Углекислый газ образуется: Углекислый газ (диоксид углерода) – Актуальные публикации на сайте компании «НИИ КМ»
alexxlab | 14.06.2023 | 0 | Разное
Углекислый газ (диоксид углерода) – Актуальные публикации на сайте компании «НИИ КМ»
Он не пригоден для поддержания жизни. Однако именно им «питаются» растения, превращая его в органические вещества. К тому же он является своеобразным «одеялом» Земли. Если этот газ вдруг исчезнет из атмосферы, на Земле станет гораздо прохладнее, а дожди практически исчезнут.
«Одеяло Земли»
Углекислый газ (двуокись углерода, диоксид углерода, CO2) формируется при соединении двух элементов: углерода и кислорода. Он образуется в процессе сжигания угля или углеводородных соединений, при ферментации жидкостей, а также как продукт дыхания людей и животных. В небольших количествах он содержится и в атмосфере, откуда он ассимилируется растениями, которые, в свою очередь, производят кислород.
Углекислый газ бесцветен и тяжелее воздуха. Замерзает при температуре −78.5°C с образованием снега, состоящего из двуокиси углерода. В виде водного раствора он образует угольную кислоту, однако она не обладает достаточной стабильностью для того, чтобы ее можно было легко изолировать.
Углекислый газ — это «одеяло» Земли. Он легко пропускает ультрафиолетовые лучи, которые обогревают нашу планету, и отражает инфракрасные, излучаемые с ее поверхности в космическое пространство. И если вдруг углекислый газ исчезнет из атмосферы, то это в первую очередь скажется на климате. На Земле станет гораздо прохладнее, дожди будут выпадать очень редко. К чему это в конце концов приведет, догадаться нетрудно.
Правда, такая катастрофа нам пока еще не грозит. Скорее даже, наоборот. Сжигание органических веществ: нефти, угля, природного газа, древесины – постепенно увеличивает содержание углекислого газа в атмосфере. Значит, со временем надо ждать значительного потепления и увлажнения земного климата. Кстати, старожилы считают, что уже сейчас заметно теплее, чем было во времена их молодости…
Двуокись углерода выпускается жидкая низкотемпературная, жидкая высокого давления и газообразная. Ее получают из отбросных газов производств аммиака, спиртов, а также на базе специального сжигания топлива и других производств. Газообразная двуокись углерода – газ без цвета и запаха при температуре 20°С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), плотность – 1,839 кг/м3. Жидкая двуокись углерода – просто бесцветная жидкость без запаха.
Углекислый газ нетоксичен и невзрывоопасен. При концентрациях более 5% (92 г/м3) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека — она тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья.
Получение двуокиси углерода
В промышленности углекислый газ получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве газ закачивается в баллоны.
В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.
«Сухой лед» и прочие полезные свойства диоксида углерода
В повседневной практике углекислый газ используется достаточно широко. Например, газированная вода с добавками ароматных эссенций – прекрасный освежающий напиток. В пищевой промышленности диоксид углерода используется и как консервант — он обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.
Углекислотными огнетушителями пользуются при пожарах. Биохимики нашли, что удобрение… воздуха углекислым газом весьма эффективное средство для увеличения урожайности различных культур. Пожалуй, такое удобрение имеет единственный, но существенный недостаток: применять его можно только в оранжереях. На заводах, производящих диоксид углерода, сжиженный газ расфасовывают в стальные баллоны и отправляют потребителям. Если открыть вентиль, то из отверстия с шипением вырывается… снег. Что за чудо?
Все объясняется просто. Работа, затраченная на сжатие газа, оказывается значительно меньше той, которая требуется на его расширение. И чтобы как-то компенсировать возникающий дефицит, углекислый газ резко охлаждается, превращаясь в «сухой лед». Он широко используется для сохранения пищевых продуктов и перед обычным льдом имеет значительные преимущества: во-первых, «хладопроизводительность» его вдвое выше на единицу веса; во-вторых, он испаряется без остатка.
Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой, так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород, который, в свою очередь, и входит во взаимодействие с жидким металлом, окисляя его.
Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.
Углекислый газ – применение – сайт АО «ГРАСИС»
Запрос на оборудование
Углекислый газ формируется при соединении двух элементов: углерода и кислорода. Он образуется в процессе сжигания угля или углеводородных соединений, при ферментации жидкостей, а также как продукт дыхания людей и животных. В небольших количествах он содержится и в атмосфере, откуда он ассимилируется растениями, которые в свою очередь производят кислород. Углекислый газ бесцветен и тяжелее воздуха. Он не пригоден для поддержания жизни. Углекислый газ замерзает при температуре −78,5 °C с образованием снега, состоящего из двуокиси углерода. В виде водного раствора он образует угольную кислоту, однако она не обладает достаточной стабильностью для того, чтобы ее можно было легко изолировать.
Диоксид углерода | |
---|---|
| |
Другие названия | углекислый газ, двуокись углерода, сухой лёд(твердый) |
Формула | |
Молярная масса | 44,0095(14) г/моль |
В твердом виде | сухой лёд |
Вид | бесцветный газ |
Номер CAS | [124-38-9] |
Свойства | |
Плотность и фазовое состояние | 1,9769 кг/м3, при н.![]() 771 кг/м3, жидкий; 1512 кг/м3, твёрдый |
Растворимость в воде | 1,45 кг/м3 |
Удельная теплоемкость | 0,846 кДж/(кг*С) при 27 °C |
Удельная теплота плавления | 25,13 кДж/моль |
Точка плавления | −57 °C (216 K), под давлением |
Точка кипения | −78 °C (195 K), возгоняется |
Константа диссоциации кислоты (pKa) | 6,35 и 10,33 |
Вязкость | 0,07 пз при −78 °C |
Строение | |
Форма молекулы | линейная |
Кристаллическая решётка | молекулярная |
Дипольный момент | ноль |
Техника безопасности | |
MSDS | External MSDS |
Главные опасности | удушающее, раздражающее |
NFPA 704 | |
R-phrases | R: As, Fb [источник не указан 830 дней] |
S-phrases | S9, S23, S36 (ж) |
RTECS number | FF6400000 |
Страница дополнительных сведений | |
Структура и свойства | n, εr, и т.![]() |
Спектр | УФ, ИК, ЯМР, Масс-спектроскопия |
Родственные соединения | |
Оксиды | CO C3O2 C2O CO3 |
Если не указано иное, данные даны для материалов при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа) Infobox disclaimer and references |
Химическая отрасль
Углекислый газ используется при производстве синтетических химических веществ и регулировании реакторных температур.
CO2 также служит для нейтрализации щелочных сточных вод. В закритических условиях диоксид углерода используется в процессах очистки или осушки полимеров, волокон животного или растительного происхождения.
Фармацевтика
Углекислый газ используется для создания инертной среды, синтеза химических веществ, сверхкритической флюидной экстракции (SFE), подкисления (pH) сточных вод или продукта при их низкотемпературной транспортировке (−78 °C или −108 °F).
Пищевая отрасль
В пищевой отрасли выделяются следующие основные направления применения CO
2- Насыщение углекислотой шипучих напитков, в том числе безалкогольных напитков, минеральной воды и пива.
- Упаковка пищевых продуктов — инертные и бактерицидные свойства газа успешно используются в азотных смесях (упаковка в модифицированной атмосфере) для увеличения срока хранения многих продуктов питания (§ ALIGAL™).
- Процессы охлаждения или заморозки (в виде криогенной жидкости) и контроль температуры при распределении пищевых продуктов (в виде сухого льда).
- Удаление кофеина из кофе с использованием диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.
Медицина
При проведении операций на искусственных органах углекислый газ служит для создания атмосферных условий, близких к физиологическим.
В качестве одного из компонентов кислородной или воздушной смеси углекислый газ служит стимулятором глубокого дыхания. Другим его применением является хирургическая дилатация при интраабдоминальных инсуффляциях.
Металлургическая отрасль
Наиболее популярным применением углекислого газа в металлургии является защита окружающей среды
- CO2 применяется для осаждения бурого дыма в процессах завалки лома и закачки углерода, для сокращения объема поглощения азота в процессе вскрытия электродуговых печей, а также для донного перемешивания.
- Отрасль переработки цветных металлов использует углекислый газ для осаждения дыма в процессе ковшовой транспортировки штейна (производство Cu/Ni) или слитков (производство Zn/Pb).
- Небольшое количество жидкого диоксида углерода может использоваться при рециркуляции воды в процессе отвода кислотных шахтных вод.
- Лазеры, использующие CO2, хорошо известны еще и как потребители некоторых специальных марок диоксида углерода (§ LASAL™).
Лабораторные исследования и анализ
Диоксид углерода в сверхкритическом состоянии представляет собой подвижную фазу, используемую как в процессе хроматографического анализа, так и в процессах экстрагирования.
Целлюлозно-бумажная отрасль
После щелочной отбелки древесной массы или целлюлозы диоксид углерода позволяет с высокой точностью регулировать уровень pH в переработанном сырье.
CO2 может использоваться в процессах нейтрализации талового масла и в целях повышения производительности бумагоделательных машин.
Электроника
Диоксид углерода стандартно применяется для обработки сточных вод, а в качестве охладителя он используется при испытании электронных приборов на воздействие окружающей среды.
Помимо этого диоксид углерода позволяет повышать проводимость сверхчистой воды, а в виде снега используется для абразивной очистки деталей или удаления осадков на кристаллических пластинах.
Дополнительно диоксид углерода может использоваться в качестве экологически чистой сверхкритической жидкости для удаления фототвердеющих материалов из кристаллических пластин без применения органических растворителей.
Охрана окружающей среды
Добавление диоксида углерода позволяет поддерживать необходимый уровень pH в жидких стоках. В качестве регулятора рН он является прекрасной альтернативой серной кислоте.
Углекислый газ | Определение, формула, использование и факты
фотосинтез
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Джозеф Блэк Ян Баптиста ван Гельмонт Джерард Питер Койпер
- Похожие темы:
- парниковый газ углеродный след Кривая килинга углеродная компенсация углеродный налог
Просмотреть весь связанный контент →
21 апреля 2023 г., 14:23 по восточноевропейскому времени (AP)
Исправление: статья Ocean-Removing Carbon
упоминается в UCLA Institute for Carbon Management как UCLA Institute of Carbon Management. уровни в атмосфере в прошлом году снова сыграли большую роль в общем увеличении выбросов парниковых газов, вызывающих изменение климата
двуокись углерода , (CO 2 ), бесцветный газ со слабым резким запахом и кислым вкусом. Это один из наиболее важных парниковых газов, связанных с глобальным потеплением, но он является второстепенным компонентом атмосферы Земли (около 3 объемов на 10 000), образующимся при сгорании углеродосодержащих материалов, ферментации и дыхании животных. растениями в фотосинтезе углеводов. Присутствие газа в атмосфере не позволяет части лучистой энергии, полученной Землей, возвращаться в космос, вызывая так называемый парниковый эффект. В промышленности его извлекают для самых разных целей из дымовых газов, в качестве побочного продукта при получении водорода для синтеза аммиака, из печей для обжига извести и из других источников.
Углекислый газ был признан газом, отличным от других, в начале 17 века бельгийским химиком Яном Баптиста ван Гельмонтом, который наблюдал его как продукт как брожения, так и сгорания. Он сжижается при сжатии до 75 кг на квадратный сантиметр (1071 фунт на квадратный дюйм) при 31 ° C (87,4 ° F) или до 16–24 кг на квадратный сантиметр (230–345 фунтов на квадратный дюйм) при температуре от -23 до – 12 ° C (от -10 до 10 ° F). К середине 20 века большая часть углекислого газа продавалась в жидком виде. Если дать жидкости расшириться до атмосферного давления, она охлаждается и частично замерзает до твердого вещества, похожего на снег, называемого сухим льдом, которое возгоняется (переходит непосредственно в пар, не плавясь) при температуре -78,5 °C (-109°C)..3 °F) при давлении нормальной атмосферы.
Викторина “Британника”
Атмосфера: правда или вымысел?
При обычных температурах углекислый газ практически не реагирует; выше 1700 ° C (3100 ° F) он частично разлагается на окись углерода и кислород. Водород или углерод также превращают его в монооксид углерода при высоких температурах. Аммиак реагирует с углекислым газом под давлением с образованием карбамата аммония, а затем мочевины, важного компонента удобрений и пластмасс. Углекислый газ мало растворим в воде (1,79объемы на объем при 0 ° C и атмосферном давлении, большие количества при более высоких давлениях), образуя слабокислый раствор.
Углекислый газ используется в качестве хладагента в огнетушителях, для надувания спасательных плотов и спасательных жилетов, взрывания угля, вспенивания резины и пластика, стимулирования роста растений в теплицах, обездвиживания животных перед забоем и в газированных напитках.
Воспламененный магний продолжает гореть в углекислом газе, но этот газ не поддерживает горение большинства материалов. Длительное воздействие на человека 5-процентной концентрации углекислого газа может привести к потере сознания и смерти.
Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и дополнена Джоном П. Рафферти.
Физиология, задержка углекислого газа – StatPearls
Шивани Патель; Джулия Х. Мяо; Экрем Йетискул; Аня Анохина; Сапан Х. Маймундар.
Информация об авторе и организациях
Последнее обновление: 26 декабря 2022 г.
Введение
В организме человека двуокись углерода образуется внутриклеточно как побочный продукт метаболизма. СО2 транспортируется кровотоком в легкие, где он в конечном итоге удаляется из организма с выдохом. CO2 играет различные роли в организме человека, включая регуляцию pH крови, дыхательную активность и сродство гемоглобина к кислороду (O2). Колебания уровня CO2 строго регулируются и могут вызывать нарушения в организме человека, если не поддерживать нормальный уровень.
Проблемы, вызывающие озабоченность
Задержка CO2 известна как гиперкапния или гиперкарбия. Гиперкапния часто вызывается гиповентиляцией или неспособностью удалить избыток CO2 и может быть диагностирована по газам артериальной или венозной крови. Повышение уровня СО2 в кровотоке может привести к респираторному ацидозу. Нормальный дыхательный драйв и, следовательно, выдыхание СО2 в основном поддерживаются рефлексом хеморецепторов. Рефлекс хеморецепторов важен для того, чтобы организм мог реагировать на изменения рО2, рСО2 и рН.
Центральные хеморецепторы расположены вблизи вентролатеральных поверхностей продолговатого мозга. В то время как периферические хеморецепторы в первую очередь чувствительны к изменениям O2 и CO2, центральные хеморецепторы реагируют на изменения pCO2 и pH. Центральные хеморецепторы способны быстро обнаруживать изменения PCO2. Гематоэнцефалический барьер проницаем для СО2, что позволяет химически чувствительным клеткам в мозговом веществе реагировать на повышение уровня СО2 в крови и последующее снижение рН. Снижение pH спинномозговой жидкости в конечном итоге увеличивает минутную вентиляцию, определяемую произведением частоты дыхания и дыхательного объема.
Сотовый уровень
Клеточное дыхание преобразует поступившие питательные вещества в виде глюкозы (C6h22O6) и кислорода в энергию в виде аденозинтрифосфата (АТФ). CO2 образуется как побочный продукт этой реакции.
О2, необходимый для клеточного дыхания, получают при вдыхании. Образовавшийся CO2 удаляется из организма с выдохом.
Задействованные системы органов
Вместе дыхательная и кровеносная системы играют заметную роль в регуляции CO2. В то время как дыхательная система отвечает за газообмен, система кровообращения отвечает за транспортировку крови и ее компонентов в ткани и из них. Газообмен происходит в легких и тканях. Во время вдоха воздух проходит в альвеолы, основное место газообмена в легких. На альвеолярно-капиллярной границе О2 свободно диффундирует в кровь, а СО2 диффундирует из крови в альвеолярные пространства. Напротив, газообмен в тканях приводит к диффузии СО2, образующегося при дыхании, из тканей в кровь, в то время как О2 удаляется из гемоглобина в эритроцитах для пополнения запасов кислорода в тканях. [6][7]
В долгосрочной перспективе респираторный ацидоз компенсируется задержкой бикарбонатов в почках, что повышает рН до нормальных значений.
Функция
CO2 является регулятором рН крови. В крови СО2 переносится в нескольких различных формах. Приблизительно 80–90 % растворяется в воде, 5–10 % растворяется в плазме и 5–10 % связывается с гемоглобином.
Сопутствующее тестирование
Анализ газов артериальной крови (ABG) необходим для оценки пациентов с подозрением на гиперкапнию. Гиперкапния определяется как PaCO2 выше 42 мм рт. Если PaCO2 больше 45 мм рт. ст., а PaO2 меньше 60 мм рт. ст., говорят о гиперкапнической дыхательной недостаточности.
Патофизиология
В кровотоке растворенный CO2 нейтрализуется бикарбонатно-углекислотной буферной системой, где он образует слабую кислоту, угольную кислоту (h3CO3). h3CO3 может диссоциировать на ион водорода и ион бикарбоната. Эта буферная система позволяет организму поддерживать физиологический рН.[8][9][10][11]
Когда уровни CO2 высоки, происходит сдвиг вправо в упомянутой выше реакции. В результате повышается концентрация ионов Н+ в кровотоке, снижается рН и возникает состояние ацидоза. Напротив, при низком уровне СО2 в реакции происходит сдвиг влево, что приводит к алкалотическому состоянию.
Карбоангидраза катализирует превращение CO2 и воды в H+ и бикарбонат.
Карбоангидраза помогает поддерживать кислотно-щелочной баланс в кровотоке и присутствует в высоких концентрациях в эритроцитах. Когда уровень CO2 в крови начинает расти, организм может реагировать гипервентиляцией или гиповентиляцией соответственно.
CO2, связанный с гемоглобином, образует карбаминосоединение. В условиях, когда концентрации CO2 и H+ высоки, сродство гемоглобина к O2 снижается. Когда концентрация СО2 низкая, сродство гемоглобина к О2 увеличивается. Это известно как эффект Бора. Наоборот, если концентрация О2 высока, увеличивается выброс СО2 из тканей. Это известно как эффект Холдейна.
Клиническое значение
Необходимо тщательно собрать анамнез, чтобы понять любые факторы, которые могут ускорить появление признаков и симптомов гиперкапнии. У пациентов с гиперкапнией могут наблюдаться тахикардия, одышка, гиперемия кожи, спутанность сознания, головные боли и головокружение. Если гиперкапния развивается постепенно с течением времени, симптомы могут быть слабыми или могут отсутствовать совсем. Другие случаи гиперкапнии могут быть более тяжелыми и приводить к дыхательной недостаточности. В этих случаях могут наблюдаться такие симптомы, как судороги, отек диска зрительного нерва, депрессия и мышечные подергивания. Если у пациента с ХОБЛ проявляются признаки и симптомы гиперкапнии, следует немедленно обратиться за медицинской помощью до того, как уровень CO2 достигнет опасного для жизни уровня.[12][13]
Гиперкапнию следует лечить путем устранения ее основной причины. Неинвазивный аппарат ИВЛ с положительным давлением может оказать поддержку пациентам с неадекватным дыхательным приводом. Если неинвазивная вентиляция неэффективна, может быть показана интубация. Бронхолитики также могут быть использованы у пациентов, страдающих обструктивным заболеванием дыхательных путей.
В недавних исследованиях также была показана эффективность использования пищеводного баллона для лечения гиперкапнии у пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом.
Контрольные вопросы
Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.
Комментарий к этой статье.
Ссылки
- 1.
Wong-Riley MT, Liu Q, Gao XP.
Взаимодействие периферических и центральных хеморецепторов и значение критического периода в развитии контроля дыхания. Респир Физиол Нейробиол. 2013 01 января; 185 (1): 156-69. [Бесплатная статья PMC: PMC3467325] [PubMed: 22684042]
- 2.
Патнэм Р.В., Филоса Дж.А., Ритуччи Н.А. Клеточные механизмы, участвующие в передаче сигналов CO (2) и кислоты в химиочувствительных нейронах. Am J Physiol Cell Physiol. 2004 г., декабрь; 287 (6): C1493-526. [PubMed: 15525685]
- 3.
Василеядис И., Алевракис Э., Ампелиоти С., Вагионас Д., Ровина Н., Куцуку А. Нарушения кислотно-щелочного баланса у пациентов с астмой: обзор литературы и комментарии к их патофизиологии. Дж. Клин Мед. 25 апреля 2019 г.; 8(4) [бесплатная статья PMC: PMC6518237] [PubMed: 31027265]
- 4.
Baillieul S, Revol B, Jullian-Desayes I, Joyeux-Faure M, Tamisier R, Pépin JL. Диагностика и лечение синдрома центрального апноэ сна. Эксперт Respir Med. 2019 июнь; 13 (6): 545-557.
[PubMed: 31014146]
- 5.
Bigatello L, Pesenti A. Физиология дыхания для анестезиолога. Анестезиология. 2019 июнь; 130 (6): 1064-1077. [PubMed: 30998510]
- 6.
де Карвалью М., Свош М., Пинто С. Диафрагмальная нейрофизиология и респираторные маркеры при БАС. Фронт Нейрол. 2019;10:143. [Бесплатная статья PMC: PMC6393326] [PubMed: 30846968]
- 7.
Эйкерманн М., Сантер П., Рамачандран С.К., Пандит Дж. Последние достижения в понимании и лечении послеоперационных респираторных заболеваний. F1000рез. 2019;8 [Бесплатная статья PMC: PMC6381803] [PubMed: 30828433]
- 8.
Атайде Р.А.Б., Оливейра Филью JRB, Лоренци Филью Г., Гента PR. Синдром гиповентиляции ожирения: текущий обзор. J Брас Пневмол. 2018 ноябрь-декабрь;44(6):510-518. [Бесплатная статья PMC: PMC6459748] [PubMed: 30726328]
- 9.
Comellini V, Pacilli AMG, Nava S. Преимущества неинвазивной вентиляции при острой гиперкапнической дыхательной недостаточности.
Респирология. 2019 апр; 24(4):308-317. [PubMed: 30636373]
- 10.
Frat JP, Coudroy R, Thille AW. Неинвазивная вентиляция легких или высокопоточная оксигенотерапия: когда лучше выбрать одно, а какое другое? Респирология. 2019 августа; 24 (8): 724-731. [PubMed: 30406954]
- 11.
Thille AW, Frat JP. Неинвазивная вентиляция как неотложная терапия. Curr Opin Crit Care. 2018 дек;24(6):519-524. [PubMed: 30299309]
- 12.
Berbenetz N, Wang Y, Brown J, Godfrey C, Ahmad M, Vital FM, Lambiase P, Banerjee A, Bahhai A, Chong M. Неинвазивная вентиляция с положительным давлением ( CPAP или bilevel NPPV) при кардиогенном отеке легких. Cochrane Database Syst Rev. 2019 Apr 05;4(4):CD005351. [Бесплатная статья PMC: PMC6449889] [PubMed: 30950507]
- 13.
Диас Милиан Р., Фоли Э., Бауэр М., Мартинес-Велес А., Кастресана М.Р. Экспираторный коллапс центральных дыхательных путей у взрослых: последствия анестезии (часть 1).