Диоксид углерода

Окись углерода, молекула которой состоит из одного атома C и двух атомов O (то есть степень окисления углерода в ней равна +4), называется диоксид углерода (иные названия: углекислый газ, ангидрид угольной кислоты, двуокись углерода). Это вещество принято записывать молекулярной формулой CO2. Молярная масса его равна 44,01 г/моль. По внешнему виду при нормальных условиях угольный ангидрид является бесцветным газом. При низких концентрациях он не имеет запаха, при более высоких концентрациях приобретает острый, кислый запах.

Для этого химического вещества возможны три агрегатных состояния, которые характеризуются различными значениями плотности:

  • твердое (сухой лед); при давлении 1 атм. и температуре -78,5 °С — 1562 кг/м³;
  • жидкое (углекислота); при давлении 56 атм. и температуре +20 °С — 770 кг/м³;
  • газообразное; при давлении 1 атм. и температуре 0 °С — 1,977 кг/м³.

Температура плавления двуокиси углерода равняется -78 °С, температура кипения— -57 °С. Вещество растворяется в воде: при 25 °С и давлении 100 кПа его растворимость равняется 1,45 г/л.


Диоксид углерода является естественным химическим соединением, в молекуле которого атомы кислорода с атомом углерода связаны ковалентной связью. Молекула углекислого газа является линейной и центросимметричной. Обе связи между углеродом и двумя кислородными атомами эквивалентны (по сути являются двойными). Молекула симметрична относительно своего центра, поэтому она не имеет никакого электрического дипольного момента.

Диоксид углерода был одним из первых газообразных химических соединений, которые перестали отождествлять с воздухом. В семнадцатом веке фламандский химик Ян Баптиста ван Гельмонт заметил, что, когда он сжигается уголь в закрытом сосуде, масса полученной золы намного меньше, чем у обычного древесного угля. Свойства двуокиси углерода были изучены более тщательно в 1750 году шотландским врачом Джозефом Блэком.


Диоксид углерода при стандартном давлении и температуре находится в атмосфере Земли в количестве примерно 0,04 % объемных. В рамках углеродного цикла, известного как фотосинтез, двуокись углерода поглощается растениями, водорослями, цианобактериями. В результате образуется вода и углеводы, но происходит этот процесс только под действием света. Углекислый газ также образуется при сжигании угля или углеводородов, при ферментации жидкостей и при выдыхании воздуха людьми и животными. Кроме того, выбрасывается из вулканов, горячих источников, гейзеров.

В атмосфере Земли диоксид углерода играет важную роль (поглощает и испускает излучение в тепловом инфракрасном диапазоне). Также это химическое соединение является одним из основных источников снижения рН океана: растворяясь в воде, оно образует слабую угольную кислоту: CO2 + H2O ↔ H2CO3, неспособную полностью диссоциировать на ионы.

Углекислый газ не поддерживает горения и дыхания. Зажженная лучина в его атмосфере гаснет. Животные и человек при большой концентрации CO2 задыхаются. При 3 %-ной концентрации в воздухе учащается дыхание, при 10 %-ной наступает потеря сознания и быстрая смерть, а 20 %-ное содержание вызывает мгновенный паралич. 


Диоксид углерода является ангидридом угольной кислоты, поэтому для него характерны свойства кислотного оксида. В лабораторных условиях его получают при взаимодействии мела с соляной кислотой в аппарате Киппа: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O. В промышленности его производят термическим разложением известняка или мела (реже магнезита или доломита): CaCO3 → CaO + CO2. Получение углекислоты является побочным процессом низкотемпературного разделения воздуха на азот и кислород. В наше время выпускаются специальные генераторы для получения углекислого газа из воздуха. Применяются такие генераторы для подачи CO2 в теплицы с целью создания благоприятной среды для растений.

Диоксид углерода имеет широкое применение в химических производствах. Его используют для получения соды, для синтеза органических кислот, для изготовления безалкогольных напитков. Сухой лед используется как холодильный агент, например, в виноделии. Углекислотная атмосфера создается для предотвращения гниения пищевых продуктов, того же винограда после его сбора и до начала производства вина.

Производство углекислоты или сжиженного углекислого газа осуществляется для заполнения им углекислотных огнетушителей, которые используются для тушения возгораний. Однако им нельзя тушить человека, так значительная часть струи жидкого CO2 испаряется, при этом температура резко понижается (что может вызвать обморожение) и CO2 превращается в сухой лед. Углекислотой обычно тушат легковоспламеняющиеся жидкости и электропроводку. Механизм заключается в прекращении поступления доступа кислорода воздуха к очагу возгорания.

Узнаем что нам известно о двуокиси углерода?
Двуокись углерода (СО2) – это газ с едва уловимым кисловатым привкусом, не имеющий ни цвета, ни запаха. Его концентрация в атмосфере Земли в среднем составляет около 0,04%. С одной стороны, для поддержания жизни он абсолютно непригоден. А с другой – ...
далее
Двуокись углерода, ее физико-химические свойства и значение
Двуокись углерода – это кислотный оксид, который встречается в природе и является продуктом метаболизма представителей флоры и фауны. Его накопление в атмосфере является пусковым механизмом парникового эффекта. Диоксид карбона при взаимодействии с ...
далее
Основные химические свойства углекислого газа
Каковы физические и химические свойства углекислого газа? Какое значение имеет этот оксид? Будем вместе искать ответы.
далее
СО2 - определение. Использование СО2 в аквариуме. Система подачи СО2
Все мы знаем, что водные растения питаются в первую очередь углекислым газом, растворенным в воде. Это и есть CO2. В природе растения получают его из водоема, в котором растут. Поскольку объем воды в природных водоемах очень велик, его концентрация ...
далее
Датчики CO2: виды, описание
Несмотря на то что углекислый газ не имеет ни цвета ни запаха, его повышенная концентрация легко ощущается человеком. При вдыхании воздуха с высоким содержанием CO2 ощущается усталость, возникает рассеянность, человек становится невнимательным. С целью контроля качества воздуха применяются датчики CO2.
далее
Датчики CO2: виды, описание
Угарный газ: формула расчета и свойства
Многие газообразные вещества, существующие в природе и получаемые при производствах, являются сильными отравляющими соединениями. Известно, что хлор использовался как биологическое оружие, пары брома обладают сильно разъедающим действием на кожу, сероводород вызывает отравление и так далее.
далее
Угарный газ: формула расчета и свойства
Производство сухого льда в домашних условиях
Внешне двуокись углерода действительно напоминает обычный лед (отсюда и такое название). Температура сухого льда близка к -79˚С. «Тает», поглощая 590 кДж/кг. Нетоксичен.
далее
Производство сухого льда в домашних условиях
Парниковый газ. Выбросы парниковых газов в атмосферу
Парниковые газы – центральная тема для обсуждения экологами всего мира. Материал статьи позволит каждому оценить риски глобального потепления и понять процесс изнутри.
далее
Парниковый газ. Выбросы парниковых газов в атмосферу