คาร์บอนไดออกไซด์คือออกไซด์ชนิดใด คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนไดออกไซด์
มีค่าเท่ากับ +4) เรียกว่า คาร์บอนไดออกไซด์ (ชื่ออื่น: คาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนิกแอนไฮไดรด์ คาร์บอนไดออกไซด์) สารนี้มักจะเขียนด้วยสูตรโมเลกุล CO2 มวลโมลของมันคือ 44.01 กรัม/โมล ภายใต้สภาวะปกติ คาร์บอนิกแอนไฮไดรด์จะเป็นก๊าซไม่มีสี เมื่อความเข้มข้นต่ำจะไม่มีกลิ่น เมื่อความเข้มข้นสูงจะมีกลิ่นฉุนและเปรี้ยว
สำหรับสารเคมีนี้มีสถานะการรวมตัวที่เป็นไปได้สามสถานะ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าความหนาแน่นที่แตกต่างกัน:
- ของแข็ง (น้ำแข็งแห้ง); ที่ความดัน 1 atm และอุณหภูมิ -78.5 °C - 1562 กก./ลบ.ม.;
- ของเหลว (คาร์บอนไดออกไซด์); ที่ความดัน 56 atm และอุณหภูมิ +20 °C - 770 กก./ลบ.ม.;
- ก๊าซ; ที่ความดัน 1 atm และอุณหภูมิ 0 °C - 1.977 กก./ลบ.ม.
จุดหลอมเหลวของคาร์บอนไดออกไซด์คือ -78 °C จุดเดือดคือ -57 °C สารละลายในน้ำ: ที่ 25 °C และความดัน 100 kPa ความสามารถในการละลายของมันคือ 1.45 g/l
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารประกอบเคมีธรรมชาติในโมเลกุลที่อะตอมออกซิเจนเชื่อมโยงกับอะตอมของคาร์บอนด้วยพันธะโควาเลนต์ โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแบบเส้นตรงและแบบเซนโทรสมมาตร พันธะทั้งสองระหว่างคาร์บอนและออกซิเจน 2 อะตอมมีค่าเท่ากัน (โดยพื้นฐานแล้วจะเป็นสองเท่า) โมเลกุลมีความสมมาตรเกี่ยวกับจุดศูนย์กลาง ดังนั้นจึงไม่มีโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นหนึ่งในสารประกอบเคมีที่เป็นก๊าซชนิดแรกๆ ที่ไม่สามารถระบุได้ว่ามีอากาศอีกต่อไป ในศตวรรษที่ 17 Jan Baptista van Helmont นักเคมีชาวเฟลมิชสังเกตว่าเมื่อเขาเผาถ่านหินในภาชนะปิด มวลของเถ้าที่เกิดขึ้นจะน้อยกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ธรรมดามาก ในปี 1750 มีการศึกษาคุณสมบัติของคาร์บอนไดออกไซด์อย่างระมัดระวังมากขึ้น โดยแพทย์ชาวสก็อต โจเซฟ แบล็ก
คาร์บอนไดออกไซด์ที่ความดันและอุณหภูมิมาตรฐานพบได้ในชั้นบรรยากาศของโลกในปริมาณประมาณ 0.04% โดยปริมาตร คาร์บอนไดออกไซด์ถูกดูดซับโดยพืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรคาร์บอนหรือที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นผลให้เกิดน้ำและคาร์โบไฮเดรต แต่กระบวนการนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแสงเท่านั้น คาร์บอนไดออกไซด์ยังเกิดจากการเผาไหม้ของถ่านหินหรือไฮโดรคาร์บอน โดยการหมักของเหลว และจากการหายใจออกของมนุษย์และสัตว์ นอกจากนี้ยังปล่อยออกมาจากภูเขาไฟ น้ำพุร้อน และไกเซอร์อีกด้วย
คาร์บอนไดออกไซด์มีบทบาทสำคัญ (ดูดซับและปล่อยรังสีในช่วงอินฟราเรดความร้อน) สารประกอบทางเคมีนี้ยังเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการลดลงของค่า pH ในมหาสมุทร เมื่อละลายในน้ำจะเกิดกรดคาร์บอนิกอ่อน: CO2 + H2O ↔ H2CO3 ซึ่งไม่สามารถแยกตัวออกเป็นไอออนได้อย่างสมบูรณ์
คาร์บอนไดออกไซด์ไม่สนับสนุนการเผาไหม้หรือการหายใจ เสี้ยนไฟในชั้นบรรยากาศดับลง สัตว์และมนุษย์หายใจไม่ออกเมื่อมีความเข้มข้นของ CO2 สูง ที่ความเข้มข้น 3% ในอากาศ การหายใจจะเร็วขึ้น ที่ 10% จะหมดสติและเสียชีวิตอย่างรวดเร็ว และที่ 20% จะทำให้เป็นอัมพาตทันที
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์บอนิกแอนไฮไดรด์จึงมีคุณสมบัติเป็นออกไซด์ที่เป็นกรด ในสภาพห้องปฏิบัติการนั้นได้มาจากการทำปฏิกิริยาชอล์กกับกรดไฮโดรคลอริกใน CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O ในอุตสาหกรรม เกิดจากการสลายตัวด้วยความร้อนของหินปูนหรือชอล์ก (มักมีแมกนีไซต์หรือโดโลไมต์น้อยกว่า): CaCO3 → CaO + CO2 การผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลพลอยได้จากการแยกอากาศที่อุณหภูมิต่ำออกเป็นไนโตรเจนและออกซิเจน ปัจจุบันมีการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพิเศษเพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวใช้ในการจ่ายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้กับโรงเรือนเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อพืช
คาร์บอนไดออกไซด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี ใช้ในการผลิตโซดา สังเคราะห์กรดอินทรีย์ และทำน้ำอัดลม ใช้เป็นสารทำความเย็น เช่น ในการผลิตไวน์ บรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ถูกสร้างขึ้นเพื่อป้องกันการเน่าเปื่อยของผลิตภัณฑ์อาหาร รวมถึงองุ่นหลังจากการเก็บเกี่ยวและก่อนที่การผลิตไวน์จะเริ่มขึ้น
การผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหลวจะดำเนินการเพื่อเติมซึ่งใช้ในการดับไฟ. อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่สามารถดับไฟบุคคลได้เนื่องจากส่วนสำคัญของกระแสของเหลว CO2 จะระเหยไปในขณะที่อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว (ซึ่งอาจทำให้เกิดอาการบวมเป็นน้ำเหลือง) และ CO2 จะกลายเป็นน้ำแข็งแห้ง คาร์บอนไดออกไซด์มักจะใช้เพื่อดับการเดินสายไฟฟ้า กลไกคือการหยุดการไหลของออกซิเจนในอากาศไปยังแหล่งกำเนิดไฟ
การใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในสนามเชื่อมเป็นเรื่องปกติมาก นี่เป็นหนึ่งในตัวเลือกหลักที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อโลหะประเภทต่างๆ คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนไดออกไซด์กำหนดให้เป็นสารสากลสำหรับการเชื่อมแก๊ส การเชื่อมแก๊สและอาร์กไฟฟ้า และอื่นๆ นี่เป็นวัตถุดิบที่มีราคาไม่แพงนักซึ่งใช้มานานหลายปีแล้ว มีตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่า แต่คาร์บอนไดออกไซด์คือตัวเลือกที่ใช้บ่อยที่สุด ใช้สำหรับการฝึกอบรมและการดำเนินการตามขั้นตอนที่ง่ายที่สุด
คาร์บอนไดออกไซด์เรียกอีกอย่างว่าคาร์บอนไดออกไซด์ สารไม่มีกลิ่นและไม่มีสีในสภาวะปกติ ที่ความดันบรรยากาศปกติ คาร์บอนไดออกไซด์ไม่อยู่ในสถานะของเหลวและเปลี่ยนจากของแข็งเป็นก๊าซทันที
การประยุกต์คาร์บอนไดออกไซด์
สารเคมีถูกนำมาใช้มากกว่าการเชื่อม คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้สามารถใช้เป็นหัวเชื้อหรือสารกันบูดในอุตสาหกรรมอาหารได้ ในระบบดับเพลิงหลายชนิด โดยเฉพาะในถังดับเพลิงแบบมือถือ ใช้เพื่อให้สารอาหารแก่พืชในตู้ปลา เครื่องดื่มอัดลมเกือบทั้งหมดมีคาร์บอนไดออกไซด์
ในอุตสาหกรรมการเชื่อม การใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์ไม่ปลอดภัยสำหรับโลหะเลย ความจริงก็คือเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูงมันจะสลายตัวและปล่อยออกซิเจนออกมา ในทางกลับกัน ออกซิเจนเป็นอันตรายต่อสระเชื่อม และเพื่อขจัดผลกระทบด้านลบ จึงมีการใช้สารกำจัดออกซิไดซ์หลายชนิด เช่น ซิลิคอนและแมงกานีส
การใช้คาร์บอนไดออกไซด์ยังพบได้ในกระบอกสูบสำหรับปืนพกและปืนไรเฟิล เช่นเดียวกับกระบอกเชื่อม คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกเก็บไว้ที่นี่ในสถานะเป็นของเหลวภายใต้ความกดดัน
สูตรเคมี
คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอนไดออกไซด์ตลอดจนคุณลักษณะอื่นๆ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของสูตรโดยตรง สูตรคาร์บอนไดออกไซด์ในเคมีคือ CO 2 ซึ่งหมายความว่าคาร์บอนไดออกไซด์ประกอบด้วยคาร์บอนหนึ่งอะตอมและออกซิเจนสองอะตอม
คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ
เมื่อพิจารณาถึงวิธีการกำหนดก๊าซเคมีในวิชาเคมีแล้ว ก็ควรพิจารณาคุณสมบัติของแก๊สให้ละเอียดยิ่งขึ้น คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนไดออกไซด์แสดงออกมาในพารามิเตอร์ต่างๆ ความหนาแน่นของคาร์บอนไดออกไซด์ภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐานคือ 1.98 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ทำให้หนักกว่าอากาศในบรรยากาศถึง 1.5 เท่า คาร์บอนไดออกไซด์ไม่มีกลิ่นและไม่มีสี หากถูกทำให้เย็นลงอย่างรุนแรง มันจะเริ่มตกผลึกเป็นสิ่งที่เรียกว่า “น้ำแข็งแห้ง” อุณหภูมิการระเหิดถึง -78 องศาเซลเซียส
คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้เป็นออกไซด์ที่เป็นกรด เนื่องจากสามารถสร้างกรดคาร์บอนิกได้เมื่อละลายในน้ำ เมื่อทำปฏิกิริยากับด่างสารจะเริ่มก่อตัวเป็นไบคาร์บอเนตและคาร์บอเนต สำหรับสารบางชนิด เช่น ฟีนอล คาร์บอนไดออกไซด์จะเกิดปฏิกิริยาทดแทนอิเล็กโทรฟิลิก สารนี้เข้าสู่ปฏิกิริยาเติมนิวคลีโอฟิลกับสารออร์กาโนแมกนีเซียม การใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในถังดับเพลิงเกิดจากการไม่สนับสนุนกระบวนการเผาไหม้ การใช้ในการเชื่อมเกิดจากการที่โลหะที่ใช้งานอยู่บางชนิดถูกเผาไหม้ในสาร
ข้อดี
- การใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีราคาไม่แพงนัก เนื่องจากราคาของสารนี้ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับก๊าซชนิดอื่น
- นี่เป็นสารทั่วไปที่สามารถพบได้ในหลายสถานที่
- คาร์บอนไดออกไซด์นั้นง่ายต่อการจัดเก็บและไม่ต้องใช้มาตรการความปลอดภัยที่ซับซ้อน
- แก๊สทำงานได้ดีกับหน้าที่ที่ตั้งใจไว้
ข้อบกพร่อง
- ในระหว่างการใช้งาน ออกไซด์อาจก่อตัวบนโลหะ ซึ่งถูกปล่อยออกมาจากสารระหว่างการให้ความร้อน
- สำหรับการใช้งานปกติ คุณจะต้องใช้วัสดุสิ้นเปลืองเพิ่มเติมซึ่งจะช่วยกำจัดผลกระทบด้านลบของออกไซด์
- มีก๊าซที่มีประสิทธิภาพมากกว่าที่ใช้ในอุตสาหกรรมการเชื่อม
การใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในการเชื่อม
สารนี้ใช้ในด้านการเชื่อมผลิตภัณฑ์โลหะเป็น มันใช้ได้กับทั้งอัตโนมัติและ. บ่อยครั้งไม่ได้ใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่ใช้ร่วมกับอาร์กอนหรือออกซิเจนในส่วนผสมของก๊าซ ในภาคการผลิต มีหลายทางเลือกในการจัดหาเสา ในหมู่พวกเขามีวิธีการดังต่อไปนี้:
- จัดส่งจากกระบอกสูบ วิธีนี้จะสะดวกมากเมื่อเราพูดถึงสารที่มีปริมาตรค่อนข้างน้อย สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงความคล่องตัวเนื่องจากไม่สามารถสร้างไปป์ไลน์ไปยังโพสต์ได้เสมอไป
- ภาชนะขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นี่เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการบริโภคสารในถังขนาดเล็ก มันจ่ายก๊าซมากกว่าในกระบอกสูบ แต่สะดวกในการขนส่งน้อยกว่า
- ถังเก็บเครื่องเขียน ใช้สำหรับผู้ที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก จะใช้เมื่อไม่มีสถานีอิสระในองค์กร
- สถานีอัตโนมัติ นี่เป็นวิธีการจัดส่งที่กว้างที่สุดในแง่ของปริมาณ เนื่องจากสามารถให้บริการหลังการขายได้เกือบทุกขั้นตอน โดยไม่คำนึงถึงปริมาณ ดังนั้นทางไปรษณีย์จึงได้รับสารโดยตรงจากสถานที่ผลิต
สถานีอัตโนมัติเป็นการประชุมเชิงปฏิบัติการพิเศษในองค์กรที่ผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ สามารถทำงานได้ตามความต้องการของตนเองโดยเฉพาะหรือจัดหาให้กับโรงงานและองค์กรอื่นๆ เพื่อให้มั่นใจว่าจุดปฏิบัติงานขององค์กรจะมีการจ่ายก๊าซผ่านท่อ ในบางครั้งที่องค์กรจำเป็นต้องกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก็จะถูกย้ายไปยังถังเก็บพิเศษ
มาตรการรักษาความปลอดภัย
การจัดเก็บและการใช้สารค่อนข้างปลอดภัย แต่เพื่อขจัดโอกาสที่จะเกิดอุบัติเหตุคุณควรปฏิบัติตามกฎพื้นฐาน:
- แม้ว่าคาร์บอนไดออกไซด์จะไม่ระเบิดหรือเป็นพิษ แต่หากความเข้มข้นสูงกว่า 5% คนจะรู้สึกหายใจไม่ออกและขาดออกซิเจน อย่าให้มีการรั่วไหลหรือเก็บสิ่งใดๆ ไว้ในที่ปิดและไม่มีอากาศถ่ายเท
- หากคุณลดความดัน คาร์บอนไดออกไซด์เหลวจะกลายเป็นสถานะก๊าซ ขณะนี้อุณหภูมิสามารถอยู่ที่ -78 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอันตรายต่อเยื่อเมือกของร่างกาย นอกจากนี้ยังนำไปสู่การบวมเป็นน้ำเหลืองของผิวหนัง
- การตรวจสอบถังเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ขนาดใหญ่ควรดำเนินการโดยใช้หน้ากากป้องกันแก๊สพิษแบบท่อ ถังต้องอุ่นจนถึงอุณหภูมิโดยรอบและระบายอากาศได้ดี
บทสรุป
คุณสมบัติทางกายภาพไม่ใช่ตัวบ่งชี้เดียวในการเลือกก๊าซสำหรับการเชื่อม การรวมกันของพารามิเตอร์ทั้งหมดทำให้สารนี้มีสถานะที่มั่นใจในตลาดวัสดุสิ้นเปลืองสมัยใหม่ ในบรรดาขั้นตอนที่ง่ายที่สุด นี่เป็นก๊าซที่ขาดไม่ได้ซึ่งช่างเชื่อมมืออาชีพและมือใหม่เกือบทุกคนเคยพบเจอ
กระบวนการที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการก่อตัวของสารประกอบนี้คือการเน่าเปื่อยของซากสัตว์และพืช การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ และการหายใจของสัตว์และพืช ตัวอย่างเช่น คนหนึ่งปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณหนึ่งกิโลกรัมสู่ชั้นบรรยากาศต่อวัน คาร์บอนมอนอกไซด์และไดออกไซด์สามารถเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมาระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟและยังสามารถผลิตจากแหล่งน้ำแร่ได้อีกด้วย คาร์บอนไดออกไซด์พบได้ในปริมาณเล็กน้อยในชั้นบรรยากาศของโลก
ลักษณะเฉพาะของโครงสร้างทางเคมีของสารประกอบนี้ช่วยให้สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับคาร์บอนไดออกไซด์
สูตร
ในสารประกอบของสารนี้อะตอมของคาร์บอนเตตระวาเลนต์จะสร้างพันธะเชิงเส้นกับโมเลกุลออกซิเจนสองโมเลกุล การปรากฏตัวของโมเลกุลดังกล่าวสามารถแสดงได้ดังนี้:
ทฤษฎีการผสมพันธุ์อธิบายโครงสร้างของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ดังนี้ พันธะซิกมาสองตัวที่มีอยู่เกิดขึ้นระหว่างวงโคจร sp ของอะตอมคาร์บอนและวงโคจรออกซิเจน 2p ทั้งสองวง p-ออร์บิทัลของคาร์บอนซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการผสมพันธุ์จะถูกพันธะร่วมกับออร์บิทัลของออกซิเจนที่คล้ายกัน ในปฏิกิริยาเคมี คาร์บอนไดออกไซด์เขียนเป็น: CO 2
คุณสมบัติทางกายภาพ
ภายใต้สภาวะปกติ คาร์บอนไดออกไซด์จะเป็นก๊าซไม่มีสีไม่มีกลิ่น มันหนักกว่าอากาศ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้คาร์บอนไดออกไซด์มีพฤติกรรมเหมือนของเหลวได้ ตัวอย่างเช่นสามารถเทจากภาชนะหนึ่งไปอีกภาชนะหนึ่งได้ สารนี้สามารถละลายได้ในน้ำเล็กน้อย - CO 2 ประมาณ 0.88 ลิตรละลายในน้ำหนึ่งลิตรที่อุณหภูมิ 20 ⁰C อุณหภูมิที่ลดลงเล็กน้อยทำให้สถานการณ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง - CO 2 1.7 ลิตรสามารถละลายในน้ำลิตรเดียวกันที่อุณหภูมิ17⁰C ด้วยการทำความเย็นที่รุนแรงสารนี้จะตกตะกอนในรูปของเกล็ดหิมะซึ่งเรียกว่า "น้ำแข็งแห้ง" ชื่อนี้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าที่ความดันปกติสารที่ผ่านสถานะของเหลวจะกลายเป็นก๊าซทันที คาร์บอนไดออกไซด์เหลวเกิดขึ้นที่ความดันมากกว่า 0.6 MPa และที่อุณหภูมิห้อง
คุณสมบัติทางเคมี
เมื่อทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ที่แรง 4 คาร์บอนไดออกไซด์จะแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ ปฏิกิริยาโดยทั่วไปของการโต้ตอบนี้คือ:
C + CO 2 = 2CO
ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของถ่านหินคาร์บอนไดออกไซด์จึงลดลงไปสู่การดัดแปลงแบบไดวาเลนท์ - คาร์บอนมอนอกไซด์
ภายใต้สภาวะปกติ คาร์บอนไดออกไซด์จะเฉื่อย แต่โลหะที่มีฤทธิ์บางชนิดสามารถเผาไหม้ในนั้น โดยดึงออกซิเจนออกจากสารประกอบและปล่อยก๊าซคาร์บอนออกมา ปฏิกิริยาทั่วไปคือการเผาไหม้ของแมกนีเซียม:
2Mg + CO 2 = 2MgO + C
ในระหว่างปฏิกิริยาจะเกิดแมกนีเซียมออกไซด์และคาร์บอนอิสระ
ในสารประกอบทางเคมี CO 2 มักแสดงคุณสมบัติของออกไซด์ที่เป็นกรดโดยทั่วไป ตัวอย่างเช่น มันทำปฏิกิริยากับเบสและออกไซด์พื้นฐาน ผลลัพธ์ของปฏิกิริยาคือเกลือของกรดคาร์บอนิก
ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาของสารประกอบโซเดียมออกไซด์กับคาร์บอนไดออกไซด์สามารถแสดงได้ดังนี้:
นา 2 O + CO 2 = นา 2 CO 3;
2NaOH + CO 2 = นา 2 CO 3 + H 2 O;
NaOH + CO 2 = NaHCO 3
กรดคาร์บอนิกและสารละลาย CO 2
คาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำจะเกิดเป็นสารละลายโดยมีการแยกตัวออกเล็กน้อย สารละลายคาร์บอนไดออกไซด์นี้เรียกว่ากรดคาร์บอนิก ไม่มีสี แสดงออกได้ไม่ดีนัก และมีรสเปรี้ยว
การบันทึกปฏิกิริยาเคมี:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
สมดุลถูกเลื่อนไปทางซ้ายค่อนข้างแรง - เพียงประมาณ 1% ของคาร์บอนไดออกไซด์เริ่มต้นเท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นกรดคาร์บอนิก ยิ่งอุณหภูมิสูง โมเลกุลของกรดคาร์บอนิกในสารละลายก็จะน้อยลง เมื่อสารประกอบเดือด จะหายไปอย่างสมบูรณ์ และสารละลายจะสลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ สูตรโครงสร้างของกรดคาร์บอนิกแสดงไว้ด้านล่าง
คุณสมบัติของกรดคาร์บอนิก
กรดคาร์บอนิกอ่อนมาก ในสารละลายจะแตกตัวเป็นไฮโดรเจนไอออน H + และสารประกอบ HCO 3 - CO 3 - ไอออนเกิดขึ้นในปริมาณที่น้อยมาก
กรดคาร์บอนิกเป็นกรดไดเบสิก ดังนั้นเกลือที่เกิดขึ้นจากกรดคาร์บอนิกจึงมีความเป็นกรดปานกลางและเป็นกรดได้ ตามธรรมเนียมทางเคมีของรัสเซีย เกลือปานกลางเรียกว่าคาร์บอเนต และเกลือเข้มข้นเรียกว่าไบคาร์บอเนต
ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพ
วิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการตรวจจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์คือการเปลี่ยนความใสของปูนขาว
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
ประสบการณ์นี้เป็นที่รู้จักจากหลักสูตรเคมีของโรงเรียน ที่จุดเริ่มต้นของปฏิกิริยา จะเกิดตะกอนสีขาวจำนวนเล็กน้อย ซึ่งต่อมาจะหายไปเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ไหลผ่านน้ำ การเปลี่ยนแปลงความโปร่งใสเกิดขึ้นเนื่องจากในระหว่างกระบวนการโต้ตอบ สารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ - แคลเซียมคาร์บอเนต - จะถูกแปลงเป็นสารที่ละลายได้ - แคลเซียมไบคาร์บอเนต ปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามเส้นทางนี้:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2
การผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
หากคุณต้องการได้รับ CO2 ในปริมาณเล็กน้อย คุณสามารถเริ่มปฏิกิริยาของกรดไฮโดรคลอริกกับแคลเซียมคาร์บอเนต (หินอ่อน) ได้ สัญกรณ์เคมีสำหรับปฏิกิริยานี้มีลักษณะดังนี้:
CaCO 3 + HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2
เพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของสารที่มีคาร์บอน เช่น อะเซทิลีน:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -
อุปกรณ์ Kipp ใช้ในการรวบรวมและจัดเก็บสารที่เป็นก๊าซ
สำหรับความต้องการของอุตสาหกรรมและการเกษตร ขนาดของการผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะต้องมีขนาดใหญ่ วิธีการยอดนิยมสำหรับปฏิกิริยาขนาดใหญ่นี้คือการเผาหินปูนซึ่งก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ สูตรปฏิกิริยาแสดงไว้ด้านล่าง:
CaCO 3 = CaO + CO 2
การประยุกต์คาร์บอนไดออกไซด์
หลังจากการผลิต "น้ำแข็งแห้ง" ในปริมาณมาก อุตสาหกรรมอาหารได้เปลี่ยนมาใช้วิธีจัดเก็บอาหารแบบใหม่โดยพื้นฐาน เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตเครื่องดื่มอัดลมและน้ำแร่ ปริมาณ CO 2 ในเครื่องดื่มช่วยให้สดชื่นและยืดอายุการเก็บรักษาได้อย่างมาก และการทำให้น้ำแร่มีคาร์บอนช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงความเหม็นอับและรสชาติที่ไม่พึงประสงค์
ในการปรุงอาหารมักใช้วิธีดับกรดซิตริกด้วยน้ำส้มสายชู คาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้จะทำให้ผลิตภัณฑ์ขนมมีความฟูและเบา
สารประกอบนี้มักถูกใช้เป็นวัตถุเจือปนอาหารเพื่อเพิ่มอายุการเก็บของผลิตภัณฑ์อาหาร ตามมาตรฐานสากลในการจำแนกประเภทของสารเคมีเจือปนที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์ รหัส E 290
ผงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นหนึ่งในสารยอดนิยมที่รวมอยู่ในสารผสมดับเพลิง สารนี้ยังพบได้ในโฟมดับเพลิง
ทางที่ดีควรขนส่งและเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ในถังโลหะ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 31⁰C ความดันในกระบอกสูบอาจถึงขั้นวิกฤติ และ CO 2 ของเหลวจะเข้าสู่สถานะวิกฤตยิ่งยวด โดยมีแรงดันใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็น 7.35 MPa กระบอกโลหะสามารถทนแรงดันภายในได้สูงสุด 22 MPa ดังนั้นช่วงความดันที่อุณหภูมิสูงกว่าสามสิบองศาจึงถือว่าปลอดภัย
(IV) คาร์บอนไดออกไซด์หรือคาร์บอนไดออกไซด์ เรียกอีกอย่างว่าคาร์บอนิกแอนไฮไดรด์ เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีรสเปรี้ยว คาร์บอนไดออกไซด์หนักกว่าอากาศและละลายในน้ำได้ไม่ดี ที่อุณหภูมิต่ำกว่า - 78 องศาเซลเซียส จะตกผลึกและกลายเป็นเหมือนหิมะ
สารนี้เปลี่ยนจากสถานะก๊าซไปเป็นของแข็ง เนื่องจากไม่สามารถอยู่ในสถานะของเหลวได้ภายใต้ความดันบรรยากาศ ความหนาแน่นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภายใต้สภาวะปกติคือ 1.97 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร - สูงกว่า 1.5 เท่า ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของแข็งเรียกว่า "น้ำแข็งแห้ง" มันจะกลายเป็นสถานะของเหลวซึ่งสามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลานานเมื่อความดันเพิ่มขึ้น มาดูสารนี้และโครงสร้างทางเคมีของมันกันดีกว่า
คาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งมีสูตรเป็น CO2 ประกอบด้วยคาร์บอนและออกซิเจน ซึ่งได้มาจากการเผาไหม้หรือการสลายตัวของสารอินทรีย์ คาร์บอนมอนอกไซด์พบได้ในอากาศและบ่อน้ำแร่ใต้ดิน มนุษย์และสัตว์ยังปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อหายใจออก พืชที่ไม่มีแสงจะปล่อยแสงและดูดซับอย่างเข้มข้นในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง เนื่องจากกระบวนการเผาผลาญของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด คาร์บอนมอนอกไซด์จึงเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของธรรมชาติโดยรอบ
ก๊าซนี้ไม่เป็นพิษ แต่หากสะสมในความเข้มข้นสูง การหายใจไม่ออก (hypercapnia) อาจเริ่มต้นได้ และเมื่อขาดสารดังกล่าว สภาวะตรงกันข้ามก็จะพัฒนา - ภาวะ hypocapnia คาร์บอนไดออกไซด์ส่งผ่านและสะท้อนอินฟราเรด ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อภาวะโลกร้อน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าระดับของเนื้อหาในบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งนำไปสู่ภาวะเรือนกระจก
คาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นทางอุตสาหกรรมจากควันหรือก๊าซจากเตาหลอม หรือโดยการสลายตัวของโดโลไมต์และคาร์บอเนตหินปูน ส่วนผสมของก๊าซเหล่านี้จะถูกล้างให้สะอาดด้วยสารละลายพิเศษที่ประกอบด้วยโพแทสเซียมคาร์บอเนต ต่อมาจะกลายเป็นไบคาร์บอเนตและสลายตัวเมื่อถูกความร้อนส่งผลให้มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ (H2CO3) เกิดขึ้นจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในน้ำ แต่ในสภาวะปัจจุบันก็ยังได้มาจากวิธีการอื่นขั้นสูงกว่าเช่นกัน หลังจากที่คาร์บอนไดออกไซด์ถูกทำให้บริสุทธิ์แล้ว คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกบีบอัด ทำให้เย็นลง และสูบเข้าไปในกระบอกสูบ
ในอุตสาหกรรมมีการใช้สารนี้กันอย่างแพร่หลายและแพร่หลาย ผู้ผลิตอาหารใช้เป็นหัวเชื้อ (เช่น สำหรับทำแป้ง) หรือเป็นสารกันบูด (E290) ด้วยความช่วยเหลือของคาร์บอนไดออกไซด์จึงผลิตเครื่องดื่มชูกำลังและโซดาหลายชนิดซึ่งไม่เพียงแต่เด็ก ๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงผู้ใหญ่ด้วย คาร์บอนไดออกไซด์ถูกใช้ในการผลิตเบกกิ้งโซดา เบียร์ น้ำตาล และสปาร์กลิ้งไวน์
คาร์บอนไดออกไซด์ยังใช้ในการผลิตเครื่องดับเพลิงที่มีประสิทธิภาพ ด้วยความช่วยเหลือของคาร์บอนไดออกไซด์จะทำให้เกิดสารออกฤทธิ์ซึ่งจำเป็นเมื่อส่วนเชื่อมอยู่ที่อุณหภูมิสูงคาร์บอนไดออกไซด์จะแตกตัวเป็นออกซิเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับโลหะเหลวและออกซิไดซ์ คาร์บอนไดออกไซด์ในกระป๋องใช้ในปืนลมและปืนพก
ผู้สร้างแบบจำลองเครื่องบินใช้สารนี้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับแบบจำลองของตน ด้วยความช่วยเหลือของคาร์บอนไดออกไซด์คุณสามารถเพิ่มผลผลิตพืชผลที่ปลูกในเรือนกระจกได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่ผลิตภัณฑ์อาหารได้รับการเก็บรักษาได้ดีกว่ามาก ใช้เป็นสารทำความเย็นในตู้เย็น ตู้แช่แข็ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนอื่นๆ
4.3 จาก 5คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับคาร์บอนสารนี้เรียกอีกอย่างว่าคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ หรือคาร์บอนิกแอนไฮไดรด์
คุณสมบัติของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สารเตรียม
ดังที่ทราบกันว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บรรจุอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลก สารประกอบนี้ถูกปล่อยออกสู่อากาศอันเป็นผลมาจากกระบวนการหายใจของสัตว์และมนุษย์ พืชดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง กล่าวคือ ในช่วงเวลากลางวันและปล่อยออกมาในเวลากลางคืนด้วย นอกจากนี้คาร์บอนไดออกไซด์ยังมีอยู่ในแร่ธาตุและต้องมีอยู่ในเซลล์ของร่างกายมนุษย์และสัตว์จำนวนหนึ่งอย่างแน่นอนเนื่องจากจะรักษาและควบคุมเสียงของหลอดเลือด
ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น แต่มีรสเปรี้ยวเล็กน้อย เมื่อเย็นลงอย่างรุนแรง ก็สามารถตกผลึกกลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า "น้ำแข็งแห้ง" ซึ่งมนุษยชาติได้ค้นพบวิธีการนำไปใช้หลายวิธี
คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอนไดออกไซด์มีดังนี้:
- มันละลายในน้ำได้อย่างสมบูรณ์ทำให้เกิดกรดคาร์บอนิก
- เมื่อทำปฏิกิริยากับอัลคาไลคาร์บอนไดออกไซด์จะเกิดคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนต
- ผ่านการเติมนิวคลีโอฟิลิกและปฏิกิริยาการทดแทนอิเล็กโทรฟิลิก
- ไม่สนับสนุนการเผาไหม้ มีเพียงโลหะบางชนิดเท่านั้นที่สามารถเผาไหม้ได้ (เช่น แมกนีเซียม)
ในธรรมชาติ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นในสิ่งมีชีวิตและแร่ธาตุ ในระดับอุตสาหกรรม คาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นได้หลายวิธี:
- คาร์บอนไดออกไซด์ถูกสังเคราะห์เป็นผลพลอยได้จากกระบวนการทางเคมี (เช่น ระหว่างการสลายตัวของคาร์บอนธรรมชาติ) หรือการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์
- คาร์บอนไดออกไซด์ผลิตโดยการดูดซับก๊าซไอเสียด้วยโพแทสเซียมคาร์บอเนตหรือโมโนเอทาโนลามีน
- มีโรงงานพิเศษสำหรับแยกอากาศเป็นผลพลอยได้ในระหว่างการผลิตออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอน
- ห้องปฏิบัติการสามารถผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ได้ในปริมาณเล็กน้อยอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของคาร์บอเนตหรือไบคาร์บอเนตกับกรด
- ในการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับเตรียมเครื่องดื่มมักใช้ปฏิกิริยาของโซดาและกรดซิตริก - นี่คือลักษณะของเครื่องดื่มอัดลมชนิดแรกซึ่งการเตรียมครั้งแรกเป็นของเภสัชกร
คาร์บอนไดออกไซด์ถูกนำมาใช้อย่างไร?
จนถึงปัจจุบัน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกใช้อย่างแข็งขันในหลายพื้นที่และอุตสาหกรรม:
- อุตสาหกรรมอาหารใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารกันบูดหรือหัวเชื้อซึ่งมีป้ายกำกับว่า E290 สารเติมแต่งนี้สามารถพบได้ในผลิตภัณฑ์เบเกอรี่ น้ำอัดลม และเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ต้องขอบคุณคาร์บอนิกแอนไฮไดรด์ที่มีโซดาและน้ำมะนาว เบียร์และแชมเปญ นอกจากนี้ คาร์บอนไดออกไซด์ยังถูกใช้เป็นก๊าซป้องกันในระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษาอาหารบางชนิด
- ระบบดับเพลิงและเครื่องดับเพลิงประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เหลว
- ในกระบวนการเชื่อมลวดคาร์บอนไดออกไซด์จะทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการป้องกันอย่างไรก็ตามอุณหภูมิสูงจะกระตุ้นให้สารประกอบแตกตัวเมื่อปล่อยออกซิเจน
- อาวุธนิวแมติกจะมาพร้อมกับถังคาร์บอนไดออกไซด์และ การสร้างแบบจำลองเครื่องบินยังใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเครื่องยนต์;
- “น้ำแข็งแห้ง” ซึ่งเป็นสถานะผลึกของคาร์บอนไดออกไซด์ ใช้ในการแช่แข็งและจัดเก็บอาหาร ในทางการแพทย์เพื่อกำจัดข้อบกพร่องที่ผิวหนัง (เช่น หูด) และการสร้างเม็ดสีมากเกินไป ในฐานะสารทำความเย็นในห้องปฏิบัติการและร้านค้าปลีก
คาร์บอนไดออกไซด์ส่งผลต่อร่างกายมนุษย์อย่างไร?
ในฐานะวัตถุเจือปนอาหาร คาร์บอนไดออกไซด์ได้รับการยอมรับว่า "ปลอดภัยตามเงื่อนไข" และได้รับการอนุมัติให้ใช้ในเกือบทุกประเทศทั่วโลก รวมถึงรัสเซีย อย่างไรก็ตาม ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า การบริโภคก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากเกินไป เช่น ในเครื่องดื่มอัดลม ซึ่งอันตรายอยู่ที่ความสามารถในการเพิ่มการดูดซึมในลำไส้ อาจนำไปสู่ผลที่ไม่พึงประสงค์ดังต่อไปนี้:
- ความมึนเมาอย่างรวดเร็วอันเป็นผลมาจากการดื่มเครื่องดื่มแอลกอฮอล์อัดลม
- ท้องอืดและเรอ;
- มีหลักฐานว่าเครื่องดื่มอัดลมสูงสามารถชะแคลเซียมออกจากกระดูกได้
แม้ว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะไม่เป็นพิษ แต่ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นในอากาศที่สูดเข้าไปอาจเป็นอันตรายได้ เมื่อระดับคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย บุคคลจะรู้สึกอ่อนแอและง่วงนอน แต่หากสังเกตอาการต่างๆ เช่น หายใจไม่ออก เวียนศีรษะ ความบกพร่องทางการได้ยิน หรือแม้แต่หมดสติ ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศจะมากเกินไป อันตรายของคาร์บอนไดออกไซด์ในกรณีนี้คือภาวะไขมันในเลือดสูง(ภาวะที่ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว) ซึ่งอาจถึงขั้นเสียชีวิตจากการหายใจไม่ออกได้
บทความยอดนิยม