PROFILPELAJAR.COM

Въглероден диоксид
	Въглероден диоксид
Имена
По IUPAC	Въглероден диоксид
Други	Въглероден двуокис; Въглероден (IV) оксид
Структура
Кристална структура	тригонална
Молекулна форма	линейна
Свойства
Формула	CO2
Моларна маса	44,01 g/mol
Външен вид	безцветен газ
Плътност	1,977 kg/m3 (1 atm и 0 °C)
Вискозитет	7×10−5 kg/m·s (−78,5 °C)
Точка на топене	−56,6 °C; 216,6 K (Тройна точка – 5,1 atm)
Сублимация	−78,5 °C; 194,7 K (1 atm)
Парно налягане	5,73 MPa (20 °C)
Разтворимост във вода	1,45 g/L (25 °C, 100 kPa)
pKa	6,35; 10,33
Магнитна възприемчивост	−20,5×10−6 cm3/mol
Показател на пречупване	1,00045
Диполен момент	0 D
Термохимия
Стандартна енталпия на образуване	394 kJ/mol
Стандартна моларна ентропия	213,7 J/(mol·K) (газ)
Специфичен топлинен капацитет	37,135 J/K·mol
Опасности
NFPA 704	0 2 0 SA ;
Сродни съединения
Сродни аниони	Въглероден дисулфид,; Въглероден диселенид,; Въглероден дителурид
Сродни катиони	Силициев диоксид,; Германиев диоксид,; Калаен диоксид,; Оловен диоксид
Сродни	Въглероден оксид,; Въглероден субоксид,; Дивъглероден оксид,; Въглероден триоксид
Други	Въглеродна киселина,; Карбонилсулфид
Идентификатори
CAS номер	124-38-9
PubChem	280
ChemSpider	274
Номер на ООН	1013 (газ),; 1845 (тв. вещество)
DrugBank	DB09157
KEGG	D00004
MeSH	Carbon+dioxide
ChEBI	16526
ChEMBL	1231871
RTECS	FF6400000
ATC	V03AN02
SMILES	O=C=O; C(=O)=O
InChI	1S/CO2/c2-1-3
InChI ключ	CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N
UNII	142M471B3J
Gmelin	989
	Данните са при стандартно състояние на материалите (25 °C, 100 kPa), освен ако не е указано друго.
	Въглероден диоксид в Общомедия

Въглеродният диоксид (въглероден двуокис^[2]) е химично съединение. Молекулата му се състои от един атом въглерод и два атома кислород. Химичната формула на въглеродния диоксид е CO₂. Той е газ без цвят и без миризма (при ниски до средни концентрации; при високи концентрации има остра и задушлива миризма). Получава се като продукт при дишането на живите организми, както и при горенето. Участва като изходно вещество при фотосинтезата на растенията. Натрупването му в по-големи от нормалните количества в атмосферата води до парников ефект.

Химични и физични свойства

Въглеродният диоксид е безцветен газ. Плътността му при 25 °C е 1,98 kg/m³, която е 1,65 пъти по-голяма от тази на въздуха. Молекулата на въглеродния диоксид (O=C=O) съдържа две двойни връзки и има линейна форма. Последната няма диполен момент. Тъй като е напълно окислена, не е много реактивоспособна и в частност е невъзпламенима.

При температури под −78.5 °C въглеродният диоксид променя агрегатното си състояние от газообразно в твърдо – десублимация. Твърдият въглероден диоксид се нарича „сух лед“, процесът на получаване се нарича утаяване. При атмосферно налягане сухият лед преминава директно от твърдо в газообразно състояние при процес, наречен сублимация. Течен въглероден диоксид се получава само при налягане над 5,1 bar.

Въглеродният диоксид е разтворим във вода, при което той спонтанно се преобразува във въглеродна киселина (H₂CO₃) и обратно в CO₂. Процесът се нарича „газиране“, а продуктът е „газирана вода“.

CO₂ при големи концентрации предизвиква кисел вкус в устата и жилене (дразнение) на гърлото и носа. Тези ефекти са в резултат на образуването на слаб разтвор на въглеродна киселина на тези места.

Съдържанието на въглероден диоксид във вдишвания въздух или в някаква газова смес е субективният критерий, предизвикващ чувство на задушаване. Човек няма рецептори за недостатъчно съдържание на кислород, което е фатално.

Употреба и разпространение

При производство на безалкохолни напитки
При производството на пукащи бонбони. Тяхното производството се извършва под налягане и в присъствие на СО₂
За производство на сода бикарбонат
Като необходим компонент за фотосинтезата. Използва се за засилване растежа на растенията при тяхното отглеждане във водни или сухоземни среди
Като евтин незапалим газ в пожарогасителите
В пневматичните оръжия
Течният СО₂ е добър разтворител на много органични съединения и се използва за премахване на кофеина от кафето, както и във фармацевтиката
В медицината се използва за стимулация на дишането и при балансиране на кръвта, като се прибавя 5% СО₂ към кислорода
Течният и твърдият СО₂ са много добри охладители и като такива се използват широко в хранително-вкусовата промишленост.

СО₂ е крайният продукт, който организмите отделят, когато получават енергия при разграждането на захари и мазнини с кислород и е част от техния метаболизъм. Това важи и за всички растения, животни, много гъби и някои бактерии. При висшите животни СО₂ се транспортира от хемоглобина в кръвта, от тъканите към белите дробове, където се отделя. При растенията участва във фотосинтезата. Океанът е един от големите консуматори на СО₂.

Съдържанието на СО₂ във въздуха варира между 0,03% (300 ppm) и 0,06% (600 ppm), в зависимост от района, а в издишания въздух е приблизително 4,5%. Когато СО₂ се вдиша във високи концентрации (повече от 5% обемни), води моментално до опасност за живота и здравето на животните и хората. Максималното допустимо безопасно ниво за възрастни за 8-часов работен ден е 0,5% (5000 ppm), а за деца и възрастни с белодробни заболявания е значително по-ниско. Хората, които вдишат 7 – 10% СО₂, могат моментално или след няколко минути да изпаднат в безсъзнание или кома.

Съдържание на СО₂ в земната атмосфера

Основна статия: Въглероден диоксид в земната атмосфера

През 1953 г. американският учен Чарлз Кийлинг започва да изследва как карбонатът постига химично равновесие в разтвор от вода, варовик и атмосферен въглероден диоксид. За тази цел конструира прецизен уред, който измерва извлечения от водата СО₂. В отдалечена от производствени центрове и жилищни зони местност в окръг Монтерей, щата Калифорния, Кийлинг измерва концентрация на СО₂ в земната атмосфера от 310 ppm (0,031%). Скоро след това открива денонощните и годишните колебания на концентрацията на СО₂ в земната атмосфера.^[3]

Предвид общото тегло на земната атмосфера, което се оценява на 5,1х10¹⁸ кг, концентрация от 1 ppm означава общо съдържание на 5,1 Gt (гигатона) CO₂ в нея. И понеже молекулната маса на въглеродния диоксид М(CO₂) = 44, а молекулната маса на въглерода М(C) = 12, 1 ppm CO₂ = 5,1 Gt (гигатона) CO₂ = 1,39 Gt въглерод (С).

През 1956 г. Роджър Ревел от Института по океанография „Скрипс“ и Хари Уекслър от Метеорологичната служба на САЩ се присъединяват към изследванията на Кийлинг, като предлагат през предстоящата Година на геофизиката (1957-1958) да се проведе едно по-мащабно глобално измерване на атмосферните концентрации на CO₂ в множество отдалечени и предполагаемо незасегнати от замърсяване локации. През март 1958 г. Кийлинг инсталира на Мауна Лоа първия си инфрачервен газов анализатор, който през първия ден регистрира концентрация на CO₂ 313 ppm (0,0313%).^[3]

През 2020 г. концентрацията на СО₂ в земната атмосфера вече надвишава 415 ppm (0,0415%). За периода 1958 - 2020 увеличението е около 100 ppm, което е около 1,6 ppm годишно или 22,4 милиона тона CO₂ на ден.^[3]

Парников ефект

През последните двеста години, много промишлени процеси са били използвани за производство на енергия (главно изгаряне на изкопаеми горива), които отделят големи количества въглероден диоксид в атмосферата (заедно с други замърсители). Наред с намаляването на растителността на планетата, след обезлесяването и други фактори, естественият баланс на въглеродния диоксид и неговото количество в атмосферата е редуциран до такава степен, че днес нивото на въглероден диоксид в атмосферата е 1,5 пъти по-голямо, отколкото преди 200 години. Тъй като въглеродният диоксид е един от най-разпространените парникови газове, се предполага, че това покачване е причина за глобалното затопляне.

Галерия

Сублимация на сух лед, поставен във вода
Фазова диаграма на въглеродния диоксид
Диаграма на отделения в атмосферата парников газ по тип на сектора

Бележки

↑ chem.libretexts.org // Посетен на 25 януари 2019 г.
↑ В химичната терминология окис е заменено с оксид през 1980-те години; вж Оксид
↑ ^а ^б ^в Краус, Лорънс М. Науката за климатичните промени. София, Сиела, 2022. ISBN 9789542841173. с. 200.