Gdje se nalazi ugljikov dioksid? Dobivanje CO2. Umjetni izvori ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid (ugljični dioksid, ugljični dioksid) zauzima najvažnije mjesto među tehničkim plinovima, naširoko se koristi u gotovo svim sektorima industrije i agroindustrijskog kompleksa. CO 2 čini 10% ukupnog tržišta tehničkog plina, što ovaj proizvod stavlja u rang s glavnim proizvodima za odvajanje zraka.

Primjena ugljičnog dioksida u različitim agregatnim stanjima je raznolika - prehrambena industrija, plinovi i smjese za zavarivanje, gašenje požara itd. Njegova čvrsta faza, suhi led, sve se više koristi, od zamrzavanja, suhih briketa do površinskog čišćenja (pjeskarenje).

Priznanica

Ugljični dioksid se ne može dobiti izvana zbog činjenice da ga u atmosferi gotovo i nema. Životinje i ljudi dobivaju ga potpunom razgradnjom hrane, budući da bjelančevine, masti i ugljikohidrati, izgrađeni na bazi ugljika, sagorijevanjem uz pomoć kisika u tkivima tvore ugljikov dioksid (CO 2 ).

U industriji se ugljikov dioksid dobiva iz pećnih plinova, iz produkata raspadanja prirodnih karbonata (vapnenac, dolomit). Plin koji nastaje alkoholnim vrenjem koristi se u prehrambene svrhe. Ugljični dioksid se također proizvodi u postrojenjima za odvajanje zraka kao nusproizvod proizvodnje čistog kisika, dušika i argona. U laboratorijskim uvjetima male količine CO 2 dobivaju se reakcijom karbonata i bikarbonata s kiselinama, na primjer mramora, krede ili sode s klorovodičnom kiselinom. Sporedni izvori proizvodnje CO 2 su produkti izgaranja; vrenje; proizvodnja tekućeg amonijaka; jedinice za reformiranje; proizvodnja etanola; prirodni izvori.

Pri proizvodnji ugljičnog dioksida u industrijskim razmjerima koriste se tri glavne skupine sirovina.

Grupa 1- izvori sirovina iz kojih se može proizvesti čisti CO 2 bez posebne opreme za povećanje njegove koncentracije:

• plinovi iz kemijske i petrokemijske industrije koji sadrže 98-99% CO 2 ;
• plinovi alkoholnog vrenja u pivovarama, pogonima za alkohol i hidrolizu s 98-99% CO 2;
• plinovi iz prirodnih izvora s 92-99% CO 2.

Grupa 2– izvori sirovina čijom uporabom se osigurava proizvodnja čistog CO 2 :

• plinovi iz manje uobičajenih kemijskih industrija koji sadrže 80-95% CO 2.

Grupa 3- izvori sirovina čija uporaba omogućuje proizvodnju čistog CO 2 samo uz pomoć posebne opreme:

• plinske smjese koje se uglavnom sastoje od dušika i ugljičnog dioksida (produkti izgaranja tvari koje sadrže ugljik i sadrže 8-20% CO 2;
• ispušni plinovi tvornica vapna i cementa s 30-40% CO 2;
• gornji plinovi visokih peći s 21-23% CO 2;
• sastoji se uglavnom od metana i ugljičnog dioksida i sadrži značajne primjese drugih plinova (bioplin i odlagališni plin iz bioreaktora s 30-45% CO 2 ;
• prateći plinovi tijekom proizvodnje prirodnog plina i nafte koji sadrže 20-40% CO 2.

Primjena

Prema nekim procjenama, potrošnja CO2 na svjetskom tržištu premašuje 20 milijuna metričkih tona godišnje. Tako visoka razina potrošnje formirana je pod utjecajem zahtjeva prehrambene industrije i naftnih polja, tehnologija karbonizacije za pića i drugih industrijskih potreba, na primjer, smanjenje pH vrijednosti postrojenja za pročišćavanje vode, problemi metalurgije (uključujući korištenje plina za zavarivanje) itd.

Potrošnja ugljičnog dioksida u stalnom je porastu kako se širi opseg njegove primjene, koja pokriva poslove od industrijske svrhe do proizvodnje hrane - konzerviranje hrane, u strojarstvu od proizvodnje zavarivanja i pripreme zaštitnih smjesa za zavarivanje do čišćenja površina dijelova suhim ledene granule, u poljoprivredi za gnojidbu biljaka, u plinskoj i naftnoj industriji za gašenje požara.

Glavne primjene CO 2:

• u strojarstvu i graditeljstvu (za zavarivanje i dr.);
• za hladno slijetanje strojnih dijelova;
• u postupcima finog oštrenja;
• za električno zavarivanje, temeljeno na principu zaštite rastaljenog metala od štetnih učinaka atmosferskog zraka;
• u metalurgiji;
• upuhivanje plina ugljičnog dioksida kroz kalupe;
• u proizvodnji aluminija i drugih lako oksidirajućih metala;
• u poljoprivredi za stvaranje umjetne kiše;
• u ekologiji zamjenjuje jake mineralne kiseline za neutralizaciju alkalne otpadne vode;
• u proizvodnji sredstava za gašenje požara;
• koristi se u aparatima za gašenje požara ugljičnim dioksidom kao sredstvo za gašenje požara, učinkovito zaustavljajući proces izgaranja;
• u parfumeriji u proizvodnji parfema;
• u rudarstvu;
• korištenje metode besplamene eksplozije stijena;
• u prehrambenoj industriji;
• koristi se kao konzervans i označava se na pakiranju oznakom E290;
• kao sredstvo za dizanje tijesta;
• za proizvodnju gaziranih pića;

Karbonizacija pića može se dogoditi na jedan od dva načina:

1. U proizvodnji popularnih slatkih i mineralnih voda koristi se metoda mehaničke karbonizacije koja uključuje zasićenje tekućine ugljičnim dioksidom. Za to je potrebna posebna oprema (sifoni, akratofori, saturatori) i cilindri sa komprimiranim ugljičnim dioksidom.
2. Kod metode kemijske karbonizacije ugljični dioksid nastaje tijekom procesa fermentacije. Na taj način dobivate šampanjac, vino, pivo, kvas od kruha. Ugljični dioksid u soda vodi nastaje kao rezultat reakcije sode s kiselinom, praćene brzim oslobađanjem ugljičnog dioksida.

CO 2 kao plin za zavarivanje

Od 1960. godine postalo je rašireno zavarivanje legiranih i ugljičnih čelika u okruženju ugljičnog dioksida (CO 2) koje zadovoljava zahtjeve GOST 8050. Nedavno je uporaba plinskih mješavina za zavarivanje argona i helija postala sve raširenija u tehnologijama zavarivanja poduzeća koja se bave gradnjom strojeva, pri čemu mnoge od najpopularnijih plinskih smjesa uključuju malu količinu aktivnih plinova (CO 2 ili O 2) potrebnih za stabilizaciju luka zavarivanja. Međutim, pri zavarivanju ugljičnih i niskolegiranih čelika glavnih konstrukcijskih klasa u ruskim poduzećima, glavni zaštitni plin i dalje je ugljični dioksid CO 2, što se objašnjava fizičkim svojstvima ovog zaštitnog plina i njegovom dostupnošću.

Jednak je +4), naziva se ugljični dioksid (drugi nazivi: ugljikov dioksid, ugljični anhidrid, ugljični dioksid). Ova tvar se obično piše molekulskom formulom CO2. Njegova molarna masa je 44,01 g/mol. Po izgledu, u normalnim uvjetima, ugljični anhidrid je bezbojan plin. U niskim koncentracijama je bez mirisa, a u višim koncentracijama poprima oštar, kiselkast miris.

Za ovu kemijsku tvar postoje tri moguća agregacijska stanja koja su karakterizirana različitim vrijednostima gustoće:

• čvrsti (suhi led); pri tlaku od 1 atm. i temperatura -78,5 °C - 1562 kg/m³;
• tekućina (ugljični dioksid); pri tlaku od 56 atm. i temperatura +20 °C - 770 kg/m³;
• plinoviti; pri tlaku od 1 atm. i temperatura 0 °C - 1,977 kg/m³.

Talište ugljičnog dioksida je -78 °C, vrelište je -57 °C. Tvar se otapa u vodi: pri 25 °C i tlaku od 100 kPa topljivost joj je 1,45 g/l.

Ugljični dioksid je prirodni kemijski spoj u čijoj su molekuli atomi kisika kovalentnom vezom povezani s atomom ugljika. Molekula ugljičnog dioksida je linearna i centrisimetrična. Obje veze između ugljika i dva atoma kisika su ekvivalentne (u biti dvostruke). Molekula je simetrična u odnosu na središte, tako da nema električni dipolni moment.

Ugljični dioksid bio je jedan od prvih plinovitih kemijskih spojeva koji se više nisu identificirali sa zrakom. U sedamnaestom stoljeću, flamanski kemičar Jan Baptista van Helmont primijetio je da kada spaljuje ugljen u zatvorenoj posudi, masa dobivenog pepela je mnogo manja od mase običnog ugljičnog dioksida. Svojstva ugljičnog dioksida pomnije su proučavana 1750. škotskog liječnika Josepha Blacka.

Ugljični dioksid pri standardnom tlaku i temperaturi nalazi se u Zemljinoj atmosferi u količini od približno 0,04% volumena. U sklopu ciklusa ugljika, poznatog kao fotosinteza, ugljični dioksid apsorbiraju biljke, alge i cijanobakterije. Kao rezultat toga nastaju voda i ugljikohidrati, ali taj se proces odvija samo pod utjecajem svjetlosti. Ugljični dioksid također nastaje izgaranjem ugljena ili ugljikovodika, fermentacijom tekućina i izdisanjem zraka od strane ljudi i životinja. Osim toga, emitira se iz vulkana, toplih izvora i gejzira.

Ugljični dioksid igra važnu ulogu (upija i emitira zračenje u toplinskom infracrvenom području). Ovaj kemijski spoj također je jedan od glavnih izvora smanjenja pH vrijednosti oceana: kada se otopi u vodi, stvara slabu ugljičnu kiselinu: CO2 + H2O ↔ H2CO3, koja se ne može potpuno disocirati na ione.

Ugljični dioksid ne podržava gorenje ili disanje. Zapaljeni iver u njegovoj atmosferi se gasi. Životinje i ljudi se guše pri visokim koncentracijama CO2. Pri 3% koncentracije u zraku ubrzava se disanje, pri 10% dolazi do gubitka svijesti i brze smrti, a pri 20% uzrokuje trenutačnu paralizu.

Ugljikov dioksid je ugljični anhidrid i stoga ima svojstva kiselog oksida. U laboratorijskim uvjetima dobiva se reakcijom krede s klorovodičnom kiselinom u CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O. U industriji se proizvodi termičkom razgradnjom vapnenca ili krede (rjeđe magnezita ili dolomita): CaCO3 → CaO + CO2. Proizvodnja ugljičnog dioksida je nusprodukt niskotemperaturnog razdvajanja zraka na dušik i kisik. Danas se proizvode posebni generatori za proizvodnju ugljičnog dioksida iz zraka. Takvi se generatori koriste za opskrbu staklenicima CO2 kako bi se stvorilo povoljno okruženje za biljke.

Ugljični dioksid se široko koristi u kemijskoj industriji. Koristi se za proizvodnju sode, za sintezu organskih kiselina i za proizvodnju bezalkoholnih pića. koristi se kao rashladno sredstvo, na primjer, u vinarstvu. Atmosfera ugljičnog dioksida stvara se kako bi se spriječilo truljenje prehrambenih proizvoda, uključujući grožđe nakon berbe i prije početka proizvodnje vina.

Za njegovo punjenje vrši se proizvodnja ugljičnog dioksida ili ukapljenog ugljičnog dioksida koji se koristi za gašenje požara. Međutim, oni ne mogu ugasiti osobu, jer značajan dio struje tekućeg CO2 ispari, a temperatura naglo padne (što može izazvati ozebline) i CO2 se pretvori u suhi led. Ugljični dioksid se obično koristi za gašenje električnih instalacija. Mehanizam je zaustaviti dotok kisika iz zraka do izvora vatre.

Strukturna formula

Istinita, empirijska ili bruto formula: CO2

Kemijski sastav ugljičnog dioksida

Molekulska težina: 44,009

Ugljični dioksid (ugljični dioksid, ugljični dioksid, ugljikov (IV) oksid, ugljični anhidrid) je plin bez boje (u normalnim uvjetima), bez mirisa, kemijske formule CO2. Gustoća u normalnim uvjetima je 1,98 kg/m³ (teža od zraka). Pri atmosferskom tlaku ugljikov dioksid ne postoji u tekućem stanju, već prelazi izravno iz krutog u plinovito stanje. Čvrsti ugljikov dioksid naziva se suhi led. Pri povišenom tlaku i normalnim temperaturama ugljikov dioksid prelazi u tekućinu koja služi za njegovo skladištenje. Koncentracija ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi u prosjeku iznosi 0,04%. Ugljični dioksid lako propušta ultraljubičaste zrake i zrake vidljivog dijela spektra koje na Zemlju dolaze sa Sunca i zagrijavaju je. Ujedno apsorbira infracrvene zrake koje emitira Zemlja i spada u stakleničke plinove, zbog čega sudjeluje u procesu globalnog zatopljenja. Konstantno povećanje razine ovog plina u atmosferi uočeno je od početka industrijske ere.

Ugljični monoksid (IV) - ugljični dioksid, plin bez mirisa i boje, teži od zraka, pri jakom hlađenju kristalizira u obliku bijele snježne mase - "suhi led". Pri atmosferskom tlaku ne topi se, već isparava, temperatura sublimacije je −78 °C. Ugljični dioksid nastaje truljenjem i izgaranjem organske tvari. Sadržano u zraku i mineralnim izvorima, oslobađa se tijekom disanja životinja i biljaka. Topljiv u vodi (1 volumen ugljičnog dioksida u jednom volumenu vode na 15 °C).

Prema svojim kemijskim svojstvima, ugljikov dioksid se svrstava u kisele okside. Kada se otopi u vodi, stvara ugljičnu kiselinu. Reagira s alkalijama stvarajući karbonate i bikarbonate. Podvrgava se reakcijama elektrofilne supstitucije (na primjer, s fenolom) i nukleofilne adicije (na primjer, s organomagnezijevim spojevima). Ugljični monoksid (IV) ne podržava gorenje. U njemu izgaraju samo neki aktivni metali. Interakcija s oksidima aktivnih metala. Kada se otopi u vodi, stvara ugljičnu kiselinu. Reagira s alkalijama stvarajući karbonate i bikarbonate.

Ljudsko tijelo dnevno proizvede približno 1 kg (2,3 lb) ugljičnog dioksida. Taj se ugljični dioksid iz tkiva, gdje nastaje kao jedan od krajnjih produkata metabolizma, transportira kroz venski sustav, a zatim se izlučuje izdahnutim zrakom kroz pluća. Tako je sadržaj ugljičnog dioksida u krvi visok u venskom sustavu, a smanjuje se u kapilarnoj mreži pluća, a nizak je u arterijskoj krvi. Sadržaj ugljičnog dioksida u uzorku krvi često se izražava kroz parcijalni tlak, odnosno tlak koji bi određena količina ugljičnog dioksida sadržana u uzorku krvi imala kada bi sama zauzimala cijeli volumen uzorka krvi. Ugljični dioksid ( CO2) transportira se krvlju na tri različita načina (točan omjer svakog od ova tri transportna načina ovisi o tome je li krv arterijska ili venska).

• Većinu ugljičnog dioksida (70% do 80%) pretvara enzim karboanhidraza u crvenim krvnim stanicama u bikarbonatne ione.
• Oko 5% - 10% ugljičnog dioksida otopljeno je u krvnoj plazmi.
• Oko 5% - 10% ugljičnog dioksida vezano je za hemoglobin u obliku karbaminskih spojeva (karbohemoglobin).

Hemoglobin, glavni protein crvenih krvnih zrnaca koji prenosi kisik, sposoban je prenositi i kisik i ugljični dioksid. Međutim, ugljični dioksid se veže na hemoglobin na drugom mjestu nego kisik. Veže se na N-terminalne krajeve globinskih lanaca, a ne na hem. Međutim, zbog alosteričkih učinaka, koji dovode do promjene konfiguracije molekule hemoglobina pri vezanju, vezanje ugljičnog dioksida smanjuje sposobnost vezanja kisika na njega, pri određenom parcijalnom tlaku kisika, i obrnuto - vezanje kisika na hemoglobin smanjuje sposobnost ugljičnog dioksida da se veže na njega, pri određenom parcijalnom tlaku ugljičnog dioksida. Osim toga, sposobnost hemoglobina da se preferirano veže s kisikom ili ugljikovim dioksidom također ovisi o pH okoliša. Ove su osobine vrlo važne za uspješan unos i transport kisika iz pluća u tkiva i njegovo uspješno otpuštanje u tkiva, kao i za uspješan unos i transport ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća i njegovo otpuštanje tamo. Ugljični dioksid jedan je od najvažnijih medijatora autoregulacije krvotoka. Snažan je vazodilatator. Sukladno tome, ako se razina ugljičnog dioksida u tkivu ili krvi poveća (primjerice, zbog intenzivnog metabolizma – uzrokovanog, recimo, vježbanjem, upalom, oštećenjem tkiva ili zbog opstrukcije krvotoka, ishemije tkiva), kapilare se šire. , što dovodi do povećanog protoka krvi, a time i do povećanja dopreme kisika u tkiva i transporta nakupljenog ugljičnog dioksida iz tkiva. Osim toga, ugljični dioksid u određenim koncentracijama (povećane, ali još ne dosegnute toksične vrijednosti) ima pozitivan inotropni i kronotropni učinak na miokard te povećava njegovu osjetljivost na adrenalin, što dovodi do povećanja snage i učestalosti srčanih kontrakcija, izlaz i, kao posljedica toga, udarni i minutni volumen krvi. Ovo također pomaže u ispravljanju hipoksije tkiva i hiperkapnije (povećane razine ugljičnog dioksida). Bikarbonatni ioni vrlo su važni za regulaciju pH krvi i održavanje normalne acidobazne ravnoteže. Brzina disanja utječe na sadržaj ugljičnog dioksida u krvi. Slabo ili usporeno disanje uzrokuje respiratornu acidozu, dok ubrzano i pretjerano duboko disanje dovodi do hiperventilacije i razvoja respiratorne alkaloze. Osim toga, ugljikov dioksid također je važan u regulaciji disanja. Iako je našem tijelu potreban kisik za metabolizam, niske razine kisika u krvi ili tkivima obično ne stimuliraju disanje (odnosno, stimulirajući učinak niske razine kisika na disanje je preslab i “uključuje se” kasno, pri vrlo niskim razinama kisika u krvi, pri čemu osoba često već gubi svijest). Normalno, disanje je stimulirano povećanjem razine ugljičnog dioksida u krvi. Respiratorni centar puno je osjetljiviji na povećanu razinu ugljičnog dioksida nego na nedostatak kisika. Kao posljedica toga, udisanje vrlo rijetkog zraka (s niskim parcijalnim tlakom kisika) ili mješavine plinova koja uopće ne sadrži kisik (na primjer, 100% dušika ili 100% dušikovog oksida) može brzo dovesti do gubitka svijesti bez izazivanja osjećaja nedostatka zraka (jer se ne povećava razina ugljičnog dioksida u krvi, jer ništa ne sprječava njegovo izdisanje). To je posebno opasno za pilote vojnih zrakoplova koji lete na velikim visinama (ako neprijateljski projektil pogodi kokpit i pad tlaka u kabini, piloti mogu brzo izgubiti svijest). Ova značajka sustava regulacije disanja ujedno je i razlog zašto stjuardese u zrakoplovima upućuju putnike u slučaju pada tlaka u kabini zrakoplova, prije svega, da sami stave masku za kisik, prije nego što pokušaju pomoći bilo kome drugome - time , pomagač riskira da i sam brzo izgubi svijest, pa čak i bez osjećaja nelagode ili potrebe za kisikom do posljednjeg trenutka. Ljudski respiratorni centar nastoji održavati parcijalni tlak ugljičnog dioksida u arterijskoj krvi ne višim od 40 mmHg. Kod svjesne hiperventilacije sadržaj ugljičnog dioksida u arterijskoj krvi može se smanjiti na 10-20 mmHg, dok će sadržaj kisika u krvi ostati gotovo nepromijenjen ili neznatno porasti, a zbog smanjenja će se smanjiti potreba za ponovnim udahom. u stimulirajućem učinku ugljičnog dioksida na aktivnost dišnog centra. To je razlog zašto je nakon razdoblja svjesne hiperventilacije lakše dugo zadržati dah nego bez prethodne hiperventilacije. Ova namjerna hiperventilacija praćena zadržavanjem daha može dovesti do gubitka svijesti prije nego što osoba osjeti potrebu da udahne. U sigurnom okruženju takav gubitak svijesti ne prijeti ničemu posebnom (gubitak svijesti, osoba će izgubiti kontrolu nad sobom, prestati zadržavati dah i udahnuti, disati, a time će biti i opskrba mozga kisikom vraćena, a zatim će se vratiti svijest). Međutim, u drugim situacijama, primjerice prije ronjenja, to može biti opasno (na dubini će doći do gubitka svijesti i potrebe za udahom, a bez svjesne kontrole voda će ući u dišne ​​putove, što može dovesti do utapanja). Zbog toga je hiperventilacija prije ronjenja opasna i ne preporučuje se.

U industrijskim količinama ugljični dioksid se oslobađa iz dimnih plinova, ili kao nusproizvod kemijskih procesa, npr. tijekom razgradnje prirodnih karbonata (vapnenac, dolomit) ili tijekom proizvodnje alkohola (alkoholna fermentacija). Smjesa nastalih plinova ispire se otopinom kalijevog karbonata, koji apsorbira ugljični dioksid, pretvarajući se u bikarbonat. Otopina bikarbonata se zagrijavanjem ili pod sniženim tlakom raspada, oslobađajući ugljični dioksid. U suvremenim postrojenjima za proizvodnju ugljičnog dioksida, umjesto bikarbonata, češće se koristi vodena otopina monoetanolamina, koja pod određenim uvjetima može apsorbirati CO2 nalazi se u dimnom plinu i oslobađa ga zagrijavanjem; Time se gotov proizvod odvaja od ostalih tvari. Ugljični dioksid se također proizvodi u postrojenjima za odvajanje zraka kao nusproizvod proizvodnje čistog kisika, dušika i argona. U laboratoriju se male količine dobivaju reakcijom karbonata i hidrogenkarbonata s kiselinama, poput mramora, krede ili sode s klorovodičnom kiselinom, pomoću, na primjer, Kippovog aparata. Korištenje sumporne kiseline za reakciju s kredom ili mramorom rezultira stvaranjem slabo topljivog kalcijevog sulfata, koji ometa reakciju, a koji se uklanja značajnim viškom kiseline. Za pripremu pića može se koristiti reakcija sode bikarbone s limunskom kiselinom ili kiselim limunovim sokom. U tom su se obliku pojavila prva gazirana pića. Njihovom proizvodnjom i prodajom bavili su se ljekarnici.

U prehrambenoj industriji ugljični dioksid se koristi kao konzervans i sredstvo za dizanje kvasaca, a na ambalaži se označava oznakom E290. Tekući ugljični dioksid naširoko se koristi u sustavima za gašenje požara i aparatima za gašenje požara. Automatski sustavi za gašenje požara ugljičnim dioksidom razlikuju se po sustavima pokretanja koji mogu biti pneumatski, mehanički ili električni. Uređaj za dovod ugljičnog dioksida u akvarij može uključivati ​​spremnik plina. Najjednostavniji i najčešći način proizvodnje ugljičnog dioksida temelji se na dizajnu za izradu kaše alkoholnog pića. Tijekom fermentacije, ugljični dioksid koji se oslobađa može poslužiti kao hrana za akvarijske biljke. Ugljični dioksid se koristi za karboniziranje limunade i gazirane vode. Ugljični dioksid se također koristi kao zaštitni medij kod zavarivanja žice, ali pri visokim temperaturama disocira i oslobađa kisik. Oslobođeni kisik oksidira metal. U tom smislu potrebno je u žicu za zavarivanje uvesti sredstva za deoksidaciju kao što su mangan i silicij. Druga posljedica utjecaja kisika, također povezana s oksidacijom, je naglo smanjenje površinske napetosti, što dovodi, između ostalog, do intenzivnijeg prskanja metala nego kod zavarivanja u inertnom okruženju. Ugljični dioksid u limenkama koristi se u zračnim puškama (u pneumaticima s plinskim cilindrima) i kao izvor energije za motore u zrakoplovnom modelarstvu. Skladištenje ugljičnog dioksida u čeličnom cilindru u tekućem stanju isplativije je nego u obliku plina. Ugljični dioksid ima relativno nisku kritičnu temperaturu od +31°C. U standardnu ​​bocu od 40 litara ulije se oko 30 kg ukapljenog ugljičnog dioksida, a na sobnoj temperaturi u cilindru će biti tekuća faza, a tlak će biti približno 6 MPa (60 kgf/cm²). Ako je temperatura iznad +31°C, tada će ugljični dioksid prijeći u superkritično stanje s tlakom iznad 7,36 MPa. Standardni radni tlak za običnu bocu od 40 litara je 15 MPa (150 kgf/cm²), ali mora sigurno izdržati tlak 1,5 puta veći, odnosno 22,5 MPa, pa se rad s takvim bocama može smatrati prilično sigurnim. Čvrsti ugljični dioksid - "suhi led" - koristi se kao rashladno sredstvo u laboratorijskim istraživanjima, u trgovini na malo, tijekom popravka opreme (na primjer: hlađenje jednog od spojnih dijelova tijekom prešanja), itd. Ugljični dioksid se koristi za ukapljivanje ugljikov dioksid i proizvode suhi led.instalacije.

Mjerenje parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida potrebno je u tehnološkim procesima, u medicinskim primjenama - analiza respiratornih smjesa tijekom umjetne ventilacije iu zatvorenim sustavima za održavanje života. Analiza koncentracije CO2 u atmosferi se koristi za ekološka i znanstvena istraživanja, za proučavanje učinka staklenika. Ugljični dioksid se bilježi analizatorima plina na principu infracrvene spektroskopije i drugim plinskim mjernim sustavima. Medicinski analizator plina za bilježenje sadržaja ugljičnog dioksida u izdahnutom zraku naziva se kapnograf. Za mjerenje niskih koncentracija CO2(kao i CO) u procesnim plinovima ili u atmosferskom zraku, možete koristiti metodu plinske kromatografije s metanatorom i registraciju plamenoionizacijskim detektorom.

Godišnje fluktuacije u koncentraciji atmosferskog ugljičnog dioksida na planetu uglavnom su određene vegetacijom srednjih geografskih širina (40-70 °) sjeverne hemisfere. Vegetacija u tropima praktički je neovisna o godišnjem dobu, suhi pustinjski pojas od 20-30° (u obje hemisfere) daje mali doprinos ciklusu ugljičnog dioksida, a pojasevi kopna koji su najviše prekriveni vegetacijom nalaze se asimetrično na Zemlji ( na južnoj hemisferi nalazi se ocean u srednjim geografskim širinama). Stoga, od ožujka do rujna, zbog fotosinteze, sadržaj CO2 u atmosferi se smanjuje, a od listopada do veljače raste. Doprinos zimskom rastu dolazi i od oksidacije drva (heterotrofno disanje biljaka, truljenje, razgradnja humusa, šumski požari) i izgaranja fosilnih goriva (ugljen, nafta, plin), koje se značajno povećava u zimskoj sezoni. Velika količina ugljičnog dioksida otopljena je u oceanu. Ugljični dioksid čini značajan dio atmosfere nekih planeta Sunčeva sustava: Venere, Marsa.

Ugljični dioksid je netoksičan, ali zbog učinka povećanih koncentracija u zraku na žive organizme koji udišu zrak, svrstava se u plinove za gušenje (engleski) ruski. Lagana povećanja koncentracije do 2-4% u zatvorenom prostoru dovode do razvoj pospanosti i slabosti kod ljudi. Opasnim koncentracijama smatraju se razine oko 7-10%, pri kojima dolazi do gušenja, koje se manifestira glavoboljom, vrtoglavicom, gubitkom sluha i svijesti (simptomi slični onima kod visinske bolesti), ovisno o koncentraciji, tijekom razdoblja od nekoliko minuta do jednog sata. Kada se udiše zrak s visokim koncentracijama plina, smrt nastupa vrlo brzo od gušenja. Iako, zapravo, čak ni koncentracija od 5-7% CO2 nije smrtonosna, već pri koncentraciji od 0,1% (ova razina ugljičnog dioksida se opaža u zraku velegradova) ljudi počinju osjećati slabost i pospanost. To pokazuje da čak i pri visokim razinama kisika, visoke koncentracije CO2 imaju značajan utjecaj na dobrobit. Udisanje zraka s povećanom koncentracijom ovog plina ne dovodi do dugotrajnih zdravstvenih problema, a nakon izvlačenja unesrećenog iz onečišćene atmosfere brzo dolazi do potpunog ozdravljenja.

Bez boje i mirisa. Najvažniji regulator krvotoka i disanja. Netoksičan. Bez njega ne bi bilo bogatih peciva i ugodno trpkih gaziranih pića. Iz ovog članka saznat ćete što je ugljični dioksid i kako utječe na ljudski organizam...

Većina nas se ne sjeća dobro školskog tečaja fizike i kemije, ali znamo: plinovi su nevidljivi i u pravilu neopipljivi, a samim time i podmukli. Stoga, prije nego što odgovorimo na pitanje je li ugljični dioksid štetan za tijelo, sjetimo se što je to.

Zemljani pokrivač

CO2 je ugljikov dioksid. Također je ugljikov dioksid, ugljikov monoksid (IV) ili ugljični anhidrid. U normalnim uvjetima, to je plin bez boje i mirisa kiselog okusa.

Pod atmosferskim tlakom ugljikov dioksid ima dva agregacijska stanja: plinovito (ugljikov dioksid je teži od zraka i slabo topiv u vodi) i kruto (na –78 °C prelazi u suhi led).

Ugljični dioksid jedna je od glavnih komponenti okoliša. Nalazi se u zraku i podzemnim mineralnim vodama, oslobađa se disanjem ljudi i životinja te sudjeluje u fotosintezi biljaka.

Ugljični dioksid aktivno utječe na klimu. Regulira izmjenu topline planeta: propušta ultraljubičasto zračenje i blokira infracrveno zračenje. U tom smislu, ugljični dioksid se ponekad naziva Zemljinim pokrivačem.

O2 - energija. CO2 - iskra

Ugljični dioksid prati osobu tijekom cijelog života. Kao prirodni regulator disanja i cirkulacije krvi, ugljični dioksid je sastavni dio metabolizma.

Udišući oko 30 litara kisika na sat, čovjek emitira 20-25 litara ugljičnog dioksida.

Udisajem čovjek puni pluća kisikom. Istodobno se u alveolama (posebnim "mjehurićima" pluća) odvija dvosmjerna izmjena: kisik prelazi u krv, a iz nje se oslobađa ugljični dioksid. Čovjek izdahne. CO2 je jedan od krajnjih produkata metabolizma. Slikovito rečeno, kisik je energija, a ugljični dioksid iskra koja je pali.

Ugljični dioksid nije ništa manje važan za tijelo od kisika. Fiziološki je stimulans disanja: djeluje na koru velikog mozga i stimulira centar za disanje. Signal za sljedeći udisaj nije nedostatak kisika, već višak ugljičnog dioksida. Uostalom, metabolizam u stanicama i tkivima je kontinuiran, a njegovi krajnji proizvodi moraju se stalno uklanjati.

Osim toga, ugljikov dioksid utječe na lučenje hormona, aktivnost enzima i brzinu biokemijskih procesa.

Ravnoteža izmjene plinova

Ugljični dioksid je netoksičan, neeksplozivan i apsolutno bezopasan za ljude. Međutim, ravnoteža ugljičnog dioksida i kisika iznimno je važna za normalan život. Nedostatak i višak ugljičnog dioksida u tijelu dovodi do hipokapnije, odnosno hiperkapnije.

Hipokapnija - nedostatak CO2 u krvi. Nastaje kao posljedica dubokog, ubrzanog disanja, kada u tijelo uđe više kisika nego što je potrebno. Na primjer, tijekom preintenzivne tjelesne aktivnosti. Posljedice mogu biti različite: od blage vrtoglavice do gubitka svijesti.

Hiperkapnija - višak CO2 u krvi. Čovjek udahne (zajedno s kisikom, dušikom, vodenom parom i inertnim plinovima) 0,04% ugljičnog dioksida, a izdahne 4,4%. Ako se nalazite u maloj prostoriji s lošom ventilacijom, koncentracija ugljičnog dioksida može premašiti normu. Kao rezultat toga, može doći do glavobolje, mučnine i pospanosti. Ali najčešće hiperkapnija prati ekstremne situacije: neispravnost aparata za disanje, zadržavanje daha pod vodom i druge.

Stoga je, suprotno mišljenju većine ljudi, ugljični dioksid u količinama koje priroda osigurava neophodan za život i zdravlje ljudi. Osim toga, pronašao je široku industrijsku primjenu i ljudima donosi mnoge praktične koristi.

Pjenušavi mjehurići na usluzi kuharima

CO2 se koristi u mnogim područjima. No, možda je ugljični dioksid najtraženiji u prehrambenoj industriji i kuhanju.

Ugljični dioksid nastaje u tijestu s kvascem pod utjecajem fermentacije. Upravo njegovi mjehurići rahle tijesto, čine ga prozračnim i povećavaju mu volumen.

Uz pomoć ugljičnog dioksida rade se razna osvježavajuća pića: kvas, mineralna voda i druga gazirana pića koja vole djeca i odrasli. Ova su pića popularna među milijunima potrošača diljem svijeta, ponajviše zbog pjenušavih mjehurića koji tako smiješno pucaju u čaši i tako ugodno "bockaju" nos.

Može li ugljični dioksid sadržan u gaziranim pićima pridonijeti hiperkapniji ili uzrokovati bilo kakvu drugu štetu zdravom tijelu? Naravno da ne!

Prvo, ugljični dioksid koji se koristi u pripremi gaziranih pića posebno je pripremljen za upotrebu u prehrambenoj industriji. U količinama u kojima ga sadrži soda, apsolutno je bezopasan za tijelo zdravih ljudi.

Drugo, većina ugljičnog dioksida ispari odmah nakon otvaranja boce. Preostali mjehurići "ispare" tijekom procesa ispijanja, ostavljajući za sobom samo karakteristično šištanje. Kao rezultat toga, zanemariva količina ugljičnog dioksida ulazi u tijelo.

“Zašto onda liječnici ponekad zabranjuju pijenje gaziranih pića?” - pitaš. Prema kandidatu medicinskih znanosti, gastroenterologu Aleni Aleksandrovnoj Tyazhevi, to je zbog činjenice da postoji niz bolesti gastrointestinalnog trakta za koje je propisana posebna stroga dijeta. Popis kontraindikacija uključuje ne samo pića koja sadrže plinove, već i mnoge prehrambene proizvode. Zdrava osoba bez problema može u svoju prehranu uključiti umjerenu količinu gaziranih pića i s vremena na vrijeme priuštiti si čašu kole.

Zaključak

Ugljični dioksid je neophodan za održavanje života planete i pojedinog organizma. CO2 utječe na klimu, djelujući kao neka vrsta pokrivača. Bez njega je metabolizam nemoguć: metabolički proizvodi napuštaju tijelo s ugljičnim dioksidom. Također je neizostavan sastojak svima omiljenih gaziranih pića. Upravo ugljični dioksid stvara razigrane mjehuriće koji škakljaju nos. U isto vrijeme, apsolutno je sigurno za zdravu osobu.

Ugljični dioksid (ugljični dioksid, ugljikov dioksid, CO 2) nastaje međudjelovanjem dva elementa – kisika i ugljika. Ugljikov dioksid nastaje izgaranjem ugljikovodičnih spojeva ili ugljena, kao rezultat fermentacije tekućina, a također i kao produkt disanja životinja i ljudi. U atmosferi se nalazi u malim količinama. Biljke apsorbiraju ugljikov dioksid iz atmosfere i pretvaraju ga u organske komponente. Kada ovaj plin nestane iz atmosfere, na Zemlji praktički neće biti kiše i bit će osjetno hladnije.

Svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid je teži od zraka. Smrzava se na -78 °C. Kada se ugljični dioksid smrzne, formira snijeg. U otopini ugljikov dioksid stvara ugljičnu kiselinu. Zbog određenih svojstava, ugljični dioksid se ponekad naziva "pokrivačem" Zemlje. Lako prolazi ultraljubičaste zrake. Infracrvene zrake emitiraju se s površine ugljičnog dioksida u svemir.

Ugljični dioksid se oslobađa u tekućem obliku pri niskoj temperaturi, tekućem obliku pri visokom tlaku i plinovitom obliku. Plinoviti oblik ugljičnog dioksida dobiva se iz otpadnih plinova tijekom proizvodnje alkohola, amonijaka, kao i kao rezultat izgaranja goriva. Plin ugljični dioksid je netoksičan i neeksplozivan plin, bez mirisa i boje. U tekućem obliku ugljikov dioksid je tekućina bez boje i mirisa. Kada je sadržaj veći od 5%, ugljični dioksid se nakuplja u podu u slabo prozračenim prostorima. Smanjenje volumnog udjela kisika u zraku može dovesti do nedostatka kisika i gušenja. Embriolozi su otkrili da ljudske i životinjske stanice trebaju oko 7% ugljičnog dioksida, a samo 2% kisika. Ugljični dioksid je sredstvo za smirenje živčanog sustava i odličan anestetik. Plin u ljudskom tijelu sudjeluje u sintezi aminokiselina i ima vazodilatacijski učinak. Nedostatak ugljičnog dioksida u krvi dovodi do spazma krvnih žila i glatke muskulature svih organa, do pojačanog sekreta u nosnim prolazima, bronhima i do razvoja polipa i adenoida, te do zadebljanja ovojnica zbog taloženja kolesterola.

Proizvodnja ugljičnog dioksida

Postoji nekoliko načina za proizvodnju ugljičnog dioksida. U industriji se ugljikov dioksid dobiva iz dolomita, vapnenca - proizvoda raspadanja prirodnih karbonata, kao i iz pećnih plinova. Plinska smjesa se ispere otopinom kalijevog karbonata. Smjesa apsorbira ugljični dioksid i pretvara se u bikarbonat. Otopina bikarbonata se zagrijava i razgrađuje, oslobađajući ugljični dioksid. U metodi industrijske proizvodnje ugljični dioksid se pumpa u cilindre.

U laboratorijima se proizvodnja ugljičnog dioksida temelji na interakciji bikarbonata i karbonata s kiselinama.

Primjena ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid se u svakodnevnoj praksi koristi prilično često. U prehrambenoj industriji ugljični dioksid se koristi kao sredstvo za dizanje tijesta, ali i kao konzervans. Naveden je na pakiranju proizvoda pod oznakom E290. Svojstva ugljičnog dioksida također se koriste u proizvodnji gazirane vode.

Biokemičari su otkrili da je za povećanje prinosa raznih usjeva vrlo učinkovito gnojiti zrak ugljičnim dioksidom. Međutim, ovaj način gnojidbe može se koristiti samo u staklenicima. U poljoprivredi se plin koristi za stvaranje umjetne kiše. Kada neutralizira alkalno okruženje, ugljikov dioksid zamjenjuje snažne mineralne kiseline. U skladištima za povrće ugljični dioksid se koristi za stvaranje plinovitog okoliša.

U industriji parfema, ugljikov dioksid se koristi u proizvodnji parfema. U medicini se ugljični dioksid koristi za antiseptičko djelovanje tijekom otvorenih operacija.

Kada se ohladi, ugljični dioksid se pretvara u "suhi led". Ukapljeni ugljikov dioksid pakira se u cilindre i šalje potrošačima. Ugljični dioksid u obliku "suhog leda" koristi se za konzerviranje hrane. Kad se zagrije, takav led ispari bez ostatka.

Ugljični dioksid se koristi kao aktivni medij pri zavarivanju žice. Prilikom zavarivanja ugljični dioksid se razlaže na kisik i ugljični monoksid. Kisik stupa u interakciju s tekućim metalom i oksidira ga.

U modelarstvu zrakoplova ugljični dioksid se koristi kao izvor energije za motore. Spremnici ugljičnog dioksida koriste se u zračnom oružju.