- Краткое описание химических свойств и плотность углекислого газа
- Основные физические свойства углекислого газа при различной температуре
- Краткое описание химических свойств и плотность кислорода
- Вычислите относительную плотность углекислого газа по кислороду и по воздуху
- Вычислите плотность по кислороду и воздуху углекислого газа со2
- Динамическая и кинематическая вязкость углекислого газа при нормальном атмосферном давлении и различной температуре
- Зимние пропорции топлива
- Литература
- Нахождение в природе[ | ]
- Плотность газов при нормальных условиях – таблица
- Плотность и другие свойства углекислого газа co2 в зависимости от температуры и давления
- Плотность кислорода и другие его физические свойства
- Плотность углекислого газа и другие его физические свойства
- Плотность углекислого газа при нормальном атмосферном давлении 101,325 кпа (1 атм) и различной температуре
- Причина первая — низкая температура воздуха
- Причина третья — повышенное потребление газа
- Причины образования инея на баллоне
- Пропорции топлива летом
- Распространенность кислорода в природе
- Таблица. относительные плотности газов по воздуху по возрастанию в т.ч. горючих и опасных плотности газов, химические формулы газов и молекулярные веса. — инженерный справочник / технический справочник дпва / таблицы для инженеров (ex dpva-info)
- Теплопроводность диссоциированного углекислого газа co2 при высоких температурах
- Теплопроводность жидкого углекислого газа co2
- Теплопроводность углекислого газа co2 в зависимости от температуры и давления
- Теплопроводность углекислого газа co2 в критической области
- Углекислый газ, он же углекислота, он же двуокись углерода…
- Углекислый газ: получение в промышленности
- Углекислый газ: хранение и транспортировка
- Формулы физических свойств углекислого газа
- Химический состав и строение молекулы углекислого газа
Краткое описание химических свойств и плотность углекислого газа
Химически углекислый газ инертен, что обусловлено высокой энергией связей O=C=O. С сильными восстановителями при высоких температурах диоксид углерода проявляет окислительные свойства. Углем он восстанавливается до угарного газа CO:
C CO2 = 2CO (t = 1000oC).
Магний, зажженный на воздухе, продолжает гореть и в атмосфре углекислого газа:
CO2 2Mg = 2MgO C.
Оксид углерода (IV) частично реагирует с водой:
CO2(l) H2O = CO2×H2O(l) ↔ H2CO3(l).
Проявляет кислотные свойства:
CO2 NaOHdilute = NaHCO2;
CO2 2NaOHconc = Na2CO3 H2O;
CO2 Ba(OH)2 = BaCO3↓ H2O;
CO2 BaCO3(s) H2O = Ba(HCO3)2(l).
При нагревании до температуры свыше 2000oС углекислый раз разлагается:
2CO2 = 2CO O2.
Основные физические свойства углекислого газа при различной температуре
| Температура | Плотность, ρ | Удельная теплоёмкость, Cp | Теплопроводность, λ | Кинематическая вязкость, ν | Число Прандтля, Pr |
| K | кг/м3 | Дж / (кг • К) | Вт / (м • К) | (м2 / с) x 10-6 | — |
| 280 | 1,902 | 830 | 0,0152 | 7,36 | 0,765 |
| 300 | 1,773 | 851 | 0,0166 | 8,40 | 0,766 |
| 400 | 1,326 | 942 | 0,0243 | 14,30 | 0,737 |
| 500 | 1,059 | 1020 | 0,0325 | 21,80 | 0,725 |
| 600 | 0,883 | 1080 | 0,0407 | 30,60 | 0,717 |
| 700 | 0,756 | 1130 | 0,0481 | 40,30 | 0,717 |
* Табличные данные подготовлены по материалам зарубежных справочников
Краткое описание химических свойств и плотность кислорода
Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме гелия, неона и аргона. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно (кроме галогенов, золота и платины). Скорость взаимодействия кислорода как с простыми, так и со сложными веществами зависит от природы вещества и от температуры.
Некоторые вещества, например оксид азота (II), гемоглобин крови, уже при комнатной температуре соединяются с кислородом воздуха со значительной скоростью. Многие реакции окисления ускоряются катализаторами. Например, в присутствии дисперсной платины смесь водорода с кислородом воспламеняется при комнатной температуре.
O2 2H2 = 2H2O (550oС, сгорание H2в O2);
O2 F2 = O2F2 (-183oС, электрический разряд);
O2 N2↔2NO (электрический разряд);
O2 S = SO2 (сгорание на воздухе);
5O2 4P = P4O10 (сгорание на воздухе);
O2 C = CO2 (600-700oС, сжигание на воздухе);
O2 2Na = Na2O2 (сжигание на воздухе);
O2 2Mg = 2MgO (сгорание на воздухе);
3O2 4Al = 2Al2O3 (сгорание на воздухе).
Горение в чистом кислороде происходит гораздо энергичнее, чем в воздухе. Хотя при этом выделяется такое же количество теплоты, как и при горении в воздухе, но процесс протекает быстрее и выделяющаяся теплота не тратится на нагревание азота воздуха; поэтому температура горения в кислороде значительно выше, чем в воздухе.
Вычислите относительную плотность углекислого газа по кислороду и по воздуху
D = 12 16 16/16=44/16=2.25
D (по воздуху) = 44/29=1.5
Вычислите плотность по кислороду и воздуху углекислого газа со2
Mr (возд) = 29
А) Mr (CО2) = 12 16∙2 = 44
D СО2 (возд) = Mr (возд) / Mr (CО2) = 29/44 = 0,66
Б) Mr (О2) = 16∙2 = 32
D О2 (возд) = Mr (возд) / Mr (О2) = 29/32 = 0,906
Динамическая и кинематическая вязкость углекислого газа при нормальном атмосферном давлении и различной температуре
| Температура | Динамическая вязкость углекислого газа, μ | Кинематическая вязкость углекислого газа, ν |
| оС | (Н • c / м2) x 10-7 | (м2 / с) x 10-6 |
| 7 | 140 | 7,36 |
| 27 | 149 | 8,40 |
| 47 | 156 | 9,39 |
| 67 | 165 | 10,60 |
| 87 | 173 | 11,70 |
| 107 | 181 | 13,00 |
| 127 | 190 | 14,30 |
| 177 | 210 | 17,80 |
| 277 | 231 | 21,80 |
Зимние пропорции топлива
Для использования газовых баллонов зимой пропорции будут другими, а именно:
- Пропан – 60 %;
- Бутан – 40 %.
В некоторых случаях количество пропана может достигать 80 процентов. Но, исходя из того, что пропан стоит дороже, чем бутан, итоговая цена на топливо также будет выше.
Литература
- Вукалович М. П., Алтунин В. В.
Теплофизические свойства двуокиси углерода. — М.: Атомиздат, 1965. — 456 с. - Тезиков А. Д.
Производство и применение сухого льда. — М.: Госторгиздат, 1960. — 86 с. - Гродник М. Г., Величанский А. Я.
Проектирование и эксплуатация углеслотных установок. — М.: Пищевая промышленность, 1966. — 275 с. - Талянкер Ю. Е.
Особенности хранения баллонов со сжиженным газом // Сварочное производство. — 1972. — № 11.
Нахождение в природе[ | ]
Основная статья: Геохимический цикл углерода
Углекислый газ содержится в атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере. Обмен углерода между ними происходит в основном за счёт двуокиси углерода. В 2020 году в атмосфере содержалось примерно около 830 гигатонн (830 миллиардов тонн) углерода в форме двуокиси углерода[16].
Гидросфера содержит около 38 000 гигатонн углерода в виде физически растворенного диоксида углерода, а также растворенных гидрокарбонатов и карбонатов. Литосфера содержит самую большую долю химически связанного диоксида углерода. Карбонатные породы, такие как кальцит и доломит, содержат около 60 000 000 гигатонн углерода[17].
Плотность газов при нормальных условиях – таблица
| Газ (газовая фаза) | Хим. формула | Плотность | ||
| г/см3 | г/л | кг/м3 | ||
| Азот | N2 | 1.251⋅10−3 | 1.251 | 1.251 |
| Аммиак | NH3 | 7,723⋅10−4 | 0,7723 | 0,7723 |
| Аргон | Ar | 1,784⋅10−3 | 1,784 | 1,784 |
| Арсин (мышьяковистый водород) | H3As | 3,48⋅10−3 | 3,48 | 3,48 |
| Ацетилен | C2H2 | 1,16⋅10−3 | 1,16 | 1,16 |
| Бромоводород (бромистый водород) | HBr | 3.664⋅10−3 | 3.664 | 3.664 |
| Бутан | C4H10 | 2,7⋅10−3 | 2,7 | 2,703 |
| Водород | H2 | 8,987⋅10−5 | 0.08987 | 0.08987 |
| Гелий | He | 1,785⋅10−4 | 0,1785 | 0,1785 |
| Герман (германия тетрагидрид) | GeH4 | 3,42⋅10−3 | 3,42 | 3,420 |
| Диметиламин | (CH3)2NH | 2,0125⋅10−3 | 2,0125 | 2,0125 |
| Диметиловый эфир (метиловый эфир, метоксиметан, древесный эфир) | C2H6O | 2,1098⋅10−3 | 2,1098 | 2,1098 |
| Диоксид углерода (двуокись углерода, углекислый газ, углекислота, оксид углерода(IV), угольный ангидрид) | CO2 | 1,9768⋅10−3 | 1,9768 | 1,9768 |
| Диоксид хлора (двуокись хлора) | ClO2 | 3,01⋅10−3 | 3,01 | 3,01 |
| Дифтордихлорметан (дихлордифторметан, Фреон R 12, Фреон-12, Хладон-12, CFC-12, R-12) | CF2Cl2 | 5,51⋅10−3 | 5,51 | 5,510 |
| Закись азота (оксид диазота, оксид азота(I), веселящий газ) | N2O | 1,978⋅10−3 | 1,978 | 1,978 |
| Изобутан | C4H10 | 2,673⋅10−3 | 2,673 | 2,673 |
| Иодоводород (водород иодистый) | HI | 5,789⋅10−3 | 5,789 | 5,789 |
| Кислород | O2 | 1,429⋅10−3 | 1,429 | 1,429 |
| Кремния гексагидрид | Si2H6 | 2,85⋅10−3 | 2,85 | 2,85 |
| Криптон | Kr | 3,74⋅10−3 | 3,74 | 3,74 |
| Ксенон | Xe | 5,89⋅10−3 | 5,89 | 5,89 |
| Метан | CH4 | 7,168⋅10−4 | 0,7168 | 0,7168 |
| Метиламин | CH5N | 1,388⋅10−3 | 1,388 | 1,388 |
| Метилфторид | CH3F | 1,545⋅10−3 | 1,545 | 1,545 |
| Монооксид углерода (угарный газ, окись углерода, оксид углерода(II)) | CO | 1,25⋅10−3 | 1,25 | 1,25 |
| Моносилан (тетрагидрид кремния) | SiH4 | 1,44⋅10−3 | 1,44 | 1,44 |
| Неон | Ne | 0,9⋅10−3 | 0,9 | 0,900 |
| Озон | O3 | 2,14⋅10−3 | 2,14 | 2,14 |
| Оксид азота(II) (мон(о)оксид азота, окись азота, нитрозил-радикал) | NO | 1,3402⋅10−3 | 1,3402 | 1,3402 |
| Оксид серы(IV) (диоксид серы, двуокись серы, сернистый газ, сернистый ангидрид) | SO2 | 2,9263⋅10−3 | 2,9263 | 2,9263 |
| Оксид хлора(I) (окись хлора) | Cl2O | 3,88⋅10−3 | 3,88 | 3,88 |
| Оксифторид фосфора | POF3 | 4,8⋅10−3 | 4,8 | 4,8 |
| Пропан | C3H8 | 2,0037⋅10−3 | 2,0037 | 2,0037 |
| Пропилен | C3H6 | 1,915⋅10−3 | 1,915 | 1,915 |
| Радон | Rn | 9,81⋅10−3 | 9,81 | 9,81 |
| Селеноводород | H2Se | 3,6643⋅10−3 | 3,6643 | 3,6643 |
| Сероводород (сернистый водород) | H2S | 1,5206⋅10−3 | 1,5206 | 1,5206 |
| Сероокись углерода (карбонилсульфид) | COS | 2,72⋅10−3 | 2,72 | 2,72 |
| Стибин (сурьмянистый водород) | H3Sb | 5,48⋅10−3 | 5,48 | 5,48 |
| Теллуроводород (теллуран) | H2Te | 5,81⋅10−3 | 5,81 | 5,81 |
| Тетрафторид кремния | SiF4 | 4,96⋅10−3 | 4,96 | 4,96 |
| Триметиламин | C3H9N | 2,64⋅10−3 | 2,64 | 2,64 |
| Триметилбор | C3H9B | 2,52⋅10−3 | 2,52 | 2,52 |
| Трифторид мышьяка (мышьяк фтористый) | AsF5 | 7,71⋅10−3 | 7,71 | 7,71 |
| Фосфин (фосфористый водород, фосфид водорода, гидрид фосфора) | PH3 | 1,53⋅10−3 | 1,53 | 1,53 |
| Фтор | F2 | 1,695⋅10−3 | 1,695 | 1,695 |
| Фторид бора (III), (трифторид бора, бор трехфтористый) | BF3 | 3,028⋅10−3 | 3,028 | 3,028 |
| Фторид нитрила (фторокись азота) | (NO2)F | 2,9⋅10−3 | 2,90 | 2,90 |
| Фторид нитрозила (нитрозил фтористый) | (NO)F | 2,1875⋅10−3 | 2,1875 | 2,1875 |
| Фторид серы(VI) (Гексафторид серы, элегаз, шестифтористая сера) | SF6 | 6,56⋅10−3 | 6,56 | 6,56 |
| Фторид фосфора(III) | PF3 | 3,91⋅10−3 | 3,91 | 3,91 |
| Фторид фосфора(V) (пентафторид фосфора) | PF5 | 5,81⋅10−3 | 5,81 | 5,81 |
| Хлор | Cl2 | 3,22⋅10−3 | 3,22 | 3,22 |
| Хлорид нитрозила (нитрозилхлорид, хлористый нитрозил, оксид-хлорид азота) | NOCl | 2,992⋅10−3 | 2,992 | 2,992 |
| Хлорметан (метилхлорид) | CH3Cl | 2,307⋅10−3 | 2,307 | 2,307 |
| Хлороводород (хлористый водород) | HCl | 1,6391⋅10−3 | 1,6391 | 1,6391 |
| Хлорокись азота | NO2Cl | 2,57⋅10−3 | 2,57 | 2,57 |
| Циан (дициан) | C2N2 | 2,38⋅10−4 | 0,238 | 0,238 |
| Этан | C2H6 | 1,356⋅10−3 | 1,356 | 1,356 |
| Этилен | C2H4 | 1,26⋅10−3 | 1,26 | 1,2605 |
В различных источниках информация может немного различаться.
Нормальные условия (н. у.) — физические условия, определяемые давление p=0,1013 МПа = 760 мм рт. ст. (нормальная атмосфера) и температурой 273,15 К (0 °С).
Плотность и другие свойства углекислого газа co2 в зависимости от температуры и давления
В таблице представлены теплофизические свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления. Свойства в таблице указаны при температуре от 273 до 1273 К и давлении от 1 до 100 атм.Рассмотрим такое важное свойство углекислого газа, как плотность.
Плотность углекислого газа равна 1,913 кг/м3 при нормальных условиях (при н.у.). По данным таблицы видно, что плотность углекислого газа существенно зависит от температуры и давления — при росте давления плотность CO2 значительно увеличивается, а при повышении температуры газа — снижается. Так, при нагревании на 1000 градусов плотность углекислого газа уменьшается в 4,7 раза.
Однако, при увеличении давления углекислого газа, его плотность начинает расти, причем значительно сильнее, чем снижается при нагреве. Например при давлении 10 атм. и температуре 0°С плотность углекислого газа вырастает уже до значения 20,46 кг/м3.
Необходимо отметить, что рост давления газа приводит к пропорциональному увеличению значения его плотности, то есть при 10 атм. удельный вес углекислого газа в 10 раз больше, чем при нормальном атмосферном давлении.
В таблице приведены следующие теплофизические свойства углекислого газа:
- плотность углекислого газа в кг/м3;
- удельная теплоемкость, кДж/(кг·град);
- теплопроводность, Вт/(м·град);
- динамическая вязкость, Па·с;
- температуропроводность, м2/с;
- кинематическая вязкость, м2/с;
- число Прандтля.
Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100!
Плотность кислорода и другие его физические свойства
Кислород растворяется в воде, хотя и в небольших количествах: 100 объемов воды при 0oC растворяют 4,9, а при 20oC – 3,1 объема кислорода. Важнейшие константы кислорода представлены в таблице ниже:
Таблица 1. Физические свойства и плотность кислорода.
Плотность, кг/м3 | 1,42987 – газ 1141 – жидкость |
Температура плавления, oС | -218,35 |
Температура кипения, oС | -182,96 |
Энергия ионизации атома, эВ | 9,32 |
Относительная электроотрицательность | 1,51 |
Радиус атома, нм | 112 |
Кислород образует двухатомные молекулы, характеризующиеся высокой прочностью: стандартная энтальпия атомизации кислорода равна 498 кДж/моль. При комнатной температуре его диссоциация на атомы ничтожна; лишь при 1500oC она становится заметной.
Твердый кислород синего цвета, а жидкий – голубого. Окраска обусловлена взаимным влиянием молекул.
Известны три аллотропные формы кислорода: кислород O2, озон O3 и крайне неустойчивый тетракислород O4.
Плотность углекислого газа и другие его физические свойства
Он плохо растворяется в воде, частично реагируя с ней.
Основные константы углекислого газа приведены в таблице ниже.
Таблица 1. Физические свойства и плотность углекислого газа.
Плотность, кг/м3 | 1,9768 |
Удельная теплота плавления, кДж/моль | 25,13 |
Динамическая вязкость, Па×с | 8,5×10-5 |
Молярная масса, г/моль | 44,01 |
Углекислый газ играет важную роль в биологических (фотосинтез), природных (парниковый эффект) и геохимических (растворение в океанах и образование карбонатов) процессах. В больших количествах он поступает в окружающую среду в результате сжигания органического топлива, гниения отходов и др.
Плотность углекислого газа при нормальном атмосферном давлении 101,325 кпа (1 атм) и различной температуре
| Температура | Плотность углекислого газа, ρ |
| оС | кг/м3 |
| 7 | 1,902 |
| 27 | 1,773 |
| 47 | 1,661 |
| 67 | 1,562 |
| 87 | 1,474 |
| 107 | 1,396 |
| 127 | 1,326 |
| 177 | 1,178 |
| 227 | 1,059 |
Причина первая — низкая температура воздуха
Исходя из практики использования баллонов, оптимальная температура при которой оборудование будет нормально работать составляет примерно 10 градусов, а при снижении этой отметки, начинаются проблемы с подачей газа в систему.
Если ваше оборудование находится в помещении с отоплением, тогда не стоит обращать внимание на эти показатели. Также не стоит беспокоиться о том, что ваш газовый баллон замерзнет и выйдет из строя, если оставить его в помещении без отопления в зимнюю пору года. Зимняя температура слишком маленькая, чтобы полностью заморозить топливо.
Причина третья — повышенное потребление газа
Но всё же, почему емкость покрывается инеем только в том месте, где газ находится в жидком состоянии? Низкая температура окружающей среды – не единственная причина обмерзания. Как известно, газовая плита, камин или другое оборудование, которое работает от газового баллона, функционирует при преобразовании газа из жидкого состояния в парообразный вид.
Есть два варианта преобразования газа, а именно:
- нагревание топлива;
- естественное испарение.
В этом случае все частицы с мощной кинетической энергией стремительно направляются в верхнюю часть емкости и отделяются от частиц в жидком состоянии с меньшим кинетическим потенциалом.
Газ, который пребывает в жидком состоянии внутри баллона, всегда находится внизу, а паровая часть стремится вверх. Таким образом и осуществляется высвобождение топлива и подача его в газовую плиту или другое оборудование
В связи с такими условиями жидкое топливо начинает терять температуру. Из этого следует, что при повышении потребления газа понижается температура его жидкого состояния. Проще говоря, чем больше топлива потребляет оборудование, тем быстрее будет замерзать газовый баллон.
По мере охлаждения частиц понижается способность самостоятельного испарения сжиженного газа. Отсюда следует, чем холоднее будут частицы, тем медленнее будет испаряться газ. При этом оборудование начинает работать с перебоями или вовсе перестаёт функционировать.
Причины образования инея на баллоне
Постараемся разобраться, почему происходит так, что замерзает газ в баллоне, находящемся на улице, при понижении температуры воздуха. Так, для начала нужно понять, что охлаждение частиц происходит при интенсивном высвобождении газа из баллона. Поскольку газ внутри емкости закачивается под давлением, он сконцентрирован в жидком состоянии. Вследствие этого происходит частичное замерзание жидкого газа во время его высвобождения.
Пропорции топлива летом
Как уже было сказано раньше, температура замерзания бутана, отличается от граничной температуры замерзания пропана. Путём практических исследований были выведены оптимальные пропорции для работы оборудования зимой и летом.
Для теплого времени года, топливо смешивается в таких пропорциях:
- Пропан – 40 %;
- Бутан 60 %.
Такое соотношение считается наиболее эффективным для потребления. Стоит отметить, что этот вариант имеет более низкую стоимость, чем топливо с «зимней» пропорцией.
Распространенность кислорода в природе
Кислород является самым распространенным элементом земной коры. В атмосфере его находится около 23% (масс.), в составе воды – около 89%, в человеческом организме – около 65%, в песке содержится 53% кислорода, в глине – 56% и т.д. Если подсчитать его количество в воздухе (атмосфере), воде (гидросфере) и доступной непосредственному химическому исследованию части твердой земной коры (литосфере), то окажется, что на долю кислорода приходится примерно 50% их общей массы.
В связанном состоянии кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ. Так, например, вода, песок, многие горные породы и минералы, встречающиеся в земной коре, содержат кислород. Кислород является составной частью многих органических соединений, например белков, жиров и углеводов, имеющих исключительно большое значение в жизни растений, животных и человека.
Таблица. относительные плотности газов по воздуху по возрастанию в т.ч. горючих и опасных плотности газов, химические формулы газов и молекулярные веса. — инженерный справочник / технический справочник дпва / таблицы для инженеров (ex dpva-info)
1)NTP — Нормальная температура и давление (Normal Temperature and Pressure) — 20oC (293.15 K, 68oF) при 1 атм ( 101.325 кН/м2, 101.325 кПа, 14.7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 мм.рт.ст)
2)STP — Стандартная температура и давление (Standard Temperature and Pressure) — 0oC (273.15 K, 32oF) при 1 атм (101.325 кН/м2, 101.325 кПа, 14.7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 torr=мм.рт.ст)
Теплопроводность диссоциированного углекислого газа co2 при высоких температурах
В таблице представлены значения теплопроводности диссоциированного углекислого газа CO2 в интервале температуры от 1600 до 4000 К и при давлении от 0,01 до 100 атм. Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000! Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).
Теплопроводность жидкого углекислого газа co2
В таблице представлены значения теплопроводности жидкого углекислого газа CO2 на линии насыщения в зависимости от температуры. Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000! Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).
Теплопроводность углекислого газа co2 в зависимости от температуры и давления
В таблице представлены значения теплопроводности углекислого газа CO2 в интервале температуры от 220 до 1400 К и при давлении от 1 до 600 атм. Данные выше черты в таблице относятся к жидкому CO2.
Следует отметить, что теплопроводность сжиженного углекислого газа при увеличении его температуры снижается, а при увеличении давления — растет. Углекислый газ (в газовый фазе) становится более теплопроводным, как при увеличении температуры, так и при росте его давления.
Теплопроводность в таблице дана в размерности Вт/(м·град). Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность углекислого газа co2 в критической области
В таблице представлены значения теплопроводности углекислого газа CO2 в критической области в интервале температуры от 30 до 50°С и при давлении от 62 до 80 атм. Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000! Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).
Углекислый газ, он же углекислота, он же двуокись углерода…
В сварочном производстве используется термин «углекислый газ» см. ГОСТ 2601. В «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» принят термин «углекислота», а в ГОСТ 8050 – термин «двуокись углерода».
Плотность двуокиси углерода зависит от давления, температуры и агрегатного состояния, в котором она находится. При атмосферном давлении и температуре -78,5°С углекислый газ, минуя жидкое состояние, превращается в белую снегообразную массу «сухой лед».
Под давлением 528 кПа и при температуре -56,6°С углекислота может находиться во всех трех состояниях (так называемая тройная точка).
Двуокись углерода термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температуре выше 2000°С.
Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество. В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».
Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).
Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO3) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.
Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO2 через водный раствор извести Ca(OH)2 на дно осаждается карбонат кальция CaCO3. Джозеф Блэк использовал этот опыт для доказательства того, что углекислый газ выделяется в результате дыхания животных.
Жидкая двуокись углерода бесцветная жидкость без запаха, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры. Она существует при комнатной температуре лишь при давлении более 5,85 МПа. Плотность жидкой углекислоты 0,771 г/см 3 (20°С). При температуре ниже 11°С она тяжелее воды, а выше 11°С – легче.
Удельная масса жидкой двуокиси углерода значительно изменяется с температурой, поэтому количество углекислоты определяют и продают по массе. Растворимость воды в жидкой двуокиси углерода в интервале температур 5,8-22,9°С не более 0,05%.
Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. При нормальных условиях (20°С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа. При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостаточном подводе теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается и при достижении «тройной точки» она превращается в сухой лед, который забивает отверстие в понижающем редукторе, и дальнейший отбор газа прекращается.
При нагреве сухой лед непосредственно превращается в углекислый газ, минуя жидкое состояние. Для испарения сухого льда необходимо подвести значительно больше теплоты, чем для испарения жидкой двуокиси углерода – поэтому если в баллоне образовался сухой лед, то испаряется он медленно.
Впервые жидкую двуокись углерода получили в 1823 г. Гемфри Дэви (Humphry Davy) и Майкл Фарадей (Michael Faraday).
Твердая двуокись углерода «сухой лед», по внешнему виду напоминает снег и лед. Содержание углекислого газа, получаемого из брикета сухого льда, высокое – 99,93-99,99%. Содержание влаги в пределах 0,06-0,13%. Сухой лед, находясь на открытом воздухе, интенсивно испаряется, поэтому для его хранения и транспортировки используют контейнеры.
Двуокись углерода чаще всего применяют:
- для создания защитной среды при сварке металлов;
- в производстве газированных напитков;
- охлаждение, замораживание и хранения пищевых продуктов;
- для систем пожаротушения;
- для чистки поверхностей сухим льдом.
Плотность углекислого газа достаточно высока, что позволяет обеспечивать защиту реакционного пространства дуги от соприкосновения с газами воздуха и предупреждает азотирование металла шва при относительно небольших расходах углекислоты в струе. Углекислый газ является активным газом, в процессе сварки он взаимодействует с металлом шва и оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие.
Ранее препятствием для применения углекислоты в качестве защитной среды являлись поры в швах. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения оксиси углерода (СО) вследствие недостаточной его раскисленности.
При высоких температурах углекислый газ диссоциирует с образованием весьма активного свободного, одноатомного кислорода:
Окисление металла шва выделяющимся при сварке из углекислого газа свободным кислородом нейтрализуется содержанием дополнительного количества легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего кремнием и марганцем (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва) или вводимыми в зону сварки флюсами (сварка порошковой проволокой).
Как двуокись, так и окись углерода практически не растворимы в твердом и расплавленном металле. Свободный активный кислород окисляет элементы, присутствующие в сварочной ванне, в зависимости от их сродства к кислороду и концентрации по уравнению:
где Мэ – металл (марганец, алюминий или др.).
Кроме того, и сам углекислый газ реагирует с этими элементами.
В результате этих реакций при сварке в углекислоте наблюдается значительное выгорание алюминия, титана и циркония, и менее интенсивное – кремния, марганца, хрома, ванадия и др.
Особенно энергично окисление примесей происходит при полуавтоматической сварке. Это связано с тем, что при сварке плавящимся электродом взаимодействие расплавленного металла с газом происходит при пребывании капли на конце электрода и в сварочной ванне, а при сварке неплавящимся электродом – только в ванне.
Углекислый газ: получение в промышленности
Существует большое количество способов промышленного получения углекислоты. Наиболее рентабельными являются варианты добычи газа, основанные на получении СО2, который образовывается на химических производствах в виде отходов.
Газообразный оксид углерода (IV) получают из промышленного дыма способом адсорбции моноэтаноламина. Частицы этого вещества подаются в трубу с отходами и вбирают в себя углекислоту. После прохождение через смесь CO2 моноэтаноламины направляются на очистку в специальные резервуары, в которых, при определённых показателях температуры и давления, происходит высвобождение углекислого газа.
Углекислый газ высокого качества получается в результате брожения сырья при изготовлении спиртных напитков. На таких производствах газообразный СО2 обрабатывают водородом, перманганатом калия и углем. В результате реакции получают жидкую форму углекислоты.
Твёрдое состояние СО2 или «сухой лёд» также получают из отходов пивоваренных заводов и ликероводочных производств. Это агрегатное состояние вещества в промышленных масштабах образуется в такой последовательности:
- Из резервуара, где происходит брожение, газ подаётся в ёмкость для промывки.
- Углекислота направляется в газгольдер, в котором подвергается воздействию повышенного давления.
- В специальных холодильниках СО2 охлаждается до определённой температуры.
- Образовавшаяся жидкость фильтруется через слой угля.
- Углекислота снова направляется в холодильник, где производится дополнительное охлаждение вещества с последующим прессованием.
Таким образом получается высококачественный «сухой лёд», который может использоваться в пищевой промышленности, растениеводстве или в быту.
Углекислый газ: хранение и транспортировка
Хранение СО осуществляется в баллонах чёрного цвета, на корпусе которых обязательно должна быть надпись «Углекислота».
Кроме этого, на ёмкости наносится маркировка, по которой можно получить информацию о производителе баллона, весе пустой ёмкости, а также узнать дату последнего освидетельствования. Нельзя использовать углекислотные баллоны, у которых:
- Истёк срок освидетельствования.
- Имеются повреждения.
- Неисправны вентили.
Транспортировка наполненных газом баллонов должна осуществляться по следующим правилам:
- Транспортировать ёмкости только в горизонтальном положении. Вертикальное размещение допускается только в том случае, если имеются специальные ограждения, которые препятствуют падению баллона во время перевозки.
- Для безопасного перемещения на баллонах должны быть резиновые кольца.
- Не допускать механических воздействий, а также чрезмерного нагрева.
- Запрещается перевозка углекислотных баллонов в торговых аппаратах.
Кроме этого, техникой безопасности запрещается переносить баллоны вручную или перекатывать их по земле.
Хранение баллонов с углекислотой может осуществляться как в специально оборудованных помещениях, так и под открытым небом. В зданиях ёмкости следует размещать на расстоянии не менее 1 метра от отопительных приборов. При хранении на улице необходимо оградить ёмкости от воздействия прямых солнечных лучей и осадков, поэтому размещать резервуары таким способом рекомендуется под навесом.
Формулы физических свойств углекислого газа
При проведении инженерных расчетов удобнее использовать приближённые формулы для определения физических свойств углекислого газа CO2⋆:
⋆ Приближённые формулы физических свойств углекислого газа получены авторами настоящего сайта.
Размерность величин: температура — градусы Цельсия. Формула плотности диоксида углерода приведена для атмосферного давления.
Приближённые формулы действительны в диапазоне температур углекислого газа от 5 до 225 oC.
Химический состав и строение молекулы углекислого газа
Химический состав молекулы углекислого газа выражается эмпирической формулой CO2. Молекула диоксида углерода (рис. 1) линейная, что соответствует минимальному отталкиванию связывающих электронных пар, длина связи С=Щ равна 0,116 нм, а её средняя энергия – 806 кДж/моль.
В рамках метода валентных связей две σ-связи С-О образованы sp-гибридизованнойорбиталью атома углерода и 2pz – орбиталями атомов кислорода. Не участвующие в sp-гибридизации 2px— и 2py-орбитали атома углерода перекрываются с аналогичными орбиталями атомов кислорода. При этом образуются две π-орбитали, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Благодаря симметричному расположению атомов кислорода молекула CO2 неполярная, поэтому диоксид мало растворим в воде (один объем CO2 в одном объеме H2O при 1 атм и 15oС). Неполярность молекулы приводит к слабым межмолекулярным взаимодействия и низкой температуре тройной точки: t = -57,2oС и P = 5,2 атм.