Углекислота

Общие сведения

Диоксид углерода (двуокись углерода, углекислый газ, оксид углерода (IV), диоксид углерода, угольный ангидрид, углекислота) — CO2 бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом.

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют. Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса.

Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (гиперкапния), недостаток углекислого газа тоже опасен (гипокапния).

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет 0,038 %.

 

Физические свойства

Плотность при нормальных условиях 1,98 г/л. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

 

Химические свойства

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

 

Получение

В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В пищевых целях используется газ, образующийся при спиртовом брожении. После предварительной обработки газ закачивается в баллоны.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора, мела или соды с соляной кислотой. Использование реакции серной кислоты с мелом или мрамором приводит к образованию малорастворимого сульфата кальция, который мешает реакции, и который удаляется значительным избытком кислоты.

Для приготовления напитков может быть использована реакция пишевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком. Именно в таком виде появились первые газированные напитки. Их изготовлением и продажей занимались аптекари.

 

Применение углекислоты

 

В машиностроении и строительстве

- для холодной посадки частей машин

- в процессах тонкой заточки

- для электросварки, основанной на принципе защиты расплавленного металла от вредного воздействия атмосферного воздуха

Электросварка в защитной среде углекислоты:

1. Повышает производительность труда по сравнению с ручной сваркой.

2. Снижает более чем в два раза себестоимость наплавленных металлов.

3. Обеспечивает отличное качество сварных швов.

 

В металлургии

- продувка углекислым газом литейных форм

- при производстве алюминия и других легкоокисляющихся металлов

 

В сельском хозяйстве

- для создания искусственного дождя

 

В экологии

- заменяет сильнодействующие минеральные кислоты для нейтрализации щелочной отбросной воды

 

В изготовлении противопожарных средств

- применяется в углекислотных огнетушителях в качестве огнетушащего вещества, эффективно останавливает процесс горения

 

В парфюмерии

- при изготовлении духов

 

В горнодобывающей промышленности

- при методе беспламенного взрыва горных пород

 

В пищевой промышленности

- диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290

- в качестве разрыхлителя теста

- для производства газированных напитков

 

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

 

Качество двуокиси углерода жидкой определяется поГОСТ 8050-85.

 

ПоказательВысший сортI сортII сорт
Объёмная доля двуокиси углерода, %, не менее 99,8 99,5 98,8
Массовая концентрация минеральных масел и мехпримесей, мг/кг, не более 0,1 0,1 не нормируется
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м3, не более 0,037 0,184 не нормируется
что соответствует температуре насыщения двуокиси углерода водяными парами при давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) при температуре 20 °С, не выше Минус 48 Минус 34 не нормируется

 

Хранение и перевозка углекислоты

Жидкую двуокись углерода хранят и перевозят в специальных цистернах, в баллонах (ГОСТ 949-73) вместимостью до 50 дм3, в баллончиках для бытовых сифонов по ГОСТ 19136 - 80 вместимостью не менее 0,01 дм3, в спецтаре по нормативно-технической документации для автотранспорта. Жидкую двуокись углерода в баллонах транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта.

 

 

Опасные факторы и меры безопасности

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. При концентрациях более 5% (92 г/ м3) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как она тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья.