Какими свойствами обладает углекислый газ
Составная часть атмосферы, основное сырье для процесса фотосинтеза зеленых растений, продукт жизнедеятельности живых организмов.
По систематической международной номенклатуре (IUPAC) вещество с формулой СО2 получило название – Оксид углерода(IV). Тривиальные (общепринятые названия) – двуокись или диоксид углерода, угольный ангидрид (солеобразующий оксид, обладающий кислотными свойствами).
Формула углекислого газа
СО2
Молекула углекислого газа образована двумя атомами кислорода и атомом углерода. Структурная формула – О=С=О. Валентность углерода равна 4. Степень окисления – (+4). Тип связи – ковалентная полярная.
Получение углекислого газа
Природные источники углекислого газа
Углекислый газ образуется при медленном окислении в процессах дыхания, брожения, гниения органических веществ. Выделяется при разложении природных карбонатов, сгорании топлива, образовании дымовых газов. Содержится в воздухе, минеральных источниках.
В сутки организм человека выделяет 1 кг СО2. В воздухе содержится 0,03% углекислого газа.
Лабораторные способы получения
В лаборатории газ можно получить взаимодействием соляной кислоты с мелом, мрамором, содой. Собирается газ методом вытеснения воздуха.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2,
NaHCO3+ HCl → NaCl + H2O + CO2.
Промышленные способы получения
- Обжиг известняка: CaCO3 → CaO + CO2.
- Как побочный продут разделения воздуха при получении кислорода, азота, аргона.
Свойства углекислого газа
Физические свойства
Вещество нетоксичное, негорючее.
| Свойство | Описание |
|---|---|
| Агрегатное состояние при н.у. | Газ |
| Цвет | Бесцветный |
| Запах | Без запаха |
| Температура плавления | -750оC |
| Температура кипения | -56,50оC |
| Растворимость в воде | Растворяется частично. При t +150оC в 1 литре воды может раствориться 1,7 л углекислого газа |
| Плотность | 1,977 г/л |
| Молярная масса | 44г/моль |
Вещество в твердом агрегатном состоянии называется «сухим льдом».
Высокую концентрацию диоксида углерода можно определить органолептически – во рту, на языке появляется кисловатый привкус. Повышенное содержание опасно для организма – вызывает удушье.
Химические свойства
- Качественная реакция: при взаимодействии углекислого газа с известковым молочком (гидроксидом кальция) образуется карбонат кальция – осадок белого цвета.
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O.
- CO2, как кислотный оксид, реагирует с водой с образованием угольной кислоты. Эта кислота – соединение нестойкое, легко распадается на углекислый газ и воду. Тип реакции – реакция соединения, обратимая.
CO2 + H2O ↔ H2CO3.
При нагревании распадается на оксид углерода(II) и воду: 2CO2 = 2CO + O2.
Взаимодействует с основными оксидами, с образованием солей:
CaO + CO2 = CaCO3; Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3.
Тип реакции – реакция соединения.
- Взаимодействует со щелочами, с образованием кислых и средних солей:
CO2 + NaOH = NaHCO3;
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.
Средняя соль образуется при избытке щелочи. Кислая соль образуется при отношении количеств вещества оксида и щелочи – 1:1.
- При температуре реагирует с активными металлами:
CO2 + 2Mg = C + 2MgO
Углекислый газ в основном проявляет восстановительные свойства, но при взаимодействии с активными металлами является окислителем.
- Вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами:
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (условия протекания реакции – высокая температура, катализатор Cu2O).
Применение углекислого газа
В пищевой промышленности:
- используется при производстве минеральной воды и газированных напитков;
- как пищевая добавка (Е290), повышает сроки хранения продуктов;
- в качестве разрыхлителя придает легкость и пышность кондитерским изделиям;
- как хладогент;
- для удаления из кофе кофеина.
В авиамоделировании используется как источник энергии для двигателей; применяется в пневматическом оружии; как заправка для углекислотных огнетушителей. Используется в качестве защитной среды при сварке.
Находит углекислый газ применение и в медицине – используется для криоабляции новообразований, служит стимулятором глубокого дыхания.
В химической промышленности газ используется в синтезе химических веществ, производстве солей угольной кислоты, процессах осушки и очистки полимеров, волокон растительного и животного происхождения. Применяется для очистки сточных вод, повышает проводимость сверхчистой воды.
Примеры решения задач
Задача 1
Найти массовую долю углерода в углекислом газе.
Решение
М(СО2) = 12+2х16 = 44 г/моль.
Аr(С) = 12 г/моль.
W(С) = 12/44 = 0,27 или 27%
Ответ: массовая доля углерода в углекислом газе равна 27%.
Задача 2
Вычислить объем углекислого газа, выделившегося при взаимодействии соляной кислоты с мрамором массой 100 г.
Решение
300 г — х л
CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2
1 моль — 1 моль
100 г/моль — 22,4 л/моль
100 г — 22,4 л
х(СО2) = 300х22,4/100 = 67, 2 (л).
Ответ: Объем углекислого газа равен 67, 2 л.
Углекислый газ «един» на Земле во множестве разных «обличий»: не боясь ошибиться, его можно именовать «диоксид углерода», «двуокись углерода», «оксид углерода», «угольный ангидрид» или даже «углекислота». При обычных условиях данный газ обладает плотностью, большей, нежели плотность воздуха, практически не обладает запахом (что касается больших концентраций, он демонстрирует слабый кисловатый аромат «соды») и способен перевоплощаться из твёрдого вещества в газ, а при условии повышенного давления превращается в жидкость. Данный газ является растворимым в водной среде, он негорюч, однако в нём может осуществляться горение активных металлов – таких как, например, магний или барий. Химической формулой углекислоты является СО2.
Распространение углекислоты в природе и в человеческом организме
Ещё задолго до возникновения жизни на Земле углекислота была основой атмосферы. В настоящее время её нахождение в воздухе определяется средними отметками 0.04 %. Накопление СО2 в атмосфере приводит к образованию углекислотных облаков, что провоцирует похолодание.
Выделением углекислого газа сопровождаются гниение, а также горение органических веществ. Также он, как известно, производится при дыхании растительных культур и живых организмов: за сутки среднестатистический человек производит таким образом примерно один килограмм углекислого газа. Он транспортируется от тканей, в которых образуется как один из завершающих продуктов метаболизма, проходит по венам, а затем выдыхается через лёгкие. Следовательно, эпицентром скопления углекислого газа в организме является венозная система, чуть меньше его находится в лёгких и совсем в незначительных количествах он присутствует в артериальной крови.
В организме человека СО2 играет большую роль в ауторегуляции кровотока и регуляции рН крови. Кроме того, в определённых соотношениях он положительно влияет на миокард.
Распространённые сферы применения углекислого газа
Угольный ангидрид широко применяется в пищевом производстве – например, в качестве разрыхлителя и консервирующего вещества, что обозначается на упаковке продукта специальным кодом Е290. Кроме этого, углекислота получила распространение как средство для газирования лимонада, энергетиков и других популярных газированных напитков.
В медицине одной из важнейших сфер использования двуокиси углерода является криохирургия: здесь данный газ выступает в качестве главного инструмента криоабляции новообразований в человеческом организме.
Жидкий СО2 активно используется в системах пожаротушения. Углекислый газ формирует защитную среду в процессе сварки проволокой. Помещённая в баллоны, углекислота может служить источником питания двигателей в авиамоделировании. Твёрдый угольный ангидрид или так называемый «сухой лёд» находит применение в роли хладагента в лабораторной практике, а также в процессе ремонта оборудования.
Токсическое влияние СО2 на живые организмы
Увеличенное содержание углекислого газа в воздушной среде приводит к токсическому влиянию на живые организмы, так, что безобидная углекислота превращается в удушающий газ IV класса опасности. При слабом превышении СО2 (до 0.2-0.4 % или 2000−4000 ppm) у человека может отмечаться слабость, сонливость, снижение концентрации внимания. Содержание 7-10 % порождает головную боль, проблемы со слухом, провоцирует потерю сознания.
Для закрытых помещений уровень CO2 в норме должен составлять приблизительно 600 ppm, однако в учебных аудиториях, как правило, концентрация углекислоты находится на отметках 2000-2500 ppm, что значительно ухудшает результаты учебной деятельности и вызывает серьёзную обеспокоенность у исследователей.
Необходимость и основные методы регистрации углекислоты
Различные варианты исследований углекислого газа востребованы во многих отраслях деятельности человека. К примеру, в медицине и различных технологических процессах существует необходимость определения его парциального давления – для исследования дыхательных смесей, предназначенных для искусственной вентиляции лёгких, мониторинга концентрации газа в замкнутых пространствах для профилактики болезней и патологических состояний живых организмов и растений и т. д. Концентрация СО2 также является важным предметом исследования экологов – например, в ходе изучения парникового эффекта.
Регистрация углекислоты осуществляется посредством использования специализированных газоизмерительных систем – например, анализаторов газа, функционирующих по принципу инфракрасной спектроскопии. Медицинский газоанализатор качества СО2, регистрирующий содержание диоксида углерода в воздухе, выдыхаемом человеком, носит название капнограф.
Большинство людей считает, что углекислый газ вреден. Это и неудивительно, ведь о негативных свойствах CO2 нам рассказывали еще в школе на уроках биологии и химии. Представляя углекислый газ исключительно как вредное вещество, учителя обычно умалчивали о его положительной роли внутри нашего организма.
Она между тем велика, ведь углекислый газ, или двуокись углерода, – это важный участник процесса дыхания. Как углекислый газ действует на наш организм и чем он полезен?
Углекислый газ в организме человека
Когда мы делаем вдох, наши легкие наполняются кислородом, при этом в нижней части органа – альвеолах – образуется углекислый газ. В этот момент происходит обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из нее. И мы выдыхаем.
Повторяющееся около 15-20 раз за минуту дыхание запускает всю жизнедеятельность организма,
а образующийся при этом углекислый газ влияет сразу на множество жизненно важных функций. Чем же полезен углекислый газ для человека?
CO2 регулирует возбудимость нервных клеток, влияет на проницаемость клеточных мембран и активность ферментов, стабилизирует интенсивность продукции гормонов и степень их эффективности, участвует
в процессе связывания белками ионов кальция и железа.
Помимо этого углекислый газ – конечный продукт метаболизма. Выдыхая мы удаляем ненужные компоненты, возникшие во время обмена веществ и очищаем свой организм. Процесс обмена веществ при этом непрерывен, поэтому удалять конечные продукты нам необходимо постоянно.
Важно не только наличие, но и количество CO2 в организме. Нормальный уровень содержания – 6-6,5%. Этого достаточно для того, чтобы все «механизмы» в организме работали правильно, а вы чувствовали себя хорошо.
Недостаток же или избыток углекислого газа в организме приводит к двум состояниям: гипокапнии
и гиперкапнии.
Гипокапния — это нехватка углекислого газа в крови. Возникает при глубоком учащенном дыхании, когда организм выделяет слишком большое количество углекислого газа. Например, после интенсивных занятий спортом. Гипокапния может привести к легкому головокружению или потере сознания.
Гиперкапния — это переизбыток углекислого газа в крови. Возникает в помещениях с плохой вентиляцией. Если концентрация CO2 в помещении будет превышать норму, то его уровень в организме также станет выше.
Из-за этого может заболеть голова, появиться тошнота и сонливость. Особенно часто гиперкапния возникает зимой у офисных работников, а также в больших очередях. Например, на почте или в поликлинике.
Переизбыток углекислого газа может возникнуть и в экстремальных ситуациях, например при задержке дыхания под водой.
Польза углекислого газа для организма
Подробнее о последствиях гиперкапнии и способах борьбы с ней мы расскажем в одной из следующих статей. Сегодня же остановимся на гипокапнии и ее лечении.
Как уже говорилось выше, углекислый газ влияет на многие процессы в нашем организме, поэтому так важно, чтобы его уровень держался в пределах нормы. А привести содержание CO2 в норму поможет один из видов дыхательной гимнастики.
Но подобные фразы выглядят не очень убедительно, особенно, когда мы хотим решить какую-то конкретную проблему или избавиться от определенной болезни. Давайте же разберемся, как помогает углекислый газ
и дыхательная гимнастика в конкретных случаях.
Начнем с того, что в процессе занятий на тренажере или стандартных дыхательных практик, кровь человека насыщается углекислым газом, кровоснабжение всех органов улучшается, вследствие чего и появляется положительный эффект.
Организм начинает лечить себя изнутри, оказывая разное воздействие на разные группы органов. Например, улучшение кровоснабжения и повышение уровня CO2 приводит к нормализации тонуса гладкой мускулатуры желудка и кишечника. Это положительно сказывается на работе кишечника, восстанавливает его основные функции и помогает в борьбе с различными заболеваниями желудочно-кишечного тракта.
Углекислый газ положительно сказывается и на проницаемости мембран, что нормализует возбудимость нервных клеток. Это помогает легче переносить стрессы, избегать нервного перевозбуждения и, как следствие, избавляет от бессонницы и мигрени.
Помогает CO2 и при аллергии: углекислый газ снижает вязкость цитоплазмы, которая заполняет клетки. Это положительно влияет на обмен веществ и повышает активность защитных систем организма.
Активизируются защитные системы и в борьбе с вирусными заболеваниями. Регулярные занятия дыхательной гимнастикой помогают избежать ОРВИ и ОРЗ за счет повышения местного иммунитета.
Помогает углекислый газ при бронхите и астме: он снижает спазм сосудов, что позволяет избавиться от мокроты и слизи в бронхах, а соответственно и самой болезни.
За счет нормализации просвета сосудов идут на поправку и больные гипотонией. Занятия дыхательной гимнастикой помогают им постепенно справиться с низким артериальным давлением.
Несмотря на все положительные изменения, возникающие в нашем организме при нормализации уровня углекислого газа, он не является панацеей от всех болезней. Это скорее помощь, которую вы оказываете своему организму, занимаясь дыхательной гимнастикой.
Поверьте, после нескольких месяцев занятий, организм обязательно отблагодарит вас хорошим самочувствием. Прежде чем начать занятия, обязательно проверьте уровень CO2 в организме и убедитесь, что дыхательная гимнастика или тренажер «Самоздрав» помогут при вашем заболевании.
А чтобы не пропустить материал о гиперкапнии и получать наши новые статьи на почту, подпишитесь на наш блог. Будем присылать материалы раз в неделю.
От количества углекислого газа в кровяном русле человека зависит нормальное функционирование всех систем жизнедеятельности. Диоксид углерода повышает сопротивляемость организма к бактериальным и вирусным инфекциям, участвует в обмене биологически активных веществ.
При физических и интеллектуальных нагрузках углекислый газ помогает поддерживать равновесие организма. Но значительное увеличение этого химического соединения в окружающей атмосфере ухудшает самочувствие человека. Вред и польза углекислого газа для существования жизни на Земле еще не до конца изучены.
Характерные особенности углекислого газа
Двуокись углерода, угольный ангидрид, углекислый газ — газообразное химическое соединение, не обладающее цветом и запахом. Вещество в 1, 5 раза тяжелее воздуха, а его концентрация в атмосфере Земли составляет приблизительно 0,04 %. Отличительной особенностью углекислого газа является отсутствие жидкой формы при увеличении давления — соединение сразу переходит в твердое состояние, известное как «сухой лед». Но при создании определенных искусственных условий двуокись углерода принимает форму жидкости, что широко используется для ее транспортировки и длительного хранения.
Углекислый газ не становится преградой для ультрафиолетовых лучей, которые поступают в атмосферу от Солнца. А вот инфракрасное излучение Земли абсорбируется углеродным ангидридом. Это и становится причиной глобального потепления с момента образования огромного количества промышленных производств.
В течение суток организм человека поглощает и метаболизирует около 1 кг двуокиси углерода. Она принимает активное участие в обмене веществ, который происходит в мягких, костных, суставных тканях, а затем попадает в венозное русло. С потоком крови углекислый газ поступает в легкие и покидает организм при каждом выдохе.
Химическое вещество находится в теле человека преимущественно в венозной системе. Капиллярная сеть легочных структур и артериальная кровь содержат небольшую концентрацию углекислого газа. В медицине используется термин «парциальное давление», характеризующий концентрационное соотношение соединения по отношению ко всему объему крови.
Терапевтические свойства двуокиси углерода
Проникновение углекислого газа в организм вызывает у человека дыхательный рефлекс. Повышение давления химического соединения провоцирует тонкие нервные окончания посылать импульсы к рецепторам головного или (и) спинного мозга. Именно так происходят процессы вдоха и выдоха. Если уровень углекислоты в крови начинает повышаться, то легкие ускоряют его выделение из тела.
Ученые доказали, что значительная продолжительность жизни у людей, проживающих в высокогорье, непосредственно связана с большим содержанием углекислого газа в воздухе. Он повышает иммунитет, нормализует обменные процессы, укрепляет сердечно-сосудистую систему.
В организме человека двуокись углерода является одним из важнейших регуляторов, выступая в качестве основного продукта наравне с молекулярным кислородом. Роль углекислого газа в процессе жизнедеятельности человека сложно переоценить. К основным функциональным особенностям вещества можно отнести следующие:
- обладает способностями вызывать стойкое расширение крупных сосудов и капилляров;
- способно оказывать седативное влияние на центральную нервную системы, провоцируя анестезирующее действие;
- принимает участие в продуцировании важнейших аминокислот;
- возбуждает дыхательный центр при увеличении концентрации в кровяном русле.
Если в организме ощущается острый дефицит углекислого газа, то все системы мобилизуются и повышают свою функциональную активность. Все процессы в организме направлены на восполнение запасов двуокиси углерода в тканях и кровяном русле:
- сосуды сужаются, развивается бронхоспазм гладкой мускулатуры верхних и нижних дыхательных путей, а также кровеносных сосудов;
- бронхи, бронхиолы, структурные отделы легких секретируют повышенной количество слизи;
- снижается проницаемость крупных и мелких кровеносных сосудов, капилляров;
- на клеточных мембранах начинает откладываться холестерин, что вызывает их уплотнение и тканевой склероз.
Совокупность всех этих патологических факторов в сочетании с малым поступлением молекулярного кислорода приводит к гипоксии тканей и снижению скорости течения крови в венах. Особенно остро ощущается кислородное голодание в клетках головного мозга, они начинают разрушаться. Нарушается регуляция всех систем жизнедеятельности: отекают мозг и легкие, снижается ритм сердечных сокращений. При отсутствии врачебного вмешательства человек может умереть.
Где используется углекислый газ
Углекислый газ находится не только в теле человека и в окружающей атмосфере. Многие промышленные производства активно используют химическое вещество на различных стадиях технологических процессов. Его применяют в качестве:
- стабилизатора;
- катализатора;
- первичного или вторичного сырья.
Как влияет диоксид углерода на организм человека
Как пищевая добавка углекислый газ признан «условно безопасным» и разрешен к использованию практически во всех странах мира, в том числе и в России. Тем не менее, по утверждению специалистов, чрезмерное употребление, например в составе газированных напитков, диоксида углерода, вред которого заключается в способности увеличивать всасываемость кишечника, может привести к следующим неприятным последствиям:
- быстрое опьянение в результате употребления газированных алкогольных напитков;
- вздутие живота и отрыжка;
- существуют данные, что сильногазированные напитки способны вымывать кальций из костей.
Медики настоятельно рекомендуют отказаться от употребления газированных напитков людям, страдающим заболеваниями желудочно-кишечного тракта.
Несмотря на то, что углекислый газ нетоксичен, повышение его концентрации во вдыхаемом воздухе может быть опасным. При незначительном увеличении уровня углекислого газа человек ощущает слабость и сонливость, если же наблюдаются такие симптомы как удушье, головокружение, расстройства слуха или даже потеря сознания – концентрация двуокиси углерода в воздухе чрезмерна. Вред диоксида углерода в этом случае будет заключаться в гиперкапнии (состоянии, когда концентрация углекислого газа в крови резко возрастает), что может привести даже к смерти от удушья.
Вред угольного ангидрида
Дети и взрослые очень любят разнообразные шипучие напитки за содержащиеся в них воздушные пузырьки. Эти скопления воздуха — чистый углекислый газ, выделяющийся при откручивании колпачка бутылки. Используемый в таком качестве, он не приносит организму человека никакой пользы. Попадая в желудочно-кишечный тракт, угольный ангидрид раздражает слизистые оболочки, провоцирует повреждение эпителиальных клеток.
Для человека с заболеваниями желудка крайне нежелательно употребление газированных напитков, так как под их воздействием усиливается воспалительный процесс и изъязвление внутренней стенки органов пищеварительной системы.
Гастроэнтерологи запрещают пить лимонады и минеральную воду пациентам с такими патологиями:
- острый, хронический, катаральный гастрит;
- язва желудка и двенадцатиперстной кишки;
- дуоденит;
- снижение перистальтики кишечника;
- доброкачественные и злокачественные новообразования желудочно-кишечного тракта.
Следует учесть, что по статистическим данным ВОЗ более половины жителей планеты Земля страдают от той или иной формы гастрита. Основные симптомы заболевания желудка: кислая отрыжка, изжога, вздутие живота и боли в эпигастральной области.
Если человек не в силах отказаться от употребления напитков с углекислым газом, то ему следует остановить выбор на слабогазированной минеральной воде.
Специалисты советуют исключить лимонады из повседневного рациона. После проведенных статистических исследований у людей, которые длительно пили сладкую воду с углекислым газом, были выявлены такие заболевания:
- кариес;
- эндокринные нарушения;
- повышенная хрупкость костной ткани;
- жировая дистрофия печени;
- образование конкрементов в мочевом пузыре и почках;
- нарушения метаболизма углеводов.
Сотрудники офисных помещений, не оборудованных кондиционерами, часто испытывают мучительные головные боли, тошноту, слабость. Это состояние у человека возникает при избыточном скоплении в комнате углекислого газа. Постоянное нахождение в такой обстановке приводит к ацидозу (повышению кислотности крови), провоцирует снижение функциональной активности всех систем жизнедеятельности.
Польза углекислого газа
Оздоровляющее действие двуокиси углерода на организм человека широко используется в медицине в терапии различных заболеваний. Так, в последнее время пользуются огромной популярностью сухие углекислые ванны. Процедура заключается в воздействии углекислого газа на тело человека при отсутствии посторонних факторов: давления воды и температуры окружающей среды.
Косметические салоны и лечебные учреждения предлагают клиентам проведение необычных врачебных манипуляций:
- пневмопунктуру;
- карбокситерапию.
Под сложными терминами скрываются газовые уколы или инъекции углекислым газом. Такие процедуры можно отнести как к разновидностям мезотерапии, так и к методикам реабилитации после перенесенных тяжелых заболеваний.
Перед проведением этих процедур следует посетить лечащего врача для консультации и тщательной диагностики. Как и все методики терапии, уколы с углекислым газом имеют противопоказания к применению.
Полезные свойства двуокиси углерода используются в терапии сердечно-сосудистых заболеваний, артериальной гипертензии. А сухие ванны снижают содержание свободных радикалов в организме, обладают омолаживающим действием. Углекислый газ увеличивает сопротивляемость человека вирусным и бактериальным инфекциям, укрепляет иммунитет, повышает жизненный тонус.
Оцените статью:
[Всего голосов: 3 Средний: 4/5]