Виды углекислого газа и вопросы и ответы

Что такое диоксид углерода

При атмосферном давлении и комнатной температуре диоксид углерода находится в газообразном состоянии. Это наиболее часто встречающаяся его форма, в ней он участвует в процессах дыхания, фотосинтеза и обмена веществ живых организмов.

При охлаждении до -78 °С он, минуя жидкую фазу, кристаллизуется и образует так называемый «сухой лед», широко применяемый как безопасный хладагент в пищевой и химической промышленности и в уличной торговле и рефрижераторных перевозках.

При особых условиях — давлении в десятки атмосфер — углекислота переходит в жидкое агрегатное состояние. Это происходит на морском дне, на глубине свыше 600 м.

Получение в промышленности

Получение диоксида углерода в промышленности методологически разнообразно. Он находится в дымовых отходах, выпускаемых в атмосферу ТЭЦ и электростанциями, получается при брожении спирта и выступает как продукт реакции с природными карбонатами.

Индустрия получения двуокиси углерода широка. Газ можно абсорбировать несколькими способами из одного источника. Во всех случаях это поэтапный процесс очистки от примесей (для достижения требований ГОСТа) и достижения нужной консистенции, агрегатного состояния.

Получение газообразной двуокиси углерода

Газообразный CO2 извлекают из промышленных (нефтяных) дымов путем адсорбции моноэтаноламина (коммерчески выгодно) и карбонатом калия (редко). Принцип сбора частиц углерода одинаков для обоих веществ. Они направляются по трубопроводу к отходам и собирают в себя углекислый газ. После сбора, насыщенные углекислотой газы направляются на очистку.

В специальных емкостях происходит реакция в при повышенной температуре или заниженном давлении. В процессе высвобождается чистая углекислота и продукты распада (аммиак и другие).

Схематически процесс выглядит так:

• Отходящий дым смешивается с адсорбентами (газообразным карбонатом калия или моноэтаноламином);
• Накопившие в себе двуокись углерода газы поступают в специальный газгольдер для очистки;
• В реакции с высокой температурой или низким давлением происходит отделение углекислого газа от адсорбента.

В лаборатории извлечь много CO2 не получается. Но это возможно в реакции с гидрокарбонатами и кислотами. В отдельности CO2 можно выделить на промышленных станках для получения кислорода, аргона или азота. Углекислый газ здесь выступает как побочный продукт. Хранится он в специальных баллонах, поставляемых потребителю.

Получение жидкой углекислоты

Добыча жидкой углекислоты поэтапно связана с получением ее из газа. Из летучего газообразного состояния, при обработке водородом, раствором перманганата калия и углем, образуется жидкая двуокись.

Сжижение происходит из-за низкого давления, сопровождающего реакцию. После многоступенчатой очистки, жидкий диоксид углерода попадает в компрессор. Там он сжимается и подается для сушки в 2 адсорбера, поочередно перенимающие работу для восстановления. Параллельно сжатая жидкость очищается от запахов и переводится в конденсатор, а оттуда – на хранение.

Этот метод сжижения применяется для газов спиртового брожения. Он актуален для пропана, бутана и т.д. Его используют на крупных пивоварнях, а получаемая очищенная углекислота имеет высокие показатели качества.

Получение твердого диоксида углерода

Твердый диоксид образуют из жидкого путем обработки низкой температурой (-56°). В промышленных условиях только 20% переходят в твердое состояние, а остальные – испаряются.

Порядок извлечения углекислотных кристаллов (сухого льда):

• Из емкости брожения газ переходит в емкость для промывки;
• В газгольдере после мытья он сжимается и сжижается;
• Многократно сжимаясь и нагреваясь, газообразный углерод охлаждается в специальных холодильниках;
• Жидкость очищается активированным углем;
• Поступает в холодильник, где охлаждается и дополнительно очищается от примесей;
• Охлажденный CO2 направляется на испарение и пресс, где комплектуется сухой лед.

Свойства углекислого газа

В 17 веке Жан-Батист Ван Гельмонт из Фландрии открыл углекислый газ и определил его формулу. Подробное исследование и описание было сделано столетие спустя шотландцем Джозефом Блэком. Он исследовал свойства углекислого газа и провел серию опытов, в которых доказал, что он выделяется при дыхании животных.

В состав молекулы вещества входит один атом углерода и два атома кислорода. Химическая формула углекислого газа записывается как CO2

В нормальных условиях не обладает вкусом, цветом и запахом. Только вдыхая большое его количество, человек ощущает кислый привкус. Его дает угольная кислота, образующаяся в малых дозах при растворении углекислого газа в слюне. Эта особенность применяется для приготовления газированных напитков. Пузырьки в шампанском, просекко, пиве и лимонаде — это и есть углекислый газ, образовавшийся в результате естественных процессов брожения или добавленный в напиток искусственно.

Физические свойства углекислого газа

Плотность углекислого газа больше плотности воздуха, поэтому при отсутствии вентиляции он скапливается внизу. Он не поддерживает окислительные процессы, такие, как дыхание и горение.

Поэтому углекислоту применяют в огнетушителях. Это свойство углекислого газа иллюстрируют с помощью фокуса — горящую свечу опускают в «пустой» стакан, где она и гаснет. В действительности стакан заполнен CO2.

Сферы применения углекислоты

Диоксид углерода имеет широкое распространение во многих отраслях промышленности. Заправка баллонов газом с доставкой может понадобиться в таких сферах, как:

• работа химических предприятий – с помощью углекислого газа здесь происходит терморегуляция в реакторах, производятся материалы на синтетической основе, осуществляется очистка волокон, веществ, полимеров;
• медицинская и фармацевтическая промышленность – создание инертной среды, синтезирование компонентов, регуляция атмосферы также производятся при участии двуокиси углерода;
• сельское хозяйство – производство удобрений, увеличение урожайности культур;
• пищевая отрасль – газирование напитков, производство сухого льда, хранение, упаковка и транспортировка готовых продуктов;
• металлургия – создание защитной среды при сварке, осаждение летучих продуктов сгорания;
• наука – разделение и исследование веществ;
• бумажное производство – нейтрализация таллового масла;
• гражданская оборона – производство средств пожаротушения;
• охрана природных ресурсов – регуляция кислотных и щелочных показателей воды;
• электроника – обработка функциональных деталей, удаление загрязнений и напыления.

Предыдущая статьяТехника безопасности при газосварочных работах

К таким источникам относятся окислительные процессы разной интенсивности:

• Дыхание живых организмов. Из школьного курса химии и ботаники все помнят, что в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но не все помнят, что это происходит только днем, при достаточном уровне освещения. В темное время суток растения наоборот, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Так что попытка улучшить качество воздуха в комнате, превращая ее в заросли фикусов и герани может сыграть злую шутку.
• Извержения и другая вулканическая активность. CO2 выбрасывается из глубин мантии Земли вместе с вулканическими газами. В долинах рядом с источниками извержений газа настолько много, что, скапливаясь в низинах, он вызывает удушье животных и даже людей. Известны несколько случаев в Африке, когда задыхались целые деревни.
• Горение и гниение органики. Горение и гниение — это одна и та же реакция окисления, но протекающая с разной скоростью. Богатые углеродом разлагающиеся органические остатки растений и животных, лесные пожары и тлеющие торфяники — все это источники диоксида углерода.
• Самым же большим природным хранилищем CO2 являются воды мирового океана, в которых он растворен.

Углекислый газ в природе

За миллионы лет эволюции основанной на углеродных соединениях жизни на Земле в различных источниках накопились многие миллиарды тонн углекислого газа. Его одномоментный выброс в атмосферу приведет к гибели всего живого на планете из-за невозможности дыхания. Хорошо, что вероятность такого одномоментного выброса стремится к нулю.

Основные области применения СО 2

Углекислый газ попадает в атмосферу и в результате человеческой жизнедеятельности. Самыми активными источниками в наше время считаются:

• Индустриальные выбросы, происходящие в ходе сгорания топлива на электростанциях и в технологических установках
• Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, поездов, самолетов и судов.
• Сельскохозяйственные отходы — гниение навоза в больших животноводческих комплексах

Кроме прямых выбросов, существует и косвенное воздействие человека на содержание CO2 в атмосфере. Это массовая вырубка лесов в тропической и субтропической зоне, прежде всего в бассейне Амазонки.

Искусственный источник углекислого газа

Несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится менее процента диоксида углерода, он оказывает все возрастающее действие на климат и природные явления. Углекислый газ участвует в создании так называемого парникового эффекта путем поглощения теплового излучения планеты и удерживания этого тепла в атмосфере. Это ведет к постепенному, но весьма угрожающему повышению среднегодовой температуры планеты, таянию горных ледников и полярных ледяных шапок, росту уровня мирового океана, затоплению прибрежных регионов и ухудшению климата в далеких от моря странах.

Знаменательно, что на фоне общего потепления на планете происходит значительное перераспределение воздушных масс и морских течений, и в отдельных регионах среднегодовая температура не повышается, а понижается. Это дает козыри в руки критикам теории глобального потепления, обвиняющим ее сторонников в подтасовке фактов и манипуляции общественным мнением в угоду определенным политическим центрам влияния и финансово-экономическим интересам

Человечество пытается взять под контроль содержание углекислого газа в воздухе, были подписаны Киотский и Парижский протоколы, накладывающие на национальные экономики определенные обязательства. Кроме того, многие ведущие автопроизводители автомобилей объявили о сворачивании к 2020-25 годам выпуска моделей с двигателями внутреннего сгорания и переходе на гибриды и электромобили. Однако некоторые ведущие экономики мира, такие, как Китай и США, не торопятся выполнять старые и брать на себя новые обязательства, мотивируя это угрозой уровню жизни в своих странах.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO2 в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.

Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф.

(оксид углерода (IV), углекислый газ, CO2) — прочное химическое соединение, распространено в природных газах, содержащих его в количестве от нескольких процентов до практически чистого углекислого газа. Конечный продукт окисления углерода, не горит, не поддерживает горения и дыхания. Токсическое действие углекислого газа оказывается при его содержании в воздухе 3-4 % и заключается в раздражении дыхательных путей, головокружении, головной боли, шуме в ушах, психическом возбуждении, бессознательном состоянии.

Углекислый газ и мы

Углекислый газ — один из продуктов обмена веществ в организме человека. Он играет большую роль в управлении дыханием и снабжением кровью органов. Рост содержания CO2 в крови вызывает расширение сосудов, способных таким образом транспортировать больше кислорода к тканям и органам. Аналогично и система дыхания понуждается к большей активности, если концентрация углекислоты в организме растет. Это свойство используют в аппаратах искусственной вентиляции легких, чтобы подстегнуть собственные органы дыхания пациента к большей активности.

Кроме упомянутой пользы, превышение концентрации СO2 может принести организму и вред. Повышенное содержание во вдыхаемом воздухе приводит к тошноте, головной боли, удушью и даже к потере сознания. Организм протестует против углекислого газа и подает человеку сигналы. При дальнейшем увеличении концентрации развивается кислородное голодание, или гипоксия. Co2 мешает кислороду присоединяться к молекулам гемоглобина, которые и осуществляют перемещение связанных газов по кровеносной системе. Кислородное голодание ведет к снижению работоспособности, ослаблению реакции и способностей к анализу ситуации и принятию решений, апатии и может привести к смерти.

Общие симптомы отравления углекислым газом

Такие концентрации углекислого газа, к сожалению, достижимы не только в тесных шахтах, но и в плохо проветриваемых школьных классах, концертных залах, офисных помещениях и транспортных средствах — везде, где в замкнутом пространстве без достаточного воздухообмена с окружающей средой скапливается большое количество людей.

Немного истории

Углекислый газ был впервые описан голландским химиком Яном (Жаном, Иоганном) Баптистом ван Гельмонтом в начале 17 века. Гельмонт сжигал древесный уголь и наблюдал выделение газа в результате сгорания. Называл он его «лесным духом» и считал разновидностью воздуха. Также он установил, что такой же газ образуется в результате спиртового брожения и при действии различных кислот на поташ и известняк (карбонаты калия и кальция).

Позже, в середине 18 века, углекислый газ изучал английский химик Джозеф Блэк. Он прокаливал известняк и действовал на него кислотами, в результате чего получал углекислый газ.

Он установил, что этот газ легко поглощается щелочами и за счет этого назвал его «фиксируемым (связанным) воздухом». Именно благодаря Блэку химики узнали о том, что в твердых телах может «содержаться» газ. Это было совершенно новой и неожиданной идеей для того времени.

Углерод C — это фундаментальный элемент, на котором основана вся жизнь на планете. Растения — не исключение, и единственным источником углерода для них является растворённый в воде углекислый газ.

Для синтеза необходимых для жизни углеводов растения используют процес, известный, как фотосинтез. Для фотосинтеза необходим свет и углекислый газ CO2. Процесс фотосинтеза запускается только тогда, когда количество света превышает определённый порог. Если свет не достаточно яркий, фотосинтез может не начаться совсем. Сразу же после пороговой величины, увеличение мощности света приводит к усилению фотосинтеза.

В аквариуме основными факторами ограничения роста растений являются свет, CO2, микроэлементы и макроэлементы. Микро и макроэлементы обычно поставляются в необходимых количествах с рыбьими экскрементами и дополнительными удобрениями.

Согласно современной практике, если уровень света превышает 0,5 Ватт на литр объёма аквариума, требуется введение в аквариум дополнительного источника двуокиси углерода.

Углекислый газ — что это такое?Соединение двух молекул кислорода с одной молекулой углерода. Так же называют двуокисью углерода и углекислотой.

Углекислый газ изначально присутствует в воде. Прежде всего, жабры рыб выделяют некоторое количество CO2. Также двуокись углерода растворяется в воде из атмосферы — этот эффект известен как ‘атмосферный баланс’. В природе уровень двуокиси углерода обычно выше, и водные растения активно используют этот выделенный в высоких концентрациях и растворенный в воде углекислый газ. Очень много углекислого газа растворено в подземных водах, которые питают наземные потоки. Эта концентрация диоксида углерода на два-три порядка выше, чем атмосферное равновесие в общем.

Водные растения «любят» диоксид углерода, растворённый в окружающей воде в концентрации приблизительно 10-15 ppm. Уровень диоксида углерода, получаемого растворением его в воде по атмосферному равновесию, в основном около 2-3 ppm. Как вы видите, введение дополнительного источника углекислого газа необходимо для энергичного роста растений, и становится ещё нужнее при увеличении уровня света.

Нужно помнить и о рыбах: высокая концентрация углекислого газа может блокировать выделение СO2 жабрами и быть причиной кислородного голодания. Поскольку передача газа в жабрах зависит от разности концентраций СO2 в крови и в окружающей воде, при повышении концентрации Со2 в окружающей воде перенос Со2 из крови в воду замедляется. В разных литературных источниках даются разные концентрации токсического уровня Со2 в воде для рыб, однако концентрация Со2 ниже 30 ppm определённо безопасна.

Общее заблуждение, что вода может содержать определённое количество газа, и растворение двуокиси углерода в воде приводит к вытеснению из оной кислорода, ошибочно. Если в системе присутствует достаточно света и углекислого газа, начинается активный фотосинтез и уровень насыщения воды кислородом увеличивается на 120 %. Даже ночью, когда растения прекращают использовать СO2 и начинают использовать кислород, его уровень остается таким же, как у незасаженных травой аквариумов.

Помните: чтобы не получить вспышку водорослей, всегда следует увеличивать количество растворённого в воде углекислого газа до увеличения дозы удобрений.

Прошу все-таки сдерживать эмоции — даже если кажется, что оппонент неправ. Не надо тут возбуждать флейм.

Сам же вопрос о качестве углексислоты несколько сложней, чем кажется на первый взгляд. Действительно, как отметил Sheer, она гостируется по сортам — согласно содержанию основного вещества и известных примесей.
Но даже проходящие в тот или иной ГОСТовский сорт примеси бывают разного рода — в зависимости от способа получения.

В основном ее получают как побочный продукт трех видов производств: спиртового брожения, нефтехимического (из коксовых и дымовых газов), аммиачного. Ессно, углекислота из каждого из них будет содержать примеси разные. И понятно, что при применении для наших целей эти примеси могут сказываться по-разному.

«Нефтехимическая» может содержать сернистые соединения (включая сероводород), соляную кислоту, аммиак и его соединения. Понятно, что вещи эти (ну, кроме, разве что солянки) для аквариума малополезные.

В «аммиачной» может присутствовать сам аммиак и оксид ванадия. Про ванадий ничего не скажу, с аммиаком — понятно.

«Бродильная» для наших целей самая безопасная — там может присутствовать только кое-какая побочная органика.

Существует и углекислота, получаемая как целевой продукт на специальных углекислотных производствах — путем сжигания природного газа. Она наиболее редкая и дорогая.

И во всех этих видах, как правило, присутствуют примеси воды и минеральных масел (масла из детандеров — установок по охлаждению и сжижению).

Понятно, что количества всех этих загрязений невелики и регламентируются ГОСТом. Однако, если донимает паранойя

, или кому-то нужна по каким-либо соображениям особо безвредная углекислота, берут именно «целевую», да еще и ожижают на специальных безмасляных детандерах — с графитовыми сальниками. Так, знаю, поступает «Кока-Кола», организовавшая собственное производство углекислоты, не удовлетворившись коммерческой, даже самых высоких сортов.

Вот такую «специально заточенную» углекислоту и принято именовать неГОСТовским параметром «пищевая». (Конечно, не обязательно столь же высокочистую, как «Кока-Кольная» — обычно это просто хорошо очищенная из бродильных производств и, если повезет, на графитовых детандерах).

А корродирующий изнутри баллон, скорее всего, содержал именно «нефтехимическую» углекислоту с ее солянкой. Ну и воздух, конечно, в баллоне присутствует всегда — без него заправлять просто нельзя.

Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере Земли. Он вовлечен в процессы появления и разложения всех живых организмов и образования органических соединений из неорганических.
В биосфере СО2 поддерживает процесс фотосинтеза, который образовывает растительный мир суши и поверхности океана.
Совместно с молекулами воды, метана и озона он формирует «парниковый эффект».

Диоксид углерода — это парниковый газ, который в воздухе воздействует на теплообмен земли и является ключевым элементом в формировании земного климата.
На сегодняшний день прослеживается повышение концентрации двуокиси углерода в атмосфере из-за появления новых искусственных и естественных его источников. Это значит, что климат планеты будет меняться.

• Источники углекислоты
• Поглотители двуокиси углерода
• Взаимодействие с океаном
• Взаимодействие с землей
• Заключение

Большая часть диоксида углерода планеты естественного происхождения. Но также источниками СО2 являются промышленные предприятия и транспорт, которые обеспечивают выброс в атмосферу углекислого газа искусственного происхождения.

При перегнивании деревьев и травы каждый год выделяется 220 миллиардов тонн углекислого газа. Океанами выделяется 330 миллиардов тонн. Пожары, которые образовались в связи с природными факторами приводят к выбросу СО2, равному по количеству антропогенной эмиссии.

Естественными источниками углекислоты являются:

• Дыхание флоры и фауны. Растения и животные поглощают и вырабатывают СО2, так устроено их дыхание.
• Извержение вулканов. Вулканические газы содержат двуокись углерода. В тех регионах, где есть активные вулканы, углекислый газ способен выходить из земных трещин и разломов.
• Разложение органических элементов. Когда органические элементы горят и перегнивают появляется СО2.

Диоксид углерода хранится в углеродных комбинациях: угле, торфе, нефти, известняке. В качестве резервных хранилищ можно назвать океаны, в которых содержатся большие резервы углекислоты и вечную мерзлоту. Однако, вечная мерзлота начинает таять, это можно заметить по уменьшению снежных шапок самых высоких гор мира. При разложении органики наблюдается рост выделения в атмосферу углекислого газа. В результате чего хранилище преобразуется в источник.

Северные районы Аляски, Сибири и Канады — это в основном вечная мерзлота. В ней содержится много органического вещества. Из-за нагрева арктических регионов вечная мерзлота тает и происходит гниение ее содержимого.

Главными искусственными источниками CO2 считаются:

• Выбросы предприятий, которые происходят в процессе сгорания. Результатом является значительное повышение концентрации углекислого газа в атмосфере планеты.
• Транспорт.
• Превращение хозяйственных земель из лесов в пастбища и пахотные земли.

В мире растет количество экологических машин, но их процент по отношению к машинам внутреннего сгорания очень мал. Стоимость электрокаров выше обычных машин, поэтому многие не имеют финансовой возможности приобрести такой вид транспорта.

Интенсивное сокращение лесов для промышленности и сельского хозяйства относится к антропогенным источникам CO2 не в прямом смысле. Деятельность по уменьшению лесных массивов является причиной неучастия диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Что приводит к его накоплению в атмосфере.

Поглотители двуокиси углерода

Поглотителями называют любые искусственные или природные системы, которые впитывают из воздуха углекислый газ. Поглотитель — это структура, которая вбирает из воздуха больше CO2 чем выбрасывает в него.

Леса способны воздействовать на количество двуокиси углерода в воздухе. Они могут быть и поглотителями, и источниками выбросов параллельно (при вырубке). Когда деревья увеличиваются, а лес растет, то углекислый газ поглощается. Данный процесс считается основой развития биомассы. Выходит, что прогрессирующий лес выступает поглотителем.

Лес северного полушария

При сжигании и уничтожении леса основная доля накопленного углерода опять преобразуется в углекислый газ. В итоге лес снова является источником СО2.
Фитопланктон также является поглотителем углекислого газа на земле. При этом большая часть поглощенного углерода, передаваясь по пищевой цепочке, остается в океане.

Самыми известными поглотителями СО2 считаются: раствор едкого калия, натронная известь и асбест, едкий натр.
Эти соединения при протекании химических реакций связывают углекислоту, преобразовывая ее в другие соединения. Существуют установки, которые улавливают углекислый газ из выбросов электростанций и преобразуют его в жидкое или твердое состояние с последующим применением в промышленности. Производятся испытания закачки углекислого газа, растворенного в воде, в базальтовые породы под землей. В процессе реакции образуется твердый минерал.

Станция закачки углекислого газа под землю

Взаимодействие с океаном

В океанах углекислота по наличию превышает атмосферное содержание, если пересчитать на углерод, то выйдет примерно 36 триллионов тонн. Растворенный в океане CO2 находится в виде гидрокарбонатов и карбонатов. Эти соединения образуются в процессе химических реакций между подводными скальными породами, водой и двуокисью углерода. Реакции эти обратимы, они вызывают образование известняковых и других карбонатных пород с высвобождением половины гидрокарбонатов в виде диоксида углерода.

Круговорот углекислого газа в океане

Протекая сотни миллионов лет, этот круговорот реакций привёл к связыванию в карбонатных породах большей части диоксида углерода из атмосферы Земли. По итогу большинство двуокиси углерода, полученной в результате интенсивных выбросов углекислого газа в атмосферу человеком, будет растворено в океанах. Но скорость, с которой будет протекать этот процесс в дальнейшем, остается неизвестной.
Наличие фитопланктона на поверхности океанов помогает поглощать СО2 из воздуха в океан. Некоторое количество углекислого газа фитопланктон поглощает при фотосинтезе, приобретая энергию и источник для развития клеток. Когда он погибает и спускается на дно, углерод остается с ним.

Взаимодействие с землей

Углекислый газ воздуха на генетическом уровне взаимосвязан с землей. Постоянно протекающие почвенные движения увеличивают резервы СО2 в воздухе, где он используется растениями на образование органических элементов. Углекислота выполняет важную функцию в формировании и проветривании почвы. Он принимает участие в разрушении основных минералов, увеличении растворяемости, перемещении карбонатов и фосфатов.

Значительная доля диоксида углерода грунтового воздуха появляется в результате деятельности почвенных организмов, во время распада и окисления органического элемента. До 1/3 части СО2 вырабатывается корнями высоких растений. Также происходит поступление углекислого газа с газами ювенильного и вадозного происхождения из глубочайших шаров земли. В почвах, сформированных на известковых породах, СО2 способен выступать продуктом разрушения углекислого кальция почвенными кислотами.

СО2 грунтового воздуха имеет огромную биологическую значимость. Ее излишек (больше 1%) подавляет проращивание семян и рост корневой системы. Если убрать углекислоту все равно ее кратковременный излишек приведет к медленному росту семян.

В почвах с большим содержанием органического вещества концентрация СО2 летом и весной увеличивается до 3-9 %. Черноземные грунты вырабатывают от 2 до 6 кг углекислого газа на протяжении 24 часов. В почвенном воздухе на глубине 75-150 см в два раза больше содержание СО2 нежели в верхних слоях. В теплые времена содержание СО2 в почвенном воздухе в два раз больше чем в зимний период. Объяснить это можно увеличением активности организмов в грунте.
Необходимо понимать, что многочисленные способы земледелия приводят к повышению концентрации углекислоты в грунте. Среди них можно выделить:

• органические удобрения;
• травосеяние;
• сжатие катками.

Безусловно, не стоит говорить, что плодородность и качество земли зависит исключительно от углекислоты, есть и другие факторы, влияющие на это.
Чтобы регулировать динамику СО2 в почве и увеличивать его содержание до требуемого количества для извлечения хорошего урожая необходимо:

• активировать жизненные процессы в грунте при помощи аэрации;
• осуществлять правильное травосеяние для того чтобы поддерживался и обновлялся резерв органического вещества;
• делать сидерацию и вносить органические удобрения.

Заключение

Несомненно, что без углекислого газа существование на нашей Земле кардинально отличалось бы. Он вовлечен в важнейшие биологические, химические, геологические и климатические процессы. О них важно знать для объяснения многих явлений, происходящих вокруг нас.

Углекислый газ содержится в воздухе в небольшом количестве, но он воздействует на человека на глубинном уровне. В статье вы найдете подробное описание химических, физических и биологических свойств газа, узнаете, где применяется в промышленности и медицине.

Что такое углекислый газ

Углекислый газ («диоксид углерода», «двуокись углерода», «угольный ангидрид», carbon dioxide) – газ, являющийся частью атмосферного воздуха. Форма обозначения вещества: СО2.

Его невозможно увидеть в привычных условиях, он прозрачен и пропускает ультрафиолет и видимый спектр световых волн. При значительном давлении он переходит в жидкую форму, это возможно на глубине свыше 590 метров.

Углекислый газ является частью всех мировых процессов газообмена в атмосфере, грунте и водных бассейнах. Он входит в состав всех живых организмов, а для большинства живых организмов и растений является одним из основных функциональных компонентов дыхания как жизненно важного процесса.

Человек применяет двуокись углерода в разнообразных целях, в частности – в виде защитной среды при сварке.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ в атмосфере находится в количестве до 0,045% – или порядка 800 миллиардов тонн только в виде газа. В воде и почве его ещё больше.

Сегодня это составляет порядка 400 ppm (400 миллионных частей). Для сравнения: 300-350 лет назад, до начала Великой индустриальной революции, когда в 17 веке был начато кардинальное преобразование мировой экономики в сторону индустриализации, этот параметр составлял около 250 ppm.

Интересно, что в черте города показатель доходит до 450-470 ppm, а в публичных заведениях по типу школы – 1000-1200 и более. Это говорит о негативном влиянии транспорта и скопления людей.

Несмотря на своё крошечное количество СО2 играет значительную роль для биосферы и экологии. Основная форма влияния – воздействие в качестве парникового газа:

• газ препятствует выходу инфракрасного излучения с планеты в окружающее пространство;
• температура атмосферы год за годом увеличивается;
• происходят изменения природных явлений и климата;
• текущий формат этих преобразований – ускоренное таяние ледниковых «шапок», повышение уровня Мирового океана и изменения в составе биосферы.

Учёные рассчитали, что без присутствия этого эффекта среднегодовая температура на поверхности планеты находилась бы ниже на 25-30°С.

Углекислый газ в помещении

В помещении основным источником образования СО2 являются люди. Ежечасно взрослый человек выдыхает до 20 литров (0,5 кубометров) газа в спокойном состоянии и до 35-40 литров при значительной физической активности.

В зависимости от характера комнаты диоксид углерода может дополнительно образовываться от действия газового котла и плиты.

Средняя допустимая плотность углекислого газа для помещения – от 600 ppm, в связи с чем необходимо регулярно проветривать все жилые и технические помещения, включать соответствующие системы вентиляции или просто ненадолго открывать окна.

Углекислый газ тяжелее чистого воздуха примерно в полтора раза, поэтому он скапливается в помещениях подвального и цокольного расположения.

Полезная статья – Как варить вертикальный шов электросваркой

Свойства углекислого газа таковы, что в нормальных условиях его невозможно прочувствовать. Ощущения запаха и вкуса появляются только при увеличении концентрации – проявится кисловатость во рту, вызванная образованием малого количества угольной кислоты на основе влаги слизистых оболочек.

Растворимость углекислого газа в воде и сиропах широко применяется в пищевой отрасли – для создания различных напитков.

В горении газ не участвует, что закономерно привело к его применению в современных устройствах для тушения огня (к примеру, углекислотные огнетушители). Токсичность отсутствует, остальные свойства с точки зрения безопасности человека следует оценивать аккуратно.

Физические свойства

Основные свойства у углекислого газа следующие:

• превалирующее природное агрегатное состояние: газообразное;
• возможное изменение: переход в твёрдое кристаллообразное состояние (так называемый «сухой лёд») при охлаждении до минус 78°С или жидкое состояние при давлении около 60 атмосфер;
• особые признаки по вкусу и запаху в нормальном состоянии: отсутствуют;
• восприимчивость к электричеству: проводником не является, при образовании тлеющего разряда излучает светло-зелёное свечение;
• плотность: около 1,97 грамм на литр;
• растворимость в органических веществах: частичная;
• способность к горению: отсутствует, в его окружении горят редкоземельные и щелочные металлы.

Теплопроводностью почти не обладает.

Полезная статья – Сварка силумина

Химические свойства

Основные химические свойства у соединения такие:

• тип вещества: оксид кислотного класса (способен образовать угольную кислоту при наличии воды);
• термическое разложение: да, на кислород (О) и угарный газ (СО);
• химическая активность: взаимодействие с основаниями и оксидами активных металлов, с простыми веществами – при наличии катализатора;
• обнаружение: при прохождении СО2 через воду с лакмусом изменяет цвет в сторону красных оттенков, а известковая вода (растворенный гидроксид кальция) помутнеет;
• отношение к горению: вытеснение кислорода и остановка тления.

Данный оксид углерода имеет валентность IV: в молекуле присутствуют 2 атома кислорода, каждый из которых «оттягивает» на себя по 2 свободных электрона, в результате чего углерод оказывается «связан» кислородом.

Получение углекислого газа

Одной из основных проблем современной экологии является повсеместное образование углекислого газа в техногенной сфере: дымовые и топочные газы, продукты разнообразных химических реакций, функционирование транспорта и промышленности, строительная (производство цемента) и пищевая (брожение алкоголя) отрасли отличаются больше других.

Мировая общественность регулярно пишет о снижении выбросов carbon dioxide, но для науки и техники газ имеет значительное практичное значение.

Это может быть полезно – Poxipol – инструкция по применению

В естественных условиях источниками углекислоты являются:

• дыхательные газообменные процессы у растений и животных: если с бактериями и млекопитающими всё понятно, то даже зелёные организмы выделяют этот газ;
• распад органических веществ на более простые продукты: в ходе химического (так называемое «естественное разложение») и термического (сгорание) преобразования образуется много СО2, и особенно много – при пожарах в лесах;
• выбросы вулканов, подземных и подводных источников: углекислый газ является компонентом выброса таких газов в большой концентрации.

Сюда также можно отнести содержание газа в различных углеродных ископаемых – от известняка до нефти. Помимо этого, его значительное количество оказалось растворённым в водах океанов и морей.

Лабораторные способы получения

Наиболее устойчивый и эффективный (по сочетанию трудозатрат и количества продукта на выходе) способ искусственного получения – работа с аппаратом Киппа.

Устройство рассчитано на создание контролируемого воздействия жидкой среды на твёрдое. В данном случае – обработка концентрированной соляной кислотой дроблёных кусков и мелкой фракции мрамора. Также будут полезны сода и обычный мел.

Для исследовательских целей быстрее всего взять готовый газ в баллонах – он чище и будет подаваться под необходимым давлением.

https://youtube.com/watch?v=SgKkD_js3mg%3Ffeature%3Doembed

Промышленные способы получения

«Сырьё» для генерирования и сбора углекислого газа дают промышленные процессы и различные химические реакции при обработке ископаемых. Углекислоту возможно получать целым спектром способов:

• термическая обработка известняка: при обжиге сырьё распадается на углекислый газ и оксид кальция;
• физическое воздействие на дымовые газы: улавливаемые смеси пропускают через карбонатный раствор калия или моноэтаноламина, в результате чего образуется гидрокарбонат – при его нагреве или понижении давления воздуха вокруг него высвобождается СО2;
• пиролиз атмосферного воздуха: разделение с помощью нагрева и электрического тока на углекислоту, чистые кислород, азот, аргон и другие компоненты;
• пиролиз газовых продуктов брожения спиртов;

Об этих и некоторых других процессах снято множество видео.

Применение углекислого газа

Что такое углекислота с практической точки зрения? Это – газовая защита от окружающего воздуха и вызываемых им процессов:

• перевозка и хранение различных пищевых продуктов (полуфабрикаты, мясо, рыба), при этом наблюдается отсутствие появления плесени и гнили органики;
• внесение в напитки для придания им полезных свойств – отмечается благоприятное действие на организм газированной минеральной или сладкой воды;
• создание пищевых добавок для повышения сроков и условий хранения пищевых продуктов (к примеру, разрыхлитель Е290);
• изготовление кофе без кофеина (участвует в технологическом процессе удаления растворенного вещества);
• организация целебных ванн с углекислотой для поддержания и восстановления здоровья сердечно-сосудистой системы;
• целый спектр специализированных задач в медицине – к примеру, работа с образованиями в тканях, стимуляция дыхания;
• проверка морозоустойчивости резинотехнических изделий (в частности – автомобильные покрышки, которые испытываются с сухим льдом);
• испытания различного оборудования, механизмов и инструментов на предмет пониженных температур;
• изготовление и перезаправка углекислотных огнетушителей (наиболее эффективное средство тушения огня на электрооборудовании и горючих жидкостях);
• рабочая среда в пневматическом оружии;
• применение в качестве реагента для химических реакций с целью синтеза и производства солей, полимеров и различных волокон;
• очистка сточных вод от загрязнений;
• защита расплавленного металла сварочной ванны.

Также интересно использование для авиационного и судостроительного моделирования как вид источника энергии для двигателей с различным объёмом (до десятков см3).

Полезная статья – Как варить нержавейку электродом

Влияние углекислого газа на организм человека

Углекислый газ наравне с кислородом обеспечивает жизнь организма. Суть его работы сводится к высвобождению связанного гемоглобином кислорода – для питания тканей и отдельных органов. Для углекислоты важен в первую очередь баланс – количественное соотношение молекул СО2 и О2.

Он является для организма вазодилататором – веществом, которое влияет на состояния кровеносных сосудов, расширяя и расслабляя их. Это напрямую связано со снабжением кислородом при физической активности:

• в спокойном состоянии номинальное поперечное сечение артерии или капилляра находится в оптимальном размере;
• при необходимости приложения физической силы (спасение жизни, полезная работа) содержание углекислоты в крови несколько повышается – это регулируется вне зависимости от желания человека;
• стенки сосудов расслабляются и смягчаются из-за специфичного действия газа;
• происходит увеличение поперечного сечения сосуда, из-за чего мощность кровотока возрастает;
• как следствие повышается количество доставляемого к тканям ценного кислорода, питающего мускулатуру, что приводит к повышению физического ресурса.

Наблюдается также явление нецелевого повышения содержания углекислоты – при воспалительных процессов, при повреждении организма, проблемах с кровеносной системой вплоть до ишемии. Это чревато атипичным составом газового обмена и нуждается в регуляции силами медицины.

Несмотря на это газ всё же является компонентом «нормального» дыхания. Он переносится кровеносной системой и присутствует в плазме крови, гемоглобине и тканях. Интересно, что находится в организме он при парциальном давлении – во всём доступном пространстве, без скопления в отдельных областях.

Синдром больного здания

Этот феномен касается тех, кто продолжительное время находится в помещении. Проявляется он в неприятном самочувствии, вялости, тяжести в голове и даже заложенности носа. Интересно, что всё это очень быстро пропадает после выхода на улицу.

Суть проблемы – в повышенном содержании углекислого газа. Незаметная сложность любого здания в отношении здоровья – концентрация СО2, резко отличающаяся от нормы. Допустимые 600-800 ppm превращаются здесь в 1000-2000 ppm – это оказывает негативное и тормозящее воздействие на человека.

Решение – в вентиляции. При низком поступлении свежего воздуха содержание углекислого газа постоянно повышается – его необходимо «вымывать» проветриванием.

Респираторный ацидоз

При избытке СО2 в воздухе в организме также повышается его содержание. Это изменяет степень кислотности крови и вызывает комплекс симптомов респираторного (дыхательного) ацидоза. Это явление характеризуется повышенным сердцебиением, упадком сил, беспокойством и сниженным порогом концентрации умственных возможностей. Наиболее критична потеря сознания.

При кратковременном нахождении в «зараженной» углекислым газом атмосфере негативные симптомы проходят при обновлении воздуха или по выходу на улицу. Хуже, если пребывать в таких условиях постоянно: развивается ацидоз хронический. При нём снижается уровень иммунитета, развиваются заболевания дыхательной и сердечно-сосудистой систем, нарушается сон, ухудшается уровень физических возможностей человека.

Суть явления – в изменении кислотно-щелочного баланса крови, измеряющегося в pH.

Состояние организма человека в зависимости от уровня СО2

«Химия» организма интересна двойственным поведением ко всем веществам. Углекислота – не исключение: в привычных, естественных, дозах она является необходимой, а при превышении концентрации в окружающем воздухе оказывается токсичной и способна вызвать смерть живого организма.

Так называемая гиперкапния (состояние, вызываемое при перенасыщении организма углекислым газом) характеризуется наличием головной боли, затруднением дыхания и необходимостью его поддержания волевыми усилиями, тошнотой и потерей сознания.

Следующая стадия – гипоксия: заметное снижение количества кислорода, критически необходимого для дыхания. Оба газа транспортируются по организму одним способом, с помощью гемоглобина. Поэтому пониженное содержание кислорода мгновенно сказывается на функционировании почти каждой клетки, что приводит к существенному ухудшению самочувствия и физических возможностей.

Эти симптомы возникают при существенной концентрации углекислоты – на уровне тысяч ppm. Но уже при одной тысяче ppm возникают переутомление и даже головная боль, подкрепляемые ощущением духоты. При двух тысячах ppm работоспособность заметно падает.

Физиологи резюмируют: высокое содержание углекислого газа в воздухе напрямую влияет на разрушающие процессы окисления, происходящие в организме.

Если у Вас появились вопросы, задавайте их в комментариях. Наши специалисты помогут вам найти ответы на них.

Углекислый газ, имея универсальные свойства, используется в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Сегодня CO2 – это удобрение в сельском хозяйстве, медицинский инструмент, регулятор температуры и источник новой энергии.

• Получение в промышленности
• Применение в промышленности
• Применение в других сферах деятельности
• Заключение

Установка добычи углекислоты

Применение в промышленности

Применение углекислого газа в различных областях промышленности связано с химическими и физическими свойствами вещества. Он не горит, не опасен в минимальных концентрациях для человека и животных и является основным компонентом для жизнедеятельности растений.

• Участвует в синтезе искусственных химикатов;
• Регулирует температуру в реакциях;
• Нейтрализует щелочи;
• Очищает ткани животных и растений;
• Может восстанавливаться до метана.

• Осаждение отходящего дыма;
• Регулирует направления течения воды при отводе шахт;
• Некоторые лазеры используют CO2 в качестве источника энергии (неон).

• Регулирует водородный показатель в древесной массе или целлюлозе;
• Усиливает в мощности производственные машины.

Особую роль в промышленной и смежных индустриях играет сухой лед. Он применяется как:

• Источник охлаждения в морозильных камерах при перевозках;
• Охлаждение при затвердевании сплавов;
• Очистка сухим льдом оборудования (криобластинг).

Применение в других сферах деятельности

Человек также использует углекислоту в других областях деятельности и в быту. Доступность диоксида обуславливает его широкую распространенность, а свойства – востребованность даже среди обывателей.

Схема применения углекислоты

Где еще применяется углекислота:

• При сварке. Защищает металл от нагрева и окисления, обтекая электрическую дугу.
• В сельском хозяйстве. Углекислый газ в купе с солнечным светом – идеальный способ удобрить любые культуры. Распыление газа в парнике или теплице увеличивает урожайность в 2-3 раза;
• В медицине служит для создания атмосферы, близкой к реальной, при проведении искусственных операций на органах. Он применяется как стимулятор для восстановления дыхания пациента и при введении его в наркоз;
• Фармацевтика. Создает идеальную среду для синтеза химии и низкотемпературной транспортировки вод;
• Приборы и оборудование. Охлаждает оборудование и агрегаты без разбора на модули, выступает как абразивный элемент прочистки;
• Защита окружающей среды. Регулирует показатель водорода в стоках;
• Пищевая промышленность. Используется как консервант и разрыхлитель теста. Добавляется в напитки, делая их газированными;
• Для создания давления в пневматическом оружии.

Применение углекислого газа особенно востребовано в системах пожаротушения. Он заполняется в углекислотные газовые огнетушители и при возгорании позволяет изолировать очаг пожара от источника кислорода. Горение не может долго продолжаться без подпитки воздухом, а газификация углекислотой не даст ему проникнуть к огню.

Получаемый в малом количестве от спиртового брожения используется как способ газировки напитков. Он также уберегает муку, сухофрукты, арахис от насекомых, не влияя на качество и скорость их порчи.

Углекислый газ – первоклассная среда для разведения цветов, подкормки овощей и подводных растений. Он ускоряет фотосинтез и улучшает обменные процессы в растительных клетках. Главное – имеет доступную цену даже для обывателей.

Диоксид углерода может применяться и в криодеструкции, в качестве заморозки. Он сжигает холодом поверхность бородавок и родинок, заставляя их отваливаться, но не оставлять шрамов от скальпеля и швов.

Углекислый газ – простое и распространенное по всей планете вещество, играющее практическую функцию в ключевых отраслях деятельности. Без него не обходится промышленность, медицина, пищевая отрасль и даже простой человеческий быт.

С недавних пор CO2 применяется как основа для производства источника топлива (метанола). Популярность набирает способ использования в качестве возобновляемого геотермального источника энергии, способного увеличить производство электроэнергии и сократить выбросы газа в атмосферу.