Углекислый газ

Химическая формула и названия

Химическая формула углекислого газа – СО₂. Углекислый газ – вещество, которое имеет множество названий: оксид углерода (IV), диоксид углерода или же двуокись углерода. Также его еще называют угольным ангидридом. Он является совершенно бесцветным газом, который не имеет запаха, с кисловатым вкусом. Углекислый газ тяжелее воздуха, растворим в воде. При температуре ниже -78 °С кристаллизуется и становится похожим на снег.

История открытия

Углекислый газ был первым между всеми другими газами противопоставлен воздуху под названием «дикий газ» алхимиком XVI века Вант Гельмонтом.

Открытием СО₂ было положено начало новой отрасли химии – пневматохимии (химии газов).

Шотландский химик Джозеф Блэк (1728–1799) в 1754 году установил, что известковый минерал мрамор (карбонат кальция) при нагревании разлагается с выделением газа и образует негашеную известь (оксид кальция):

CaCO₃CaO + CO₂

Выделяющийся газ можно было вновь соединить с оксидом кальция и вновь получить карбонат кальция:

CaO + CO₂CaCO₃

Этот газ был идентичен открытому Ван Гельмонтом «дикому газу», но Блэк дал ему новое название – «связанный воздух» – так как этот газ можно было связать и вновь получить твердую субстанцию – карбонат кальция.

Несколько лет спустя Кавендиш обнаружил еще два характерных физических свойства углекислого газа – его высокую плотность и значительную растворимость в воде.

Нахождение в природе и биологическая роль

Содержание углекислого газа в атмосфере относительно небольшое, около 0,03% (по объему). Углекислый газ, сосредоточенный в атмосфере, имеет массу 2200 биллионов тонн.

В 60 раз больше углекислого газа содержится в растворенном виде в морях и океанах.

В течение каждого года из атмосферы извлекается примерно 1/50 часть всего содержащегося в ней CO₂ растительным покровом земного шара в процессе фотосинтеза, превращающего минеральные вещества в органические.

Основная масса углекислого газа в природе образуется в результате различных процессов разложения органических веществ. Углекислый газ выделяется при дыхании растений, животных, микроорганизмов. Непрерывно увеличивается количество углекислого газа, выделяемого различными производствами. Углекислый газ содержится в составе вулканических газов, выделяется он и из земли в вулканических местностях.

Вне земного шара оксид углерода (IV) обнаружен в атмосферах Марса и Венеры – планетах «земного типа».

Получение в промышленности и лаборатории

В промышленности углекислый газ получается главным образом как побочный продукт обжига известняка, спиртового брожения и др.

Получение в лаборатории

В химических лабораториях либо пользуются готовыми баллонами с жидким углекислым газом, либо получают CO₂ в аппаратах Киппа или приборе для получения газов действием соляной кислоты на куски мрамора:

CaCO₃ + 2HClCaCl₂ + CO₂+ H₂O

Свойства

Физические свойства

CO₂ – это бесцветный газ, не имеет запаха, тяжелее воздуха в 1,5 раза. Хорошая растворимость углекислого газа в воде делает невозможным собирание его методом «вытеснения воды».

Химические свойства

Оксид углерода (IV) обладает кислотными свойствами, и при растворении этого газа в воде образуется угольная кислота. При пропускании CO₂ через подкрашенную лакмусом воду можно наблюдать изменение цвета индикатора с фиолетового на красный.

Качественной реакцией на содержание углекислого газа в воздухе является пропускание газа через разбавленный раствор гидроксида кальция (известковую воду). Рис. 1. Углекислый газ вызывает образование в этом растворе нерастворимого карбоната кальция, в результате чего раствор становится мутным:

CO₂ + Ca(OH)₂CaCO₃+ H₂O

Рис. 1. Помутнение известковой воды при пропускании через нее углекислого газа

При добавлении избыточного количества CO₂ мутный раствор снова становится прозрачным из-за превращения нерастворимого карбоната в растворимый гидрокарбонат кальция:

CaCO₃+ H₂O + CO₂Ca(HCO₃)₂

гидрокарбонат кальция

Применение

1. Прессованный твердый углекислый газ получил название «сухого льда».

Твердый CO₂ скорее похож на спрессованный плотный снег, по твердости напоминающий мел. Рис. 2. Температура «сухого льда» –78 ^оС. Сухой лед, в отличие от водяного льда, плотный. Он тонет в воде, резко охлаждая её. Горящий бензин можно быстро потушить, бросив в пламя несколько кусочков сухого льда.

Рис. 2. «Сухой лед»

Главное применение сухого льда – хранение и перевозка продуктов питания: рыбы, мяса, мороженого и др. Ценность сухого льда заключается не только в его охлаждающем действии, но и в том, что продукты в углекислом газе не плесневеют и не гниют.

2. Сухим льдом испытывают в лабораториях детали, приборы, механизмы, которые будут служить в условиях пониженных температур. С помощью сухого льда испытывают морозоустойчивость резиновых покрышек автомобилей.

3. Углекислый газ применяют для газирования фруктовых и минеральных вод, а в медицине – для углекислотных ванн.

4. Жидкий углекислый газ используют в углекислотных огнетушителях. Он особенно эффективен в тех случаях, когда вода непригодна, например, при тушении загоревшихся огнеопасных жидкостей или при наличии в помещении не выключенной электропроводки или уникального оборудования, которое от воды может пострадать.

 

Список литературы

1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006. (с. 88–92)
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского – М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 81–83)
3. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.:Астрель, 2013. (§26)
4. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§32)
5. Химия: неорган. химия: учеб. для 8кл. общеобр. учрежд. /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (с. 91–92)
6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Fb.ru (Источник).
2. Chemdiscoveries.ucoz.ru (Источник).
3. Niikm.ru (Источник).
4. School-collection.edu.ru (Источник).

 

Домашнее задание

1. с. 81–83 №№ 2, 5, 7 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского – М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
2. с. 151–152 №№ 1, 4 из учебника П.А. Оржековского, Л.М. Мещеряковой, М.М. Шалашовой «Химия: 8 кл.», 2013.