Was ist Kohlendioxid? Chemische und physikalische Eigenschaften von Kohlendioxid

Strukturformel

Wahre, empirische oder grobe Formel: CO2

Chemische Zusammensetzung von Kohlendioxid

Molekulargewicht: 44,009

Kohlendioxid (Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlenstoff(IV)-oxid, Kohlensäureanhydrid) ist ein (unter normalen Bedingungen) farbloses, geruchloses Gas mit einer chemischen Formel CO2. Die Dichte beträgt unter normalen Bedingungen 1,98 kg/m³ (schwerer als Luft). Bei Atmosphärendruck liegt Kohlendioxid nicht im flüssigen Zustand vor, sondern geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Festes Kohlendioxid wird Trockeneis genannt. Bei erhöhtem Druck und normalen Temperaturen wird Kohlendioxid flüssig und dient als Speichermedium. Die Konzentration von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre beträgt durchschnittlich 0,04 %. Kohlendioxid lässt leicht ultraviolette Strahlen und Strahlen des sichtbaren Teils des Spektrums durch, die von der Sonne auf die Erde gelangen und diese erhitzen. Gleichzeitig absorbiert es die von der Erde emittierte Infrarotstrahlung und zählt zu den Treibhausgasen, wodurch es am Prozess der globalen Erwärmung beteiligt ist. Seit Beginn des Industriezeitalters ist ein stetiger Anstieg des Gehalts dieses Gases in der Atmosphäre zu beobachten.

Kohlenmonoxid (IV) – Kohlendioxid, ein geruchloses und farbloses Gas, schwerer als Luft, kristallisiert bei starker Abkühlung in Form einer weißen, schneeähnlichen Masse – „Trockeneis“. Bei Atmosphärendruck schmilzt es nicht, sondern verdampft; die Sublimationstemperatur beträgt −78 °C. Kohlendioxid entsteht, wenn organisches Material verrottet und verbrennt. Enthalten in der Luft und in Mineralquellen, freigesetzt bei der Atmung von Tieren und Pflanzen. Löslich in Wasser (1 Volumen Kohlendioxid in einem Volumen Wasser bei 15 °C).

Aufgrund seiner chemischen Eigenschaften wird Kohlendioxid als saures Oxid eingestuft. In Wasser gelöst bildet es Kohlensäure. Reagiert mit Alkalien unter Bildung von Carbonaten und Bicarbonaten. Es unterliegt elektrophilen Substitutionsreaktionen (z. B. mit Phenol) und nukleophilen Additionen (z. B. mit Organomagnesiumverbindungen). Kohlenmonoxid (IV) unterstützt die Verbrennung nicht. Darin verbrennen nur einige aktive Metalle. Interagiert mit Oxiden aktiver Metalle. In Wasser gelöst bildet es Kohlensäure. Reagiert mit Alkalien unter Bildung von Carbonaten und Bicarbonaten.

Der menschliche Körper produziert täglich etwa 1 kg Kohlendioxid. Dieses Kohlendioxid wird aus dem Gewebe, wo es als eines der Endprodukte des Stoffwechsels entsteht, über das Venensystem transportiert und dann über die Lunge mit der Ausatemluft ausgeschieden. So ist der Kohlendioxidgehalt im Blut im Venensystem hoch, im Kapillarnetz der Lunge nimmt er ab und im arteriellen Blut ist er niedrig. Der Kohlendioxidgehalt einer Blutprobe wird häufig als Partialdruck ausgedrückt, d. h. der Druck, den eine bestimmte in einer Blutprobe enthaltene Kohlendioxidmenge hätte, wenn sie allein das gesamte Volumen der Blutprobe einnehmen würde. Kohlendioxid ( CO2) wird im Blut auf drei verschiedene Arten transportiert (der genaue Anteil jeder dieser drei Transportarten hängt davon ab, ob das Blut arteriell oder venös ist).

Der größte Teil des Kohlendioxids (70 bis 80 %) wird durch das Enzym Carboanhydrase in den roten Blutkörperchen in Bicarbonationen umgewandelt.
Etwa 5–10 % des Kohlendioxids sind im Blutplasma gelöst.
Etwa 5–10 % des Kohlendioxids sind in Form von Carbaminverbindungen (Carbohämoglobin) an Hämoglobin gebunden.

Hämoglobin, das wichtigste Sauerstofftransportprotein der roten Blutkörperchen, ist in der Lage, sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid zu transportieren. Allerdings bindet Kohlendioxid an einer anderen Stelle an Hämoglobin als Sauerstoff. Es bindet an die N-terminalen Enden von Globinketten und nicht an Häm. Aufgrund allosterischer Effekte, die bei der Bindung zu einer Änderung der Konfiguration des Hämoglobinmoleküls führen, verringert die Bindung von Kohlendioxid jedoch die Fähigkeit von Sauerstoff, sich bei einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck daran zu binden, und umgekehrt Durch die Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin verringert sich bei einem gegebenen Kohlendioxidpartialdruck die Fähigkeit von Kohlendioxid, daran zu binden. Darüber hinaus hängt die Fähigkeit von Hämoglobin, bevorzugt Sauerstoff oder Kohlendioxid zu binden, auch vom pH-Wert der Umgebung ab. Diese Eigenschaften sind sehr wichtig für die erfolgreiche Aufnahme und den Transport von Sauerstoff aus der Lunge in das Gewebe und seine erfolgreiche Freisetzung in das Gewebe sowie für die erfolgreiche Aufnahme und den Transport von Kohlendioxid aus dem Gewebe in die Lunge und seine Freisetzung dort. Kohlendioxid ist einer der wichtigsten Mediatoren der Autoregulation des Blutflusses. Es ist ein starker Vasodilatator. Wenn dementsprechend der Kohlendioxidspiegel im Gewebe oder Blut ansteigt (z. B. aufgrund eines intensiven Stoffwechsels – beispielsweise verursacht durch körperliche Betätigung, Entzündungen, Gewebeschäden oder aufgrund einer Behinderung des Blutflusses oder einer Gewebeischämie), erweitern sich die Kapillaren , was zu einer erhöhten Durchblutung und damit zu einer erhöhten Sauerstoffzufuhr zum Gewebe und zum Transport von angesammeltem Kohlendioxid aus dem Gewebe führt. Darüber hinaus hat Kohlendioxid in bestimmten Konzentrationen (erhöhte, aber noch nicht toxische Werte erreichend) eine positiv inotrope und chronotrope Wirkung auf das Myokard und erhöht dessen Empfindlichkeit gegenüber Adrenalin, was zu einer Erhöhung der Stärke und Häufigkeit von Herzkontraktionen führt, Herz Leistung und infolgedessen Schlaganfall und Minutenblutvolumen. Dies hilft auch, Gewebehypoxie und Hyperkapnie (erhöhte Kohlendioxidwerte) zu korrigieren. Bicarbonat-Ionen sind sehr wichtig für die Regulierung des Blut-pH-Wertes und die Aufrechterhaltung eines normalen Säure-Basen-Gleichgewichts. Die Atemfrequenz beeinflusst den Kohlendioxidgehalt im Blut. Eine schwache oder langsame Atmung führt zu einer respiratorischen Azidose, während eine schnelle und zu tiefe Atmung zu Hyperventilation und der Entwicklung einer respiratorischen Alkalose führt. Darüber hinaus ist Kohlendioxid auch wichtig für die Regulierung der Atmung. Obwohl unser Körper Sauerstoff für den Stoffwechsel benötigt, regt ein niedriger Sauerstoffgehalt im Blut oder im Gewebe die Atmung normalerweise nicht an (oder besser gesagt, die stimulierende Wirkung eines niedrigen Sauerstoffgehalts auf die Atmung ist zu schwach und „schaltet“ sich erst spät ein, wenn der Sauerstoffgehalt sehr niedrig ist). das Blut, bei dem ein Mensch oft bereits das Bewusstsein verliert). Normalerweise wird die Atmung durch einen Anstieg des Kohlendioxidspiegels im Blut angeregt. Das Atemzentrum reagiert deutlich empfindlicher auf erhöhte Kohlendioxidwerte als auf Sauerstoffmangel. Das Einatmen von sehr dünner Luft (mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck) oder einem Gasgemisch, das überhaupt keinen Sauerstoff enthält (z. B. 100 % Stickstoff oder 100 % Lachgas), kann daher schnell zu Bewusstlosigkeit führen, ohne dass ein Gefühl entsteht von Luftmangel (weil der Kohlendioxidspiegel im Blut nicht ansteigt, weil nichts seine Ausatmung verhindert). Dies ist besonders gefährlich für Piloten von Militärflugzeugen, die in großen Höhen fliegen (wenn eine feindliche Rakete das Cockpit trifft und das Cockpit drucklos wird, können die Piloten schnell das Bewusstsein verlieren). Diese Funktion des Atemregulierungssystems ist auch der Grund dafür, dass Flugbegleiter in Flugzeugen Passagiere anweisen, im Falle eines Druckverlusts in der Flugzeugkabine zunächst selbst eine Sauerstoffmaske aufzusetzen, bevor sie versuchen, anderen zu helfen – und zwar auf diese Weise , riskiert der Helfer, selbst schnell das Bewusstsein zu verlieren und bis zum letzten Moment kein Unbehagen oder Sauerstoffbedürfnis zu verspüren. Das menschliche Atmungszentrum versucht, den Kohlendioxidpartialdruck im arteriellen Blut auf nicht mehr als 40 mmHg zu halten. Bei bewusster Hyperventilation kann der Kohlendioxidgehalt im arteriellen Blut auf 10-20 mmHg sinken, während der Sauerstoffgehalt im Blut nahezu unverändert bleibt oder leicht ansteigt und die Notwendigkeit, einen weiteren Atemzug zu machen, infolge einer Abnahme abnimmt in der stimulierenden Wirkung von Kohlendioxid auf die Aktivität des Atemzentrums. Aus diesem Grund ist es nach einer Phase bewusster Hyperventilation einfacher, die Luft längere Zeit anzuhalten, als ohne vorherige Hyperventilation. Diese absichtliche Hyperventilation mit anschließendem Anhalten des Atems kann zu Bewusstlosigkeit führen, bevor die Person das Bedürfnis verspürt, Luft zu holen. In einer sicheren Umgebung stellt ein solcher Bewusstseinsverlust keine besondere Gefahr dar (nachdem eine Person das Bewusstsein verloren hat, verliert sie die Kontrolle über sich selbst, hört auf, den Atem anzuhalten und atmet ein, atmet und damit wird die Sauerstoffversorgung des Gehirns beeinträchtigt wiederhergestellt, und dann wird das Bewusstsein wiederhergestellt). In anderen Situationen, beispielsweise vor dem Tauchen, kann dies jedoch gefährlich sein (in der Tiefe kommt es zu Bewusstlosigkeit und Atemnot, und ohne bewusste Kontrolle gelangt Wasser in die Atemwege, was zum Ertrinken führen kann). Aus diesem Grund ist Hyperventilation vor dem Tauchen gefährlich und wird nicht empfohlen.

In industriellen Mengen entsteht Kohlendioxid aus Rauchgasen oder als Nebenprodukt chemischer Prozesse, beispielsweise beim Abbau natürlicher Carbonate (Kalkstein, Dolomit) oder bei der Herstellung von Alkohol (alkoholische Gärung). Das Gemisch der entstehenden Gase wird mit einer Kaliumcarbonatlösung gewaschen, die Kohlendioxid absorbiert und sich in Bicarbonat umwandelt. Eine Bikarbonatlösung zersetzt sich beim Erhitzen oder unter vermindertem Druck und setzt Kohlendioxid frei. In modernen Anlagen zur Herstellung von Kohlendioxid wird anstelle von Bicarbonat häufiger eine wässrige Lösung von Monoethanolamin verwendet, die unter bestimmten Bedingungen absorbieren kann CO2 im Rauchgas enthalten sind und beim Erhitzen freigesetzt werden; Dadurch wird das fertige Produkt von anderen Stoffen getrennt. Kohlendioxid entsteht auch in Luftzerlegungsanlagen als Nebenprodukt bei der Herstellung von reinem Sauerstoff, Stickstoff und Argon. Im Labor werden kleine Mengen durch die Reaktion von Carbonaten und Bicarbonaten mit Säuren, wie Marmor, Kreide oder Soda mit Salzsäure, beispielsweise mit einem Kipp-Gerät, gewonnen. Bei der Reaktion von Schwefelsäure mit Kreide oder Marmor entsteht schwerlösliches Calciumsulfat, das die Reaktion stört und durch einen erheblichen Säureüberschuss entfernt wird. Zur Zubereitung von Getränken kann die Reaktion von Backpulver mit Zitronensäure oder saurem Zitronensaft genutzt werden. In dieser Form erschienen die ersten kohlensäurehaltigen Getränke. Apotheker waren mit ihrer Produktion und ihrem Verkauf beschäftigt.

In der Lebensmittelindustrie wird Kohlendioxid als Konservierungs- und Treibmittel verwendet und ist auf der Verpackung mit dem Code E290 gekennzeichnet. Flüssiges Kohlendioxid wird häufig in Feuerlöschanlagen und Feuerlöschern verwendet. Automatische Kohlendioxid-Feuerlöschanlagen unterscheiden sich in ihren Startsystemen, die pneumatisch, mechanisch oder elektrisch sein können. Die Vorrichtung zur Versorgung des Aquariums mit Kohlendioxid kann einen Gasspeicher umfassen. Die einfachste und gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Kohlendioxid basiert auf der Konstruktion der Maische für alkoholische Getränke. Während der Fermentation kann das freigesetzte Kohlendioxid durchaus als Nahrung für Aquarienpflanzen dienen. Kohlendioxid wird zur Karbonisierung von Limonade und Mineralwasser verwendet. Auch beim Drahtschweißen wird Kohlendioxid als Schutzmedium eingesetzt, bei hohen Temperaturen dissoziiert es jedoch und setzt Sauerstoff frei. Der freigesetzte Sauerstoff oxidiert das Metall. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, Desoxidationsmittel wie Mangan und Silizium in den Schweißdraht einzubringen. Eine weitere Folge des Sauerstoffeinflusses, der ebenfalls mit der Oxidation einhergeht, ist ein starker Abfall der Oberflächenspannung, der unter anderem zu stärkeren Metallspritzern führt als beim Schweißen in einer inerten Umgebung. Kohlendioxid in Dosen wird in Luftgewehren (in der Gasflaschenpneumatik) und als Energiequelle für Motoren im Flugzeugmodellbau verwendet. Die Speicherung von Kohlendioxid in einer Stahlflasche in verflüssigtem Zustand ist rentabler als in Form von Gas. Kohlendioxid hat eine relativ niedrige kritische Temperatur von +31°C. Etwa 30 kg verflüssigtes Kohlendioxid werden in einen standardmäßigen 40-Liter-Zylinder gegossen. Bei Raumtemperatur befindet sich im Zylinder eine flüssige Phase und der Druck beträgt etwa 6 MPa (60 kgf/cm²). Liegt die Temperatur über +31°C, geht Kohlendioxid in einen überkritischen Zustand mit einem Druck über 7,36 MPa über. Der Standardbetriebsdruck für eine normale 40-Liter-Flasche beträgt 15 MPa (150 kgf/cm²), sie muss jedoch einem 1,5-fach höheren Druck, also 22,5 MPa, sicher standhalten, sodass das Arbeiten mit solchen Flaschen als recht sicher angesehen werden kann. Festes Kohlendioxid – „Trockeneis“ – wird als Kältemittel in der Laborforschung, im Einzelhandel, bei der Reparatur von Geräten (zum Beispiel: Kühlen eines der zusammenpassenden Teile während einer Presspassung) usw. verwendet. Kohlendioxid wird zur Verflüssigung verwendet Kohlendioxid und produzieren Trockeneis. Anlagen.

Die Messung des Kohlendioxidpartialdrucks ist in technologischen Prozessen, in medizinischen Anwendungen – Analyse von Atemwegsgemischen bei künstlicher Beatmung und in geschlossenen Lebenserhaltungssystemen – erforderlich. Konzentrationsanalyse CO2 in der Atmosphäre wird für Umwelt- und wissenschaftliche Forschung genutzt, um den Treibhauseffekt zu untersuchen. Kohlendioxid wird mit Gasanalysatoren nach dem Prinzip der Infrarotspektroskopie und anderen Gasmesssystemen erfasst. Ein medizinischer Gasanalysator zur Aufzeichnung des Kohlendioxidgehalts in der Ausatemluft wird Kapnograph genannt. Zur Messung geringer Konzentrationen CO2(sowie CO) in Prozessgasen oder in atmosphärischer Luft können Sie die gaschromatographische Methode mit einem Methanator und die Registrierung mit einem Flammenionisationsdetektor verwenden.

Jährliche Schwankungen der Konzentration von atmosphärischem Kohlendioxid auf dem Planeten werden hauptsächlich durch die Vegetation der mittleren Breiten (40-70°) der nördlichen Hemisphäre bestimmt. Die Vegetation in den Tropen ist praktisch unabhängig von der Jahreszeit, der trockene Wüstengürtel von 20–30° (in beiden Hemisphären) leistet einen kleinen Beitrag zum Kohlendioxidkreislauf und die am stärksten mit Vegetation bedeckten Landstreifen liegen asymmetrisch auf der Erde ( auf der Südhalbkugel gibt es einen Ozean, in den mittleren Breiten gibt es einen Ozean). Daher ist von März bis September aufgrund der Photosynthese der Inhalt CO2 in der Atmosphäre nimmt sie ab und von Oktober bis Februar nimmt sie zu. Beiträge zum Winterwachstum kommen sowohl von der Oxidation des Holzes (heterotrophe Atmung der Pflanzen, Fäulnis, Humusabbau, Waldbrände) als auch von der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas), die im Winter deutlich zunimmt. Im Ozean ist eine große Menge Kohlendioxid gelöst. Kohlendioxid macht einen erheblichen Teil der Atmosphäre einiger Planeten im Sonnensystem aus: Venus, Mars.

Kohlendioxid ist ungiftig, wird aber aufgrund der Wirkung seiner erhöhten Konzentrationen in der Luft auf luftatmende Lebewesen als erstickende Gase (Englisch) Russisch eingestuft. Leichte Konzentrationsanstiege von bis zu 2-4 % in Innenräumen führen dazu die Entwicklung von Schläfrigkeit und Schwäche bei Menschen. Als gefährlich gelten Konzentrationen um 7–10 %, bei denen es zu Erstickungsgefahr kommt, die sich je nach Konzentration über einen Zeitraum von 10–20 Jahren in Kopfschmerzen, Schwindel, Hör- und Bewusstlosigkeit (ähnliche Symptome wie bei der Höhenkrankheit) äußert mehrere Minuten bis zu einer Stunde. Wenn Luft mit hoher Gaskonzentration eingeatmet wird, kommt es sehr schnell zum Tod durch Ersticken. Obwohl tatsächlich selbst eine Konzentration von 5-7 % CO2 nicht tödlich ist, beginnen sich die Menschen bereits bei einer Konzentration von 0,1 % (dieser Kohlendioxidgehalt wird in der Luft von Megastädten beobachtet) schwach und schläfrig zu fühlen. Dies zeigt, dass auch bei hohem Sauerstoffgehalt hohe CO2-Konzentrationen einen erheblichen Einfluss auf das Wohlbefinden haben. Das Einatmen von Luft mit einer erhöhten Konzentration dieses Gases führt nicht zu langfristigen Gesundheitsproblemen und nach der Entfernung des Opfers aus der verschmutzten Atmosphäre kommt es schnell zu einer vollständigen Wiederherstellung der Gesundheit.

Kohlendioxidflüssigkeit

Kohlendioxid

Kohlenmonoxid (Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlensäureanhydrid, Kohlendioxid ) — CO2, ein farbloses Gas, geruchlos, mit leicht säuerlichem Geschmack.
Konzentration Kohlendioxid in der Erdatmosphäre beträgt durchschnittlich 0,038 %.
Zur Lebenserhaltung ist es nicht geeignet. Allerdings „ernähren“ sich Pflanzen davon und wandeln es in organische Substanzen um. Darüber hinaus ist es eine Art „Decke“ für die Erde. Wenn dieses Gas plötzlich aus der Atmosphäre verschwinden würde, würde die Erde viel kühler werden und der Regen würde praktisch verschwinden.

„Decke der Erde“

Kohlendioxid (Kohlendioxid, Kohlendioxid, CO 2 ) entsteht durch die Kombination zweier Elemente: Kohlenstoff und Sauerstoff. Es entsteht bei der Verbrennung von Kohle oder Kohlenwasserstoffverbindungen, bei der Vergärung von Flüssigkeiten sowie als Produkt der Atmung von Menschen und Tieren. In geringen Mengen kommt es auch in der Atmosphäre vor, von wo aus es von Pflanzen aufgenommen wird, die wiederum Sauerstoff produzieren.
Kohlendioxid farblos und schwerer als Luft. Gefriert bei −78,5 °C und bildet Schnee, der aus Kohlendioxid besteht. In wässriger Lösung bildet es Kohlensäure, die jedoch nicht stabil genug ist, um leicht isoliert zu werden.
Kohlendioxid — Dies ist die „Decke“ der Erde. Es lässt problemlos ultraviolette Strahlen durch, die unseren Planeten erwärmen, und reflektiert von seiner Oberfläche emittierte Infrarotstrahlen in den Weltraum. Und wenn plötzlich Kohlendioxid Aus der Atmosphäre verschwindet, wirkt sich dies vor allem auf das Klima aus. Auf der Erde wird es deutlich kühler und Regen wird nur noch sehr selten fallen. Es ist nicht schwer zu erraten, wohin dies letztendlich führen wird.
Allerdings droht uns eine solche Katastrophe noch nicht. Ganz im Gegenteil. Verbrennung organischer Stoffe: Öl, Kohle, Erdgas, Holz – erhöht sukzessive den Gehalt Kohlendioxid in der Atmosphäre. Das bedeutet, dass wir im Laufe der Zeit mit einer deutlichen Erwärmung und Befeuchtung des Erdklimas rechnen müssen. Oldtimer glauben übrigens, dass es schon spürbar wärmer ist als zu ihrer Jugendzeit...
Kohlendioxid wird freigesetzt Niedertemperatur-Flüssigkeiten, Hochdruck-Flüssigkeiten und Gase. Es wird aus Abgasen der Ammoniak- und Alkoholproduktion sowie der Sonderbrennstoffverbrennung und anderen Industrien gewonnen. Kohlendioxidgas- farb- und geruchloses Gas bei einer Temperatur von 20 °C und einem Druck von 101,3 kPa (760 mm Hg), Dichte - 1,839 kg/m 3. Flüssiges Kohlendioxid- nur eine farblose, geruchlose Flüssigkeit.
Kohlendioxid ungiftig und nicht explosiv. Bei Konzentrationen von mehr als 5 % (92 g/m3) wirkt sich Kohlendioxid gesundheitsschädlich aus – es ist schwerer als Luft und kann sich in schlecht belüfteten Bereichen in Bodennähe ansammeln. Dadurch verringert sich der Volumenanteil des Sauerstoffs in der Luft, was zu Sauerstoffmangel und Erstickung führen kann.

Kohlendioxid produzieren

In der Industrie Kohlendioxid gewonnen aus Ofengasen, aus Zersetzungsprodukten natürlicher Carbonate (Kalkstein, Dolomit). Das Gasgemisch wird mit einer Kaliumcarbonatlösung gewaschen, die absorbiert Kohlendioxid , verwandelt sich in Bikarbonat. Beim Erhitzen zersetzt sich die Bicarbonatlösung unter Freisetzung von Kohlendioxid. Bei der industriellen Produktion wird Gas in Flaschen gepumpt.
Unter Laborbedingungen werden kleine Mengen durch die Reaktion von Carbonaten und Bicarbonaten mit Säuren, beispielsweise Marmor mit Salzsäure, gewonnen.

Anwendung

In der Lebensmittelindustrie Kohlendioxid Wird als Konservierungsmittel verwendet und ist auf der Verpackung unter dem Code angegeben E290
Flüssiges Kohlendioxid (flüssiges Nahrungsmittelkohlendioxid) – verflüssigt Kohlendioxid, unter hohem Druck (~ 65-70 Atm) gelagert. Farblose Flüssigkeit. Nach Freigabe flüssiges Kohlendioxid Aus dem Ballon gelangt es in die Atmosphäre, ein Teil davon verdunstet und der andere Teil bildet Trockeneisflocken.
Zylinder mit flüssiges Kohlendioxid weit verbreitet als Feuerlöscher und zur Herstellung von kohlensäurehaltigem Wasser und Limonade.
Kohlendioxid Beim Schweißen mit Draht dient es als Schutzmedium, bei hohen Temperaturen dissoziiert es jedoch und setzt Sauerstoff frei. Der freigesetzte Sauerstoff oxidiert das Metall. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, Desoxidationsmittel wie Mangan und Silizium in den Schweißdraht einzubringen. Eine weitere Folge des Sauerstoffeinflusses, der ebenfalls mit der Oxidation einhergeht, ist ein starker Abfall der Oberflächenspannung, der unter anderem zu stärkeren Metallspritzern führt als beim Schweißen in Argon oder Helium.
Kohlendioxid in Dosen
Festes Kohlendioxid – Trockeneis- Wird in Gletschern verwendet. Flüssiges Kohlendioxid Wird als Kältemittel und Arbeitsmedium in Wärmekraftwerken (Kühlschränke, Gefrierschränke, Solarstromgeneratoren usw.) verwendet.

„Trockeneis“ und andere wohltuende Eigenschaften von Kohlendioxid

In der alltäglichen Praxis Kohlendioxid wird recht häufig verwendet. Beispielsweise ist Sprudelwasser mit Zusatz aromatischer Essenzen ein wunderbares Erfrischungsgetränk. In der Lebensmittelindustrie Kohlendioxid Es wird auch als Konservierungsmittel verwendet – es ist auf der Verpackung unter dem Code angegeben E290 , und auch als Teigtreibmittel.
Kohlendioxid Bei Bränden kommen Feuerlöscher zum Einsatz. Biochemiker haben herausgefunden, dass Dünger... Luft ist Kohlendioxid ein sehr wirksames Mittel zur Ertragssteigerung verschiedener Nutzpflanzen. Vielleicht hat dieser Dünger einen einzigen, aber wesentlichen Nachteil: Er kann nur in Gewächshäusern verwendet werden. In produzierenden Fabriken Kohlendioxid , Flüssiggas wird in Stahlflaschen verpackt und an Verbraucher verschickt. Öffnet man das Ventil, kommt der Schnee zischend heraus. Was für ein Wunder?
Alles ist einfach erklärt. Der Arbeitsaufwand für die Verdichtung des Gases ist deutlich geringer als für die Expansion. Und um das entstehende Defizit irgendwie auszugleichen, Kohlendioxid kühlt stark ab und verwandelt sich in „Trockeneis“. Es wird häufig zum Konservieren von Lebensmitteln verwendet und hat gegenüber herkömmlichem Eis erhebliche Vorteile: Erstens ist seine „Kühlleistung“ pro Gewichtseinheit doppelt so hoch; zweitens verdunstet es spurlos.
Beim Drahtschweißen wird Kohlendioxid als aktives Medium verwendet, da bei Lichtbogentemperatur Kohlendioxid zerfällt in Kohlenmonoxid CO und Sauerstoff, die wiederum mit dem flüssigen Metall interagieren und es oxidieren.
Kohlendioxid in Dosen Wird in Luftgewehren und als Antriebsquelle für Motoren im Flugzeugmodellbau verwendet.

Qualitätsindikatoren für Kohlendioxid GOST 8050-85

Volumenanteil, %

Andere Namen: Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid (IV), Kohlensäureanhydrid.

Kohlendioxid ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel CO 2 ; farb- und geruchloses Gas.

Physikalische Eigenschaften

Chemische Eigenschaften und Herstellungsmethoden

Reinigung

Reinigung von in Stahlflaschen gespeichertem CO 2 . Handelsübliches CO 2 in Stahlflaschen kann folgende Verunreinigungen enthalten: Wasserdampf, O 2, N 2, seltener Spuren von H 2 S und SO 2. In den meisten Fällen ist handelsübliches CO 2 von ausreichender Reinheit, um chemische Reaktionen ablaufen zu lassen. Nur bei höheren Anforderungen (z. B. bei physikalischen Untersuchungen) muss kommerzielles CO 2 einer zusätzlichen Reinigung unterzogen werden. Dazu wird das Gas durch eine gesättigte CuSO 4 -Lösung, dann durch eine KHCO 3 -Lösung und schließlich durch einen Fraktionator geleitet, der Teil einer Industrieanlage zur Herstellung von reinem H 2 S ist. Bei der CO 2 -Fraktionierung kommen vier vertikale Wäscher, acht U-Rohre zur Tiefenkühlung und zwei Gefrierfallen zum Einsatz. Vor dem letzten Gefrierschrank befindet sich außerdem ein Abzweig zu einem Quecksilbermanometer. CO 2 strömt zur Tiefenkühlung durch die ersten vier U-förmigen Rohre (auf der angegebenen Temperatur gehalten) und wird in 8 eingefroren. Wenn 8 gefüllt ist, öffnen Sie Hahn 9, löten Sie ihn an Punkt 10 ab und erzeugen Sie in diesem Teil ein Hochvakuum die Ausrüstung. Kühlen Sie anschließend die verbleibenden vier 11-förmigen Rohre auf -78 °C ab (Trockeneis + 4-Aceton), entfernen Sie die flüssige Luftkühlung aus 5, pumpen Sie den ersten Gasstrom ab und tauchen Sie ihn dann in ein Gefäß zur Kondensation 11 hinein flüssige Luft. Die mittlere Fraktion wird in 11 gesammelt, der Rest in 8. Die Fraktion von 11 wird noch zweimal sublimiert und die Reinheit des Gases wird durch Bestimmung des Dampfdrucks bei verschiedenen Temperaturen überwacht. Das Gas wird in 25-Liter-Glaskolben gespeichert, die durch mehrstündiges Erhitzen im Hochvakuum bei 350 °C entgast werden.

Abb.1. Anlage zur Herstellung von Schwefelwasserstoff.

Trockeneis

„Trockeneis“ ist festes Kohlendioxid, das unter normalen Bedingungen (Atmosphärendruck und Raumtemperatur) unter Umgehung der flüssigen Phase in einen Dampfzustand übergeht. Im Aussehen ähnelt es Eis (daher der Name).

Die Sublimationstemperatur beträgt bei Normaldruck -78,5 °C. Technisches „Trockeneis“ hat eine Dichte von etwa 1560 kg/m 3 und nimmt bei der Sublimation etwa 590 kJ/kg (140 kcal/kg) Wärme auf. Hergestellt in Kohlendioxidanlagen.

Liste der verwendeten Literatur

Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Großes chemisches Nachschlagewerk / K.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn.: Modern School, 2005. - 608 mit ISBN 985-6751-04-7.
Hoffmann W., Rüdorf W., Haas A., Schenk P. W., Huber F., Schmeisser M., Baudler M., Becher H.-J., Dönges E., Schmidbaur H., Ehrlich P., Seifert H. I. Leitfaden zur anorganischen Synthese: In 6 Bänden. T.3. Pro. Mit. Deutsch/Hrsg. G. Brouwer. - M.: Mir, 1985. - 392 S., mit Abb. [Mit. 682]

Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid – all das sind Namen für einen Stoff, den wir als Kohlendioxid kennen. Welche Eigenschaften hat dieses Gas und welche Einsatzgebiete gibt es?

Kohlendioxid und seine physikalischen Eigenschaften

Kohlendioxid besteht aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Die Formel für Kohlendioxid sieht so aus: CO₂. In der Natur entsteht es bei der Verbrennung oder dem Zerfall organischer Stoffe. Auch der Gasgehalt in der Luft und in den Mineralquellen ist recht hoch. Darüber hinaus stoßen Menschen und Tiere beim Ausatmen auch Kohlendioxid aus.

Reis. 1. Kohlendioxidmolekül.

Kohlendioxid ist ein völlig farbloses Gas und kann nicht gesehen werden. Es hat auch keinen Geruch. Bei hohen Konzentrationen kann es jedoch zu Hyperkapnie, also Erstickung, kommen. Auch ein Mangel an Kohlendioxid kann gesundheitliche Probleme verursachen. Als Folge eines Mangels an diesem Gas kann sich der gegenteilige Zustand einer Erstickung entwickeln – Hypokapnie.

Wenn Kohlendioxid niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird, kristallisiert es bei -72 Grad und wird wie Schnee. Daher wird Kohlendioxid in festem Zustand „trockener Schnee“ genannt.

Reis. 2. Trockener Schnee – Kohlendioxid.

Kohlendioxid ist 1,5-mal dichter als Luft. Seine Dichte beträgt 1,98 kg/m³. Die chemische Bindung im Kohlendioxidmolekül ist polar kovalent. Es ist polar, da Sauerstoff einen höheren Elektronegativitätswert hat.

Ein wichtiges Konzept bei der Untersuchung von Stoffen ist die Molekül- und Molmasse. Die Molmasse von Kohlendioxid beträgt 44. Diese Zahl ergibt sich aus der Summe der relativen Atommassen der Atome, aus denen das Molekül besteht. Die Werte der relativen Atommassen sind der Tabelle von D.I. entnommen. Mendelejew und werden auf ganze Zahlen gerundet. Dementsprechend beträgt die Molmasse von CO₂ = 12+2*16.

Um die Massenanteile der Elemente in Kohlendioxid zu berechnen, muss die Formel zur Berechnung der Massenanteile jedes chemischen Elements in einem Stoff befolgt werden.

N– Anzahl der Atome oder Moleküle.
A R– relative Atommasse eines chemischen Elements.
Herr– relative Molekülmasse des Stoffes.
Berechnen wir die relative Molekülmasse von Kohlendioxid.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 oder 27 % Da die Formel von Kohlendioxid zwei Sauerstoffatome enthält, dann ist n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 oder 73 %

Antwort: w(C) = 0,27 oder 27 %; w(O) = 0,73 oder 73 %

Chemische und biologische Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid hat saure Eigenschaften, da es ein saures Oxid ist und in Wasser gelöst Kohlensäure bildet:

CO₂+H₂O=H₂CO₃

Reagiert mit Alkalien unter Bildung von Carbonaten und Bicarbonaten. Dieses Gas brennt nicht. Darin verbrennen nur bestimmte Aktivmetalle, wie zum Beispiel Magnesium.

Beim Erhitzen zerfällt Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff:

2CO₃=2CO+O₃.

Wie andere saure Oxide reagiert dieses Gas leicht mit anderen Oxiden:

СaO+Co₃=CaCO₃.

Kohlendioxid ist Bestandteil aller organischen Stoffe. Die Zirkulation dieses Gases in der Natur erfolgt mit Hilfe von Produzenten, Verbrauchern und Zersetzern. Im Laufe des Lebens produziert der Mensch täglich etwa 1 kg Kohlendioxid. Beim Einatmen erhalten wir Sauerstoff, doch in diesem Moment entsteht in den Lungenbläschen Kohlendioxid. In diesem Moment findet ein Austausch statt: Sauerstoff gelangt in das Blut und Kohlendioxid tritt aus.

Bei der Herstellung von Alkohol entsteht Kohlendioxid. Dieses Gas entsteht auch als Nebenprodukt bei der Herstellung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon. Der Einsatz von Kohlendioxid ist in der Lebensmittelindustrie notwendig, wo Kohlendioxid als Konservierungsmittel wirkt und Kohlendioxid in flüssiger Form in Feuerlöschern vorkommt.

Die häufigsten Prozesse zur Bildung dieser Verbindung sind die Verrottung von Tier- und Pflanzenresten, die Verbrennung verschiedener Arten von Brennstoffen und die Atmung von Tieren und Pflanzen. Beispielsweise stößt ein Mensch pro Tag etwa ein Kilogramm Kohlendioxid in die Atmosphäre aus. Kohlenmonoxid und Kohlendioxid können auch in der unbelebten Natur entstehen. Kohlendioxid wird bei vulkanischer Aktivität freigesetzt und kann auch aus Mineralwasserquellen entstehen. Kohlendioxid kommt in geringen Mengen in der Erdatmosphäre vor.

Die Besonderheiten der chemischen Struktur dieser Verbindung ermöglichen die Teilnahme an vielen chemischen Reaktionen, deren Grundlage Kohlendioxid ist.

Formel

In der Verbindung dieser Substanz geht das vierwertige Kohlenstoffatom eine lineare Bindung mit zwei Sauerstoffmolekülen ein. Das Aussehen eines solchen Moleküls lässt sich wie folgt darstellen:

Die Hybridisierungstheorie erklärt die Struktur des Kohlendioxidmoleküls wie folgt: Die beiden vorhandenen Sigma-Bindungen werden zwischen den sp-Orbitalen der Kohlenstoffatome und den beiden 2p-Orbitalen des Sauerstoffs gebildet; Die p-Orbitale des Kohlenstoffs, die nicht an der Hybridisierung teilnehmen, sind mit ähnlichen Orbitalen des Sauerstoffs verbunden. Bei chemischen Reaktionen wird Kohlendioxid wie folgt geschrieben: CO 2.

Physikalische Eigenschaften

Unter normalen Bedingungen ist Kohlendioxid ein farb- und geruchloses Gas. Es ist schwerer als Luft, weshalb sich Kohlendioxid wie eine Flüssigkeit verhalten kann. Es kann beispielsweise von einem Behälter in einen anderen umgefüllt werden. Dieser Stoff ist in Wasser schwer löslich – etwa 0,88 Liter CO 2 lösen sich in einem Liter Wasser bei 20 ⁰C. Ein leichter Temperaturabfall verändert die Situation radikal – 1,7 Liter CO 2 können sich in demselben Liter Wasser bei 17⁰C lösen. Bei starker Abkühlung fällt dieser Stoff in Form von Schneeflocken aus – es entsteht das sogenannte „Trockeneis“. Dieser Name rührt daher, dass der Stoff bei Normaldruck unter Umgehung der flüssigen Phase sofort in ein Gas übergeht. Flüssiges Kohlendioxid entsteht bei einem Druck knapp über 0,6 MPa und bei Raumtemperatur.

Chemische Eigenschaften

Bei Wechselwirkung mit starken Oxidationsmitteln zeigt 4-Kohlendioxid oxidierende Eigenschaften. Die typische Reaktion dieser Interaktion ist:

C + CO 2 = 2CO.

So wird Kohlendioxid mit Hilfe von Kohle zu seiner zweiwertigen Modifikation – Kohlenmonoxid – reduziert.

Unter normalen Bedingungen ist Kohlendioxid inert. Einige aktive Metalle können jedoch darin verbrennen, der Verbindung Sauerstoff entziehen und Kohlenstoffgas freisetzen. Eine typische Reaktion ist die Verbrennung von Magnesium:

2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

Bei der Reaktion entstehen Magnesiumoxid und freier Kohlenstoff.

In chemischen Verbindungen weist CO 2 häufig die Eigenschaften eines typischen Säureoxids auf. Es reagiert beispielsweise mit Basen und basischen Oxiden. Das Ergebnis der Reaktion sind Kohlensäuresalze.

Beispielsweise kann die Reaktion einer Verbindung von Natriumoxid mit Kohlendioxid wie folgt dargestellt werden:

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3;

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O;

NaOH + CO 2 = NaHCO 3.

Kohlensäure und CO 2 -Lösung

Kohlendioxid in Wasser bildet eine Lösung mit geringem Dissoziationsgrad. Diese Kohlendioxidlösung wird Kohlensäure genannt. Es ist farblos, schwach ausgeprägt und hat einen säuerlichen Geschmack.

Aufzeichnen einer chemischen Reaktion:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Das Gleichgewicht verschiebt sich recht stark nach links – nur etwa 1 % des anfänglichen Kohlendioxids wird in Kohlensäure umgewandelt. Je höher die Temperatur, desto weniger Kohlensäuremoleküle sind in der Lösung enthalten. Wenn die Verbindung kocht, verschwindet sie vollständig und die Lösung zerfällt in Kohlendioxid und Wasser. Die Strukturformel der Kohlensäure ist unten dargestellt.

Eigenschaften von Kohlensäure

Kohlensäure ist sehr schwach. In Lösungen zerfällt es in Wasserstoffionen H + und Verbindungen HCO 3 -. CO 3 - Ionen werden in sehr geringen Mengen gebildet.

Kohlensäure ist zweibasisch, daher können die von ihr gebildeten Salze mittel- und sauer sein. In der russischen chemischen Tradition werden mittlere Salze Carbonate und starke Salze Bicarbonate genannt.

Qualitative Reaktion

Eine Möglichkeit, Kohlendioxidgas nachzuweisen, besteht darin, die Klarheit des Kalkmörtels zu verändern.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Diese Erfahrung kennt man aus einem Schulchemiekurs. Zu Beginn der Reaktion bildet sich eine kleine Menge weißer Niederschlag, der anschließend verschwindet, wenn Kohlendioxid durch Wasser geleitet wird. Die Änderung der Transparenz erfolgt, weil während des Wechselwirkungsprozesses eine unlösliche Verbindung – Calciumcarbonat – in eine lösliche Substanz – Calciumbicarbonat – umgewandelt wird. Die Reaktion verläuft auf diesem Weg:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.

Produktion von Kohlendioxid

Wenn Sie eine kleine Menge CO2 benötigen, können Sie die Reaktion von Salzsäure mit Calciumcarbonat (Marmor) starten. Die chemische Notation für diese Wechselwirkung sieht folgendermaßen aus:

CaCO 3 + HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.

Auch hierfür werden Verbrennungsreaktionen kohlenstoffhaltiger Stoffe, beispielsweise Acetylen, genutzt:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.

Zur Sammlung und Speicherung des entstehenden gasförmigen Stoffes dient ein Kipp-Apparat.

Für den Bedarf von Industrie und Landwirtschaft muss die Kohlendioxidproduktion groß sein. Eine beliebte Methode für diese groß angelegte Reaktion ist das Verbrennen von Kalkstein, wodurch Kohlendioxid entsteht. Die Reaktionsformel ist unten angegeben:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Anwendungen von Kohlendioxid

Die Lebensmittelindustrie stellte nach der großtechnischen Produktion von „Trockeneis“ auf eine grundlegend neue Art der Lebensmittellagerung um. Es ist unverzichtbar bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken und Mineralwasser. Der CO 2 -Gehalt verleiht Getränken Frische und verlängert ihre Haltbarkeit deutlich. Durch die Karbidisierung von Mineralwässern können Sie Muffigkeit und unangenehmen Geschmack vermeiden.

Beim Kochen wird häufig die Methode des Löschens von Zitronensäure mit Essig verwendet. Das dabei freigesetzte Kohlendioxid verleiht Süßwaren Flauschigkeit und Leichtigkeit.

Diese Verbindung wird häufig als Lebensmittelzusatzstoff verwendet, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern. Nach internationalen Standards für die Klassifizierung von in Produkten enthaltenen chemischen Zusatzstoffen wird es mit E 290 codiert.

Pulverförmiges Kohlendioxid ist einer der beliebtesten Stoffe in Feuerlöschmischungen. Dieser Stoff kommt auch im Feuerlöschschaum vor.

Der Transport und die Lagerung von Kohlendioxid erfolgt am besten in Metallflaschen. Bei Temperaturen über 31⁰C kann der Druck in der Flasche einen kritischen Wert erreichen und flüssiges CO 2 geht in einen überkritischen Zustand über, wobei der Betriebsdruck stark auf 7,35 MPa ansteigt. Der Metallzylinder hält einem Innendruck von bis zu 22 MPa stand, sodass der Druckbereich bei Temperaturen über dreißig Grad als sicher gilt.