Soda, sopka, Venuše, lednička – co mají společného? Oxid uhličitý. Nasbírali jsme pro vás nejvíce zajímavé informace o jedné z nejdůležitějších chemických sloučenin na Zemi.
Co je oxid uhličitý
Oxid uhličitý je znám především v plynném skupenství, tzn. jako oxid uhličitý s jednoduchým chemickým vzorcem CO2. V této formě existuje za normálních podmínek - při atmosférickém tlaku a „normálních“ teplotách. Ale při zvýšeném tlaku nad 5 850 kPa (jako je například tlak v hloubce moře asi 600 m) se tento plyn mění v kapalinu. A při silném ochlazení (minus 78,5°C) krystalizuje a stává se z něj takzvaný suchý led, který je v obchodě hojně využíván pro uchovávání mražených potravin v lednicích.
Vyrábí se a používá se kapalný oxid uhličitý a suchý led lidské aktivity, ale tyto formy jsou nestabilní a snadno se rozpadají.
Ale plynný oxid uhličitý je distribuován všude: uvolňuje se při dýchání zvířat a rostlin a je důležitou součástí chemické složení atmosféru a oceán.
Vlastnosti oxidu uhličitého
Oxid uhličitý CO2 je bezbarvý a bez zápachu. V normální podmínky taky nemá chuť. Pokud však vdechujete vysoké koncentrace oxidu uhličitého, můžete pociťovat kyselou chuť v ústech způsobenou oxidem uhličitým, který se rozpouští na sliznicích a ve slinách a vytváří slabý roztok. kyselina uhličitá.
Mimochodem, právě schopnost oxidu uhličitého rozpouštět se ve vodě se využívá k výrobě sycené vody. Limonádové bubliny jsou stejný oxid uhličitý. První přístroj na sycení vody CO2 byl vynalezen již v roce 1770 a již v roce 1783 zahájil průmyslovou výrobu sody podnikavý Švýcar Jacob Schweppes (značka Schweppes stále existuje).
Oxid uhličitý je 1,5krát těžší než vzduch, takže má tendenci se „usazovat“ ve spodních vrstvách, pokud je místnost špatně větrána. Známý je efekt „psí jeskyně“, kdy se CO2 uvolňuje přímo ze země a hromadí se ve výšce asi půl metru. Dospělý člověk, vstupující do takové jeskyně, ve výšce svého růstu nepociťuje přebytek oxidu uhličitého, ale psi se ocitnou přímo v silné vrstvě oxidu uhličitého a jsou otráveni.
CO2 nepodporuje hoření, a proto se používá v hasicích přístrojích a hasicích systémech. Trik s uhašením hořící svíčky obsahem údajně prázdné sklenice (ale ve skutečnosti oxidu uhličitého) je založen právě na této vlastnosti oxidu uhličitého.
Oxid uhličitý v přírodě: přírodní zdroje
Oxid uhličitý vzniká v přírodě z různých zdrojů:
- Dýchání živočichů a rostlin.
Každý školák ví, že rostliny absorbují oxid uhličitý CO2 ze vzduchu a využívají jej v procesech fotosyntézy. Některé ženy v domácnosti se snaží kompenzovat nedostatky množstvím pokojových rostlin. Rostliny však oxid uhličitý v nepřítomnosti světla nejen absorbují, ale také uvolňují – to je součástí procesu dýchání. Džungle ve špatně větrané ložnici proto není dobrý nápad: hladina CO2 v noci ještě stoupne. - Sopečná činnost.
Oxid uhličitý je součástí sopečných plynů. V oblastech s vysokou vulkanickou aktivitou se může CO2 uvolňovat přímo ze země – z trhlin a puklin zvaných mofety. Koncentrace oxidu uhličitého v údolích s mofety je tak vysoká, že mnoho malých zvířat zemře, když se tam dostanou. - Rozklad organická hmota.
Oxid uhličitý vzniká při spalování a rozkladu organické hmoty. Velké přirozené emise oxidu uhličitého doprovázejí lesní požáry.
Oxid uhličitý se v přírodě „ukládá“ ve formě sloučenin uhlíku v minerálech: uhlí, olej, rašelina, vápenec. Obrovské zásoby CO2 se nacházejí v rozpuštěné formě ve světových oceánech.
Uvolnění oxidu uhličitého z otevřené nádrže může vést k limnologické katastrofě, jak se to stalo například v letech 1984 a 1986. v jezerech Manoun a Nyos v Kamerunu. Obě jezera vznikla na místě sopečných kráterů – nyní jsou vyhaslé, ale v hlubinách sopečné magma stále uvolňuje oxid uhličitý, který stoupá do vod jezer a rozpouští se v nich. V důsledku řady klimatických a geologických procesů překročila koncentrace oxidu uhličitého ve vodách kritickou hodnotu. Do atmosféry se uvolnilo obrovské množství oxidu uhličitého, který se jako lavina snesl po horských svazích. Asi 1800 lidí se stalo obětí limnologických katastrof na kamerunských jezerech.
Umělé zdroje oxidu uhličitého
Hlavní antropogenní zdroje oxidu uhličitého jsou:
- průmyslové emise spojené se spalovacími procesy;
- automobilová doprava.
Navzdory tomu, že podíl dopravy šetrné k životnímu prostředí ve světě roste, drtivá většina světové populace nebude mít brzy možnost (nebo chuť) přesednout na nová auta.
Aktivní odlesňování pro průmyslové účely také vede ke zvýšení koncentrace oxidu uhličitého CO2 ve vzduchu.
CO2 je jedním z konečných produktů metabolismu (štěpení glukózy a tuků). Je vylučován ve tkáních a transportován hemoglobinem do plic, kterými je vydechován. Vzduch vydechovaný člověkem obsahuje asi 4,5 % oxidu uhličitého (45 000 ppm) – 60–110krát více než ve vzduchu vdechovaném.
Oxid uhličitý hraje velkou roli při regulaci průtoku krve a dýchání. Zvýšení hladiny CO2 v krvi způsobí rozšíření kapilár, což umožní průchod většímu množství krve, která dodává kyslík do tkání a odstraňuje oxid uhličitý.
Dýchací systém je stimulován i nárůstem oxidu uhličitého, a nikoli nedostatkem kyslíku, jak by se mohlo zdát. Ve skutečnosti nedostatek kyslíku tělo dlouho nepociťuje a je docela možné, že ve vzácném vzduchu člověk ztratí vědomí dříve, než pocítí nedostatek vzduchu. Stimulační vlastnosti CO2 se využívají v zařízeních pro umělé dýchání: kde se oxid uhličitý smíchá s kyslíkem, aby se „nastartoval“ dýchací systém.
Oxid uhličitý a my: proč je CO2 nebezpečný
Je potřeba oxid uhličitý k lidskému tělu stejně jako kyslík. Ale stejně jako u kyslíku i nadbytek oxidu uhličitého škodí naší pohodě.
Vysoká koncentrace CO2 ve vzduchu vede k intoxikaci organismu a vyvolává stav hyperkapnie. Při hyperkapnii člověk pociťuje potíže s dýcháním, nevolnost, bolesti hlavy, může dokonce ztratit vědomí. Pokud se obsah oxidu uhličitého nesníží, dochází k hladovění kyslíkem. Faktem je, že jak oxid uhličitý, tak kyslík se pohybují po celém těle stejným „transportem“ - hemoglobinem. Normálně „cestují“ společně a připojují se na různá místa na molekule hemoglobinu. Zvýšená koncentrace oxidu uhličitého v krvi však snižuje schopnost kyslíku vázat se na hemoglobin. Množství kyslíku v krvi se snižuje a dochází k hypoxii.
K takovým nezdravým následkům pro tělo dochází při vdechování vzduchu s obsahem CO2 vyšším než 5000 ppm (může to být například vzduch v dolech). Abychom byli spravedliví, v běžném životě se s takovým vzduchem prakticky nikdy nesetkáme. Mnohem nižší koncentrace oxidu uhličitého však nemá na zdraví nejlepší vliv.
Podle některých zjištění dokonce 1 000 ppm CO2 způsobuje únavu a bolesti hlavy u poloviny subjektů. Mnoho lidí začíná pociťovat dusno a nepohodlí ještě dříve. S dalším kritickým zvýšením koncentrace oxidu uhličitého na 1 500 – 2 500 ppm je mozek „líný“ přebírat iniciativu, zpracovávat informace a rozhodovat se.
A pokud je hladina 5 000 ppm téměř nemožná Každodenní život, pak 1 000 a dokonce 2 500 ppm může být klidně součástí reality moderní muž. Naše ukázaly, že v málo větraných školních třídách zůstávají hladiny CO2 většinu času nad 1 500 ppm a někdy vyskočí nad 2 000 ppm. Existují všechny důvody se domnívat, že podobná situace je v mnoha kancelářích a dokonce i bytech.
Fyziologové považují 800 ppm za bezpečnou hladinu oxidu uhličitého pro lidské zdraví.
Jiná studie zjistila souvislost mezi hladinami CO2 a oxidačním stresem: čím vyšší je hladina oxidu uhličitého, tím více trpíme oxidativním stresem, který poškozuje buňky našeho těla.
Oxid uhličitý v zemské atmosféře
V atmosféře naší planety je jen asi 0,04 % CO2 (to je přibližně 400 ppm) a nedávno to bylo ještě méně: hranici 400 ppm překročil oxid uhličitý teprve na podzim roku 2016. Vědci připisují nárůst úrovně CO2 v atmosféře industrializaci: v polovině 18. století, v předvečer průmyslové revoluce, to bylo jen asi 270 ppm.
Než se zamyslíte Chemické vlastnosti oxid uhličitý, pojďme zjistit některé vlastnosti této sloučeniny.
Obecná informace
Je nejdůležitější složkou perlivé vody. Právě to dodává nápojům svěžest a jiskřivou kvalitu. Tato sloučenina je kyselý oxid tvořící sůl. oxidu uhličitého je 44 g/mol. Tento plyn je těžší než vzduch, proto se hromadí ve spodní části místnosti. Tato sloučenina je špatně rozpustná ve vodě.
Chemické vlastnosti
Podívejme se krátce na chemické vlastnosti oxidu uhličitého. Při interakci s vodou vzniká slabá kyselina uhličitá. Téměř okamžitě po vzniku disociuje na vodíkové kationty a uhličitanové nebo hydrogenuhličitanové anionty. Výsledná sloučenina interaguje s aktivní kovy, oxidy a také s alkáliemi.
Jaké jsou základní chemické vlastnosti oxidu uhličitého? Reakční rovnice potvrzují kyselou povahu této sloučeniny. (4) schopné tvořit uhličitany se zásaditými oxidy.
Fyzikální vlastnosti
Za normálních podmínek je tato sloučenina v plynném stavu. Když se tlak zvýší, může být převeden do kapalného stavu. Tento plyn je bezbarvý, bez zápachu a má mírně kyselou chuť. Zkapalněný oxid uhličitý je bezbarvá, průhledná, vysoce mobilní kyselina, podobná svými vnějšími parametry éteru nebo alkoholu.
Relativní molekulová hmotnost oxidu uhličitého je 44 g/mol. To je téměř 1,5krát více než vzduch.
Klesne-li teplota na -78,5 stupně Celsia, dochází k tvorbě.Tvrdostí je podobná křídě. Při odpařování této látky vzniká plynný oxid uhelnatý (4).
Kvalitativní reakce
Při úvahách o chemických vlastnostech oxidu uhličitého je třeba vyzdvihnout jeho kvalitativní reakci. Při interakci této chemikálie s vápennou vodou se vytvoří zakalená sraženina uhličitanu vápenatého.
Cavendishovi se podařilo takovou vlastnost objevit fyzikální vlastnosti oxid uhelnatý (4), jak rozpustnost ve vodě, tak také vysoká měrná hmotnost.
Lavoisier provedl studii, ve které se pokusil izolovat čistý kov od oxidu olovnatého.
Chemické vlastnosti oxidu uhličitého odhalené v důsledku takových studií se staly potvrzením redukčních vlastností této sloučeniny. Lavoisierovi se podařilo získat kov kalcinací oxidu olovnatého oxidem uhelnatým (4). Aby se ujistil, že druhou látkou je oxid uhelnatý (4), nechal projít plynem vápennou vodu.
Všechny chemické vlastnosti oxidu uhličitého potvrzují kyselou povahu této sloučeniny. Tato sloučenina se nachází v dostatečném množství v zemské atmosféře. Se systematickým růstem této sloučeniny v zemské atmosféře je možná vážná změna klimatu (globální oteplování).
Právě oxid uhličitý hraje v živé přírodě důležitou roli, protože tato chemikálie se aktivně podílí na metabolismu živých buněk. Je to tato chemická sloučenina, která je výsledkem různých oxidační procesy spojené s dýcháním živých organismů.
Oxid uhličitý obsažený v zemské atmosféře je hlavním zdrojem uhlíku pro živé rostliny. V procesu fotosyntézy (ve světle) dochází k procesu fotosyntézy, který je doprovázen tvorbou glukózy a uvolňováním kyslíku do atmosféry.
Oxid uhličitý není toxický a nepodporuje dýchání. Při zvýšené koncentraci této látky v atmosféře člověk zažívá zadržování dechu a silné bolesti hlavy. V živých organismech má oxid uhličitý důležitý fyziologický význam, je například nezbytný pro regulaci cévního tonu.
Vlastnosti příjmu
V průmyslovém měřítku lze oddělit oxid uhličitý ze spalin. CO2 je navíc vedlejším produktem rozkladu dolomitu a vápence. Moderní zařízení na výrobu oxidu uhličitého zahrnují použití vodného roztoku ethanaminu, který adsorbuje plyn obsažený ve spalinách.
V laboratoři se oxid uhličitý uvolňuje reakcí uhličitanů nebo hydrogenuhličitanů s kyselinami.
Aplikace oxidu uhličitého
Tento kyselý oxid se používá v průmyslu jako kypřící prostředek nebo konzervační prostředek. Na obalu výrobku je tato sloučenina označena jako E290. V kapalné formě se oxid uhličitý používá v hasicích přístrojích k hašení požárů. Oxid uhelnatý (4) se používá k výrobě sycené vody a limonádových nápojů.
Oxid uhličitý
Nedílná součást atmosféry, hlavní surovina pro proces fotosyntézy zelených rostlin, produkt životně důležité činnosti živých organismů.
Podle systematické mezinárodní nomenklatury (IUPAC) se látka se vzorcem CO2 nazývá oxid uhelnatý (IV). Triviální (obecné názvy) - oxid uhličitý nebo oxid uhličitý, anhydrid uhličitý (solnotvorný oxid s kyselými vlastnostmi).
Vzorec oxidu uhličitého
Molekula oxidu uhličitého je tvořena dvěma atomy kyslíku a atomem uhlíku. Strukturní vzorec– O=C=O. Valence uhlíku je 4. Oxidační stav je (+4). Typ vazby: polární kovalentní.
Produkce oxidu uhličitého
Přírodní zdroje oxidu uhličitého
Oxid uhličitý vzniká při pomalé oxidaci při procesech dýchání, fermentace a rozkladu organických látek. Uvolňuje se při rozkladu přírodních uhličitanů, spalování paliva a tvorbě spalin. Obsaženo ve vzduchu a minerálních pramenech.
Lidské tělo vypustí 1 kg CO 2 za den. Vzduch obsahuje 0,03 % oxidu uhličitého.
Laboratorní metody získávání
V laboratoři lze plyn získat reakcí kyseliny chlorovodíkové s křídou, mramorem, sodou. Plyn se shromažďuje metodou vytlačování vzduchu.
CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2,
NaHC03 + HCl → NaCl + H20 + CO2.
Průmyslové způsoby výroby
- Vápencové pražení: CaCO 3 → CaO + CO 2.
- Jako vedlejší produkt dělení vzduchu při výrobě kyslíku, dusíku, argonu.
Vlastnosti oxidu uhličitého
Fyzikální vlastnosti
Látka je netoxická, nehořlavá.
Látka v pevném stavu agregace se nazývá „suchý led“.
Vysokou koncentraci oxidu uhličitého lze stanovit organolepticky – v ústech se na jazyku objevuje kyselá chuť. Vysoká hladina je pro tělo nebezpečná – způsobuje udušení.
Chemické vlastnosti
- Kvalitativní reakce: Při reakci oxidu uhličitého s vápenným mlékem (hydroxidem vápenatým) vzniká uhličitan vápenatý – bílá sraženina.
C02 + Ca(OH)2 = CaC03↓ + H20.
- CO 2 jako kyselý oxid, reaguje s vodou s tvorbou kyseliny uhličité. Tato kyselina je nestabilní sloučenina a snadno se rozkládá na oxid uhličitý a vodu. Typ reakce – složená reakce, vratná.
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .
Při zahřívání se rozkládá na oxid uhelnatý (II) a vodu: 2CO2 = 2CO + O2.
Interaguje s zásadité oxidy s tvorbou solí:
CaO + C02 = CaC03; Al203 + 3C02 = Al2(C03)3.
Typ reakce– složená reakce.
- Interaguje s alkálie s tvorbou kyselých a středních solí:
C02 + NaOH = NaHC03;
C02 + 2NaOH = Na2C03 + H20.
Při přebytku alkálií se tvoří střední sůl. Kyselá sůl vzniká, když je poměr množství oxidových a alkalických látek 1:1.
- Při teplotě reaguje s aktivní kovy:
C02 + 2Mg = C + 2MgO
Oxid uhličitý má hlavně redukční vlastnosti, ale při interakci s aktivními kovy je oxidačním činidlem.
- Vstupuje do reakcí s jednoduché látky:
CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (reakční podmínky - vysoká teplota, katalyzátor Cu 2 O).
Aplikace oxidu uhličitého
V Potravinářský průmysl:
- používané ve výrobě minerální voda a sycené nápoje;
- jako potravinářská přísada (E290) prodlužuje trvanlivost výrobků;
- jako kypřící prostředek dodává cukrářským výrobkům lehkost a nadýchanost;
- jako chladivo;
- k odstranění kofeinu z kávy.
V leteckém modelářství se používá jako zdroj energie pro motory; používá se v pneumatických zbraních; jako náplň do hasicích přístrojů s oxidem uhličitým. Používá se jako ochranné médium při svařování.
Oxid uhličitý se využívá i v lékařství – používá se ke kryoablaci nádorů a slouží jako stimulátor hlubokého dýchání.
V chemickém průmyslu se plyn používá při syntéze chemické substance, výroba solí kyseliny uhličité, procesy sušení a čištění polymerů, vláken rostlinného a živočišného původu. Používá se pro čištění odpadních vod, zvyšuje vodivost ultračisté vody.
Příklady řešení problémů
Problém 1
Najděte hmotnostní zlomek uhlíku v oxidu uhličitém.
Řešení
M(C02) = 12+2x16 = 44 g/mol.
Ar(C) = 12 g/mol.
W(C) = 12/44 = 0,27 nebo 27 %
Odpovědět: hmotnostní podíl uhlíku v oxidu uhličitém je 27 %.
Problém 2
Vypočítejte objem oxidu uhličitého uvolněného při interakci kyseliny chlorovodíkové s mramorem o hmotnosti 100 g.
Řešení
CaC03 + 2HCl → CaCl2 + H20 + CO2
1 mol - 1 mol
100 g/mol - 22,4 l/mol
100 g - 22,4 l
x(C02) = 300 x 22,4/100 = 67,2 (1).
Odpovědět: Objem oxidu uhličitého je 67,2 litrů.
"Vzorce oxidu dusíku" - plyn. Anhydrid dusný. Liščí ocas. Oxidy. Oxid dusnatý. Létající krystaly. Oxid dusičitý. Oxid kyseliny tvořící sůl. Modrá kapalina. Kyslíkové sloučeniny dusíku. Fyzikální vlastnosti. Vzorec. Používá se v laboratoři. Charakter. Nereaguje s vodou. Oxidy dusíku. Aplikace. Reaguje s vodou.
"Oxid uhelnatý II" - " Skleníkový efekt" C, Z, Špatně rozpustný ve vodě bod varu. -192,1C` Jedovatý - 0,2% smrtící ve vzduchu! OXID UHLIČITÝ (II) a (IV). Konsolidace. : Získání co2. Získání CO. T0 a P=60 atm. zkapalní. Chemické vlastnosti CO. V laboratoři - H+ T HCOOH H2O + CO Kyselina mravenčí. Získání CO: Na pokoji. Chemické vlastnosti.
„Oxid uhelnatý“ - Oxid uhelnatý (II) se vyznačuje redukčními vlastnostmi. Oxid uhelnatý (IV). Tak. Oxidy uhlíku. Získání oxidu uhelnatého (IV). Používá se COR: neboli oxid uhličitý – bezbarvý plyn bez zápachu. Plánování ukázkové lekce. Oxid uhelnatý (II).
„Chemické vlastnosti oxidů“ - Klasifikace oxidů podle chemických vlastností. Chemické vlastnosti bazických oxidů. Zásadité oxidy. Chemické vlastnosti amfoterních oxidů. Oxidy. Kyselé oxidy. Nesolnotvorné oxidy. Oxidy tvořící soli. Amfoterní oxidy. Chemické vlastnosti oxidů kyselin. Způsoby výroby oxidů.
„Oxid uhelnatý“ - Oxid uhelnatý (II) (oxid uhelnatý). Chemické vlastnosti: Vliv CO na člověka: Snižuje se zásobování tělesných tkání kyslíkem, vzniká hypoxémie. Výměna fosforu a dusíku je narušena. Fyzikální vlastnosti. Oxid uhelnatý vzniká při nedokonalém spalování paliva. Metabolismus sacharidů je narušen. Zplyňování paliva.
"Oxid dusíku" - NH3. Redoxní dualita. „Fox Tail“ Toxický plyn, který má hnědou barvu a charakteristický zápach. N2o3-oxid dusnatý (III). Oxidační činidlo: 2NO + 2SO2 = 2SO3 + N2 Dusitá metoda výroby kyseliny sírové. N2O je oxid dusnatý (I). N205. Molekula je lineární. NE. Bezbarvý plyn, bez zápachu.
V tématu je celkem 14 prezentací
Látka s chemický vzorec CO2 a molekulovou hmotností 44,011 g/mol, který může existovat ve čtyřech fázových stavech – plynném, kapalném, pevném a superkritickém.
Plynné skupenství CO2 se běžně nazývá oxid uhličitý. Za atmosférického tlaku je to bezbarvý plyn bez zápachu, při teplotě +20°C s hustotou 1,839 kg/m? (1,52 krát těžší než vzduch), dobře se rozpouští ve vodě (0,88 objemů v 1 objemu vody), částečně v ní interaguje za tvorby kyseliny uhličité. V atmosféře je zahrnuto v průměru 0,035 % objemu. Při náhlém ochlazení v důsledku expanze (expanze) je CO2 schopen desublimovat - přejít přímo do pevného skupenství, přičemž obchází kapalnou fázi.
Plynný oxid uhličitý byl dříve často skladován ve stacionárních plynových nádržích. V současné době se tento způsob ukládání nepoužívá; oxid uhličitý v potřebném množství se získává přímo na místě - odpařováním kapalného oxidu uhličitého ve zplyňovači. Potom lze plyn snadno čerpat jakýmkoliv plynovodem pod tlakem 2-6 atmosfér.
Kapalné skupenství CO2 se odborně nazývá „kapalný oxid uhličitý“ nebo jednoduše „oxid uhličitý“. Jedná se o bezbarvou kapalinu bez zápachu s průměrnou hustotou 771 kg/m3, která existuje pouze pod tlakem 3 482...519 kPa při teplotě 0...-56,5 stupňů C („nízkoteplotní oxid uhličitý“ ), nebo pod tlakem 3 482...7 383 kPa při teplotě 0...+31,0 stupňů C („vysokotlaký oxid uhličitý“). Vysokotlaký oxid uhličitý vzniká nejčastěji stlačováním oxidu uhličitého na kondenzační tlak za současného chlazení vodou. Nízkoteplotní oxid uhličitý, který je hlavní formou oxidu uhličitého pro průmyslovou spotřebu, se nejčastěji vyrábí vysokotlakým cyklem třístupňovým chlazením a škrcení ve speciálních zařízeních.
Pro nízkou a střední spotřebu oxidu uhličitého (vysokotlaké) se k jeho skladování a přepravě používají různé ocelové lahve (od lahví na domácí sifony až po nádoby o objemu 55 litrů). Nejběžnější je 40 litrový válec s provozním tlakem 15 000 kPa, obsahující 24 kg oxidu uhličitého. Ocelové lahve nevyžadují další péči, oxid uhličitý je skladován beze ztrát po dlouhou dobu. Vysokotlaké tlakové láhve s oxidem uhličitým jsou natřeny černou barvou.
Pro značnou spotřebu jsou pro skladování a přepravu nízkoteplotního kapalného oxidu uhličitého využívány izotermické nádrže různých kapacit, vybavené servisními chladicími jednotkami. Existují skladovací (stacionární) vertikální a horizontální nádrže o kapacitě od 3 do 250 t, přepravitelné nádrže o kapacitě od 3 do 18 t. Vertikální nádrže vyžadují vybudování základu a používají se především v podmínkách omezený prostor ubytovat se. Použití horizontálních nádrží umožňuje snížit náklady na základy, zejména pokud existuje společný rám se stanicí na oxid uhličitý. Nádrže se skládají z vnitřní svařované nádoby z nízkoteplotní oceli s polyuretanovou pěnou nebo vakuovou tepelnou izolací; vnější plášť z plastu, pozinkované nebo nerezové oceli; potrubí, armatury a kontrolní zařízení. Vnitřní a vnější povrchy svařované nádoby jsou podrobeny speciální úpravě, čímž se snižuje pravděpodobnost povrchové koroze kovu. U drahých dovážených modelů je vnější utěsněný kryt vyroben z hliníku. Použití nádrží zajišťuje plnění a vypouštění kapalného oxidu uhličitého; skladování a přeprava bez ztráty produktu; vizuální kontrola hmotnosti a provozního tlaku při tankování, při skladování a výdeji. Všechny typy nádrží jsou vybaveny víceúrovňovým bezpečnostním systémem. Pojistné ventily umožňují kontrolu a opravu bez zastavení a vyprázdnění nádrže.
Okamžitým poklesem tlaku na atmosférický tlak, ke kterému dochází při vstřikování do speciální expanzní komory (škrcení), se kapalný oxid uhličitý okamžitě mění v plyn a řídkou sněhovou hmotu, která je lisována a získává se oxid uhličitý. pevné skupenství, který se běžně nazývá „suchý led“. Za atmosférického tlaku je to bílá sklovitá hmota o hustotě 1562 kg/m?, s teplotou -78,5?C, která na volném vzduchu sublimuje - postupně se odpařuje, obchází kapalné skupenství. Suchý led lze také získat přímo z vysokotlakých zařízení používaných k výrobě nízkoteplotního oxidu uhličitého směsi plynů obsahující CO2 v množství alespoň 75-80 %. Objemová chladicí kapacita suchého ledu je téměř 3x větší než u vodního ledu a činí 573,6 kJ/kg.
Pevný oxid uhličitý se obvykle vyrábí v briketách o rozměrech 200×100×20-70 mm, v granulích o průměru 3, 6, 10, 12 a 16 mm, zřídka ve formě nejjemnějšího prášku („suchý sníh“). Brikety, granule a sníh se skladují nejdéle 1-2 dny ve stacionárních podzemních skladech důlního typu, rozdělených do malých oddílů; přepravovány ve speciálních izolovaných nádobách s pojistným ventilem. Používají se nádoby od různých výrobců s kapacitou od 40 do 300 kg i více. Ztráty sublimací jsou v závislosti na okolní teplotě 4-6 % i více za den.
Oxid uhličitý je při tlaku nad 7,39 kPa a teplotě nad 31,6 °C v tzv. superkritickém stavu, ve kterém je jeho hustota podobná hustotě kapaliny a jeho viskozita a povrchové napětí jako plyn. Tato neobvyklá fyzikální látka (tekutina) je vynikajícím nepolárním rozpouštědlem. Superkritický CO2 je schopen zcela nebo selektivně extrahovat jakékoli nepolární složky s molekulovou hmotností nižší než 2000 daltonů: terpeny, vosky, pigmenty, vysokomolekulární nasycené a nenasycené mastné kyseliny, alkaloidy, vitamíny rozpustné v tucích a fytosteroly. Nerozpustnými látkami pro nadkritický CO2 jsou celulóza, škrob, organické a anorganické vysokomolekulární polymery, cukry, glykosidické látky, proteiny, kovy a soli mnoha kovů. Nadkritický oxid uhličitý, který má podobné vlastnosti, se stále více používá v procesech extrakce, frakcionace a impregnace organických a anorganických látek. Je také perspektivní pracovní kapalinou pro moderní tepelné motory.
- Specifická gravitace. Měrná hmotnost oxidu uhličitého závisí na tlaku, teplotě a skupenství, ve kterém se nachází.
- Kritická teplota oxidu uhličitého je +31 stupňů. Měrná hmotnost oxidu uhličitého při 0 stupních a tlaku 760 mm Hg. rovná 1,9769 kg/m3.
- Molekulová hmotnost oxidu uhličitého je 44,0. Relativní hmotnost oxidu uhličitého ve srovnání se vzduchem je 1,529.
- Kapalný oxid uhličitý při teplotách nad 0 stupňů. mnohem lehčí než voda a lze je skladovat pouze pod tlakem.
- Měrná hmotnost pevného oxidu uhličitého závisí na způsobu jeho výroby. Kapalný oxid uhličitý se po zmrznutí změní na suchý led, který je průhledný, sklovitý pevný. V tomto případě má nejvyšší hustotu pevný oxid uhličitý (při normálním tlaku v nádobě chlazené na minus 79 stupňů je hustota 1,56). Průmyslový pevný oxid uhličitý je bílé barvy, jeho tvrdost se blíží křídě,
- jeho měrná hmotnost se pohybuje v závislosti na způsobu výroby v rozmezí 1,3 - 1,6.
- Stavová rovnice. Vztah mezi objemem, teplotou a tlakem oxidu uhličitého vyjadřuje rovnice
- V= RT/p - A, kde
- V - objem, m3/kg;
- R - plynová konstanta 848/44 = 19,273;
- T - teplota, K stupňů;
- p tlak, kg/m2;
- A je doplňkový člen charakterizující odchylku od stavové rovnice pro ideální plyn. Vyjadřuje se závislostí A = (0,0825 + (1,225)10-7 r)/(T/100)10/3.
- Trojný bod oxidu uhličitého. Trojný bod je charakterizován tlakem 5,28 ata (kg/cm2) a teplotou minus 56,6 stupňů.
- Oxid uhličitý může existovat ve všech třech skupenstvích (pevném, kapalném a plynném) pouze v trojném bodě. Při tlacích pod 5,28 ata (kg/cm2) (nebo při teplotách pod minus 56,6 stupňů) může oxid uhličitý existovat pouze v pevném a plynném skupenství.
- V oblasti pára-kapalina, tzn. nad trojným bodem platí následující vztahy
- i"x + i"" y = i,
- x + y = 1, kde
- x a y - podíl látky v kapalné a parní formě;
- i" je entalpie kapaliny;
- i"" - entalpie páry;
- i je entalpie směsi.
- Z těchto hodnot je snadné určit hodnoty x a y. V souladu s tím budou pro oblast pod trojným bodem platit následující rovnice:
- i"" y + i"" z = i,
- y + z = 1, kde
- i"" - entalpie pevného oxidu uhličitého;
- z je podíl látky v pevném stavu.
- V trojném bodě pro tři fáze existují také pouze dvě rovnice
- i" x + i"" y + i""" z = i,
- x + y + z = 1.
- Znáte-li hodnoty i," i"," i""" pro trojný bod a pomocí daných rovnic můžete určit entalpii směsi pro libovolný bod.
- Tepelná kapacita. Tepelná kapacita oxidu uhličitého při teplotě 20 stupňů. a 1 ata je
- Ср = 0,202 a Сv = 0,156 kcal/kg*deg. Adiabatický index k =1,30.
- Tepelná kapacita kapalného oxidu uhličitého v teplotním rozsahu od -50 do +20 stupňů. charakterizované následujícími hodnotami, kcal/kg*deg. :
- Deg.C -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
- St, 0,47 0,49 0,515 0,514 0,517 0,6 0,64 0,68
- Bod tání. K tání pevného oxidu uhličitého dochází při teplotách a tlacích odpovídajících trojnému bodu (t = -56,6 stupňů a p = 5,28 ata) nebo nad ním.
- Pod trojným bodem sublimuje pevný oxid uhličitý. Teplota sublimace je funkcí tlaku: při normálním tlaku je -78,5 stupňů, ve vakuu může být -100 stupňů. a níže.
- Entalpie. Entalpie par oxidu uhličitého v širokém rozsahu teplot a tlaků se určuje pomocí Planckovy a Kupriyanovovy rovnice.
- i = 169,34 + (0,1955 + 0,000115 t)t - 8,3724 p(1 + 0,007424p)/0,01T(10/3), kde
- I - kcal/kg, p - kg/cm2, T - stupně K, t - stupně C.
- Entalpii kapalného oxidu uhličitého v libovolném bodě lze snadno určit odečtením latentního výparného tepla od entalpie nasycených par. Podobně lze odečtením latentního tepla sublimace určit entalpii pevného oxidu uhličitého.
- Tepelná vodivost. Tepelná vodivost oxidu uhličitého při 0 st. je 0,012 kcal/m*hodina*stupeň C a při teplotě -78 stupňů. klesne na 0,008 kcal/m*hodina*stupeň S.
- Údaje o tepelné vodivosti oxidu uhličitého v 10 4 polévkových lžících. kcal/m*hodina*stupeň C při kladných teplotách jsou uvedeny v tabulce.
- Tlak, kg/cm2 10 stupňů. 20 stupňů 30 stupňů 40 stupňů
- Plynný oxid uhličitý
- 1 130 136 142 148
- 20 - 147 152 157
- 40 - 173 174 175
- 60 - - 228 213
- 80 - - - 325
- Kapalný oxid uhličitý
- 50 848 - - -
- 60 870 753 - -
- 70 888 776 - -
- 80 906 795 670
Tepelnou vodivost pevného oxidu uhličitého lze vypočítat pomocí vzorce:
236,5/T1,216 st., kcal/m*hodina*deg.S.
- Koeficient tepelné roztažnosti. Koeficient objemové roztažnosti a pevného oxidu uhličitého se vypočítá v závislosti na změně měrné hmotnosti a teploty. Lineární koeficient expanze jsou určeny výrazem b = a/3. V rozmezí teplot od -56 do -80 stupňů. koeficienty mají následující hodnoty: a *10*5st. = 185,5-117,0, b* 10* 5 st. = 61,8-39,0.
- Viskozita. Viskozita oxidu uhličitého 10 * 6st. v závislosti na tlaku a teplotě (kg*s/m2)
- Tlak při -15 stupních. 0 stupňů 20 stupňů 40 stupňů
- 5 1,38 1,42 1,49 1,60
- 30 12,04 1,63 1,61 1,72
- 75 13,13 12,01 8,32 2,30
- Dielektrická konstanta. Dielektrická konstanta kapalného oxidu uhličitého při 50 - 125 ati je v rozmezí 1,6016 - 1,6425.
- Dielektrická konstanta oxidu uhličitého při 15 stupních. a tlak 9,4 - 39 ati 1,009 - 1,060.
- Obsah vlhkosti oxidu uhličitého. Obsah vodní páry ve vlhkém oxidu uhličitém se stanoví pomocí rovnice,
- X = 18/44 * p‘/p – p‘ = 0,41 p‘/p – p‘ kg/kg, kde
- p’ - parciální tlak vodní páry při 100% nasycení;
- p je celkový tlak směsi páry a plynu.
- Rozpustnost oxidu uhličitého ve vodě. Rozpustnost plynů se měří objemy plynu redukovanými na normální podmínky (0 stupňů, C a 760 mm Hg) na objem rozpouštědla.
- Rozpustnost oxidu uhličitého ve vodě při mírných teplotách a tlacích do 4 - 5 atm se řídí Henryho zákonem, který je vyjádřen rovnicí
- P = N X, kde
- P je parciální tlak plynu nad kapalinou;
- X je množství plynu v molech;
- H - Henryho koeficient.
- Kapalný oxid uhličitý jako rozpouštědlo. Rozpustnost mazacího oleje v kapalném oxidu uhličitém při teplotě -20 stupňů. až +25 stupňů. je 0,388 g ve 100 CO2,
- a zvyšuje se na 0,718 g na 100 g CO2 při teplotě +25 stupňů. S.
- Rozpustnost vody v kapalném oxidu uhličitém v rozmezí teplot od -5,8 do +22,9 stupňů. je ne více než 0,05 % hmotn.
Bezpečnostní opatření
Z hlediska stupně dopadu na lidské tělo patří plynný oxid uhličitý do 4. třídy nebezpečnosti podle GOST 12.1.007-76 „Škodlivé látky. Klasifikace a Obecné požadavky bezpečnostní." Maximální přípustná koncentrace v ovzduší pracovního prostoru nebyla stanovena, při posuzování této koncentrace je třeba se zaměřit na normy pro uhelné a ozokeritové doly stanovené do 0,5 %.
Při použití suchého ledu, při použití nádob s kapalným nízkoteplotním oxidem uhličitým musí být zajištěna bezpečnostní opatření, aby se zabránilo omrzlinám rukou a jiných částí těla pracovníka.
