|
|
|
|
|
УГЛЕРОДА ДИОКСИД |
Мультимедийная энциклопедия |
(оксид углерода(IV), ангидрид угольной кислоты, углекислый газ) CO2,
хорошо известный пузырящийся ингредиент газированных безалкогольных
напитков. Человек знал о целебных свойствах "шипучей воды" из природных
источников с незапамятных времен, но только в 19 в. научился получать ее
сам. Тогда же было идентифицировано вещество, делающее воду шипучей, -
углекислый газ. Впервые для целей карбонизации этот газ был получен в 1887
в ходе реакции между измельченным мрамором и серной кислотой; его выделяли
и из природных источников. Позже СО2 стали получать в промышленных
масштабах сжиганием кокса, прокаливанием известняка и брожением спирта.
Более четверти века диоксид углерода хранили в стальных баллонах под
давлением и использовали почти исключительно для газирования напитков. В
1923 как коммерческий продукт стали производить твердый СО2 (сухой лед), а
примерно в 1940 - жидкий, который разливали в специальные герметичные
цистерны под высоким давлением.
Физические свойства. При обычных температуре и давлении диоксид
углерода - бесцветный, обладающий слегка кисловатым вкусом и запахом газ.
Он на 50% тяжелее воздуха, поэтому его можно переливать из одной емкости в
другую. СО2 - продукт большинства процессов горения и при достаточно
больших количествах может гасить пламя, вытесняя из воздуха кислород. При
увеличении концентрации СО2 в плохо проветриваемом помещении содержание
кислорода в воздухе уменьшается настолько, что человек может задохнуться.
СО2 растворяется во многих жидкостях; растворимость зависит от свойств
жидкости, температуры и давления паров СО2. Способность диоксида углерода
растворяться в воде и определяет его широкое использование в производстве
безалкогольных напитков. СО2 прекрасно растворяется в органических
растворителях, например в спирте, ацетоне и бензоле.
При повышении давления и охлаждении диоксид углерода легко сжижается и
находится в жидком состоянии при температурах от +31 до -57° С (в
зависимости от давления). Ниже -57° С переходит в твердое состояние (сухой
лед). Давление, необходимое для сжижения, зависит от температуры: при +21°
С оно составляет 60 атм, а при -18° С всего 20 атм. Жидкий СО2 хранят в
герметичных емкостях под соответствующим давлением. При переходе в
атмосферу часть его превращается в газ, а некоторое количество - в
"углеродный снег", при этом его температура понижается до -84° С.
Поглощая тепло из окружающей среды, сухой лед переходит в газообразное
состояние, минуя жидкую фазу, - сублимирует. Для уменьшения сублимационных
потерь его хранят и транспортируют в герметичных контейнерах, достаточно
прочных, чтобы выдержать увеличение давления при повышении температуры.
Химические свойства. СО2 - малоактивное соединение. При растворении
в воде образует слабую угольную кислоту, окрашивающую лакмусовую бумажку в
красный цвет. Угольная кислота улучшает вкусовые качества газированных
напитков и предотвращает рост бактерий. Реагируя со щелочными и
щелочноземельными металлами, а также с аммиаком, СО2 образует карбонаты и
бикарбонаты.
См. также <<УГЛЕРОД>>.
Распространенность в природе и получение. СО2 образуется при сжигании
углеродсодержащих веществ, спиртовом брожении, гниении растительных и
животных остатков; он высвобождается при дыхании животных, его выделяют
растения в темноте. На свету, напротив, растения поглощают СО2 и выделяют
кислород, что поддерживает природный баланс кислорода и углекислого газа в
воздухе, которым мы дышим. Содержание СО2 в нем не превышает 0,03% (по
объему).
Известно пять основных способов получения СО2: сжигание углеродсодержащих
веществ (кокса, природного газа, жидкого топлива); образование в качестве
побочного продукта при синтезе аммиака; прокаливание известняка; брожение;
откачка из скважин. В последних двух случаях получается практически чистый
диоксид углерода, а при сжигании углеродсодержащих веществ или
прокаливании известняка образуется смесь СО2 с азотом и следами других
газов. Эту смесь пропускают через раствор, поглощающий только СО2. Затем
раствор нагревают и получают практически чистый СО2, который отделяют от
оставшихся примесей. От паров воды избавляются вымораживанием и химической
сушкой.
Очищенный СО2 сжижают, охлаждая его при высоком давлении, и хранят в
больших емкостях. Для получения сухого льда жидкий СО2 подают в закрытую
камеру гидравлического пресса, где понижают давление до атмосферного. При
резком снижении давления из СО2 образуются рыхлый снег и очень холодный
газ. Снег прессуют и получают сухой лед. Газообразный СО2 откачивают,
сжижают и возвращают в резервуар для хранения.
ПРИМЕНЕНИЕ
Получение низких температур. В жидком и твердом виде СО2
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.
Карбонизация. Основное применение газообразного СО2 - карбонизация
воды и безалкогольных напитков. Вначале воду и сироп смешивают в нужных
пропорциях, а затем под давлением насыщают смесь газообразным СО2.
Карбонизация пива и вин обычно происходит в результате протекающих в них
химических реакций.
Применения, основанные на инертности. СО2 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, СО2 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.
СО2 - 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 СО2.
Жидкий СО2, 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 СО2.
Химические аспекты. Диоксид углерода применяется в производстве
аспирина, свинцовых белил, мочевины, перборатов, химически чистых
карбонатов. Угольная кислота, образующаяся при растворении СО2 в воде, -
недорогой реагент для нейтрализации щелочей. В литейном производстве при
помощи диоксида углерода отверждают песочные формы благодаря
взаимодействию CO2 с силикатом натрия, смешанным с песком. Это позволяет
получать более качественные отливки. Огнеупорный кирпич, которым выложены
печи для выплавки стали, стекла и алюминия, после обработки диоксидом
углерода становится более прочным. СО2 используется также в городских
системах умягчения воды с помощью натронной извести.
Создание повышенного давления. СО2 применяют для опрессовки и
проверки на течь различных емкостей, а также для калибровки манометров,
клапанов, свечей зажигания. Им наполняют портативные контейнеры для
накачивания спасательных поясов и надувных лодок. Смесь диоксида углерода
и закиси азота долгое время применяли для создания давления в аэрозольных
баллончиках. СО2 нагнетают под давлением в герметичные емкости с эфиром (в
устройствах для быстрого запуска двигателей), растворителями, красками,
инсектицидами для последующего распыления этих веществ.
Применение в медицине. В небольших количествах СО2 добавляют к
кислороду (для стимуляции дыхания) и при анестезии. В высоких
концентрациях его применяют для гуманного умерщвления животных.
ЛИТЕРАТУРА
Реми Г. Курс неорганической химии, т. 1. М., 1972
Некрасов Б.В. Основы общей химии. М., 1973 |
Бренан - Словарь научной грамотности |
(CO2). Другое название - углекислый газ. Бесцветный и без запаха газ, выдыхаемый нами и образующийся при разложении или горении органического материала. Животные поглощают кислород и выделяют при выдохе смесь кислорода и углекислого газа, тогда как растения, наоборот, поглощают углекислый газ и производят кислород. Хотя углекислый газ - это нормальная составная часть земной атмосферы, из-за сжигания нефти и угля его количество в атмосфере возросло с L900 г. наполовину от первоначального содержания. Возрастание концентрации СОг не создает пока беспокойства, если говорить только о дыхании. Однако оно способствует парниковому эффекту, который может вызвать глобальное потепление.
В настоящее время большая часть энергии в мире вырабатывается путем сжигания горючих ископаемых - угля, нефти и природного газа; при этом в атмосферу выбрасываются всякие отходы, в первую очередь углекислый газ. Накопление СОг угрожает здоровью и жизни, поскольку ведет к задержанию тепла и повышению средней температуры нашей планеты. Климатологи спорят о том, изменяет ли парниковый эффект наш климат уже сейчас или глобальное потепление не наступит еще несколько десятилетий. Однако все согласны, что продолжающееся сжигание минерального топлива и выброс диоксида углерода в атмосферу в конце концов приведут к потеплению на Земле. Беспокойство возросло в связи с докладами климатологов в январе 1991 г., в которых сообщалось, что глобальная средняя температура земной поверхности в 1990 г. была наивысшей за более чем вековую историю ее измерений. См. <<климат>>. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|