Wie entsteht Kohlendioxid? Kohlendioxid. Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid ist ein farbloses Gas mit kaum wahrnehmbarem Geruch, ungiftig und schwerer als Luft. Kohlendioxid ist in der Natur weit verbreitet. Es löst sich in Wasser auf und bildet Kohlensäure H 2 CO 3, die ihm einen säuerlichen Geschmack verleiht. Die Luft enthält etwa 0,03 % Kohlendioxid. Die Dichte ist 1,524-mal größer als die Dichte von Luft und beträgt 0,001976 g/cm 3 (bei Nulltemperatur und Druck 101,3 kPa). Ionisationspotential 14,3 V. Chemische Formel - CO 2.

In der Schweißfertigung wird der Begriff verwendet "Kohlendioxid" cm. . In den „Regeln für die Auslegung und den sicheren Betrieb von Druckbehältern“ wird der Begriff "Kohlendioxid", und in - term "Kohlendioxid".

Es gibt viele Möglichkeiten, Kohlendioxid zu erzeugen, die wichtigsten werden im Artikel besprochen.

Die Dichte von Kohlendioxid hängt vom Druck, der Temperatur und dem Aggregatzustand ab, in dem es sich befindet. Bei atmosphärischem Druck und einer Temperatur von -78,5 °C verwandelt sich Kohlendioxid unter Umgehung des flüssigen Zustands in eine weiße, schneeartige Masse "Trockeneis".

Unter einem Druck von 528 kPa und einer Temperatur von -56,6 °C kann Kohlendioxid in allen drei Zuständen vorliegen (dem sogenannten Tripelpunkt).

Kohlendioxid ist thermisch stabil und zerfällt erst bei Temperaturen über 2000 °C in Kohlenmonoxid.

Kohlendioxid ist erstes Gas, das als diskrete Substanz beschrieben wurde. Im 17. Jahrhundert ein flämischer Chemiker Jan Baptist van Helmont (Jan Baptist van Helmont) stellte fest, dass nach dem Verbrennen von Kohle in einem geschlossenen Gefäß die Aschemasse viel geringer war als die Masse der verbrannten Kohle. Er erklärte dies damit, dass Kohle in eine unsichtbare Masse umgewandelt wurde, die er „Gas“ nannte.

Die Eigenschaften von Kohlendioxid wurden viel später im Jahr 1750 untersucht. Schottischer Physiker Joseph Schwarz (Joseph Black).

Er entdeckte, dass Kalkstein (Kalziumcarbonat CaCO 3) beim Erhitzen oder bei der Reaktion mit Säuren ein Gas freisetzt, das er „gebundene Luft“ nannte. Es stellte sich heraus, dass „gebundene Luft“ dichter als Luft ist und die Verbrennung nicht unterstützt.

CaCO 3 + 2HCl = CO 2 + CaCl 2 + H 2 O

Durch das Durchleiten von „gebundener Luft“, d.h. Kohlendioxid CO 2 durch eine wässrige Lösung von Kalk Ca(OH) 2 Calciumcarbonat CaCO 3 wird am Boden abgelagert. Joseph Black nutzte dieses Experiment, um zu beweisen, dass Kohlendioxid durch die Atmung von Tieren freigesetzt wird.

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

Flüssiges Kohlendioxid ist eine farb- und geruchlose Flüssigkeit, deren Dichte stark von der Temperatur abhängt. Es existiert bei Raumtemperatur nur bei Drücken über 5,85 MPa. Die Dichte von flüssigem Kohlendioxid beträgt 0,771 g/cm 3 (20 °C). Bei Temperaturen unter +11°C ist es schwerer als Wasser, über +11°C ist es leichter.

Das spezifische Gewicht von flüssigem Kohlendioxid variiert erheblich mit der Temperatur Daher wird die Menge an Kohlendioxid nach Gewicht bestimmt und verkauft. Die Löslichkeit von Wasser in flüssigem Kohlendioxid beträgt im Temperaturbereich 5,8–22,9 °C nicht mehr als 0,05 %.

Flüssiges Kohlendioxid wird gasförmig, wenn ihm Wärme zugeführt wird. Unter normalen Bedingungen (20 °C und 101,3 kPa) Beim Verdampfen von 1 kg flüssigem Kohlendioxid entstehen 509 Liter Kohlendioxid. Wenn das Gas zu schnell entnommen wird, sinkt der Druck im Zylinder und die Wärmezufuhr reicht nicht mehr aus, das Kohlendioxid kühlt ab, seine Verdampfungsrate nimmt ab und beim Erreichen des „Triple Points“ verwandelt es sich in Trockeneis, das das Loch verstopft im Untersetzungsgetriebe und die weitere Gasentnahme stoppt. Beim Erhitzen wandelt sich Trockeneis unter Umgehung des flüssigen Zustands direkt in Kohlendioxid um. Um Trockeneis zu verdampfen, muss deutlich mehr Wärme zugeführt werden als für die Verdampfung von flüssigem Kohlendioxid – wenn sich also Trockeneis im Zylinder gebildet hat, verdunstet es langsam.

Flüssiges Kohlendioxid wurde erstmals 1823 hergestellt. Humphry Davy(Humphry Davy) und Michael Faraday(Michael Faraday).

Festes Kohlendioxid „Trockeneis“ ähnelt im Aussehen Schnee und Eis. Der aus Trockeneisbriketts gewonnene Kohlendioxidgehalt ist hoch – 99,93–99,99 %. Der Feuchtigkeitsgehalt liegt im Bereich von 0,06–0,13 %. Da Trockeneis an der Luft schnell verdunstet, werden für die Lagerung und den Transport Behälter verwendet. In speziellen Verdampfern wird aus Trockeneis Kohlendioxid erzeugt. Festes Kohlendioxid (Trockeneis), geliefert gemäß GOST 12162.

Am häufigsten wird Kohlendioxid verwendet:

• eine schützende Umgebung für Metalle zu schaffen;
• bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken;
• Kühlen, Einfrieren und Lagern von Lebensmitteln;
• für Feuerlöschanlagen;
• zum Reinigen von Oberflächen mit Trockeneis.

Die Dichte von Kohlendioxid ist recht hoch, wodurch der Lichtbogenreaktionsraum vor dem Kontakt mit Luftgasen geschützt und eine Nitrierung bei relativ geringem Kohlendioxidverbrauch im Strahl verhindert wird. Kohlendioxid tritt während des Schweißprozesses in Wechselwirkung mit dem Schweißgut und wirkt oxidierend und auch aufkohlend auf das Metall des Schweißbades.

Vorher Hindernisse für den Einsatz von Kohlendioxid als Schutzmedium waren in den Nähten. Die Poren entstanden durch Sieden des erstarrenden Metalls des Schweißbades durch die Freisetzung von Kohlenmonoxid (CO) aufgrund seiner unzureichenden Desoxidation.

Bei hohen Temperaturen dissoziiert Kohlendioxid und bildet hochaktiven freien, einatomigen Sauerstoff:

Die Oxidation des beim Schweißen frei von Kohlendioxid freigesetzten Schweißguts wird durch den Gehalt einer zusätzlichen Menge an Legierungselementen mit hoher Sauerstoffaffinität, meist Silizium und Mangan (über die zum Legieren des Schweißguts erforderliche Menge hinaus) neutralisiert Flussmittel, die in die Schweißzone eingeführt werden (Schweißen).

Sowohl Kohlendioxid als auch Kohlenmonoxid sind in festem und geschmolzenem Metall praktisch unlöslich. Der freie Aktivstoff oxidiert die im Schweißbad vorhandenen Elemente abhängig von ihrer Sauerstoffaffinität und Konzentration nach der Gleichung:

Ich + O = MeO

wobei Me ein Metall ist (Mangan, Aluminium usw.).

Darüber hinaus reagiert Kohlendioxid selbst mit diesen Elementen.

Als Ergebnis dieser Reaktionen wird beim Schweißen in Kohlendioxid ein erheblicher Ausbrand von Aluminium, Titan und Zirkonium und ein weniger intensiver Ausbrand von Silizium, Mangan, Chrom, Vanadium usw. beobachtet.

Die Oxidation von Verunreinigungen erfolgt besonders heftig bei . Dies liegt daran, dass beim Schweißen mit einer abschmelzenden Elektrode die Wechselwirkung des geschmolzenen Metalls mit dem Gas auftritt, wenn ein Tropfen am Ende der Elektrode und im Schweißbad zurückbleibt, und beim Schweißen mit einer nicht abschmelzenden Elektrode, es kommt nur im Pool vor. Bekanntlich erfolgt die Wechselwirkung von Gas mit Metall in einer Lichtbogenstrecke aufgrund der hohen Temperatur und der größeren Kontaktfläche des Metalls mit dem Gas viel intensiver.

Aufgrund der chemischen Aktivität von Kohlendioxid im Verhältnis zu Wolfram wird in diesem Gas nur mit einer abschmelzenden Elektrode geschweißt.

Kohlendioxid ist ungiftig und nicht explosiv. Bei Konzentrationen von mehr als 5 % (92 g/m3) wirkt sich Kohlendioxid gesundheitsschädlich aus, da es schwerer als Luft ist und sich in schlecht belüfteten Bereichen in Bodennähe anreichern kann. Dadurch verringert sich der Volumenanteil des Sauerstoffs in der Luft, was zu Sauerstoffmangel und Erstickung führen kann. Räumlichkeiten, in denen mit Kohlendioxid geschweißt wird, müssen mit einer allgemeinen Zu- und Abluft ausgestattet sein. Die maximal zulässige Kohlendioxidkonzentration in der Luft des Arbeitsbereichs beträgt 9,2 g/m 3 (0,5 %).

Kohlendioxid wird von geliefert. Um qualitativ hochwertige Nähte zu erhalten, wird gasförmiges und verflüssigtes Kohlendioxid höchster und erster Güteklasse verwendet.

Kohlendioxid wird in flüssigem Zustand in Stahlflaschen oder Tanks mit großem Fassungsvermögen transportiert und gelagert, anschließend im Werk vergast und über Rampen zentral an die Schweißstationen geliefert. Ein Standardbehälter mit einem Wasserinhalt von 40 Litern ist mit 25 kg flüssigem Kohlendioxid gefüllt, das bei Normaldruck 67,5 % des Zylindervolumens einnimmt und beim Verdampfen 12,5 m 3 Kohlendioxid erzeugt. Im oberen Teil des Zylinders sammelt sich Luft zusammen mit Kohlendioxidgas. Am Boden des Zylinders sammelt sich Wasser, das schwerer als flüssiges Kohlendioxid ist.

Um die Feuchtigkeit des Kohlendioxids zu reduzieren, wird empfohlen, die Flasche mit dem Ventil nach unten zu installieren und nach 10 bis 15 Minuten Ruhezeit das Ventil vorsichtig zu öffnen und Feuchtigkeit aus der Flasche abzulassen. Vor dem Schweißen ist es notwendig, eine kleine Menge Gas aus einer normal installierten Flasche abzulassen, um die in der Flasche eingeschlossene Luft zu entfernen. Ein Teil der Feuchtigkeit wird im Kohlendioxid in Form von Wasserdampf zurückgehalten, was die Schweißung der Naht verschlechtert.

Wenn Gas aus der Flasche freigesetzt wird, kühlt sich das Gas aufgrund der Drosselwirkung und der Wärmeaufnahme während der Verdampfung von flüssigem Kohlendioxid erheblich ab. Bei intensiver Gasextraktion kann es zu einer Verstopfung des Reduzierers durch gefrorene Feuchtigkeit in Kohlendioxid und Trockeneis kommen. Um dies zu vermeiden, wird bei der Kohlendioxidgewinnung vor dem Reduzierer ein Gaserhitzer installiert. Die endgültige Entfernung der Feuchtigkeit nach dem Getriebe erfolgt mit einem speziellen Trockenmittel, gefüllt mit Glaswolle und Calciumchlorid, Kieselgel, Kupfersulfat oder anderen Feuchtigkeitsabsorbern

Der Kohlendioxidzylinder ist schwarz lackiert, mit der Aufschrift „CARBON ACID“ in gelben Buchstaben..

Die meisten Menschen glauben, dass Kohlendioxid schädlich ist. Das ist nicht verwunderlich, denn schon in der Schule wurde uns im Biologie- und Chemieunterricht auf die negativen Eigenschaften von CO 2 hingewiesen. Indem sie Kohlendioxid ausschließlich als schädlichen Stoff darstellten, verschwiegen Lehrer meist seine positive Rolle in unserem Körper.

Mittlerweile ist es groß, denn Kohlendioxid bzw. Kohlendioxid ist ein wichtiger Teilnehmer am Atmungsprozess. Wie wirkt sich Kohlendioxid auf unseren Körper aus und welchen Nutzen hat es?

Kohlendioxid im menschlichen Körper

Beim Einatmen füllt sich unsere Lunge mit Sauerstoff, während im unteren Teil des Organs – den Alveolen – Kohlendioxid entsteht. In diesem Moment findet ein Austausch statt: Sauerstoff gelangt in das Blut und Kohlendioxid wird daraus freigesetzt. Und wir atmen aus.

Das etwa 15–20 Mal pro Minute wiederholte Atmen löst alle lebenswichtigen Funktionen des Körpers aus.
und das dabei entstehende Kohlendioxid wirkt sich unmittelbar auf viele lebenswichtige Funktionen aus. Welchen Nutzen hat Kohlendioxid für den Menschen?

CO 2 reguliert die Erregbarkeit von Nervenzellen, beeinflusst die Durchlässigkeit von Zellmembranen und die Aktivität von Enzymen, stabilisiert die Intensität der Hormonproduktion und den Grad ihrer Wirksamkeit und ist daran beteiligt
im Prozess der Proteinbindung von Calcium- und Eisenionen.

Darüber hinaus ist Kohlendioxid das Endprodukt des Stoffwechsels. Durch das Ausatmen entfernen wir unnötige Bestandteile, die beim Stoffwechsel entstehen, und reinigen unseren Körper. Der Stoffwechselprozess ist kontinuierlich, daher müssen wir ständig Endprodukte entfernen.

Wichtig ist nicht nur das Vorhandensein, sondern auch die Menge an CO 2 im Körper. Der normale Gehalt beträgt 6-6,5 %. Das reicht aus, damit alle „Mechanismen“ im Körper richtig funktionieren und Sie sich wohl fühlen.

Ein Mangel oder Überschuss an Kohlendioxid im Körper führt zu zwei Zuständen: Hypokapnie
Und Hyperkapnie.

Hypokapnie- Dies ist ein Mangel an Kohlendioxid im Blut. Tritt auf, wenn tiefes, schnelles Atmen erfolgt, wenn der Körper zu viel Kohlendioxid freisetzt. Zum Beispiel nach intensivem Sport. Hypokapnie kann zu leichtem Schwindel oder Bewusstlosigkeit führen.

Hyperkapnie- Dabei handelt es sich um einen Überschuss an Kohlendioxid im Blut. Tritt in Räumen mit schlechter Belüftung auf. Übersteigt die CO 2 -Konzentration im Raum die Norm, steigt auch ihr Spiegel im Körper.

Dies kann zu Kopfschmerzen, Übelkeit und Schläfrigkeit führen. Hyperkapnie tritt besonders häufig im Winter bei Büroangestellten sowie in langen Warteschlangen auf. Zum Beispiel bei der Post oder in der Klinik.

Auch in Extremsituationen, beispielsweise beim Anhalten des Atems unter Wasser, kann es zu einem Überschuss an Kohlendioxid kommen.

In einem der folgenden Artikel erfahren Sie mehr über die Folgen der Hyperkapnie und Möglichkeiten, sie zu bekämpfen. Heute konzentrieren wir uns auf Hypokapnie und ihre Behandlung.

Wie oben erwähnt, beeinflusst Kohlendioxid viele Prozesse in unserem Körper, weshalb es so wichtig ist, dass sein Spiegel innerhalb normaler Grenzen bleibt. Und eine Art Atemübung hilft dabei, den CO 2 -Gehalt wieder auf den Normalwert zu bringen.

Aber solche Sätze sehen nicht sehr überzeugend aus, insbesondere wenn wir ein bestimmtes Problem lösen oder eine bestimmte Krankheit loswerden wollen. Lassen Sie uns herausfinden, wie Kohlendioxid hilft
und Atemübungen in bestimmten Fällen.

Beginnen wir mit der Tatsache, dass während des Trainings am Simulator oder bei Standard-Atemübungen das Blut einer Person mit Kohlendioxid gesättigt wird, die Blutversorgung aller Organe verbessert wird, wodurch ein positiver Effekt auftritt.

Der Körper beginnt, sich von innen heraus zu heilen, was unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Organgruppen hat. Beispielsweise führt eine verbesserte Blutversorgung und eine Erhöhung des CO 2 -Gehalts zu einer Normalisierung des Tonus der glatten Magen- und Darmmuskulatur. Dies wirkt sich positiv auf die Funktion des Darms aus, stellt seine Grundfunktionen wieder her und hilft bei der Bekämpfung verschiedener Erkrankungen des Magen-Darm-Traktes.

Kohlendioxid wirkt sich zudem positiv auf die Membranpermeabilität aus, was die Erregbarkeit von Nervenzellen normalisiert. Dies hilft, Stress besser zu bewältigen, nervöse Übererregungen zu vermeiden und dadurch Schlaflosigkeit und Migräne zu lindern.

CO 2 hilft auch bei Allergien: Kohlendioxid verringert die Viskosität des Zytoplasmas, das die Zellen füllt. Dies wirkt sich positiv auf den Stoffwechsel aus und erhöht die Aktivität der körpereigenen Abwehrsysteme.

Auch im Kampf gegen Viruserkrankungen werden Abwehrsysteme aktiviert. Regelmäßige Atemübungen helfen, akute respiratorische Virusinfektionen und akute Atemwegsinfektionen zu vermeiden, indem sie die lokale Immunität stärken.

Kohlendioxid hilft bei Bronchitis und Asthma: Es reduziert Gefäßkrämpfe, wodurch Schleim und Schleim in den Bronchien und damit die Krankheit selbst beseitigt werden können.

Aufgrund der Normalisierung des Lumens der Blutgefäße geht es auch Patienten mit Hypotonie besser. Atemübungen helfen ihnen, den niedrigen Blutdruck langsam zu bewältigen.

Trotz aller positiven Veränderungen, die in unserem Körper auftreten, wenn sich der Kohlendioxidspiegel normalisiert, ist dies kein Allheilmittel für alle Krankheiten. Es ist vielmehr die Hilfe, die Sie Ihrem Körper durch Atemübungen geben.

Glauben Sie mir, nach mehreren Monaten Training wird Ihr Körper es Ihnen auf jeden Fall mit einer guten Gesundheit danken. Bevor Sie mit dem Training beginnen, überprüfen Sie unbedingt den CO 2 -Gehalt Ihres Körpers und stellen Sie sicher, dass Atemübungen oder der Samozdrav-Simulator bei Ihrer Krankheit helfen.

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Die häufigsten Prozesse zur Bildung dieser Verbindung sind die Verrottung von Tier- und Pflanzenresten, die Verbrennung verschiedener Arten von Brennstoffen und die Atmung von Tieren und Pflanzen. Beispielsweise stößt ein Mensch pro Tag etwa ein Kilogramm Kohlendioxid in die Atmosphäre aus. Kohlenmonoxid und Kohlendioxid können auch in der unbelebten Natur entstehen. Kohlendioxid wird bei vulkanischer Aktivität freigesetzt und kann auch aus Mineralwasserquellen entstehen. Kohlendioxid kommt in geringen Mengen in der Erdatmosphäre vor.

Die Besonderheiten der chemischen Struktur dieser Verbindung ermöglichen die Teilnahme an vielen chemischen Reaktionen, deren Grundlage Kohlendioxid ist.

Formel

In der Verbindung dieser Substanz geht das vierwertige Kohlenstoffatom eine lineare Bindung mit zwei Sauerstoffmolekülen ein. Das Aussehen eines solchen Moleküls lässt sich wie folgt darstellen:

Die Hybridisierungstheorie erklärt die Struktur des Kohlendioxidmoleküls wie folgt: Die beiden vorhandenen Sigma-Bindungen werden zwischen den sp-Orbitalen der Kohlenstoffatome und den beiden 2p-Orbitalen des Sauerstoffs gebildet; Die p-Orbitale des Kohlenstoffs, die nicht an der Hybridisierung teilnehmen, sind mit ähnlichen Orbitalen des Sauerstoffs verbunden. Bei chemischen Reaktionen wird Kohlendioxid wie folgt geschrieben: CO 2.

Physikalische Eigenschaften

Unter normalen Bedingungen ist Kohlendioxid ein farb- und geruchloses Gas. Es ist schwerer als Luft, weshalb sich Kohlendioxid wie eine Flüssigkeit verhalten kann. Es kann beispielsweise von einem Behälter in einen anderen umgefüllt werden. Dieser Stoff ist in Wasser schwer löslich – etwa 0,88 Liter CO 2 lösen sich in einem Liter Wasser bei 20 ⁰C. Ein leichter Temperaturabfall verändert die Situation radikal – 1,7 Liter CO 2 können sich in demselben Liter Wasser bei 17⁰C lösen. Bei starker Abkühlung fällt dieser Stoff in Form von Schneeflocken aus – es entsteht das sogenannte „Trockeneis“. Dieser Name rührt daher, dass der Stoff bei Normaldruck unter Umgehung der flüssigen Phase sofort in ein Gas übergeht. Flüssiges Kohlendioxid entsteht bei einem Druck knapp über 0,6 MPa und bei Raumtemperatur.

Chemische Eigenschaften

Bei Wechselwirkung mit starken Oxidationsmitteln zeigt 4-Kohlendioxid oxidierende Eigenschaften. Die typische Reaktion dieser Interaktion ist:

C + CO 2 = 2CO.

So wird Kohlendioxid mit Hilfe von Kohle zu seiner zweiwertigen Modifikation – Kohlenmonoxid – reduziert.

Unter normalen Bedingungen ist Kohlendioxid inert. Einige aktive Metalle können jedoch darin verbrennen, der Verbindung Sauerstoff entziehen und Kohlenstoffgas freisetzen. Eine typische Reaktion ist die Verbrennung von Magnesium:

2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

Bei der Reaktion entstehen Magnesiumoxid und freier Kohlenstoff.

In chemischen Verbindungen weist CO 2 häufig die Eigenschaften eines typischen Säureoxids auf. Es reagiert beispielsweise mit Basen und basischen Oxiden. Das Ergebnis der Reaktion sind Kohlensäuresalze.

Beispielsweise kann die Reaktion einer Verbindung von Natriumoxid mit Kohlendioxid wie folgt dargestellt werden:

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3;

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O;

NaOH + CO 2 = NaHCO 3.

Kohlensäure und CO 2 -Lösung

Kohlendioxid in Wasser bildet eine Lösung mit geringem Dissoziationsgrad. Diese Kohlendioxidlösung wird Kohlensäure genannt. Es ist farblos, schwach ausgeprägt und hat einen säuerlichen Geschmack.

Aufzeichnen einer chemischen Reaktion:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Das Gleichgewicht verschiebt sich recht stark nach links – nur etwa 1 % des anfänglichen Kohlendioxids wird in Kohlensäure umgewandelt. Je höher die Temperatur, desto weniger Kohlensäuremoleküle sind in der Lösung enthalten. Wenn die Verbindung kocht, verschwindet sie vollständig und die Lösung zerfällt in Kohlendioxid und Wasser. Die Strukturformel der Kohlensäure ist unten dargestellt.

Eigenschaften von Kohlensäure

Kohlensäure ist sehr schwach. In Lösungen zerfällt es in Wasserstoffionen H + und Verbindungen HCO 3 -. CO 3 - Ionen werden in sehr geringen Mengen gebildet.

Kohlensäure ist zweibasisch, daher können die von ihr gebildeten Salze mittel- und sauer sein. In der russischen chemischen Tradition werden mittlere Salze Carbonate und starke Salze Bicarbonate genannt.

Qualitative Reaktion

Eine Möglichkeit, Kohlendioxidgas nachzuweisen, besteht darin, die Klarheit des Kalkmörtels zu verändern.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Diese Erfahrung kennt man aus einem Schulchemiekurs. Zu Beginn der Reaktion bildet sich eine kleine Menge weißer Niederschlag, der anschließend verschwindet, wenn Kohlendioxid durch Wasser geleitet wird. Die Änderung der Transparenz erfolgt, weil während des Wechselwirkungsprozesses eine unlösliche Verbindung – Calciumcarbonat – in eine lösliche Substanz – Calciumbicarbonat – umgewandelt wird. Die Reaktion verläuft auf diesem Weg:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.

Produktion von Kohlendioxid

Wenn Sie eine kleine Menge CO2 benötigen, können Sie die Reaktion von Salzsäure mit Calciumcarbonat (Marmor) starten. Die chemische Notation für diese Wechselwirkung sieht folgendermaßen aus:

CaCO 3 + HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.

Auch hierfür werden Verbrennungsreaktionen kohlenstoffhaltiger Stoffe, beispielsweise Acetylen, genutzt:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.

Zur Sammlung und Speicherung des entstehenden gasförmigen Stoffes dient ein Kipp-Apparat.

Für den Bedarf von Industrie und Landwirtschaft muss die Kohlendioxidproduktion groß sein. Eine beliebte Methode für diese groß angelegte Reaktion ist das Verbrennen von Kalkstein, wodurch Kohlendioxid entsteht. Die Reaktionsformel ist unten angegeben:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Anwendungen von Kohlendioxid

Die Lebensmittelindustrie stellte nach der großtechnischen Produktion von „Trockeneis“ auf eine grundlegend neue Art der Lebensmittellagerung um. Es ist unverzichtbar bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken und Mineralwasser. Der CO 2 -Gehalt verleiht Getränken Frische und verlängert ihre Haltbarkeit deutlich. Durch die Karbidisierung von Mineralwässern können Sie Muffigkeit und unangenehmen Geschmack vermeiden.

Beim Kochen wird häufig die Methode des Löschens von Zitronensäure mit Essig verwendet. Das dabei freigesetzte Kohlendioxid verleiht Süßwaren Flauschigkeit und Leichtigkeit.

Diese Verbindung wird häufig als Lebensmittelzusatzstoff verwendet, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern. Nach internationalen Standards für die Klassifizierung von in Produkten enthaltenen chemischen Zusatzstoffen wird es mit E 290 codiert.

Pulverförmiges Kohlendioxid ist einer der beliebtesten Stoffe in Feuerlöschmischungen. Dieser Stoff kommt auch im Feuerlöschschaum vor.

Der Transport und die Lagerung von Kohlendioxid erfolgt am besten in Metallflaschen. Bei Temperaturen über 31⁰C kann der Druck in der Flasche einen kritischen Wert erreichen und flüssiges CO 2 geht in einen überkritischen Zustand über, wobei der Betriebsdruck stark auf 7,35 MPa ansteigt. Der Metallzylinder hält einem Innendruck von bis zu 22 MPa stand, sodass der Druckbereich bei Temperaturen über dreißig Grad als sicher gilt.

Kohlendioxid oder Kohlendioxid oder CO 2 ist einer der am häufigsten vorkommenden gasförmigen Stoffe auf der Erde. Es umgibt uns unser ganzes Leben lang. Kohlendioxid ist farb-, geschmacks- und geruchlos und für den Menschen in keiner Weise spürbar.

Es ist ein wichtiger Teilnehmer am Stoffwechsel lebender Organismen. Das Gas selbst ist nicht giftig, unterstützt aber nicht die Atmung, so dass eine Überschreitung seiner Konzentration zu einer Verschlechterung der Sauerstoffversorgung des Körpergewebes und zum Ersticken führt. Kohlendioxid wird im Alltag und in der Industrie häufig verwendet.

Was ist Kohlendioxid?

Bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur liegt Kohlendioxid in gasförmigem Zustand vor. Dies ist die häufigste Form, in der es an den Prozessen der Atmung, Photosynthese und des Stoffwechsels lebender Organismen beteiligt ist.

Beim Abkühlen auf -78 °C kristallisiert es unter Umgehung der flüssigen Phase und bildet das sogenannte „Trockeneis“, das als sicheres Kältemittel in der Lebensmittel- und Chemieindustrie sowie im Straßenhandel und im Kühltransport weit verbreitet ist.

Unter besonderen Bedingungen – einem Druck von mehreren zehn Atmosphären – geht Kohlendioxid in einen flüssigen Aggregatzustand über. Dies geschieht auf dem Meeresboden in einer Tiefe von über 600 m.

Eigenschaften von Kohlendioxid

Im 17. Jahrhundert entdeckte Jean-Baptiste Van Helmont aus Flandern Kohlendioxid und bestimmte seine Formel. Eine detaillierte Studie und Beschreibung erfolgte ein Jahrhundert später durch den Schotten Joseph Black. Er untersuchte die Eigenschaften von Kohlendioxid und führte eine Reihe von Experimenten durch, in denen er bewies, dass es bei der Atmung von Tieren freigesetzt wird.

Das Stoffmolekül enthält ein Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatome. Die chemische Formel von Kohlendioxid wird als CO 2 geschrieben

Unter normalen Bedingungen hat es keinen Geschmack, keine Farbe oder keinen Geruch. Erst wenn man eine große Menge davon einatmet, verspürt man einen sauren Geschmack. Es wird durch Kohlensäure hergestellt, die in kleinen Dosen entsteht, wenn Kohlendioxid im Speichel gelöst wird. Diese Funktion wird für die Zubereitung von kohlensäurehaltigen Getränken verwendet. Blasen in Champagner, Prosecco, Bier und Limonade sind Kohlendioxid, das durch natürliche Fermentationsprozesse entsteht oder dem Getränk künstlich zugesetzt wird.

Kohlendioxid ist dichter als Luft und sammelt sich daher bei fehlender Belüftung unten an. Es unterstützt keine oxidativen Prozesse wie Atmung und Verbrennung.

Daher wird in Feuerlöschern Kohlendioxid verwendet. Diese Eigenschaft von Kohlendioxid wird anhand eines Tricks veranschaulicht: Eine brennende Kerze wird in ein „leeres“ Glas gesenkt, wo sie erlischt. In Wirklichkeit ist das Glas mit CO 2 gefüllt.

Kohlendioxid in der Natur natürliche Quellen

Zu diesen Quellen zählen oxidative Prozesse unterschiedlicher Intensität:

• Atmung lebender Organismen. Aus dem Schulkurs in Chemie und Botanik erinnert sich jeder daran, dass Pflanzen bei der Photosynthese Kohlendioxid aufnehmen und Sauerstoff freisetzen. Aber nicht jeder erinnert sich daran, dass dies nur tagsüber bei ausreichender Beleuchtung geschieht. Im Dunkeln hingegen nehmen Pflanzen Sauerstoff auf und geben Kohlendioxid ab. Daher kann der Versuch, die Luftqualität in einem Raum zu verbessern, indem man ihn in ein Dickicht aus Ficus und Geranien verwandelt, ein grausamer Scherz sein.
• Eruptionen und andere vulkanische Aktivitäten. CO 2 wird zusammen mit vulkanischen Gasen aus den Tiefen des Erdmantels ausgestoßen. In den Tälern in der Nähe der Eruptionsquellen gibt es so viel Gas, dass es, wenn es sich im Tiefland ansammelt, zum Ersticken von Tieren und sogar Menschen führt. In Afrika sind mehrere Fälle bekannt, in denen ganze Dörfer erstickt wurden.
• Verbrennung und Verrottung organischer Stoffe. Verbrennung und Verrottung sind die gleichen Oxidationsreaktionen, die jedoch unterschiedlich schnell ablaufen. Kohlenstoffreiches verrottendes organisches Material von Pflanzen und Tieren, Waldbrände und schwelende Torfmoore sind alles Quellen von Kohlendioxid.
• Der größte natürliche CO 2 -Speicher ist das Wasser der Weltmeere, in dem es gelöst ist.

Im Laufe der Millionen Jahre der Entwicklung des kohlenstoffbasierten Lebens auf der Erde haben sich in verschiedenen Quellen viele Milliarden Tonnen Kohlendioxid angesammelt. Seine sofortige Freisetzung in die Atmosphäre wird aufgrund der Unmöglichkeit des Atmens zum Tod allen Lebens auf dem Planeten führen. Es ist gut, dass die Wahrscheinlichkeit einer solchen einmaligen Veröffentlichung gegen Null geht.

UND künstliche Kohlendioxidquellen

Auch durch menschliche Aktivitäten gelangt Kohlendioxid in die Atmosphäre. Als aktivste Quellen unserer Zeit gelten:

• Industrieemissionen, die bei der Brennstoffverbrennung in Kraftwerken und technologischen Anlagen entstehen
• Abgase von Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen: Autos, Zügen, Flugzeugen und Schiffen.
• Landwirtschaftliche Abfälle – verrottender Mist in großen Tierhaltungsanlagen

Neben direkten Emissionen gibt es auch einen indirekten menschlichen Einfluss auf den CO 2 -Gehalt in der Atmosphäre. Dabei handelt es sich um eine massive Abholzung der Wälder in den tropischen und subtropischen Zonen, vor allem im Amazonasbecken.

Obwohl die Erdatmosphäre weniger als ein Prozent Kohlendioxid enthält, hat sie einen zunehmenden Einfluss auf Klima und Naturphänomene. Kohlendioxid trägt zum sogenannten Treibhauseffekt bei, indem es die Wärmestrahlung des Planeten absorbiert und diese Wärme in der Atmosphäre speichert. Dies führt zu einem allmählichen, aber sehr bedrohlichen Anstieg der durchschnittlichen Jahrestemperatur des Planeten, zum Abschmelzen von Berggletschern und Polkappen, zu einem Anstieg des Meeresspiegels, zu Überschwemmungen in Küstenregionen und zu einer Verschlechterung des Klimas in Ländern fernab des Meeres.

Bezeichnend ist, dass es vor dem Hintergrund der allgemeinen Erwärmung auf dem Planeten zu einer erheblichen Umverteilung der Luftmassen und Meeresströmungen kommt und in einigen Regionen die durchschnittliche Jahrestemperatur nicht ansteigt, sondern abnimmt. Dies ist ein Trumpf für Kritiker der Theorie der globalen Erwärmung, die ihren Anhängern vorwerfen, Fakten zu fälschen und die öffentliche Meinung zugunsten bestimmter politischer Einflusszentren sowie finanzieller und wirtschaftlicher Interessen zu manipulieren.

Die Menschheit versucht, die Kontrolle über den Kohlendioxidgehalt in der Luft zu erlangen; die Protokolle von Kyoto und Paris wurden unterzeichnet, die den Volkswirtschaften bestimmte Verpflichtungen auferlegen. Darüber hinaus haben viele führende Automobilhersteller angekündigt, bis 2020–25 Modelle mit Verbrennungsmotoren aus dem Verkehr zu ziehen und auf Hybrid- und Elektrofahrzeuge umzusteigen. Einige der führenden Volkswirtschaften der Welt, wie China und die Vereinigten Staaten, haben es jedoch nicht eilig, alte Verpflichtungen zu erfüllen und neue Verpflichtungen einzugehen, und verweisen auf eine Bedrohung des Lebensstandards in ihren Ländern.

Kohlendioxid und wir: Warum CO 2 gefährlich ist

Kohlendioxid ist eines der Stoffwechselprodukte im menschlichen Körper. Es spielt eine große Rolle bei der Steuerung der Atmung und der Blutversorgung der Organe. Ein Anstieg des CO 2 -Gehalts im Blut führt dazu, dass sich die Blutgefäße erweitern und so mehr Sauerstoff zu Geweben und Organen transportieren können. Ebenso wird das Atmungssystem gezwungen, aktiver zu werden, wenn die Kohlendioxidkonzentration im Körper steigt. Diese Eigenschaft wird in Beatmungsgeräten genutzt, um die eigenen Atmungsorgane des Patienten zu höherer Aktivität anzuregen.

Zusätzlich zu den genannten Vorteilen kann eine Überschreitung der CO 2 -Konzentration auch zu Schäden für den Körper führen. Erhöhte Werte in der eingeatmeten Luft führen zu Übelkeit, Kopfschmerzen, Erstickungsgefahr und sogar Bewusstlosigkeit. Der Körper protestiert gegen Kohlendioxid und sendet Signale an den Menschen. Bei weiterer Konzentrationssteigerung kommt es zu Sauerstoffmangel oder Hypoxie. Co 2 verhindert, dass sich Sauerstoff mit Hämoglobinmolekülen verbindet, die gebundene Gase durch das Kreislaufsystem transportieren. Sauerstoffmangel führt zu verminderter Leistungsfähigkeit, geschwächten Reaktionen und der Fähigkeit, die Situation zu analysieren und Entscheidungen zu treffen, Apathie und kann zum Tod führen.

Solche Konzentrationen von Kohlendioxid sind leider nicht nur in beengten Bergwerken, sondern auch in schlecht belüfteten Schulklassen, Konzertsälen, Büroräumen und Fahrzeugen erreichbar – überall dort, wo sich eine große Anzahl von Menschen auf engstem Raum ohne ausreichenden Luftaustausch mit den Menschen ansammelt Umfeld.

Hauptanwendung

CO 2 wird in der Industrie und im Alltag häufig eingesetzt – in Feuerlöschern und zur Herstellung von Soda, zum Kühlen von Produkten und zur Schaffung einer inerten Umgebung beim Schweißen.

Der Einsatz von Kohlendioxid wird in folgenden Branchen festgestellt:

• zum Reinigen von Oberflächen mit Trockeneis.

Arzneimittel

• zur chemischen Synthese von Arzneimittelkomponenten;
• Schaffung einer inerten Atmosphäre;
• Normalisierung des pH-Index von Produktionsabfällen.

Nahrungsmittelindustrie

• Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken;
• Verpacken von Lebensmitteln in einer inerten Atmosphäre, um die Haltbarkeit zu verlängern;
• Entkoffeinierung von Kaffeebohnen;
• Einfrieren oder Kühlen von Lebensmitteln.

Medizin, Tests und Ökologie

• Schaffung einer Schutzatmosphäre bei Bauchoperationen.
• Aufnahme in Atemwegsmischungen als Atemstimulans.
• Bei chromatographischen Analysen.
• Aufrechterhaltung des pH-Wertes in flüssigen Industrieabfällen.

Elektronik

• Kühlung elektronischer Komponenten und Geräte bei der Temperaturbeständigkeitsprüfung.
• Abrasive Reinigung in der Mikroelektronik (in der festen Phase).
• Reinigungsmittel bei der Herstellung von Siliziumkristallen.

Chemieindustrie

Wird häufig in der chemischen Synthese als Reagens und als Temperaturregler in einem Reaktor verwendet. CO 2 eignet sich hervorragend zur Desinfektion von flüssigen Abfällen mit niedrigem pH-Wert.

Es wird auch zum Trocknen von Polymersubstanzen, pflanzlichen oder tierischen Fasermaterialien in der Zellstoffproduktion verwendet, um den pH-Wert sowohl der Komponenten des Hauptprozesses als auch seiner Abfälle zu normalisieren.

Metallurgische Industrie

In der Metallurgie dient CO 2 vor allem der Ökologie, indem es die Natur vor schädlichen Emissionen schützt, indem es diese neutralisiert:

• In der Eisenmetallurgie – zur Neutralisierung von Schmelzgasen und zur Bodenvermischung der Schmelze.
• In der Nichteisenmetallurgie bei der Herstellung von Blei, Kupfer, Nickel und Zink – zur Neutralisierung von Gasen beim Transport einer Pfanne mit Schmelze oder heißen Barren.
• Als Reduktionsmittel bei der Organisation der Zirkulation saurer Grubenwässer.

Kohlendioxidschweißen

Eine Art Unterpulverschweißen ist das Schweißen in einer Kohlendioxidumgebung. Schweißvorgänge mit Kohlendioxid werden mit einer abschmelzenden Elektrode durchgeführt und sind bei Installationsarbeiten, der Beseitigung von Mängeln und der Reparatur dünnwandiger Teile üblich.

Kohlendioxid CO 2(Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlensäureanhydrid) kann je nach Druck und Temperatur in gasförmigem, flüssigem oder festem Zustand vorliegen.

Im gasförmigen Zustand ist Kohlendioxid ein farbloses Gas mit leicht säuerlichem Geschmack und Geruch. Die Erdatmosphäre enthält etwa 0,04 % Kohlendioxid. Unter normalen Bedingungen beträgt seine Dichte 1,98 g/l – etwa das 1,5-fache der Dichte von Luft.

Diagramm. Phasengleichgewicht von Kohlendioxid

Flüssiges Kohlendioxid (Kohlendioxid) ist eine farblose, geruchlose Flüssigkeit. Bei Raumtemperatur existiert es nur bei Drücken über 5850 kPa. Die Dichte von flüssigem Kohlendioxid hängt stark von der Temperatur ab. Beispielsweise ist flüssiges Kohlendioxid bei Temperaturen unter +11 °C schwerer als Wasser, bei Temperaturen über +11 °C ist es leichter. Durch die Verdampfung von 1 kg flüssigem Kohlendioxid entstehen unter normalen Bedingungen etwa 509 Liter Gas.

Bei einer Temperatur von etwa -56,6 °C und einem Druck von etwa 519 kPa verwandelt sich flüssiges Kohlendioxid in einen Feststoff – "Trockeneis".

In der Industrie gibt es drei gängigste Methoden zur Herstellung von Kohlendioxid:

• aus Abgasen der chemischen Produktion, vor allem synthetisches Ammoniak und Methanol; das Abgas enthält etwa 90 % Kohlendioxid;
• aus Rauchgasen industrieller Kesselhäuser, die Erdgas, Kohle und andere Brennstoffe verbrennen; Rauchgas enthält 12-20 % Kohlendioxid;
• aus Abgasen, die bei der Gärung bei der Herstellung von Bier, Alkohol und beim Abbau von Fetten entstehen; Das Abgas besteht nahezu aus reinem Kohlendioxid.

Gemäß GOST 8050-85 wird gasförmiges und flüssiges Kohlendioxid in drei Arten geliefert: Premium, erste und zweite Klasse. Zum Schweißen wird empfohlen, Kohlendioxid der höchsten und ersten Güteklasse zu verwenden. Die Verwendung von Kohlendioxid zweiter Klasse zum Schweißen ist erlaubt, das Vorhandensein von Gastrocknern ist jedoch wünschenswert. Der zulässige Gehalt an Kohlendioxid und einigen Verunreinigungen in verschiedenen Kohlendioxidmarken ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Tisch. Eigenschaften von Kohlendioxidmarken

Sicherheitsvorkehrungen beim Umgang mit Kohlendioxid:

• Kohlendioxid ist weder giftig noch explosiv, jedoch sinkt bei einer Konzentration in der Luft über 5 % (92 g/m3) der Sauerstoffanteil, was zu Sauerstoffmangel und Erstickung führen kann. Daher sollten Sie sich vor einer Ansammlung in schlecht belüfteten Bereichen in Acht nehmen. Zur Erfassung der Kohlendioxidkonzentration in der Luft von Industrieanlagen werden Gasanalysatoren eingesetzt – stationäre automatische oder tragbare.
• Sinkt der Druck auf Atmosphärendruck, verwandelt sich flüssiges Kohlendioxid in Gas und Schnee mit einer Temperatur von -78,5 °C und kann zu Schäden an der Augenschleimhaut und Erfrierungen der Haut führen. Daher ist bei der Entnahme von Proben von flüssigem Kohlendioxid das Tragen einer Schutzbrille und von Handschuhen erforderlich.
• Die Inspektion des Innenbehälters eines zuvor genutzten Tanks zur Lagerung und zum Transport von flüssigem Kohlendioxid muss mit einer Schlauchgasmaske durchgeführt werden. Der Tank muss auf Umgebungstemperatur erwärmt werden und der Innenbehälter muss mit Luft gespült oder belüftet werden. Die Gasmaske darf nicht verwendet werden, bis der Volumenanteil an Kohlendioxid im Gerät unter 0,5 % sinkt.

Verwendung von Kohlendioxid beim Schweißen

Kohlendioxid wird als aktives Schutzgas verwendet Lichtbogenschweißen(normalerweise beim halbautomatischen Schweißen) mit einer abschmelzenden Elektrode (Draht), auch als Teil eines Gasgemisches (mit Sauerstoff, Argon).

Schweißstationen können auf folgende Weise mit Kohlendioxid versorgt werden:

• direkt von einer autonomen Kohlendioxid-Produktionsstation;
• aus einem stationären Lagerbehälter – mit erheblichem Kohlendioxidverbrauch und das Unternehmen verfügt nicht über eine eigene autonome Station;
• aus dem Transport-Kohlendioxidtank – mit geringerem Kohlendioxidverbrauch;
• aus Flaschen - wenn die Menge an verbrauchtem Kohlendioxid unbedeutend ist oder es unmöglich ist, Rohrleitungen zur Schweißstation zu verlegen.

Eine autonome Kohlendioxid-Produktionsstation ist eine separate Fachwerkstatt eines Unternehmens, die Kohlendioxid für den Eigenbedarf und zur Lieferung an andere Organisationen produziert. Kohlendioxid wird den Schweißstationen über in Schweißwerkstätten verlegte Gasleitungen zugeführt.

Bei großen Kohlendioxidverbrauchsmengen und wenn das Unternehmen nicht über eine autonome Station verfügt, wird Kohlendioxid in stationären Lagerbehältern gelagert, in die es aus Transporttanks gelangt (siehe Abbildung unten).

Zeichnung. Schema zur Versorgung von Schweißstationen mit Kohlendioxid aus einem stationären Vorratsbehälter

Bei kleineren Verbrauchsmengen kann Kohlendioxid über Rohrleitungen direkt aus dem Transporttank zugeführt werden. Die Eigenschaften einiger stationärer und Transportbehälter sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Tisch. Eigenschaften von Behältern zur Lagerung und zum Transport von Kohlendioxid (Kohlendioxid)

Wenn der Kohlendioxidverbrauch gering ist oder die Verlegung von Rohrleitungen zu den Schweißstationen nicht möglich ist, werden Flaschen zur Kohlendioxidversorgung eingesetzt. Eine handelsübliche schwarze Flasche mit einem Fassungsvermögen von 40 Litern ist mit 25 kg flüssigem Kohlendioxid gefüllt, das üblicherweise bei einem Druck von 5-6 MPa gelagert wird. Durch die Verdampfung von 25 kg flüssigem Kohlendioxid entstehen etwa 12.600 Liter Gas. Das Diagramm zur Speicherung von Kohlendioxid in einer Flasche ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Zeichnung. Schema der Speicherung von Kohlendioxid (Kohlendioxid) in einer Flasche

Um Gas aus einer Flasche zu entnehmen, muss diese mit einem Reduzierstück, einer Gasheizung und einem Gastrockner ausgestattet sein. Wenn Kohlendioxid durch seine Expansion den Zylinder verlässt, kommt es zu einer adiabatischen Abkühlung des Gases. Bei hohen Gasdurchflussraten (mehr als 18 l/min) kann es zum Einfrieren des im Gas enthaltenen Wasserdampfes und zur Verstopfung des Reduzierers kommen. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, zwischen Reduzierstück und Flaschenventil eine Gasheizung zu platzieren. Während das Gas durch die Spule strömt, wird es durch ein elektrisches Heizelement erhitzt, das an ein 24- oder 36-V-Netz angeschlossen ist.

Um dem Kohlendioxid Feuchtigkeit zu entziehen, wird ein Gastrockner eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein Gehäuse, das mit einem Material (meist Kieselgel, Kupfersulfat oder Aluminiumgel) gefüllt ist, das Feuchtigkeit gut aufnimmt. Trockner gibt es als Hochdrucktrockner, die vor dem Reduzierer installiert werden, und als Niederdrucktrockner, die nach dem Reduzierer installiert werden.