Углерода двуокись

Углерода двуокись, ангидрид угольной кислоты, углекислый газ, CO2, оксид С (IV), высший окисел углерода. В 1756 Дж. Блэк показал, что при разложении карбоната магния выделяется газ — «связанный воздух» (его состав установил в 1789 А. Лавуазье). Углерода двуокись бесцветный газ, имеющий слегка кисловатые запах и вкус; плотность 0,0019 г/см3 (0 °С. 0,1 Мн/м2), tпл —56,6 °С. tkип —78,5 °С, критическая температура 31 °С, критич. давление 7,62 Мн/м2 (75,2 кгс/см2). При атмосферном давлении и —78,5 °С, минуя жидкое состояние, затвердевает в белую снегообразную массу («сухой лёд»). Жидкая углерода двуокись существует при комнатной температуре лишь при давлении больше 5,85 Мн/м2 (58,5 кгс/см2). Плотность жидкой CO2 0,771 г/см2 (20 °С), твёрдой 1,512 г/см3. Молекула газообразной углерода двуокиси имеет симметричную форму О=С=О с расстоянием С—О 1,162 Å. Твёрдая CO2 кристаллизуется в кубической гранецентрированной решётке, а=5,62 Å. Углерода двуокись термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температурах выше 2000 °С. Заметно растворима в воде (по массе %): 0,335 (0 °С); 0,169 (20 °С) и частично взаимодействует с ней с образованием угольной кислоты H2CO3. Растворяется в органических растворителях: ацетоне, бензоле, хлороформе, спиртах. Энергично соединяется с основаниями, давая карбонаты. CO2 не горит и не поддерживает горения. Только очень активные металлы восстанавливают её при высоких температурах (например, магний — при 600 °С, кальций — при 700 °С). CO2 взаимодействует с раскалённым углём: CO2 + С =2СО (реакция имеет большое значение в металлургии); с аммиаком при 160— 200 °С и давлении 10—40 Мн/м2 (100—400 кгс/см2): CO2 + 2NH3 = CO (NH2)2+ + H2O; в присутствии окиси меди с водородом, образуя метан.

  Углерода двуокись входит в состав воздуха: 0,03 объёмных %, общее содержание 2,3×1012 т, в гидросфере, находящейся в равновесии с атмосферой, 1,4×1014 т. CO2 образуется и поступает в атмосферу при горении топлив, гниении органических остатков, брожении, дыхании животных и человека. В результате индустриальных загрязнений содержание углерода двуокиси в атмосфере промышленных городов намного превышает предельно допустимые нормы. Поэтому в ряде технически развитых стран (в том числе и в СССР) осуществляются мероприятия по снижению содержания углерода двуокиси в атмосферном воздухе (см. Охрана природы). Углерода двуокись необходима для развития растений, поглощающих её из атмосферы в процессе фотосинтеза. Атмосферы планет Марса и Венеры содержат углерода двуокись в качестве основного компонента.

  Получают углерода двуокись в промышленности главным образом при обжиге известняка (900—1300 °С) с одновременным получением извести; очистку 002 осуществляют поглощением её растворами соды, поташа или этаноламина. Хранят и перевозят углерода двуокись в сжиженном состоянии под давлением 6 Мн/м2 (60 кгс/см2) в стальных баллонах. В лаборатории CO2 обычно получают взаимодействием соляной кислоты с мрамором.

  Применяется углерода двуокись в производстве газированных вод, пива и сахара. CO2 идёт на изготовление «сухого льда», который служит для хранения и перевозки скоропортящихся пищевых продуктов. В химической промышленности CO2 расходуется на получение соды, мочевины, оксикарбоновых кислот, применяется также как теплоноситель в графитовых реакторах. Углерода двуокись используется для тушения пожаров и при перевозке огнеопасных веществ.

  Б. А. Поповкин.

  В сельском хозяйстве углерода двуокись используют как удобрение. Недостаток её в воздухе, что часто наблюдается в условиях защищенного грунта, особенно при гидропонной культуре (см. Гидропоника), снижает интенсивность фотосинтеза и урожай. Для улучшения углеродного питания растений в теплицах и парниках проводят газацию, то есть в дневное время подают в них газообразную углерода двуокись (из баллонов) или очищенные продукты каталитического горения природного горючего газа и твёрдого топлива (содержат до 15% CO2). Источником газообразной углерода двуокиси может быть твёрдая углерода двуокись («сухой лед»), куски которой раскладывают в помещении, а также органические и минеральные удобрения, выделяющие её при разложении. Эффективность удобрения углерода двуокисью зависит от условий минерального питания растений, освещённости, температуры почвы и воздуха.

  В организме человека и животных углерода двуокись вместе с бикарбонатами образует важную буферную систему крови. Повышение уровня парциального давления углерода двуокиси в крови увеличивает прочность связи кислорода с гемоглобином. Бездействуя (в том числе непосредственно) на центры продолговатого мозга, углерода двуокись участвует в регуляции дыхания и кровообращения. Смесь кислорода (95%) и углерода двуокиси (5%) — так называемый карбоген — используют для лечения отравлений наркотиками, окисью углерода и др. В больших концентрациях углерода двуокись токсична, вызывает гипоксию. Длительное (до нескольких сут) вдыхание углерода двуокиси даже при концентрации 1,5—3% вызывает головную боль, головокружение, тошноту. При концентрации выше 6% (так называемый критический уровень) теряется работоспособность, появляются сонливость, ослабление дыхания и сердечной деятельности, возникает опасность для жизни. Накопление углерода двуокиси в воздухе с одновременным снижением содержания кислорода может наблюдаться в замкнутых, плохо вентилируемых пространствах (например, в шахтах, сточных колодцах), в помещениях, где осуществляются процессы брожения (например, на пивоваренных заводах). Первая помощь: вынести пострадавшего на свежий воздух, провести искусственное дыхание. В воздухе жилых и общественных зданий накопление углерода двуокиси не достигает критических величин; её концентрация — один из санитарно-гигиенических показателей степени чистоты воздушной среды.

  В. Ф. Кириллов.

 

  Лит.: Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1972; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., т. 1— 2, М., 1973: Ахметов Н. С., Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975.

 


Плохо отображается? Напишите ниже или на почту