Чи може газ бути у твердому стані. Фізичні властивості вуглекислоти

Ви вже знаєте, що при видиху з легенів виходить вуглекислий газ. А ось що вам відомо про цю речовину? Напевно, небагато. Сьогодні я відповім на всі питання щодо вуглекислого газу.

Визначення

Ця речовина у нормальних умовах є безбарвним газом. У багатьох джерелах його можуть називати по-різному: і оксидом вуглецю (IV), і вугільним ангідридом, двоокисом вуглецю, і діоксидом вуглецю.

Властивості

Вуглекислий газ (формула 2) є безбарвним газом, що має кислі запах і смак, розчинним у воді речовиною. Якщо його добре охолодити, то утворюється снігоподібна маса, звана сухим льодом (фотографія нижче), яка сублімує при температурі -78 про С.

Є одним із продуктів гниття або горіння будь-якої органічної речовини. Розчиняється у воді тільки при температурі 15 про З і тільки в тому випадку, якщо відношення вода:вуглекислий газ дорівнює 1:1. Щільність вуглекислого газу може бути різною, але в стандартних умовах вона дорівнює 1976 кг/м 3 . Це якщо він знаходиться в газоподібному вигляді, а в інших станах (рідкому/газоподібному) значення щільності теж будуть іншими. Ця речовина є кислотним оксидом, його додавання у воду призводить до одержання вугільної кислоти. Якщо з'єднати вуглекислий газ з будь-яким лугом, то в результаті подальшої реакції утворюються карбонати та гідрокарбонати. Цей оксид не може підтримувати горіння, крім деяких винятків. Це активні метали, і за реакції такого виду вони забирають у нього кисень.

Отримання

Вуглекислий та ще деякі гази у великих кількостях виділяються, коли виробляють алкоголь або розкладаються природні карбонати. Потім одержані гази проходять промивання розчиненим карбонатом калію. Далі слідує поглинання ними вуглекислого газу, продуктом даної реакції є гідрокарбонат, при нагріванні розчину якого отримують оксид, що шукається.

Але зараз його з успіхом замінює розчинений водою етаноламін, який абсорбує оксид вуглецю, що міститься в димовому газі, і віддає його при нагріванні. Також цей газ є побічним продуктом реакцій, при яких отримують чисті азот, кисень і аргон. У лабораторії трохи вуглекислоти виходить, коли карбонати та гідрокарбонати взаємодіють із кислотами. Ще вона утворюється, коли реагують харчова сода та лимонний сік або той же гідрокарбонат натрію та оцет (фото).

Застосування

Харчова промисловість не може обійтися без використання вуглекислоти, де вона відома як консервант і розпушувач, що має код E290. Її як рідини містить будь-який вогнегасник.

Також оксид чотиривалентного вуглецю, який виділяється в процесі бродіння, служить гарним підживленням акваріумних рослин. Він міститься і в усьому відомому газованому газуванні, яке багато хто досить часто купують у продуктовому магазині. Зварювання дротом відбувається у вуглекислому середовищі, але якщо температура цього процесу дуже висока, то він супроводжується дисоціацією вуглекислоти, при якій виділяється кисень, що окислює метал. Тоді зварювання не обходиться без розкислювачів (марганцю чи кремнію). Вуглекислим газом накачують велосипедні колеса, він присутній і в балончиках пневматичної зброї (такий його різновид називається газобалонним). Також даний оксид у твердому стані, званий сухим льодом, потрібен як холодоагент у торгівлі, наукових дослідженнях та при ремонті деякої техніки.

Ось до чого корисний для людини вуглекислий газ. І не тільки в промисловості, він відіграє і важливу біологічну роль: без нього не може відбуватися газообмін, регуляція судинного тонусу, фотосинтез та багато інших природних процесів. Але його надлишок чи недостача у повітрі деякий час можуть негативно впливати на фізичний стан усіх живих організмів.

Вуглекислий газ CO 2(вуглекислота, двоокис вуглецю, діоксид вуглецю, вугільний ангідрид) залежно від тиску та температури може перебувати в газоподібному, рідкому або твердому стані.

У газоподібному стані діоксид вуглецю є безбарвним газом з трохи кислуватим смаком і запахом. У атмосфері Землі міститься близько 0,04% вуглекислого газу. За нормальних умов його щільність становить 1,98 г/л - приблизно 1,5 разу більше щільності повітря.

Діаграма. Фазова рівновага вуглекислоти

Рідкий діоксид вуглецю (вуглекислота)є безбарвною рідиною без запаху. При кімнатній температурі існує тільки при тиску понад 5850 кПа. Щільність рідкої вуглекислоти залежить від температури. Наприклад, при температурі нижче +11°С рідка вуглекислота важча за воду, при температурі вище +11°С - легше. В результаті випаровування 1 кг рідкої вуглекислоти за нормальних умов утворюється приблизно 509 л газу.

При температурі близько -56,6°З тиску близько 519 кПа рідка вуглекислота перетворюється на тверду речовину - "сухий лід".

У промисловості найбільш поширені 3 способи одержання вуглекислого газу:

• з відхідних газів хімічних виробництв, насамперед синтетичного аміаку та метанолу; у відпрацьованих газах міститься приблизно 90% вуглекислого газу;
• з димових газів промислових котелень, що спалюють природний газ, вугілля та інше паливо; у димовому газі міститься 12-20% вуглекислого газу;
• з газів, що утворюються при бродінні в процесі отримання пива, спирту, при розщепленні жирів; газ, що відходить, є майже чистим вуглекислим газом.

Відповідно до ГОСТ 8050-85 газоподібна та рідка вуглекислота поставляється трьох видів: вищого, першого та другого сортів. Для зварювання рекомендується використовувати вуглекислоту вищого та першого сорту. Застосування вуглекислоти другого сорту для зварювання допускається, проте бажано наявність осушувачів газу. Допустимий вміст вуглекислого газу та деяких домішок у різних марках вуглекислоти наведено в таблиці нижче.

Таблиця. Характеристики марок вуглекислоти

Заходи безпеки під час роботи з вуглекислим газом:

• Вуглекислота не токсична і не вибухонебезпечна, проте при її концентраціях у повітрі понад 5% (92г/м 3 ) знижується частка кисню, що може призвести до кисневої недостатності та задухи. Тому слід побоюватися її скупчення в приміщеннях, що погано провітрюються. Для реєстрації концентрації вуглекислоти повітря виробничих приміщень застосовуються газоаналізатори - стаціонарні автоматичні чи переносні.
• При зменшенні тиску до атмосферного рідка вуглекислота перетворюється на газ і сніг з температурою -78,5°C і може призвести до ураження слизової оболонки очей та обмороження шкіри. Тому при відборі проб рідкої вуглекислоти необхідно користуватися захисними окулярами та рукавицями.
• Огляд внутрішньої ємності раніше експлуатованої цистерни для зберігання та транспортування рідкої вуглекислоти необхідно проводити у шланговому протигазі. Цистерну необхідно відігріти до температури навколишнього середовища, а внутрішню ємність продути повітрям або провентилювати. Протигаз дозволяється не використовувати лише після того, як об'ємна частка вуглекислоти всередині обладнання стане нижчою за 0,5%.

Застосування вуглекислого газу під час зварювання

Вуглекислий газ застосовується як активний захисний газ при дугового зварювання(зазвичай при напівавтоматичному зварюванні) електродом, що плавиться (дротом), у тому числі в складі газової суміші (з киснем, аргоном).

Постачання зварювальних постів вуглекислим газом може здійснюватися такими способами:

• безпосередньо від автономної станції з виробництва вуглекислоти;
• від стаціонарної судини-накопичувача - за значних обсягів споживання вуглекислого газу та відсутності у підприємства власної автономної станції;
• від транспортної вуглекислотної ємності - за менших обсягів споживання вуглекислого газу;
• від балонів - за незначних обсягів застосування вуглекислого газу або неможливості прокладання трубопроводів до зварювального посту.

Автономна станція з виробництва вуглекислоти - окремий спеціалізований цех підприємства, що виробляє діоксид вуглецю для потреб і постачання іншим організаціям. Вуглекислий газ подається до зварювальних постів газопроводами, прокладеними в зварювальних цехах.

При великих обсягах споживання вуглекислого газу та відсутності у підприємства автономної станції вуглекислота зберігається у стаціонарних судинах-накопичувачах, у які вона надходить із транспортних ємностей (див. малюнок нижче).

Малюнок. Схема постачання зварювальних постів вуглекислим газом від стаціонарної судини-накопичувача

При менших обсягах споживання подача вуглекислоти трубопроводами може здійснюватися безпосередньо від транспортної ємності. Характеристики деяких стаціонарних та транспортних ємностей наведені у таблиці нижче.

Таблиця. Характеристики ємностей для зберігання та транспортування вуглекислого газу (вуглекислоти)

При невеликих обсягах споживання вуглекислого газу або неможливості проведення трубопроводів до зварювальних постів для постачання вуглекислого газу використовуються балони. У стандартний чорний балон ємністю 40 л заливають 25 кг рідкої вуглекислоти, яка зазвичай зберігається при тиску 5-6 МПа. В результаті випаровування 25 кг рідкої вуглекислоти утворюється приблизно 12600 л газу. Схему зберігання вуглекислоти в балоні наведено на малюнку нижче.

Малюнок. Схема зберігання вуглекислого газу (вуглекислоти) у балоні

Для відбору газу з балона він повинен оснащуватися редуктором, підігрівачем газу та осушувачем газу. При виході вуглекислого газу з балона внаслідок його розширення відбувається адіабатичне охолодження газу. При високій швидкості витрати газу (більше 18 л/хв) це може призвести до замерзання пари води, що містяться в газі, і закупорці редуктора. У зв'язку з цим між редуктором та вентилем балона бажано розміщувати підігрівач газу. При проходженні газу по змійовику він підігрівається електричним нагрівальним елементом, включеним у мережу з напругою 24 або 36В.

Для отримання вологи з вуглекислого газу застосовується осушувач газу. Він являє собою корпус, заповнений матеріалом (зазвичай силікагелем, мідним купоросом або алюмогелем), що добре вбирає вологу. Осушувачі бувають високого тиску, що встановлюються до редуктора, та низького тиску, що встановлюються після редуктора.

Газування, вулкан, Венера, рефрижератор – що між ними спільного? Вуглекислий газ. Ми зібрали для Вас найцікавішу інформацію про одну з найважливіших хімічних сполук на Землі.

Що таке діоксид вуглецю

Діоксид вуглецю відомий переважно у своєму газоподібному стані, тобто. як вуглекислий газ з простою хімічною формулою CO2. У такому вигляді він існує в нормальних умовах – при атмосферному тиску та «звичайних» температурах. Але при підвищеному тиску, понад 5850 кПа (таке, наприклад, тиск на морській глибині близько 600 м), цей газ перетворюється на рідину. А при сильному охолодженні (мінус 78,5 ° С) він кристалізується і стає так званим сухим льодом, який широко використовується в торгівлі для зберігання заморожених продуктів рефрижераторах.

Рідка вуглекислота і сухий лід виходять і застосовуються у людській діяльності, але ці форми нестійкі та легко розпадаються.

А ось газоподібний діоксид вуглецю поширений всюди: він виділяється в процесі дихання тварин і рослин і є важливим складником хімічного складу атмосфери та океану.

Властивості вуглекислого газу

Вуглекислий газ CO2 не має кольору та запаху. У звичайних умовах не має і смаку. Однак при вдиханні високих концентрацій діоксиду вуглецю можна відчути в роті кислуватий присмак, викликаний тим, що вуглекислий газ розчиняється на слизових і слині, утворюючи слабкий розчин вугільної кислоти.

До речі, саме здатність діоксиду вуглецю розчинятися у воді використовується виготовлення газованих вод. Бульбашки лимонаду - той самий вуглекислий газ. Перший апарат для насичення води CO2 був винайдений ще 1770 р., а вже 1783 р. заповзятливий швейцарець Якоб Швепп почав промислове виробництво газування (торгова марка Schweppes існує досі).

Вуглекислий газ важчий за повітря в 1,5 рази, тому має тенденцію «осідати» в його нижніх шарах, якщо приміщення погано вентилюється. Відомий ефект «собачої печери», де CO2 виділяється прямо із землі та накопичується на висоті близько півметра. Доросла людина, потрапляючи в таку печеру, на висоті свого зростання не відчуває надлишку вуглекислого газу, а ось собаки виявляються прямо в густому шарі діоксиду вуглецю і зазнають отруєння.

CO2 не підтримує горіння, тому його використовують у вогнегасниках та системах пожежогасіння. Фокус із гасінням свічки, що горить, вмістом нібито порожньої склянки (а насправді — вуглекислим газом) заснований саме на цій властивості діоксиду вуглецю.

Вуглекислий газ у природі: природні джерела

Вуглекислий газ у природі утворюється з різних джерел:

• Дихання тварин та рослин.
  Кожному школяру відомо, що рослини поглинають вуглекислий газ CO2 з повітря та використовують його у процесах фотосинтезу. Деякі господині намагаються безліччю кімнатних рослин спокутувати недоліки. Однак рослини не тільки поглинають, але й виділяють вуглекислий газ без світла - це частина процесу дихання. Тому джунглі в спальні, що погано провітрюється - не дуже хороша ідея: вночі рівень CO2 зростатиме ще більше.
• Вулканічна діяльність.
  Діоксид вуглецю входить до складу вулканічних газів. У місцевостях з високою вулканічною активністю CO2 може виділятися прямо із землі – з тріщин та розломів, які називаються мофетами. Концентрація вуглекислого газу в долинах з мофетами настільки висока, що багато дрібних тварин, потрапивши туди, вмирають.
• Розкладання органічних речовин.
  Вуглекислий газ утворюється при горінні та гниття органіки. Об'ємні природні викиди діоксиду вуглецю супроводжують лісові пожежі.

Вуглекислий газ "зберігається" в природі у вигляді вуглецевих сполук у корисних копалин: вугіллі, нафті, торфі, вапняку. Гігантські запаси CO2 містяться у розчиненому вигляді у світовому океані.

Викид вуглекислого газу з відкритої водойми може призвести до лімнологічної катастрофи, як це траплялося, наприклад, у 1984 та 1986 роках. в озерах Манун і Ньос у Камеруні. Обидва озера утворилися дома вулканічних кратерів – нині вони згасли, проте у глибині вулканічна магма все ще виділяє вуглекислий газ, який піднімається до вод озер і розчиняється у них. Внаслідок низки кліматичних і геологічних процесів концентрація вуглекислоти у водах перевищила критичне значення. В атмосферу було викинуто величезну кількість вуглекислого газу, який на кшталт лавини спустився гірськими схилами. Жертвами лімнологічних катастроф на камерунських озерах стали близько 1800 осіб.

Штучні джерела вуглекислого газу

Основними антропогенними джерелами діоксиду вуглецю є:

• промислові викиди, пов'язані з процесами згоряння;
• автомобільний транспорт.

Незважаючи на те, що частка екологічного транспорту у світі зростає, переважна частина населення планети ще не скоро матиме можливість (або бажання) перейти на нові автомобілі.

Активне зведення лісів у промислових цілях також веде до підвищення концентрації вуглекислого газу СО2 повітря.

CO2 – один із кінцевих продуктів метаболізму (розщеплення глюкози та жирів). Він виділяється у тканинах та переноситься за допомогою гемоглобіну до легень, через які видихається. У повітрі, що видихається людиною, близько 4,5% діоксиду вуглецю (45 000 ppm) – у 60-110 разів більше, ніж у вдихуваному.

Вуглекислий газ відіграє велику роль у регуляції кровопостачання та дихання. Підвищення рівня CO2 у крові призводить до того, що капіляри розширюються, пропускаючи більше крові, яке доставляє до тканин кисень і виводить вуглекислоту.

Дихальна система теж стимулюється підвищенням вмісту вуглекислого газу, а не нестачею кисню, як може здатися. Насправді нестача кисню довго не відчувається організмом і цілком можлива ситуація, коли в розрідженому повітрі людина знепритомніє раніше, ніж відчує нестачу повітря. Стимулююча властивість CO2 використовується в апаратах штучного дихання: там вуглекислий газ підмішується до кисню, щоб запустити дихальну систему.

Вуглекислий газ і ми: чим небезпечний СO2

Вуглекислий газ необхідний організму людини так само, як кисень. Але так само, як із киснем, надлишок вуглекислого газу шкодить нашому самопочуттю.

Велика концентрація CO2 у повітрі призводить до інтоксикації організму та викликає стан гіперкапнії. При гіперкапнії людина відчуває труднощі з диханням, нудоту, біль голови і може навіть втратити свідомість. Якщо вміст вуглекислого газу не знижується, то далі настає черга – кисневого голодування. Справа в тому, що і вуглекислий газ, і кисень переміщаються організмом на тому самому «транспорті» – гемоглобіні. У нормі вони «мандрують» разом, прикріплюючись до різних місць молекули гемоглобіну. Проте підвищена концентрація вуглекислого газу крові знижує здатність кисню зв'язуватися з гемоглобіном. Кількість кисню у крові зменшується і настає гіпоксія.

Такі нездорові для організму наслідки наступають при вдиханні повітря з вмістом CO2 більше 5 000 ppm (таким може бути повітря в шахтах, наприклад). Заради справедливості, у звичайному житті ми практично не стикаємося з таким повітрям. Однак і набагато менша концентрація діоксиду вуглецю відбивається на здоров'я не найкращим чином.

Згідно з висновками деяких, вже 1 000 ppm CO2 викликає у половини випробуваних стомлення та головний біль. Духоту та дискомфорт багато людей починають відчувати ще раніше. При подальшому підвищенні концентрації вуглекислого газу до 1500 - 2500 ppm критично, мозок «лінується» виявляти ініціативу, обробляти інформацію та приймати рішення.

І якщо рівень 5000 ppm майже неможливий у повсякденному житті, то 1000 і навіть 2500 ppm легко можуть бути частиною реальності сучасної людини. Наш показав, що в шкільних класах, що рідко провітрюються, рівень CO2 значну частину часу тримається на позначці вище 1 500 ppm, а іноді підскакує вище 2 000 ppm. Є всі підстави припускати, що в багатьох офісах і квартирах ситуація схожа.

Безпечним для здоров'я людини рівнем вуглекислого газу фізіологи вважають 800 ppm.

Ще одне дослідження виявило зв'язок між рівнем CO2 і окислювальним стресом: чим вищий рівень діоксиду вуглецю, тим більше ми страждаємо від того, що руйнує клітини нашого організму.

Вуглекислий газ в атмосфері Землі

В атмосфері нашої планети всього близько 0,04% CO2 (це приблизно 400 ppm), а зовсім недавно було ще менше: позначку в 400 ppm вуглекислий газ перевищив тільки восени 2016 року. Вчені пов'язують зростання рівня CO2 в атмосфері з індустріалізацією: у середині XVIII століття, напередодні промислового перевороту, він становив лише близько 270 ppm.

Речовина з хімічною формулою СО2 та молекулярною масою 44,011 г/моль, яка може існувати в чотирьох фазових станах - газоподібному, рідкому, твердому та надкритичному.

Газоподібний стан СО2 має загальновживану назву «вуглекислий газ». При атмосферному тиску це безбарвний газ без кольору і запаху, при температурі +20? З щільністю 1,839 кг/м? (в 1,52 рази важче за повітря), добре розчиняється у воді (0,88 об'єму в 1 об'ємі води), частково взаємодіючи в ній з утворенням вугільної кислоти. Входить до складу атмосфери загалом 0,035% за обсягом. При різкому охолодженні рахунок розширення (детандирование) СО2 здатний десублимироваться - переходити одночасно у тверде стан, минаючи рідку фазу.

Газоподібний діоксид вуглецю раніше нерідко зберігали у стаціонарних газгольдерах. В даний час такий спосіб зберігання не застосовується; вуглекислий газ у необхідній кількості отримують безпосередньо на місці - шляхом випаровування рідкої вуглекислоти в газифікаторі. Далі газ можна легко перекачати будь-яким газопроводом під тиском 2-6 атмосфер.

Рідкий стан СО2 має технічну назву «рідка вуглекислота» або просто «вуглекислота». Це безбарвна рідина без запаху, середньою щільністю 771 кг/м3, яка існує тільки під тиском 3482…519 кПа при температурі 0…-56,5 град.С («низькотемпературна вуглекислота»), або під тиском 3482…7383 кПа при температурі 0…+31,0 град.С («вуглекислота високого тиску»). Вуглекислоту високого тиску отримують найчастіше шляхом стиску вуглекислого газу до тиску конденсації, при одночасному охолодженні водою. Низькотемпературну вуглекислоту, що є основною формою діоксиду вуглецю для промислового споживання, найчастіше отримують за циклом високого тиску шляхом триступеневого охолодження та дроселювання у спеціальних установках.

При невеликому та середньому споживанні вуглекислоти (високого тиску), для її зберігання та транспортування використовують різноманітні сталеві балони (від балончиків для побутових сифонів до ємностей місткістю 55 л). Найпоширенішим є 40 л балон з робочим тиском 15 000 кПа, що вміщає 24 кг вуглекислоти. За сталевими балонами не потрібно додатковий догляд, вуглекислота зберігається без втрат протягом тривалого часу. Балони з вуглекислотою високого тиску забарвлюють у чорний колір.

При значному споживанні для зберігання і транспортування низькотемпературної рідкої вуглекислоти використовують ізотермічні цистерни найрізноманітнішої місткості, оснащені службовими холодильними установками. Існують накопичувальні (стаціонарні) вертикальні та горизонтальні цистерни місткістю від 3 до 250 т, цистерни, що транспортуються місткістю від 3 до 18 т. Цистерни вертикального виконання вимагають будівництва фундаменту і використовуються переважно в умовах обмеженого простору для розміщення. Застосування горизонтальних цистерн дозволяє зменшити витрати на фундаменти, особливо за наявності загальної рами з вуглекислотною станцією. Цистерни складаються з внутрішньої зварної посудини, виготовленої з низькотемпературної сталі та має пінополіуретанову або вакуумну теплоізоляцію; зовнішнього кожуха із пластику, оцинкованої або нержавіючої сталі; трубопроводів, арматури та приладів контролю. Внутрішня і зовнішня поверхні звареної судини піддаються спеціальній обробці, завдяки чому знижена ймовірність поверхневої корозії металу. У дорогих імпортних моделях герметичний зовнішній кожух виконаний з алюмінію. Використання цистерн забезпечує заправку та злив рідкої вуглекислоти; зберігання та транспортування без втрат продукту; візуальний контроль маси та робочого тиску при заправці, в процесі зберігання та видачі. Усі типи цистерн оснащені багаторівневою системою безпеки. Запобіжні клапани дозволяють проводити перевірку та ремонт без зупинки та спорожнення цистерни.

При миттєвому зниженні тиску до атмосферного, що відбувається при впорскуванні в спеціальну розширювальну камеру (дроселювання), рідкий діоксид вуглецю миттєво перетворюється на газ і найтоншу снігоподібну масу, яку пресують і отримують діоксид вуглецю в твердому стані, який носить загальновживаний. При атмосферному тиску це біла склоподібна маса щільністю 1562 кг/м², з температурою -78,5 °С, яка на відкритому повітрі сублімується - поступово випаровується, минаючи рідкий стан. Сухий лід може бути отриманий безпосередньо на установках високого тиску, застосовуваних для отримання низькотемпературної вуглекислоти, з газових сумішей, що містять СО2 в кількості не менше 75-80%. Об'ємна холодопродуктивність сухого льоду майже в 3 рази більша, ніж у водяного льоду, і становить 573,6 кДж/кг.

Твердий діоксид вуглецю зазвичай випускають у брикетах розміром 200×100×20-70 мм, у гранулах діаметром 3, 6, 10, 12 та 16 мм, рідко у вигляді найтоншого порошку («сухий сніг»). Брикети, гранули та сніг зберігають не більше 1-2 діб у стаціонарних заглиблених сховищах шахтного типу, розбитих на невеликі відсіки; перевозять у спеціальних ізотермічних контейнерах із запобіжним клапаном. Використовуються контейнери різних виробників місткістю від 40 до 300 кг та більше. Втрати на сублімацію становлять залежно від температури навколишнього повітря 4-6% і більше на добу.

При тиску понад 7,39 кПа та температурі більше 31,6 град.С діоксид вуглецю знаходиться в так званому надкритичному стані, при якому його щільність як у рідини, а в'язкість та поверхневий натяг як у газу. Ця незвичайна фізична субстанція (флюїд) є чудовим неполярним розчинником. Надкритичний CO2 здатний повністю або вибірково екстрагувати будь-які неполярні складові з молекулярною масою менше 2 000 дальтонів: терпенові сполуки, воски, пігменти, високомолекулярні насичені та ненасичені жирні кислоти, алкалоїди, жиророзчинні вітаміни та фітостерини. Нерозчинними речовинами для надкритичного CO2 є целюлоза, крохмаль, органічні та неорганічні полімери з високою молекулярною вагою, цукру, глікозидні речовини, протеїни, метали та солі багатьох металів. Маючи подібні властивості, надкритичний діоксид вуглецю все ширше застосовується в процесах екстракції, фракціонування та імпрегнації органічних та неорганічних речовин. Він також є перспективним робочим тілом для сучасних теплових машин.

• Питома вага. Питома вага вуглекислоти залежить від тиску, температури та агрегатного стану, в якому вона знаходиться.
• Критична температура вуглекислоти +31 град. Питома вага вуглекислого газу за 0 град і тиску 760 мм рт.ст. дорівнює 1, 9769 кг/м3.
• Молекулярна вага вуглекислого газу 44,0. Відносна вага вуглекислого газу, порівняно з повітрям, становить 1,529.
• Рідка вуглекислота при температурі вище 0 град. значно легше води, і її можна зберігати лише під тиском.
• Питома вага твердої вуглекислоти залежить від її отримання. Рідка вуглекислота при заморожуванні перетворюється на сухий лід, що представляє прозоре, склоподібне тверде тіло. У цьому випадку тверда вуглекислота має найбільшу густину (при нормальному тиску в посудині, що охолоджується до мінус 79 град., Щільність дорівнює 1,56). Промислова тверда вуглекислота має білий колір, за твердістю близька до крейди,
• її питома вага коливається в залежності від способу одержання в межах 1,3 - 1,6.

• Рівняння стану.Зв'язок між об'ємом, температурою та тиском вуглекислого газу виражається рівнянням
• V= R T/p - A, де
• V – об'єм, м3/кг;
• R – газова постійна 848/44 = 19,273;
• Т - температура, К град.;
• р тиск, кг/м2;
• А - додатковий член, що характеризує відхилення від рівняння стану ідеального газу. Він виражається залежністю А = (0, 0825 + (1,225) 10-7 р) / (Т/100) 10/3.

• Потрійна точка вуглекислоти.Потрійна точка характеризується тиском 5,28 ата (кг/см2) та температурою мінус 56,6 град.
• Вуглекислота може перебувати у всіх трьох станах (твердому, рідкому та газоподібному) тільки в потрійній точці. При тисках нижче 5,28 ата (кг/см2) (або при температурі нижче мінус 56,6 град.) вуглекислота може бути тільки у твердому та газоподібному станах.
• У пародіжкісної області, тобто. вище потрійної точки, справедливі наступні співвідношення
• i" x + i"" у = i,
• x + у = 1, де,
• x і у - частка речовини в рідкому та пароподібному вигляді;
• i" - ентальпія рідини;
• i"" - ентальпія пари;
• i – ентальпія суміші.
• За цими величинами легко визначити величини x і у. Відповідно для області нижче за потрійну точку будуть дійсні наступні рівняння:
• i"" у + i"" z = i,
• у + z = 1, де,
• i"" - ентальпія твердої вуглекислоти;
• z - частка речовини у твердому стані.
• У потрійній точці для трьох фаз є також лише два рівняння
• i" x + i"" у + i""" z = i,
• x + y + z = 1.
• Знаючи значення i, "i", "i""" для потрійної точки та використовуючи наведені рівняння можна визначити ентальпію суміші для будь-якої точки.

• Теплоємність.Теплоємність вуглекислого газу за температури 20 град. та 1 ата становить
• Ср = 0,202 і Сv = 0,156 ккал/кг*град. Показник адіабати k = 1,30.
• Теплоємність рідкої вуглекислоти у діапазоні температур від -50 до +20 град. характеризується наступними значеннями, ккал/кг*град. :
• Град.С -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
• Ср, 0,47 0,49 0,515 0,514 0,517 0,6 0,64 0,68

• Точка плавлення.Плавлення твердої вуглекислоти відбувається при температурах і тисках, що відповідають потрійній точці (t = -56,6 град. і р = 5,28 ата) або що знаходяться вище її.
• Нижче потрійної точки сублімує тверда вуглекислота. Температура сублімації є функцією тиску: при нормальному тиску вона дорівнює -78,5 град., У вакуумі вона може бути -100 град. та нижче.

• Ентальпія.Ентальпію пари вуглекислоти в широкому діапазоні температур і тисків визначають за рівнянням Планка та Купріянова.
• i = 169,34 + (0,1955 + 0,000115t)t - 8,3724 p(1 + 0,007424p)/0,01T(10/3), де
• I – ккал/кг, р – кг/см2, Т – град.К, t – град.С.
• Ентальпію рідкої вуглекислоти в будь-якій точці можна легко визначити шляхом віднімання з ентальпії насиченої пари величини прихованої теплоти пароутворення. Так само, віднімаючи приховану теплоту сублімації, можна визначити ентальпію твердої вуглекислоти.

• Теплопровідність. Теплопровідність вуглекислого газу за 0 град. становить 0,012 ккал/м*годину*град.С, а при температурі -78 град. вона знижується до 0,008 ккал/м*год*град.С.
• Дані про теплопровідність вуглекислоти в 104 ст. ккал/м*час*град.С при плюсових температурах наведено у таблиці.
• Тиск, кг/см2 10 град. 20 град. 30 град. 40 град.
• Газоподібна вуглекислота
• 1 130 136 142 148
• 20 - 147 152 157
• 40 - 173 174 175
• 60 - - 228 213
• 80 - - - 325
• Рідка вуглекислота
• 50 848 - - -
• 60 870 753 - -
• 70 888 776 - -
• 80 906 795 670
  Теплопровідність твердої вуглекислоти може бути обчислена за такою формулою:
  236,5 / Т1, 216 ст., Ккал / м * год * град.С.

• Коефіцієнт теплового розширення.Об'ємний коефіцієнт розширення твердої вуглекислоти розраховують в залежності від зміни питомої ваги і температури. Лінійний коефіцієнт розширення визначають за виразом b = a/3. У діапазоні температур від –56 до –80 град. коефіцієнти мають такі значення: а * 10 * 5ст. = 185,5-117,0, b * 10 * 5 ст. = 61,8-39,0.

• В'язкість.В'язкість вуглекислоти 10*6ст. залежно від тиску та температури (кг*сек/м2)
• Тиск, ата -15 град. 0 град. 20 град. 40 град.
• 5 1,38 1,42 1,49 1,60
• 30 12,04 1,63 1,61 1,72
• 75 13,13 12,01 8,32 2,30

• Діелектрична стала.Діелектрична стала рідкої вуглекислоти при 50 - 125 ати, знаходиться в межах 1,6016 - 1,6425.
• Діелектрична стала вуглекислого газу при 15 град. і тиск 9,4 - 39 ати 1,009 - 1,060.

• Вміст вмісту вуглекислого газу.Вміст водяної пари у вологому вуглекислому газі визначають за допомогою рівняння,
• Х = 18/44 * p'/p - p' = 0,41 p'/p - p' кг/кг, де
• p' - парціальний тиск водяної пари при 100% насиченні;
• р - загальний тиск парогазової суміші.

• Розчинність вуглекислоти у воді.Розчинність газів вимірюється обсягами газу, наведеними до нормальних умов (0 град, С та 760 мм рт. ст.) на об'єм розчинника.
• Розчинність вуглекислоти у воді при помірних температурах і тисках до 4 - 5 ати підпорядковується закону Генрі, який виражається рівнянням
• Р = Н Х, де
• Р – парціальний тиск газу над рідиною;
• Х – кількість газу в молях;
• Н – коефіцієнт Генрі.

• Рідка вуглекислота як розчинник.Розчинність мастила в рідкій вуглекислоті при температурі -20град. до +25 град. становить 0,388 г в100 СО2,
• і збільшується до 0,718 г 100 г СО2 при температурі +25 град. З.
• Розчинність води у рідкій вуглекислоті в діапазоні температур від -5,8 до +22,9 град. становить трохи більше 0,05% за вагою.

Техніка безпеки

За ступенем впливу на організм людини газоподібний діоксид вуглецю відноситься до 4-го класу небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76 «Шкідливі речовини. Класифікація та загальні вимоги безпеки». Гранично допустима концентрація у повітрі робочої зони не встановлена, при оцінці цієї концентрації слід орієнтуватися на нормативи для вугільних та озокеритових шахт, встановлені в межах 0,5%.

При застосуванні сухого льоду, при використанні судин з низькотемпературною рідкою вуглекислотою повинно забезпечуватися дотримання заходів безпеки, що попереджають обмороження рук та інших ділянок тіла працівника.

85. Які з наведених нижче речовин можуть перебувати в трьох агрегатних станах (твердому, рідкому та газоподібному): залізо, кухонна сіль, пластмаса, вода, скло, ртуть, дерево?
Залізо, кухонна сіль, вода, ртуть.

86. Чи може сіль перебувати у рідкому стані?
Може.

87. Чи може вуглекислий газ бути у твердому стані?
Може.

88. Перерахуйте відомі вам речовини, які при температурі 20 °С знаходяться у твердому стані.
Залізо, кухонна сіль, графіт.

89. Які ви знаєте речовини, що перебувають у рідкому стані за 20 °С?
Вода, ртуть, спирт.

90. Назвіть речовини, які перебувають при температурі 20 °С у газоподібному стані.
Азот, кисень, аміак.

91. Об'єм ефіру у нещільно закритому флаконі зменшується. Поясніть явище, що спостерігається, на основі молекулярної будови речовини.
Ефір випаровуватиметься.

92. У яких станах може бути нафталін? Чому в кімнаті, де знаходиться нафталін, завжди відчувається його запах?
У твердому, рідкому та газоподібному.

93. У якому агрегатному стані речовини тяжіння між молекулами (атомами) найбільше?
У твердому.

94. У якому агрегатному стані речовини тяжіння між молекулами (атомами) найменше?
У газоподібному.