Углерода диоксид

УГЛЕРОДА ДИОКСИД (углекислый газ, угольный ангидрид) CO₂, мол. м. 44,01; бесцв. газ с кисловатым запахом и вкусом. Молекула CO₂ имеет линейную конфигурацию, длина связи С — О в своб. молекуле 0,113 нм, в твердом углерода диоксиде 0,105 HM. Тройная точка: -56,6 ⁰C, 0,52 МПа; t_крит 31,3 ⁰C, p_крит7,36 МПа; т.возг. -78,5 ⁰C (0,1 МПа). Для газа: плотн. 1,9768 г/л (0 ⁰C, 0,1 МПа); 34,57 Дж/(моль·К); -393,51 кДж/моль; 213,67 Дж/(моль·К);1,39· 10^-5 Па·с (0 ⁰C, 1 МПа).

При 20 ⁰C и давлении 5,7 МПа углерода диоксид сжижается в бесцв. жидкость; плотн. 0,925 кг/дм³ (0 ⁰C, 3,554 МПа); 8,5·I0^-5 Па·с (10 ⁰C, 5,7 МПа); 5,27 кДж/моль (6,34 МПа). При нормальном давлении и т-ре -78,5 ⁰C углерода диоксид кристаллизуется в белую снегоподобную массу; кристаллич. решетка кубич. гранецентрированная (а = 0,563 нм, z = 4, пространств, группа Pa3); плотн. 1,56 г/см³ (-78,5 ⁰C).

Углерода диоксид термически весьма устойчив; диссоциация 2CO₂ 2CO + O₂ начинается ок. 1200 ⁰C; при 2600 ⁰C распадается ок. 50%, а при 2800 ⁰C - ок. 75% CO₂. Р-римость CO₂ в воде при нормальном давлении, мл в 100 мл: 171 (0 ⁰C), 102 (15 ⁰C), 66 (30 ⁰C), 36 (60 ⁰C). В коллоидных водных р-рах орг. B-B р-римость CO₂ значительно выше из-за его адсорбции на коллоидных частицах: Жидкий углерода диоксид хорошо раств. в эфире и низших спиртах, но почти не растворяет к.-л. твердые в-ва. С водой углерода диоксид образует угольную кислоту.

Углерода диоксид обладает св-вами кислотных оксидов, взаимод. с оксидами и гидроксидами щелочных и щел.-зем. металлов, давая карбонаты. При высокой т-ре CO₂ окисляет сильно электро-положит. металлы (К, Mg, Zn и др.), напр.: 2Mg + CO₂ 2MgO + С. При пропускании CO₂ над раскаленным углем образуется углерода оксид (р-ция Будуара): CO₂ + С 2CO, эта р-ция очень важна в металлургии. О р-циях с орг. в-вами см. Карбоксилирование.

В технике углерода диоксид получают при горении углерода и орг. B-B, как побочный продукт при обжиге известняка (образующийся при этом CO₂ сильно загрязнен азотом), выделением из коксового газа, а также из дымовых газов обычных котельных установок. Пром. значение имеет также углерода диоксид, образующийся при спиртовом брожении. В нек-рых местностях для добычи CO₂ используют прир. источники газа и сильно минерализованные воды, пересыщенные углерода диоксидом. В лабораториях углерода диоксид получают разложением CaCO₃, NaHCO₃ или Na₂CO₃ соляной либо серной к-той. Для произ-ва жидкого углерода диоксида используют газ с содержанием CO₂ выше 95%. После сжатия и охлаждения жидкий CO₂ разливают в стальные баллоны серого цвета. Твердый углерода диоксид ("сухой лед") получают частичным испарением жидкого CO₂.

Углерода диоксид содержится в атмосфере (0,03% по объему), морской воде (ок. 90 г в 1 м³), водах минер. источников (особенно вблизи вулканов), литосфере в форме минералов - карбонатов (кальцит, доломит и др.). Углерода диоксид образуется при горении и гниении орг. B-B, сжигании топлива, при дыхании животных и человека, ассимилируется растениями, играя важную роль в фотосинтезе.

Углерода диоксид используют в пищ. пром-сти в произ-ве сахара, пива, газированных вод, шипучих вин, в медицине для приготовления углекислых ванн, для тушения пожаров, в качестве нагнетающего газа для перекачки огнеопасных жидкостей, для консервации пищ. продуктов (CO₂ не поддерживает жизнедеятельность бактерий и плесеней), обогащения воздуха в теплицах (способствует росту растений и повышению урожайности), как пропеллент в бытовой химии. Твердый углерода диоксид-хладагент, к-рый дает больший охлаждающий эффект, чем водяной лед, испаряется без остатка и не вызывает коррозии оборудования. Углерода диоксид применяют для произ-ва мочевины [CO₂+ 2NH₃ H₂COONH₄ CO(NH₂)₂ + H₂O], соды по методу Сольвэ (NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O NaHCO₃ + NH₄Cl), метанола (CO₂ + 3H₂ CH₃OH + H₂O), гидроксикарбоновых к-т (напр., салициловой), для очистки рассолов NaCl.

При концентрации углерода диоксида в воздухе 0,25-1% у человека изменяется ф-ция дыхания и кровообращения, при 2,5-5% наблюдается головная боль, раздражение верх, дыхат. путей и др., при 7% учащается сердцебиение, появляются рвота, головокружение и др. При высоких концентрациях углерода диоксида в воздухе наступает смерть от остановки дыхания (при 20% через неск. секунд). Отравления углерода диоксидом возможны при очистке бродильных чанов и цистерн для хранения вина, винных бочек, на складах зерна, в овощехранилищах и силосных башнях, в погребах с гнилым и проросшим картофелем (вплоть до смертельного исхода), при очистке канализац. и водопроводных труб, при работе с сухим льдом и др.

Я. А. Калашников.