Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

Содержание

Что такое диоксид углерода?
Почему солнце горит без кислорода?
Горение веществ на воздухе и в кислороде
Как сжечь углекислый газ?
Карбиды
Кислород воспламеняется?
Оксиды углерода — урок. химия, 9 класс.
Разница между диоксидом углерода и монооксидом углерода
Свойства токсичного вещества
Строение молекулы
Угарный газ, свойства, физиологическое действие на организм. углекислый газ, угольная кислота и ее соли
Углекислый газ и мы: чем опасен сo2
Условия появления угара в помещении
Физические свойства
Химические свойства
Химические свойства углекислого газа
Электронное строение углерода
Этиология и патогенез

Что такое диоксид углерода?

Диоксид углерода или углекислый газ — это химическое соединение состоящее из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Он представлен молекулярной формулой как CO2.В твердом состоянии он известен как «сухой лед». Углекислый газ действует как парниковый газ и является одним из важнейших компонентов углеродного цикла.

Диоксид углерода - углекислый газ — Диоксид углерода — углекислый газ

Существует много источников CO2, которые включают природные источники, такие как сжигание органических веществ, вулканическая деятельность и процессы дыхания, выполняемые животными и людьми (где они вдыхают воздух насыщенный O2 и выдыхают воздух насыщенный CO2), а также процессы клеточного дыхания, выполняемый аэробными организмами. Другие источники CO2 включают сжигание древесины и ископаемого топлива, процесс ферментации, осуществляемый во многих отраслях промышленности.

Растения обеспечивают кислородом атмосферу и используют углекислый газ для осуществления процесса фотосинтеза, для выработки энергии.CO2 также является парниковым газом, который защищает атмосферу Земли от некоторых вредных излучений, отражая их обратно в космос.

CO2 имеет молекулярную массу 44 г/моль. Он имеет один атом углерода, присоединенный к двум атомам кислорода с обеих сторон и, таким образом, имеет линейную молекулярную форму.CO2 имеет ковалентные связи между атомами. Углекислый газ является негорючим газом.

Про кислород: Формула кислорода - онлайн справочник для студентов

Отравление им встречается редко, но легкое отравление может наблюдаться, когда его концентрация становятся 3% от объёма воздуха, текущий уровень CO2 на планете составляет 0,0004% от объёма воздуха. Уровень CO2 8% от объёма воздуха считается опасным для жизни.

Почему солнце горит без кислорода?

Солнце продолжает гореть, потому что ему не нужен кислород, чтобы поддерживать свой «огонь»; горение, которое происходит на поверхности Солнца, представляет собой не химическое горение, а ядерный синтез.

Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье — Солнце продолжает гореть, потому что ему не нужен кислород для своего огня.

Проще говоря, ядерный синтез происходит, когда два или более ядра соединяются, чтобы сформировать новый элемент с более тяжелым ядром. Например, два атома водорода объединяются, чтобы стать более крупным и тяжелым атомом гелия.

Для этого процесса не требуется кислород. Фактически, для этого вообще не требуется никакого другого материала. Все, что вам нужно, — это чрезвычайно высокое давление или тепло (легко доступны на поверхности Солнца, учитывая его огромные размеры), чтобы сжать атомы водорода достаточно сильно, чтобы они слились и стали атомами гелия. Это самоподдерживающийся процесс, атрибут, который часто становится пищей для сюжетов научно-фантастических фильмов.

Подводя итог, можно сказать, что кислород сам по себе не является легковоспламеняющимся веществом, но он может вызвать быстрое и интенсивное воспламенение других предметов (свойство, которое делает кислород отличным окислителем) и поджечь вещи. Именно поэтому, если огонь имеет обильный запас кислорода, он может стать массивным, а иногда и взрывоопасным!

Горение веществ на воздухе и в кислороде

Вы уже знаете, что в состав окружающего нас воздуха входит кислород. Поэтому многие вещества горят не только в чистом кислороде, но и на воздухе.

Горение на воздухе протекает чаще всего гораздо медленнее, чем в чистом кислороде. Происходит это потому, что в воздухе лишь одна пятая часть по объему приходится на кислород. Если уменьшить доступ воздуха к горящему предмету (а следовательно, уменьшить доступ кислорода), горение замедляется или прекращается. Отсюда понятно, почему для тушения загоревшегося предмета на него следует набросить, например, одеяло или плотную тряпку.

На заметку: При пожарах для тушения горящих предметов часто используют пену (рис. 84). Она обволакивает горящий предмет и прекращает доступ к нему кислорода. Горение сначала замедляется, а затем прекращается совсем.

Некоторые вещества, быстро сгорающие в кислороде, на воздухе не горят вообще. Так, если нагреть железную проволоку на воздухе даже до белого каления, она все равно не станет гореть, тогда как в чистом кислороде быстро сгорает с образованием раскаленных искр.

Краткие выводы урока:

При обычных условиях кислород — газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса, плохо растворимый в воде.
Кислород обладает высокой химической активностью. Он вступает в химические реакции со многими простыми и сложными веществами.
Химические реакции, протекающие с выделением большого количества теплоты и света, называют реакциями горения.
В чистом кислороде вещества горят намного быстрее, чем на воздухе.

Как сжечь углекислый газ?

Новые катализаторы помогут превратить диоксид углерода в топливо.

Чтобы получить энергию, как правило, необходимо что-нибудь сжечь: обычные автомобили сжигают топливо в двигателях внутреннего сгорания, электромобили заряжают свои батареи от электричества, поступающего, например, на ТЭЦ, где сжигают природный газ, и даже нам для мышечной или умственной работы надо «сжечь» внутри себя съеденный завтрак.

В любом органическом топливе, будь то бензиновые углеводороды или углеводы из шоколадки, содержатся атомы углерода, которые в конце своего энергетического пути превращаются в углекислый газ. Ну а газ, в свою очередь, отправляется в атмосферу, где он может накапливаться и вызывать всякие нехорошие эффекты вроде глобального потепления.

С энергетической точки зрения углекислый газ абсолютно бесполезен, поскольку углерод в нём полностью «сгорел», прочно и неразрывно связав себя с двумя атомами кислорода. Гореть он уже не горит, и единственное что с ним можно сделать – утопить или закопать. Утопить его можно, растворив в океане – и это действительно один из способов утилизации СО₂. Другой способ – закачать его под высоким давлением под землю, желательно там, где есть нефтяные месторождения; это позволит повысить отдачу нефтяных пластов и поможет добыть больше нефти. Однако химики всё же нашли способ «сварить кашу из топора» – существует третий путь утилизации СО₂, когда его превращают в топливо.

Чтобы превратить СО₂ в топливо, нужно «похимичить» с молекулой углекислого газа, например, отобрать у неё один атом кислорода. Тогда углекислый газ превратится в угарный газ СО. Несмотря на то, что для большинства угарный газ – это «тот газ, от которого периодически погибают неаккуратные пользователи дровяных печей», в промышленности его используют в самых разных процессах: во-первых, его можно сжечь и получить энергию, во-вторых, его можно использовать в металлургических процессах, а в-третьих, из него можно синтезировать различные органические молекулы, в том числе и жидкое топливо. Как раз последний пункт и открывает перед углекислым газом нефтехимические перспективы.

Однако стоит заметить, что использование угарного газа в химических целях не есть что-то совсем новое. Ещё на заре ХХ века германские химики Франц Фишер и Ганс Тропш разработали способ, как из обычного угля получить жидкое топливо: сначала из каменного угля и воды получают синтез-газ – так называется смесь угарного газа и водорода, а затем с помощью катализатора из синтез-газа получают различные углеводороды. Этот способ был востребован, когда обычной нефти не хватало, однако со временем, во второй половине двадцатого века метод получения топлива из угля стала просто дорогой альтернативой «классическим» нефтеперерабатывающим технологиям. Но если в процессе Фишера-Тропша в качестве сырья используют каменный уголь, который сам по себе есть полезное ископаемое, то химики из Массачусетского технологического института для той же цели – получения синтез-газа – разработали способ, позволяющий делать его из «ненужного» углекислого газа.

Такие вещи невозможны без использования катализаторов, и, чтобы получить работающий катализатор, химикам порой приходится идти на самые разные хитрости. Дело в том, что, кроме определённого химического состава, для катализатора очень важна его внутренняя структура. Если говорить упрощённо, катализатор, нанесённый на ровную поверхность, может оказаться нерабочим, а вот если его нанести на пористую поверхность, и если у пор при этом будет определённый размер, то тогда он сможет заработать в полную силу.

Для того чтобы создать такой катализатор, химики взяли электропроводящий материал в качестве подложки и нанесли на него слой из полистирольных шариков диаметром около 200 нанометров. После чего пустоты, оставшиеся в пространстве между шариками, заполнили атомами серебра. (В качестве аналогии можно представить, что мы насыпали на пол слой из бильярдных шаров, а потом всё сверху залили ровным слоем расплавленного парафина.) Теперь, чтобы получить пористый субстрат, нужно каким-то образом убрать из материала все шарики, оставив в целости оставшуюся структуру. В случае с бильярдными шарами это было бы весьма проблематично, а вот в случае с полистирольными шариками все оказалось намного проще – и в итоге после удаления полистирола на поверхности электрода получилась ячеистая структура из серебра с «сотами» определённого размера.

Подобный материал, как оказалось, хорошо превращает углекислый газ в синтез-газ, причём эффективность и селективность катализатора управляется за счёт размера сот: если на этапе синтеза катализатора взять полистирольные шарики покрупнее, то после реакции получится один состав продуктов, а если помельче – то другой. Подробно результаты исследований опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

И вроде бы всё хорошо, и человечество должно бы праздновать победу над выбросами парниковых газов, а каждую трубу, чадящую в атмосферу продуктами сгорания, нужно оборудовать подобным серебряным катализатором, но всё-таки стоит сделать одно замечание. Один из важных законов, по которому живёт окружающий нас мир – закон сохранения: масса и энергия не возникают ниоткуда и не пропадают в никуда. Это справедливо и для атомов химических элементов, и для тепла, вырабатываемого при сжигании топлива, и для электрической энергии. Поэтому сколько энергии получается при сжигании угарного газа до углекислого, как минимум, столько же энергии нужно затратить (упрощённо), чтобы превратить молекулу углекислого газа обратно в молекулу угарного. И очевидно, что для такой, в общем-то, «зелёной» технологии по утилизации парникового газа нужен свой источник энергии, который как минимум не «начадил» бы в атмосферу столько СО₂, сколько можно было бы превратить в полезный продукт.

Откуда взять энергию для превращения одного газа в другой? Например, от ветряных или солнечных энергоустановок, которые производят энергию, но не выбрасывают в атмосферу продукты сгорания топлива – в результате это позволило бы уменьшить общее количество углекислого газа.

Забавно, что похожей деятельностью занимались древние растения и бактерии, поглощавшие находившийся тогда в избытке в атмосфере углекислый газ, и преобразовывшие его в органические вещества, ставшие потом ископаемым топливом. Возможно, что человечеству в будущем придётся заниматься чем-то похожим, но только уже с использованием химических технологий.

Карбиды

Карбиды – это соединения элементов с углеродом. Карбиды разделяют на ковалентные и ионные в зависимости от типа химической связи между атомами.

Ковалентные карбиды

Ионные карбиды

Метаниды

Ацетилениды

Пропиниды

Это соединения углерода с неметаллами

Например:

SiC, B₄C

Это соединения с металлами, в которых с.о. углерода равна -4

Например:

Al₄C₃, Be₂C

Это соединения с металлами, в которых с.о. углерода равна -1

Например:

Na₂C₂, CaC₂

Это соединения с металлами, при гидролизе которых образуется пропин

Например: Mg₂C₃

Частицы связаны ковалентными связями и образуют атомные кристаллы. Поэтому ковалентные карбиды химически стойкие. Окисляются только сильными окислителями

Метаниды разлагаются водой или кислотами с образованием метана и гидроксида или соли:

Например:

Al₄C₃ 12H₂O → 4Al(OH)₃ 3CH₄

Ацетилениды разлагаются водой или кислотами с образованием ацетилена и гидроксида или соли:

Например:

СаС₂ 2Н₂O →

Са(OH)₂ С₂Н₂

Пропиниды разлагаются водой или кислотами с образованием пропина и гидроксида или соли

Например:

Mg₂C₃ 4HCl → 2MgCl₂ С₃Н₄

Все карбиды проявляют свойства восстановителей и могут быть окислены сильными окислителями.

Например, карбид кремния окисляется концентрированной азотной кислотой при нагревании до углекислого газа, оксида кремния (IV) и оксида азота (II):

SiC 8HNO3→ 3SiO2 3CO2 8NO 4H2O

Кислород воспламеняется?

Нет, кислород по своей природе не воспламеняется. Это окислитель, а это значит, что он помогает гореть другим вещам.

Предположим, вы построите лабораторию, которая будет идеально изолирована от внешнего мира, а это значит, что в нее не смогут попасть никакие примеси или газы. Затем, вы наполните лабораторию чистым кислородом. Если каким-то образом в лабораторию попадет искра, что, по-вашему, произойдет?

Ничего!

Если бы кислород был легковоспламеняющимся газом, искра подожгла бы воздух в лаборатории, но, поскольку кислород негорючий, он не загорается сам по себе.

Однако если бы в лаборатории был хотя бы небольшой лист бумаги, он бы мгновенно загорелся, так как молекулы на листе бумаги быстро прикрепились бы к окружающему кислороду (то есть к окислителю).

Кислород нужен не всегда, чтобы зажечь огонь; подойдет любой окислитель. Хлор, перекись водорода, серная кислота и азотная кислота являются одними из многих окислителей, которые могут воспламенить вещи при правильных условиях.

Поскольку кислород является наиболее распространенным природным окислителем, принято считать, что все горит только в присутствии кислорода. Другими словами, люди могут предположить, что кислород всегда необходим для того, чтобы что-то сгорело.

Еще один частый вопрос, связанный с огнем и кислородом: как звезды и наше солнце продолжают гореть, если в космосе нет кислорода?

Оксиды углерода — урок. химия, 9 класс.

Оксид углерода((II)) горит на воздухе голубым пламенем:

В реакции выделяется большое количество тепла.

в лаборатории углекислый газ получают действием кислот на карбонаты:

В промышленности для его получения используют прокаливание известняка:

В природе углекислый газ образуется при дыхании и сгорании топлива, при гниении и тлении органических веществ, а поглощается растениями в процессе фотосинтеза.

в качестве топлива;
как восстановитель в производстве чугуна;
для получения метанола.

в производстве газированных напитков;
для тушения пожаров;
для охлаждения пищевых продуктов («сухой лёд»).

Разница между диоксидом углерода и монооксидом углерода

Углекислый газ — это это химическое соединение состоящее из углерода и кислорода. Его получают путем полного сжигания ископаемого топлива и углей. При комнатной температуре и нормальном давлении он находится в газообразном виде. Угарный газ также является химическим соединением углерода и кислорода и образуется при неполном сгорании угля, ископаемого топлива, древесины, а также при извержении вулканов.
Молекулярная формула диоксида углерода — CO_2, молярная масса 44 г/моль, тогда как молекулярная формула монооксида углерода — СО, а молярная масса 28 г/моль.
Углерод и кислород имеют ковалентную связь в CO₂, тогда как в СО углерод и кислород имеют тройную ковалентную связь.
CO₂ встречается в природе в атмосфере. Эти газы естественным образом образуются при дыхании животных и людей, при химических реакциях, ферментации и сжигании ископаемого топлива. Газ СО образуются при неполном сгорании ископаемого топлива, нефти, угля и природного газа.
Углекислый газ является негорючим, безвкусным, без запаха и сравнительно безопасным газом, тогда как угарный газ — это горючий, ядовитый, бесцветный, безвкусный, а также без запаха.

Свойства токсичного вещества

В природе и свойствах угарного газа нет ничего необычного. По сути, это продукт частичного окисления угля или угольсодержащих видов топлива. Формула угарного газа проста и незамысловата – СО, в химических терминах — монооксид углерода. Один атом углерода соединен с атомом кислорода.

Угли, родственные им виды топлива, торф, дрова при нагреве в топке газифицируются в угарный газ, и только потом дожигаются притоком воздуха. Если угар просочился из камеры горения в помещение, то он будет оставаться в стабильном состоянии до момента, когда вентиляцией угарный поток будет вынесен из комнаты или накапливаться, заполняя все пространство, от пола до потолка.

Что необходимо знать об угарном газе:

В стандартных условиях плотность угарного газа – 1,25 кг/м3, что очень близко к удельному весу воздуха 1,25 кг/м3. Горячий и даже теплый монооксид легко поднимается под потолок, по мере остывания оседает и перемешивается с воздухом;
Угарный газ не имеет вкуса, цвета и запаха, даже в условиях высокой концентрации;
Для начала образования угарного газа достаточно нагреть металл, контактирующий с углеродом, до температуры в 400-500оС;
Газ способен гореть в воздухе с выделением большого количества тепла, примерно 111 кДж/моль.

Опасно не только вдыхание угарного газа, газовоздушная смесь способна взрываться при достижении объемной концентрации от 12,5% до 74%. В этом смысле газовая смесь похожа на бытовой метан, но гораздо опаснее сетевого газа.

Метан легче воздуха и менее токсичен при вдыхании, кроме того, благодаря добавке в газовый поток специальной присадки – меркаптана, его наличие в помещении легко уловить по запаху. При небольшой загазованности кухни можно без последствий для здоровья войти в помещение и проветрить его.

С угарным газом все сложнее. Близкое родство СО и воздуха препятствует эффективному удалению токсичного газового облака. По мере охлаждения облако газа будет постепенно оседать в области пола. Если сработал датчик угарного газа, или обнаружилась утечка продуктов горения из печи или котла на твердом топливе, необходимо немедленно принимать меры к проветриванию, иначе первыми пострадают дети и домашние питомцы.

Подобное свойство угарного облака ранее широко использовалось для борьбы с грызунами и тараканами, но эффективность газовой атаки значительно ниже современных средств, а риск заработать отравление несоизмеримо выше.

К сведению! Газовое облако СО, при отсутствии вентиляции, способно сохранять свои свойства без изменений длительное время.

При наличии подозрения в накоплении угарного газа в подвальных помещения, подсобках, котельных, погребах первым делом необходимо обеспечить максимальное проветривание с кратностью газообмена 3-4 единицы в течение часа.

Строение молекулы

Во-первых, по эмпирической формуле видно, что валентность углерода в соединении равна II. Так же, как и у кислорода. Следовательно, каждый из них может сформировать по две связи. Химическая формула угарного газа СО это наглядно подтверждает.

Так и происходит. Между атомом углерода и кислорода по механизму обобществления неспаренных электронов происходит образование двойной ковалентной полярной связи. Таким образом, структурная формула угарного газа принимает вид С=О.

Однако на этом особенности молекулы не заканчиваются. По донорно-акцепторному механизму в молекуле происходит формирование третьей, дативной или семиполярной связи. Чем это объясняется? Так как после образования ковалентных связей по обменному порядку у кислорода остается две пары электронов, а у атома углерода — пустая орбиталь, то последний выступает в роли акцептора одной из пар первого. Другими словами, пара электронов кислорода размещается на свободной орбитали углерода и происходит образование связи.

Так, углерод — акцептор, кислород — донор. Поэтому формула угарного газа в химии принимает следующий вид: С≡О. Такая структуризация сообщает молекуле дополнительную химическую стабильность и инертность в проявляемых свойствах при обычных условиях.

Итак, связи в молекуле монооксида углерода:

две ковалентные полярные, образованные по обменному механизму за счет обобществления неспаренных электронов;
одна дативная, сформированная по донорно-акцепторному взаимодействию между парой электронов и свободной орбиталью;
всего связей в молекуле — три.

Угарный газ, свойства, физиологическое действие на организм. углекислый газ, угольная кислота и ее соли

Урок посвящен изучению свойств и способов получения некоторых неорганических соединений углерода. В нем рассмотрены такие вещества, как оксид углерода (II) (или угарный газ), оксид углерода (IV) (или углекислый газ), угольная кислота, а также карбонаты и гидрокарбонаты.

I. Оксид углерода(II) – СО (угарный газ, окись углерода, монооксид углерода)

Физические свойства:

Бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, плохо растворим в воде. Концентрация угарного газа в воздухе 12,5—74 % взрывоопасна.

Строение молекулы:

Формальная степень окисления углерода 2 не отражает строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи, образованной обобществлением электронов С и О, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода (изображена стрелкой):

Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

В связи с этим молекула СО очень прочна и способна вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких температурах. При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами.

Получение:

Основным антропогенным источником угарного газа CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Угарный газ образуется при сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления угарного газа CO в углекислый газ CO2). В естественных условиях, на поверхности Земли, угарный газ CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров.

1) В промышленности (в газогенераторах):

Видео — опыт: «Получение угарного газа»

Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

C O₂ = CO₂ 402 кДж

CO₂ C = 2CO – 175 кДж

В газогенераторах иногда через раскалённый уголь продувают водяной пар:

С Н₂О = СО Н₂ – Q,

смесь СО Н₂ – называется синтез – газом.

2) В лаборатории — термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H₂SO₄(конц.):

HCOOH ^{t˚C, H2SO4}→ H₂O CO

H₂C₂O₄ ^t˚C,H2SO4→ CO CO₂ H₂O

Химические свойства:

При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель;

CO — несолеобразующий оксид.

1) Взаимодействие с кислородом: 2C²O O₂ ^t^˚^C→ 2C⁴O₂↑

2) Взаимодействие с оксидами металлов: CO Me_xO_y = CO₂ Me

C²O CuO ^t^˚^C→ Сu C⁴O₂↑

3) Взаимодействие с хлором (на свету)

CO Cl₂ ^свет→ COCl₂(фосген – ядовитый газ)

4)* Взаимодействие с расплавами щелочей (под давлением)

CO NaOH ^P→ HCOONa (формиат натрия)

Влияние угарного газа на живые организмы:

Угарный газ опасен, потому что он лишает возможности кровь нести кислород к жизненно важным органам, таким как сердце и мозг. Угарный газ объединяется с гемоглобином, который переносит кислород к клеткам организма, в следствии чего тот становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечно-сосудистые заболевания и вызывает усталость, головную боль, слабость, Влияние угарного газа на здоровье человека зависит от его концентрации и времени воздействия на организм. Концентрация угарного газа в воздухе более 0,1% приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация более 1,2% в течении трех минут.

Применение оксида углерода:

Главным образом угарный газ применяют, как горючий газ в смеси с азотом, так называемый генераторный или воздушный газ, или же в смеси с водородом водяной газ. В металлургии для восстановления металлов из их руд. Для получения металлов высокой чистоты при разложении карбонилов.

II. Оксид углерода (IV) СO₂ – углекислый газ

Учебный видео-фильм: “Углекислый газ”

Физические свойства:

Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде — в 1V H₂O растворяется 0,9V CO₂(при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO₂ называется «сухой лёд»); не поддерживает горение. При обычной температуре и высоком давлении диоксид углерода сжижается. При его испарении поглощается так много теплоты, что часть оксида углерода (IV)превращается в снегообразную массу – «сухой лед» (Рис. 1).

Сухой лед

Рис. 1. Сухой лед

Благодаря тому, что оксид углерода (IV) не поддерживает горения, им заполняют огнетушители.

Строение молекулы:

Углекислый газ имеет следующие электронную и структурную формулы — Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье O=C=O

Все четыре связи ковалентые полярные.

Получение:

1. Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка – в промышленности:

CaCO₃ ^t^=1200˚^C→ CaO CO₂

2. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты –

Опыт: “Получение углекислого газа в лаборатории”

CaCO_3 (_мрамор₎ 2HCl → CaCl₂ H₂O CO₂

NaHCO₃ HCl → NaCl H₂O CO₂

Способы собирания: вытеснением воздуха

Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

3. Сгорание углеродсодержащих веществ:

СН₄ 2О₂ → 2H₂O CO₂

4. При медленном окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение)

Химические свойства:

Видео: «Химические свойства углекислого газа»

Кислотный оксид:

1) С водой даёт непрочную угольную кислоту:

СО₂ Н₂О ↔ Н₂СО₃

2)Рреагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты:

Na₂O CO₂ → Na₂CO₃

2NaOH CO₂ → Na₂CO₃ H₂O

NaOH CO₂ _{(избыток)} → NaHCO₃

3) При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства – окисляет металлы: -СO₂ Me = Me_xO_y C

С⁴O₂ 2Mg ^t^˚^C→ 2Mg²O C⁰

Видео: «Горение магния в углекислом газе»

Качественная реакция на углекислый газ:

Помутнение известковой воды Ca(OH)₂ за счёт образования белого осадка – нерастворимой соли CaCO₃:

Ca(OH)₂ CO₂→ CaCO₃ ↓ H₂O

Применение углекислого газа:

Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

Видео: «Тушение пламени углекислым газом»

III. Угольная кислота и её соли

Химическая формула — H₂CO₃

Структурная формула – все связи ковалентные полярные: Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

Кислота слабая, существует только в водном растворе, очень непрочная, разлагается на углекислый газ и воду:

CO₂ H₂O ↔ H₂CO₃

Опыт: «Разложение угольной кислоты»

Опыт: «Получение угольной кислоты»

Химические свойства:

Для угольной кислоты характерны все свойства кислот.

1) Диссоциация – двухосновная кислота, диссоциирует слабо в две ступени, индикатор — лакмус краснеет в водном растворе:

H₂CO₃ ↔ H HCO₃^—_{(гидрокарбонат-ион)}

HCO₃^— ↔ H CO₃^2- _{(карбонат-ион)}

2) с активными металлами

H₂CO₃ Ca = CaCO₃ H₂↑

3) с основными оксидами

H₂CO₃ CaO = CaCO₃ H₂O

4) с основаниями

H₂CO₃₍_изб₎ NaOH = NaHCO₃ H₂O

H₂CO₃ 2NaOH = Na₂CO₃ 2H₂O

5) Очень непрочная кислота – разлагается

Соли угольной кислоты – карбонаты и гидрокарбонаты

Угольная кислота образует два ряда солей:

Средние соли — карбонаты Na₂СO₃, (NH₄)₂CO₃
Кислые соли — бикарбонаты, гидрокарбонаты NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂

В природе встречаются:

CaCO₃

Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

Мел Мрамор Известняк

NaHCO₃ – питьевая сода

K₂CO₃(поташ, в золе растений)

Na₂CO₃ – сода, кальцинированная сода

Na₂CO₃x 10H₂O – кристаллическая сода

Физические свойства:

Все карбонаты – твёрдые кристаллические вещества. Большинство из них в воде не растворяются. Гидрокарбонаты растворяются в воде.

Химические свойства солей угольной кислоты:

Общие свойства солей:

1) Вступают в реакции обмена с другими растворимыми солями

Na₂CO₃ CaCl₂ = CaCO₃↓ 2NaCl

2) Разложение гидрокарбонатов при нагревании

NaHCO₃^t^˚^C→ Na₂CO₃ H₂O CO₂↑

3) Разложение нерастворимых карбонатов при нагревании

CaCO₃^t^˚^C→ CaO CO₂↑

4) Карбонаты и гидрокарбонаты могут превращаться друг в друга:

Опыт: «Взаимопревращение карбонатов и гидрокарбонатов»

гидрокарбонаты в карбонаты

Me(HCO₃)_n Me(OH)_n→ MeCO₃ H₂O

Me(HCO₃)_n ^t˚C→ MeCO₃↓ H₂O CO₂↑

карбонаты в гидрокарбонаты

MeCO₃ H₂O CO₂= Me(HCO₃)_n

Специфические свойства:

1) Качественная реакция на CO₃^2- карбонат – ион «вскипание» при действии сильной кислоты:

Na₂CO₃ 2HCl = 2NaCl H₂O CO₂↑

IV. Задания для закрепления

Задание №1. Закончите уравнения реакций, составьте электронный баланс для каждой из реакций, укажите процессы окисления и восстановления; окислитель и восстановитель:

CO₂ C =

C H ₂O =

С O O₂ =

CO Al₂O₃ =

Задание №2. Вычислите количество энергии, которое необходимо для получения 448 л угарного газа согласно термохимическому уравнению

CO₂ C = 2CO – 175 кДж

Задание №3. Закончите уравнения осуществимых химических реакций:

CO ₂ KOH =

CO Al =

H₂CO₃ K₂SO₄ =

CO₂( изб ) NaOH =

С O₂ Na₂O =

CaCO₃ CO₂ H₂O =

CO₂ Ca(OH)₂ =

CO CaO =

CO₂ H₂SO₄ =

Ca(HCO₃)₂ Ca(OH)₂=

H₂CO₃ NaCl =

C ZnO =

Задание №4. Осуществите превращения по схеме:

1) Al₄C₃→ CH₄→ CO₂→ CaCO₃→ Ca(HCO₃)₂→ CaCO₃

2) Ca → CaC₂→ Ca(OH)₂→ CaCO₃→ CO₂→ C

3) CO₂ → H₂CO₃→ Na₂CO₃ → CO₂

4) CaCO₃ → CO₂ → NaHCO₃ → Na₂CO₃

Задание №5. Решите задачи

1.Какой объём углекислого газа выделится при обжиге карбоната кальция массой 200 г

2. Сколько угольной кислоты можно получить при взаимодействии 2 л углекислого газа (н.у.) с водой, если выход кислоты составил 90% по сравнению с теоретическим.

Интерактивное задание LearningApps.org по теме:“Соединения углерода”

ЦОРы

Видео — опыт: «Получение угарного газа»

Учебный видео-фильм: “Углекислый газ”

Видео-опыт: ”Получение углекислого га в лаборатории”

Видео:«Химические свойства углекислого газа»

Видео:«Горение магния в углекислом газе»

Видео:«Тушение пламени углекислым газом»

Опыт: «Разложение угольной кислоты»

Опыт:«Получение угольной кислоты»

Опыт: «Взаимопревращение карбонатов и гидрокарбонатов»

Углекислый газ и мы: чем опасен сo2

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания.

Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.

Условия появления угара в помещении

Монооксид углерода можно получить с помощью десятков вариантов химических реакций, но для этого необходимы специфические реактивы и условия их взаимодействия. Риск заработать отравление газом таким способом практически равен нулю. Основными причинами появления угарного газа в котельной или в помещении кухни остаются два фактора:

Плохая тяга и частичное перетекание продуктов горения из очага горения в помещение кухни;
Неправильная эксплуатация котельного, газового и печного оборудования;
Пожары и локальные очаги возгорания пластика, проводки, полимерных покрытий и материалов;
Отходящие газы из канализационных коммуникаций.

Источником угарного газа может стать вторичное горение золы, рыхлых отложений сажи в дымоходах, копоть и смола, въевшиеся в кирпичную кладку каминных полок и сажегасителей.
Угарный газ

Чаще всего источником газового СО становятся тлеющие угли, догорающие в топке при закрытой задвижке. Особенно много выделяется газа при термическом разложении дров в отсутствии воздуха, примерно половину газового облака занимает угарный газ. Поэтому любые эксперименты с копчением мяса и рыбы на дымке, получаемом от тлеющей стружки, должны выполняться только на открытом воздухе.

Незначительное количество угарного газа может появляться и в процессе приготовления пищи. Например, все, кто сталкивался с установкой на кухне газовых отопительных котлов с закрытой топкой, знают, как реагируют датчики угарного газа на жареную картошку или любые продукты, приготовленные в кипящем масле.

Физические свойства

Углерод в природе существует в виде нескольких аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз— это модификация углерода с атомной кристаллической решеткой. Алмаз — самое твердое минеральное кристаллическое вещество, прозрачное, плохо проводит электрический ток и тепло. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp3-гибридизации.

Графит— это аллотропная модификация, в которой атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. При этом атомы связаны в плоские слои, состоящие из шестиугольников, как пчелиные соты. Слои удерживаются между собой слабыми связями. Это наиболее устойчивая при нормальных условиях аллотропная модификация углерода.

Графит — мягкое вещество серо-стального цвета, с металлическим блеском. Хорошо проводит электрический ток. Жирный на ощупь.

Карбин — вещество, в составе которого атомы углерода находятся в sp-гибридизации. Состоит из цепочек и циклов, в которых атомы углерода соединены двойными и тройными связями. Карбин — мелкокристаллический порошок серого цвета.

[=C=C=C=C=C=C=]n или [–C≡C–C≡C–C≡C–]n

Фуллерен— это искусственно полученная модифицикация углерода. Молекулы фуллерена — выпуклые многогранники С60, С70 и др. Многогранники образованы пяти- и шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.

Фуллерены — черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников.

В природе углерод встречается как в виде простых веществ (алмаз, графит), так и в виде сложных соединений (органические вещества — нефть, природные газ, каменный уголь, карбонаты).

Химические свойства

При нормальных условиях углерод существует, как правило, в виде атомных кристаллов (алмаз, графит), поэтому химическая активность углерода — невысокая.

1. Углерод проявляет свойства окислителя(с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя(с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому углерод реагирует и с металлами, и с неметаллами.

1.1. Из галогенов углерод при комнатной температуре реагирует с фтором с образованием фторида углерода:

C 2F2 → CF4

1.2. При сильном нагревании углерод реагирует с серой и кремниемс образованием бинарного соединения сероуглерода и карбида кремния соответственно:

C 2S → CS2

C Si → SiC

1.3.Углерод не взаимодействует с фосфором.

При взаимодействии углерода с водородом образуется метан. Реакция идет в присутствии катализатора (никель) и при нагревании:

С 2Н2 → СН4

1.4.С азотом углерод реагирует при действии электрического разряда, образуя дициан:

2С N2 → N≡C–C≡N

1.5. В реакциях с активными металлами углерод проявляет свойства окислителя. При этом образуются карбиды:

4C 3Al → Al4C3

2C Ca → CaC2

1.6. При нагревании с избытком воздуха графит горит, образуя оксид углерода (IV):

C O2 → CO2

при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C O2 → 2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Углерод взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Раскаленный уголь взаимодействует с водяным паром с образованием угарного газа и водорода:

C0 H2 O → C 2O H20

2.2.Углерод восстанавливает многие металлы из основных и амфотерных оксидов. При этом образуются металл и угарный газ. Получение металлов из оксидов с помощью углерода и его соединений называют пирометаллургией.

Например, углерод взаимодействует с оксидом цинка с образованием металлического цинка и угарного газа:

ZnO C → Zn CO

Также углерод восстанавливает железо из железной окалины:

4С Fe3O4 → 3Fe 4CO

При взаимодействии с оксидами активных металлов углерод образует карбиды.

Например, углерод взаимодействует с оксидом кальция с образованием карбида кальция и угарного газа. Таким образом, углерод диспропорционирует в данной реакции:

3С СаО → СаС2 СО

9С 2Al2O3 → Al4C3 6CO

2.3. Концентрированная серная кислота окисляет углерод при нагревании. При этом образуются оксид серы (IV), оксид углерода (IV) и вода:

C 2H2SO4(конц) → CO2 2SO2 2H2O

2.4.Концентрированная азотная кислотой окисляет углерод также при нагревании. При этом образуются оксид азота (IV), оксид углерода (IV) и вода:

C 4HNO3(конц) → CO2 4NO2 2H2O

2.5. Углерод проявляет свойства восстановителя и при сплавлении с некоторыми солями, в которых содержатся неметаллы с высокой степенью окисления.

Например, углерод восстанавливает сульфат натрия до сульфида натрия:

4C Na2SO4 → Na2S 4CO

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ относится к классу кислотных оксидов, т.е. при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется угольная. Угольная кислота химически неустойчива и в момент образования сразу же распадается на составляющие, т.е. реакция взаимодействия углекислого газа с водой носит обратимый характер:

CO2 H2O ↔ CO2×H2O(solution) ↔ H2CO3.

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

2CO2 = 2CO O2.

Как и для всех кислотных оксидов, для углекислого газа характерны реакции взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:

CaO CO2 = CaCO3;

Al2O3 3CO2 = Al2(CO3)3;

CO2 NaOH(dilute) = NaHCO3;

CO2 2NaOH(conc) = Na2CO3 H2O.

Углекислый газ не поддерживает горения, в нем горят только активные металлы:

CO₂ 2Mg = C 2MgO (t $^{circ}$ ₂ 2Ca = C 2CaO (t $^{circ}$ ₂ 2Ca = C 2CaO (t $^{circ}$

Углекислый газ вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами, такими как водород и углерод:

CO₂ 4H₂ = CH₄ 2H₂O (t $^{circ}$ ₂O);

CO₂ C = 2CO (t $^{circ}$

При взаимодействии углекислого газа с пероксидами активных металлов образуются карбонаты и выделяется кислород:

2CO2 2Na2O2 = 2Na2CO3 O2↑.

Качественной реакцией на углекислый газ является реакция его взаимодействия с известковой водой (молоком), т.е. с гидроксидом кальция, в которой образуется осадок белого цвета – карбонат кальция:

CO2 Ca(OH)2 = CaCO3↓ H2O.

Электронное строение углерода

Электронная конфигурация углерода в основном состоянии:

6С 1s²2s²2p² 1s 2s 2s Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье 2p

Электронная конфигурация углерода в возбужденном состоянии:

6С^* 1s²2s¹2p³ 1s 2s 2s Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье 2p

Атом углерода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома углерода — от -4 до 4. Характерные степени окисления -4, 0, 2, 4.

Этиология и патогенез

Первая помощь должна быть оказана максимально оперативно, так как угарный газ быстро диффундирует через легочную капиллярную мембрану и связывается с железной частью гемма. Это происходит с примерно в 240 раз большей аффинностью, чем с кислородом.

Степень гемоглобинемии окиси углерода (CO-Hb) является функцией относительного количества СО и кислорода в воздухе, продолжительности воздействия и объема дыхания в минуту.

Некурящие могут иметь до 3% СО в крови, в то время как курильщики имеют уровни 10-15%.

Когда СО связывается с гемом, способность выделять кислород непосредственно в периферическую ткань организма снижается. Таким образом, дефицит кислорода происходит в тканях. CO влияет на периферическое потребление кислорода несколькими способами.

Концентрация СО в атмосфере обычно ниже 0,001%, но она выше в городских районах и в закрытых помещениях.

Большинство смертельных отравлений угарным газом происходит из-за пожаров, утечек в печах, портативных источников питания, работающих на бензине, гриля в помещении, выхлопных газов автомобилей. Угарный газ быстро всасывается в легкие. Выделение зависит от степени оксигенации и, в меньшей степени, минутного объема.

Период полувыведения СО, когда человек дышит обычным воздухом, составляет около 300 минут.
Если вы дышите богатым кислородом воздухом через маску, которая фильтрует выдыхаемый воздух, период полураспада составляет около 90 минут.
При 100% гипербарическом кислороде это около 30 минут.

Вероятность смертельного исхода отравления возрастает при отсутствии своевременной помощи.