكربون مع أي قلوي ، فنتيجة للتفاعل اللاحق ، تتشكل الكربونات والهيدروكربونات. لا يمكن لهذا الأكسيد أن يدعم الاحتراق ، مع استثناءات قليلة. هذه معادن نشطة ، وفي هذا النوع من التفاعل ، يأخذون الأكسجين منه.

إيصال

ثاني أكسيد الكربون وبعض الغازات الأخرى كميات كبيرةيتم إطلاقه عند إنتاج الكحول أو تحلل الكربونات الطبيعية. ثم يتم غسل الغازات الناتجة بكربونات البوتاسيوم المذابة. يتبع ذلك امتصاصهم لثاني أكسيد الكربون ، ناتج هذا التفاعل هو الهيدروكربونات ، عن طريق تسخين المحلول الذي يتم الحصول على الأكسيد المطلوب منه. ولكن الآن يتم استبداله بنجاح بالإيثانولامين المذاب في الماء ، والذي يمتص أول أكسيد الكربون الموجود في غاز المداخن ويطلقه عند تسخينه. أيضًا ، هذا الغاز هو منتج ثانوي لتلك التفاعلات التي يتم فيها الحصول على النيتروجين والأكسجين والأرجون النقي. في المختبر ، ينتج بعض ثاني أكسيد الكربون عندما تتفاعل الكربونات والبيكربونات مع الأحماض. يتشكل أيضًا عند تفاعل صودا الخبز وعصير الليمون أو نفس بيكربونات الصوديوم والخل (الصورة).

طلب

لا يمكن لصناعة المواد الغذائية الاستغناء عن استخدام ثاني أكسيد الكربون ، حيث يُعرف بأنه عامل حافظة وخميرة ، برمز E290. أي مطفأة حريق تحتوي عليها على شكل سائل.

أيضًا ، أول أكسيد الكربون رباعي التكافؤ ، الذي يتم إطلاقه أثناء عملية التخمير ، يعد بمثابة ضماد جيد لنباتات أحواض السمك. يوجد أيضًا في الصودا المعروفة ، والتي يشتريها كثير من الناس من متجر البقالة. يتم لحام الأسلاك في بيئة ثاني أكسيد الكربون ، ولكن إذا كانت درجة الحرارة هذه العمليةمرتفع جدًا ، ثم يترافق مع تفكك ثاني أكسيد الكربون ، حيث يتم إطلاق الأكسجين ، مما يؤدي إلى أكسدة المعدن. ثم لا يكتمل اللحام بدون مزيلات الأكسدة (المنجنيز أو السيليكون). يتم ضخ عجلات الدراجات بثاني أكسيد الكربون ، وهي موجودة أيضًا في علب أسلحة تعمل بالهواء المضغوط (يسمى هذا التنوع بالون الغاز). أيضًا ، هذا الأكسيد في الحالة الصلبة ، يسمى الثلج الجاف ، ضروري كمبرد في التجارة والبحث العلمي وعند إصلاح بعض المعدات.

استنتاج

هذا هو مدى فائدة ثاني أكسيد الكربون للبشر. وليس فقط في الصناعة ، فهي تلعب دورًا مهمًا أيضًا دور بيولوجي: بدونها ، لا يمكن أن يحدث تبادل الغازات ، وتنظيم نغمة الأوعية الدموية ، والتمثيل الضوئي والعديد من العمليات الطبيعية الأخرى. لكن فائضه أو نقصه في الهواء لبعض الوقت يمكن أن يؤثر سلبًا الحالة الفيزيائيةكل الكائنات الحية.

يساوي +4) ، يسمى ثاني أكسيد الكربون (أسماء أخرى: ثاني أكسيد الكربون ، أنهيدريد الكربون ، ثاني أكسيد الكربون). عادة ما تتم كتابة هذه المادة بالصيغة الجزيئية CO2. كتلته المولية 44.01 جم / مول. بواسطة مظهر خارجيفي ظل ظروف طبيعية أنهيدريد الكربونهو غاز عديم اللون. في التركيزات المنخفضة ، يكون عديم الرائحة ، وفي التركيزات الأعلى يكتسب رائحة حامضة حادة.

لهذا المواد الكيميائيةهناك ثلاث حالات تجميع محتملة تتميز بـ معان مختلفةكثافة:

• صلب (جليد جاف) ؛ بضغط 1 atm. ودرجة الحرارة -78.5 درجة مئوية - 1562 كجم / متر مكعب ؛
• سائل (ثاني أكسيد الكربون) ؛ عند ضغط 56 ضغط جوي. ودرجة الحرارة +20 درجة مئوية - 770 كجم / متر مكعب ؛
• الغازي؛ بضغط 1 atm. ودرجة حرارة 0 درجة مئوية - 1.977 كجم / متر مكعب.

درجة انصهار ثاني أكسيد الكربون هي -78 درجة مئوية ، ونقطة الغليان هي -57 درجة مئوية. المادة قابلة للذوبان في الماء: عند 25 درجة مئوية وضغط 100 كيلو باسكال ، تكون قابليتها للذوبان 1.45 جم / لتر.

ثاني أكسيد الكربون مركب كيميائي طبيعي ترتبط فيه ذرات الأكسجين بذرة الكربون بواسطة رابطة تساهمية. جزيء ثاني أكسيد الكربون خطي ومتماثل. كل من الروابط بين الكربون واثنين من ذرات الأكسجين متكافئة (مزدوجة بشكل أساسي). الجزيء متماثل حول مركزه ، لذلك ليس لديه أي عزم كهربائي ثنائي القطب.

كان ثاني أكسيد الكربون أحد المركبات الكيميائية الغازية الأولى التي توقفت عن التعرف على الهواء. في القرن السابع عشر ، لاحظ الكيميائي الفلمنكي يان بابتيستا فان هيلمونت أنه عندما أحرق الفحم في وعاء مغلق ، كانت كتلة الرماد الناتجة أقل بكثير من كتلة الرماد. الخصائص التقليديةتمت دراسة ثاني أكسيد الكربون بشكل أكثر شمولاً في عام 1750 من قبل الطبيب الاسكتلندي جوزيف بلاك.

يوجد ثاني أكسيد الكربون عند الضغط القياسي ودرجة الحرارة في الغلاف الجوي للأرض بكمية تقارب 0.04٪ من حيث الحجم. في دورة الكربون المعروفة باسم التمثيل الضوئي ، تمتص النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء ثاني أكسيد الكربون. نتيجة لذلك ، يتم تكوين الماء والكربوهيدرات ، لكن هذه العملية تحدث فقط تحت تأثير الضوء. ينتج ثاني أكسيد الكربون أيضًا عند حرق الفحم أو الهيدروكربونات ، وعند تخمير السوائل ، وعندما ينفث الإنسان والحيوان الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إخراجها من البراكين والينابيع الساخنة والسخانات.

يلعب في ثاني أكسيد الكربون دورا هاما(يمتص ويبعث الإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء الحرارية). هذا ايضا مركب كيميائيأحد المصادر الرئيسية لخفض الرقم الهيدروجيني للمحيطات: الذوبان في الماء ، فهو يشكل حمض كربونيك ضعيف: CO2 + H2O ↔ H2CO3 ، غير قادر على الانفصال تمامًا عن الأيونات.

ثاني أكسيد الكربون لا يدعم الاحتراق أو التنفس. تنطفئ شعلة مضاءة في غلافها الجوي. تختنق الحيوانات والبشر بتركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون. عند تركيز 3٪ في الهواء ، يتسارع التنفس ، بنسبة 10٪ ، يحدث فقدان للوعي وموت سريع ، و 20٪ المحتوى يسبب شللًا فوريًا.

ثاني أكسيد الكربون هو أنهيدريد حمض الكربونيك ، لذلك له الخصائص المميزة للأكسيد الحمضي. في ظروف المختبر ، يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل الطباشير مع حامض الهيدروكلوريكفي CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O. في الصناعة ، يتم إنتاجه عن طريق التحلل الحراري للحجر الجيري أو الطباشير (غالبًا ما يكون المغنسيت أو الدولوميت): CaCO3 → CaO + CO2. يُعد إنتاج ثاني أكسيد الكربون نتيجة ثانوية لفصل الهواء بدرجة حرارة منخفضة إلى نيتروجين وأكسجين. في الوقت الحاضر ، يتم إنتاج مولدات خاصة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون من الهواء. تستخدم هذه المولدات لتزويد الصوبات الزراعية بثاني أكسيد الكربون من أجل خلق بيئة مواتية للنباتات.

يحتوي ثاني أكسيد الكربون تطبيق واسعفي الصناعات الكيماوية. يتم استخدامه للحصول على الصودا ، لتوليف الأحماض العضوية ، للتصنيع المشروبات الغازية. تستخدم كمبرد ، على سبيل المثال ، في صناعة النبيذ. يتم إنشاء الغلاف الجوي لثاني أكسيد الكربون لمنع التعفن منتجات الطعام، نفس العنب بعد الحصاد وقبل بدء إنتاج النبيذ.

يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون المسال لملئها ، والتي تستخدم لإطفاء الحرائق. ومع ذلك ، لا يمكنهم إطفاء أي شخص ، حيث يتبخر جزء كبير من تدفق ثاني أكسيد الكربون السائل ، بينما تنخفض درجة الحرارة بشكل حاد (مما قد يتسبب في قضمة الصقيع) ويتحول ثاني أكسيد الكربون إلى جليد جاف. يشيع استخدام ثاني أكسيد الكربون لإطفاء السوائل القابلة للاشتعال والأسلاك الكهربائية. الآلية هي وقف تدفق الأكسجين من الهواء إلى مصدر الاشتعال.

سائل

ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون ، ثاني أكسيد الكربون) في جميع ولاياته يستخدم على نطاق واسع في جميع الصناعات تقريبًا ومجمع الصناعات الزراعية.

يمثل ثاني أكسيد الكربون 10٪ من سوق الغاز الصناعي بأكمله ، مما يضع هذا المنتج على قدم المساواة مع منتجات فصل الهواء الرئيسية.

أول أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون, ثاني أكسيد الكربون, ثاني أكسيد الكربون, أنهيدريد الكربون, ثاني أكسيد الكربون) - ثاني أكسيد الكربون ، غاز عديم اللون ، عديم الرائحة ، مع طعم حامض قليلاً.

يبلغ متوسط ​​تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض 0.038٪

بدني

الكثافة في الظروف العادية 1.97 كجم / م 3. عند الضغط الجوي ، لا يوجد ثاني أكسيد الكربون في حالة سائلة ، ويمر مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية. يسمى ثاني أكسيد الكربون الصلب بالثلج الجاف. في ضغط دم مرتفعفي درجات الحرارة العادية ، ينتقل ثاني أكسيد الكربون إلى سائل يستخدم لتخزينه.

ثاني أكسيد الكربون يمر بسهولة الأشعة فوق البنفسجيةوأشعة الجزء المرئي من الطيف الذي يأتي إلى الأرض من الشمس ويسخنها. في نفس الوقت تمتص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض وهي من الغازات المسببة للاحتباس الحراري ، ونتيجة لذلك تشارك في العملية. الاحتباس الحراري. لوحظ ارتفاع مستمر في مستوى هذا الغاز في الغلاف الجوي منذ بداية العصر الصناعي.

المواد الكيميائية

بواسطة الخواص الكيميائيةثاني أكسيد الكربون هو أكسيد حمضي. عندما يذوب في الماء ، فإنه يشكل حمض الكربونيك. يتفاعل مع القلويات لتكوين كربونات وبيكربونات. يدخل في تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلي (على سبيل المثال ، مع الفينول - تفاعل كولبي) والإضافة المحبة للنواة (على سبيل المثال ، مع مركبات المغنيسيوم العضوية).

بيولوجي

يلعب ثاني أكسيد الكربون أحد الأدوار الرئيسية في الحياة البرية ، حيث يشارك في العديد من عمليات التمثيل الغذائي للخلية الحية. ينتج ثاني أكسيد الكربون عن طريق العديد من التفاعلات المؤكسدة في الحيوانات ويتم إطلاقه في الغلاف الجوي من خلال التنفس. ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو المصدر الرئيسي للكربون للنباتات. ومع ذلك ، سيكون من الخطأ القول إن الحيوانات لا تصدر إلا ثاني أكسيد الكربون ، وأن النباتات تمتصه فقط. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي ، وبدون ضوء ، فإنها تطلقه أيضًا.

ثاني أكسيد الكربون غير سام ، لكنه لا يدعم التنفس. يسبب التركيز الكبير في الهواء الاختناق (انظر فرط ثنائي أكسيد الكربون). يعد نقص ثاني أكسيد الكربون خطيرًا أيضًا (انظر Hypocapnia)

يحتوي ثاني أكسيد الكربون في الكائنات الحية على و الأهمية الفسيولوجية، على سبيل المثال ، يشارك في تنظيم نغمة الأوعية الدموية (انظر الشرايين).

إيصال

في الصناعة ، يتم الحصول عليها من غازات الفرن ، من منتجات تحلل الكربونات الطبيعية (الحجر الجيري ، الدولوميت). يتم غسل خليط الغازات بمحلول كربونات البوتاسيوم الذي يمتص ثاني أكسيد الكربون ويتحول إلى كربونات الهيدروجين. يتحلل محلول البيكربونات ، عند تسخينه أو تحت ضغط منخفض ، ويطلق ثاني أكسيد الكربون. للأغراض الغذائية ، يتم استخدام الغاز الناتج أثناء التخمير الكحولي. بعد المعالجة المسبقة ، يتم ضخ الغاز في أسطوانات.

يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون أيضًا في محطات فصل الهواء كمنتج ثانوي للحصول على الأكسجين النقي والنيتروجين والأرجون.

في ظروف المختبر ، يتم الحصول على كميات صغيرة عن طريق تفاعل الكربونات والبيكربونات مع الأحماض ، مثل الرخام أو الطباشير أو الصودا مع حمض الهيدروكلوريك. يؤدي استخدام تفاعل حمض الكبريتيك مع الطباشير أو الرخام إلى تكوين كبريتات الكالسيوم غير القابلة للذوبان ، والتي تتداخل مع التفاعل وتتم إزالتها بفائض كبير من الحمض.

تفاعل صودا الخبز مع حمض الستريكأو حامض عصير ليمون. كان هذا هو الشكل الذي ظهرت فيه أول المشروبات الغازية. كان الصيادلة يعملون في تصنيعها وبيعها.

طلب

في الصناعات الغذائيةيستخدم ثاني أكسيد الكربون كمادة حافظة ويشار إليه على العبوة بموجب الكود E290وأيضًا كمسحوق خبز.

ثاني أكسيد الكربون السائل (ثاني أكسيد الكربون الغذائي السائل) هو ثاني أكسيد الكربون المسال المخزن تحته ضغط مرتفع(~ 65-70 ضغط جوي). سائل عديم اللون. عندما يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون السائل من الأسطوانة إلى الغلاف الجوي ، يتبخر جزء منه ، ويشكل الجزء الآخر رقائق جليد جافة.

تستخدم الأسطوانات التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون السائل على نطاق واسع كطفايات حريق ولإنتاج المياه الغازية وعصير الليمون.

يستخدم ثاني أكسيد الكربون كوسيط درع في لحام الأسلاك ، ولكن درجات حرارة عاليةيتفكك مع إطلاق الأكسجين. الأكسجين المنطلق يؤكسد المعدن. في هذا الصدد ، من الضروري إدخال مزيلات الأكسدة ، مثل المنغنيز والسيليكون ، في سلك اللحام. من النتائج الأخرى لتأثير الأكسجين ، المرتبط أيضًا بالأكسدة انخفاض حادالتوتر السطحي ، والذي يؤدي ، من بين أمور أخرى ، إلى ترشيش معدني أكثر كثافة مما يحدث عند اللحام بالأرجون أو الهيليوم.

يستخدم ثاني أكسيد الكربون في العلب في الأسلحة الهوائية وكمصدر للطاقة للمحركات في نمذجة الطائرات.

يستخدم ثاني أكسيد الكربون الصلب - الجليد الجاف - في الأنهار الجليدية. يستخدم ثاني أكسيد الكربون السائل كمبرد وسائل عامل في محطات الطاقة الحرارية (الثلاجات ، المجمدات ، مولدات الطاقة الشمسية ، إلخ).

طرق التسجيل

مطلوب قياس الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في العمليات التكنولوجية، في التطبيقات الطبية- تحليل مخاليط الجهاز التنفسي في تهوية صناعيةالرئتين و أنظمة مغلقةدعم الحياة. يستخدم تحليل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأغراض البيئية و بحث علمي، لدراسة تأثير الدفيئة.

يتم تسجيل ثاني أكسيد الكربون باستخدام أجهزة تحليل الغاز بناءً على مبدأ التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء وأنظمة قياس الغازات الأخرى. يُطلق على محلل الغاز الطبي لتسجيل محتوى ثاني أكسيد الكربون في هواء الزفير اسم Capnograph.

ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي

التغيرات في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (منحنى كيلنج). القياسات في مرصد ماونا لوا.

يتم تحديد التقلبات السنوية في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على الكوكب بشكل أساسي من خلال الغطاء النباتي لخطوط العرض الوسطى (40-70 درجة) في نصف الكرة الشمالي.

لا يعتمد الغطاء النباتي في المناطق المدارية عمليًا على الموسم ، فالحزام الجاف من الصحاري 20-30 درجة (كلا نصفي الكرة الأرضية) يساهم بشكل ضئيل في دورة ثاني أكسيد الكربون ، كما أن المناطق البرية المغطاة بالنباتات تقع بشكل غير متماثل على الأرض ( يقع المحيط في نصف الكرة الجنوبي في خطوط العرض الوسطى).
لذلك ، من مارس إلى سبتمبر ، بسبب عملية التمثيل الضوئي ، ينخفض ​​محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ومن أكتوبر إلى فبراير يرتفع. تُعطى المساهمة في نمو الشتاء من خلال أكسدة الخشب (التنفس غير المتجانسة للنباتات ، والتعفن ، وتحلل الدبال ، حرائق الغابات) واحتراق الوقود الاحفوري (الفحم والنفط والغاز) الذي يزداد بشكل ملحوظ في فصل الشتاء.