Ugljični dioksid: formula, svojstva i primjena

Ugljični dioksid (ugljični dioksid) - spoj koji se često pojavljuje. Nastaje oksidacijom raznih organska tvar. Najčešći procesi formiranja ovog spoja su propadanje životinjskih i biljnih ostataka, spaljivanje različitih vrsta goriva, disanje životinja i biljaka. Primjerice, jedna osoba u atmosferu dnevno ispušta oko jednog kilograma ugljičnog dioksida. Oksid i ugljični dioksid također se mogu formirati u neživoj prirodi. Ugljični dioksid emitira se tijekom vulkanske aktivnosti, a može se izlučiti i iz izvora mineralne vode. Ugljični dioksid nalazi se u malim količinama u atmosferi Zemlje.

Značajke kemijske strukture ovog spoja omogućuje mu sudjelovanje u različitim kemijskim reakcijama, na kojima se temelji ugljični dioksid.

formula

U spoju ove tvari, tetravalentni atom ugljika tvori linearnu vezu s dvije molekule kisika. Pojava takve molekule može se prikazati kako slijedi:

Teorija hibridizacije objašnjava strukturu molekule ugljičnog dioksida na sljedeći način: formiraju se dvije postojeće sigma veze između sp orbitala ugljikovih atoma i dvije 2p orbitale kisika; Ugljikovi p-orbitali koji ne sudjeluju u hibridizaciji povezani su zajedno sa sličnim orbitalima kisika. U kemijskim reakcijama, ugljični dioksid piše se u obliku: CO _2.

Fizička svojstva

U normalnim uvjetima, ugljični dioksid je bezbojni plin bez mirisa. Teži je od zraka, pa je ugljični dioksid i može se ponašati kao tekućina. Na primjer, može se izlijevati iz jednog spremnika u drugi. Ova tvar je slabo topljiva u vodi - otprilike 0,88 l CO2 se otapa u jednoj litri vode na 20 ° C. Blago smanjenje temperature drastično mijenja situaciju - 1,7 litara CO2 može se otopiti u istoj litri vode na 17 ° C. Uz snažno hlađenje, ova tvar se taloži u obliku pahuljica snijega - tvori tzv. "Suhi led". To ime dolazi od činjenice da se pod normalnim tlakom supstanca, premošćujući tekuću fazu, odmah pretvara u plin. Tekući ugljični dioksid nastaje pri tlaku malo iznad 0.6 MPa i na sobnoj temperaturi.

Kemijska svojstva

Kod interakcije s jakim oksidacijskim sredstvima, 4-ugljični dioksid pokazuje oksidirajuća svojstva. Tipična reakcija ove interakcije je:

C + CO2 = 2CO.

Dakle, uz pomoć ugljena, ugljični dioksid se svodi na njegovu bivalentnu modifikaciju - ugljični monoksid.

U normalnim uvjetima ugljični dioksid je inertan. Ali neki aktivni metali mogu izgorjeti u njemu, uklanjajući kisik iz spoja i oslobađajući ugljični plin. Tipična reakcija - paljenje magnezija:

2Mg + CO2 = 2MgO + C.

Tijekom reakcije nastaju magnezij oksid i slobodni ugljik.

U kemijskim spojevima CO ₂ često pokazuje svojstva tipičnog kiselinskog oksida. Na primjer, reagira s bazama i osnovne okside. Rezultat reakcije su soli ugljične kiseline.

Na primjer, reakcija spoja natrijevog oksida s ugljičnim dioksidom može se prikazati kako slijedi:

Na20 + C02 = Na2C03;

2NaOH + CO2 = Na2C03 + H20;

NaOH + C02 = NaHC03.

Otopina ugljične kiseline i CO2

Ugljični dioksid u vodi tvori otopinu s malim stupnjem disocijacije. Ova otopina ugljičnog dioksida naziva se ugljična kiselina. Bezbojan je, blag i kiselog okusa.

Zabilježite kemijsku reakciju:

C02 + H20OH2CO3 _.

Ravnoteža je uglavnom pomaknuta ulijevo - samo oko 1% početnog ugljičnog dioksida pretvara se u ugljičnu kiselinu. Što je viša temperatura, manja je otopina molekula ugljične kiseline. Kada spoj prokuha, on potpuno nestaje, a otopina se raspada u ugljični dioksid i vodu. Strukturna formula ugljične kiseline prikazana je u nastavku.

Svojstva ugljične kiseline

Ugljična kiselina je vrlo slaba. U otopinama se razgrađuje u vodikove ione H ⁺ i spojeve HCO ₃ ^- . U vrlo malim količinama tvore ione CO2.

Ugljična kiselina je dibazična, tako da soli nastale u njoj mogu biti srednje i kisele. Srednje soli u ruskoj kemijskoj tradiciji zovu se karbonati, a jake soli nazivaju se hidrokarbonati.

Kvalitativna reakcija

Jedan od mogućih načina za otkrivanje ugljičnog dioksida je promjena transparentnosti otopine vapna.

Ca (OH) ₂ + CO2 = CaC03 + H20.

Ovo iskustvo je poznato iz školskog tečaja kemije. Na početku reakcije nastaje mala količina bijelog taloga, koji nakon toga nestaje kada se ugljični dioksid propušta kroz vodu. Promjena prozirnosti nastaje jer se u procesu interakcije netopljivi spoj - kalcijev karbonat pretvara u topljivu tvar - kalcijev bikarbonat. Reakcija se odvija na sljedeći način:

CaC03 + H20 + CO2 = Ca (HC03) ₂ .

Proizvodnja ugljičnog dioksida

Ako želite dobiti malu količinu CO2, možete započeti reakciju klorovodična kiselina s kalcijev karbonat (Marble). Kemijski zapis ove interakcije izgleda ovako:

CaC03 + HCl = CaCl2 + H20 + CO2.

Također za tu svrhu koristi reakciju izgaranja tvari koje sadrže ugljik, kao što je acetilen:

CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2.

Za prikupljanje i skladištenje nastale plinovite tvari upotrebom Kippovog aparata.

Za potrebe industrije i poljoprivrede, opseg proizvodnje ugljičnog dioksida mora biti velik. Popularna metoda ove velike reakcije je spaljivanje vapnenca, što rezultira proizvodnjom ugljičnog dioksida. Reakcijska formula prikazana je u nastavku:

CaCO3 = CaO + CO2.

Nanošenje ugljičnog dioksida

Prehrambena industrija nakon velike proizvodnje "suhog leda" prešla je na potpuno novi način skladištenja proizvoda. Nezaobilazan je u proizvodnji gaziranih pića i mineralne vode. Sadržaj CO2 u napitcima daje im svježinu i značajno povećava trajnost. Karbidacijom mineralne vode možete izbjeći nepostojanost i neugodan okus.

U kuhanju se često koristi sirćetni limun. Ugljični dioksid koji se oslobađa u isto vrijeme daje slastičarstvu pompe i lakoću.

Ovaj se spoj često koristi kao dodatak hrani koji povećava vijek trajanja prehrambenih proizvoda. Prema međunarodnim standardima za razvrstavanje sadržaja kemijskih aditiva u proizvodima, prolazi pod šifrom E 290,

Ugljični dioksid u prahu jedna je od najpopularnijih supstanci koje tvore smjese za gašenje požara. Ova tvar se nalazi u aparatima za gašenje pjene.

Najbolje je transportirati i skladištiti ugljični dioksid u metalnim cilindrima. Na temperaturama iznad 31 ° C tlak u cilindru može doseći kritičnu vrijednost, a tekući CO ₂ ući će u superkritično stanje s naglim porastom radnog tlaka na 7,35 MPa. Metalni spremnik može izdržati unutarnji tlak do 22 MPa, tako da se raspon tlaka na temperaturama iznad trideset stupnjeva smatra sigurnim.