Anglies dioksidas
Anglies dioksidas (CO2) yra cheminis junginys. Kambario temperatūroje jis yra dujos. Jį sudaro vienas anglies ir du deguonies atomai. Žmonės ir gyvūnai iškvėpdami išskiria anglies dioksidą. Be to, kiekvieną kartą, kai deginamas koks nors organinis daiktas (arba kuriama ugnis), išsiskiria anglies dioksidas. Augalai anglies dioksidą naudoja maistui gaminti. Šis procesas vadinamas fotosinteze. Anglies dioksido savybes ištyrė škotų mokslininkas Džozefas Blekas (Joseph Black) XVII a. penktajame dešimtmetyje.
Anglies dioksidas yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos sulaiko šilumos energiją. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos keičia mūsų planetos Žemės klimatą ir orus. Tai vadinama klimato kaita. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos yra visuotinio atšilimo - Žemės paviršiaus temperatūros kilimo - priežastis.
![Anglies dioksido struktūrinė formulė. C - anglis, O - deguonis. Dvigubos linijos rodo dvigubą cheminį ryšį tarp atomų.](https://alegsaonline.com/image/220px-Carbon-dioxide.svg.png)
![Zoom](https://www.alegsaonline.com/zoom.png)
Anglies dioksido struktūrinė formulė. C - anglis, O - deguonis. Dvigubos linijos rodo dvigubą cheminį ryšį tarp atomų.
![Paveikslas, kuriame paprasčiausiai parodyta, kaip atomai gali užpildyti erdvę. Juoda spalva - anglis, raudona - deguonis.](https://alegsaonline.com/image/220px-Carbon-dioxide-3D-vdW.png)
![Zoom](https://www.alegsaonline.com/zoom.png)
Paveikslas, kuriame paprasčiausiai parodyta, kaip atomai gali užpildyti erdvę. Juoda spalva - anglis, raudona - deguonis.
Biologinis vaidmuo
Anglies dioksidas yra galutinis organizmų, kurie energiją gauna skaidydami cukrų, riebalus ir aminorūgštis su deguonimi, galutinis produktas. Šis procesas vadinamas ląsteliniu kvėpavimu. Tai apima visus augalus, gyvūnus, daugelį grybų ir kai kurias bakterijas. Aukštesniųjų gyvūnų krauju anglies dioksidas iš organizmo audinių keliauja į plaučius, kur iškvepiamas. Augalai iš atmosferos ima anglies dioksidą, kad jį panaudotų fotosintezei.
Sausas ledas
Sausasis ledas, arba kietasis anglies dioksidas, yra kietos būsenos CO2 dujos, esančios žemesnėje nei -109,3 °F (-78,5 °C) temperatūroje. Sausasis ledas natūraliai žemėje neatsiranda, jį gamina žmogus. Jis yra bespalvis. Žmonės sausąjį ledą naudoja daiktams atšaldyti, gėrimams gazuoti, žudyti suopiams ir užšaldyti karpoms. Sauso ledo garai sukelia uždusimą ir galiausiai mirtį. Naudojant sausą ledą rekomenduojama būti atsargiems ir kreiptis profesionalios pagalbos.
Esant įprastam slėgiui jis netirps iš kietojo kūno į skystį, o tiesiogiai pereis iš kietojo kūno į dujas. Tai vadinama sublimacija. Bet kurioje aukštesnėje nei itin žemoje temperatūroje jis iš kietojo kūno tiesiogiai virsta dujomis. Sausas ledas sublimuojasi esant įprastai oro temperatūrai. Sausas ledas, veikiamas įprasto oro, išskiria anglies dioksido dujas, kurios neturi spalvos. Anglies dioksidas gali suskystėti esant didesniam nei 5,1 atmosferos slėgiui.
Iš sausojo ledo išsiskiriančios anglies dioksido dujos yra tokios šaltos, kad susimaišiusios su oru atšaldo ore esančius vandens garus iki rūko, kuris atrodo kaip tiršti balti dūmai. Jis dažnai naudojamas teatre rūkui ar dūmams sukurti.
![Zoom](https://www.alegsaonline.com/zoom.png)
Sausas ledas, įdėtas į vandenį
Izoliavimas ir gamyba
Chemikai gali gauti anglies dioksido iš atvėsusio oro. Jie tai vadina oro distiliavimu. Šis metodas neefektyvus, nes norint išgauti nedidelį kiekį CO2, reikia atšaldyti didelį kiekį oro. Chemikai taip pat gali naudoti kelias skirtingas chemines reakcijas anglies dioksidui atskirti. Anglies dioksidas susidaro vykstant daugumos rūgščių ir daugumos metalų karbonatų reakcijoms. Pavyzdžiui, vykstant druskos rūgšties ir kalcio karbonato (kalkakmenio arba kreidos) reakcijai, susidaro anglies dioksidas:
2 H C l + C a C O 3 ⟶ C a C l 2 + H 2 C O 3 {\displaystyle \mathrm {2\ HCl+CaCO_{3}\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}CO_{3}} }
Anglies rūgštis (H2CO3) skyla į vandenį ir CO2. Tokios reakcijos sukelia putojimą arba burbuliavimą, arba ir viena, ir kita. Pramonėje tokios reakcijos daug kartų naudojamos rūgščių atliekų srautams neutralizuoti.
Plačiai naudojamos cheminės medžiagos - negesintos kalkės (CaO) - gali būti gaminamos kaitinant kalkakmenį iki maždaug 850 °C temperatūros. Šios reakcijos metu taip pat susidaro CO2:
C a C O 3 ⟶ C a O + C O 2 {\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}}} }
Anglies dioksidas taip pat susidaro degant visam anglies turinčiam kurui, pavyzdžiui, metanui (gamtinėms dujoms), naftos distiliatams (benzinui, dyzelinui, žibalui, propanui), anglims ar medienai. Daugeliu atvejų taip pat išsiskiria vanduo. Pavyzdžiui, cheminė reakcija tarp metano ir deguonies yra tokia:
C H 4 + 2 O 2 ⟶ C O 2 + 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+2\ O_{2}\longrightarrow CO_{2}+2\ H_{2}O} }
Anglies dioksidas gaminamas plieno gamyklose. Aukštojoje krosnyje geležis iš oksidų redukuojama su koksu, taip gaunamas ketus ir anglies dioksidas:
F e 2 O 3 + 3 C O ⟶ 2 F e + 3 C O 2 {\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+3\ CO\longrightarrow 2\ Fe+3\ CO_{2}} }
Mielės perdirba cukrų ir gamina anglies dioksidą bei etanolį, dar vadinamą alkoholiu, iš kurio gaminami vynai, alus ir kiti spiritiniai gėrimai, taip pat bioetanolis:
C 6 H 12 O 6 ⟶ 2 C O 2 + 2 C 2 H 5 O H {\displaystyle \mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 2\ CO_{2}+2\ C_{2}H_{5}OH} }
Visi aerobiniai organizmai gamina CO
2, kai ląstelių mitochondrijose oksiduoja angliavandenius, riebalų rūgštis ir baltymus. Daugybė vykstančių reakcijų yra nepaprastai sudėtingos ir nelengvai aprašomos. (Jos apima ląstelinį kvėpavimą, anaerobinį kvėpavimą ir fotosintezę). Fotoautotrofai (t. y. augalai, cianobakterijos) naudoja kitą reakciją: Augalai absorbuoja CO
2 iš oro ir kartu su vandeniu reaguoja į angliavandenius:
n C O 2 + n H 2 O ⟶ ( C H 2 O ) n + n O 2 {\displaystyle \mathrm {nCO_{2}+nH_{2}O\longrightarrow (CH_{2}O)n+nO_{2}}} }
Anglies dioksidas tirpsta vandenyje, kuriame savaime virsta CO2 ir H
2CO
3 (angliarūgštė). Santykinė CO
2, H
2CO
3 ir deprotonuotų formų HCO-
3 (bikarbonato) ir CO2-
3 (karbonato) koncentracija priklauso nuo rūgštingumo (pH). Neutraliame arba šiek tiek šarminiame vandenyje (pH > 6,5) vyrauja bikarbonato forma (> 50 %), kuri tampa vyraujančia (> 95 %) jūros vandens pH, o labai šarminiame vandenyje (pH > 10,4) vyraujanti (> 50 %) forma yra karbonatas. Bikarbonato ir karbonato formos yra labai tirpios. Taigi, ore subalansuotame vandenyno vandenyne (silpnai šarminiame, kurio tipinis pH = 8,2-8,5) yra apie 120 mg bikarbonato viename litre.
Pramonės gamyba
Pramoninis anglies dioksidas daugiausia susidaro vykstant šešiems procesams:
- Gaudydami natūralius anglies dioksido šaltinius, kuriuose jis susidaro rūgštintam vandeniui veikiant kalkakmenį arba dolomitą.
- Kaip šalutinis produktas vandenilio gamybos įmonėse, kuriose metanas paverčiamas CO2;
- Deginant iškastinį kurą arba medieną;
- Kaip cukraus fermentacijos šalutinis produktas gaminant alų, viskį ir kitus alkoholinius gėrimus;
- Terminio kalkakmenio skilimo metu CaCO
3, gaminant kalkes (kalcio oksidą, CaO);
Cheminė reakcija
Anglies dioksidą galima sukurti paprasta chemine reakcija:
C + O 2 ⟶ C O 2 {\displaystyle \mathrm {C+O_{2}\longrightarrow CO_{2}} }
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra anglies dioksidas?
A: Anglies dioksidas yra rūgštus cheminis junginys, sudarytas iš vieno anglies ir dviejų deguonies atomų, kambario temperatūros dujos.
K: Kaip anglies dioksidas patenka į atmosferą?
A: Žmonės ir gyvūnai anglies dioksidą išskiria kvėpuodami, taip pat kaskart, kai deginami organiniai daiktai arba kurstoma ugnis.
K: Kas yra fotosintezė?
A: Fotosintezė - tai procesas, kurio metu augalai naudoja anglies dioksidą maistui gaminti.
K: Kas tyrinėjo anglies dioksido savybes?
A: Škotijos mokslininkas Džozefas Blekas (Joseph Black) anglies dioksido savybes tyrinėjo 1750 m.
K: Kas yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos?
A: Šiltnamio efektą sukeliančios dujos - tai dujos, kurios sulaiko šilumos energiją ir keičia planetos klimatą bei orus.
K: Kaip anglies dioksidas prisideda prie klimato kaitos?
A: Anglies dioksidas yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos, kurios prisideda prie klimato kaitos, sulaikydamos šilumos energiją ir sukeldamos visuotinį atšilimą, t. y. Žemės paviršiaus temperatūros kilimą.
K: Kaip reguliuojama anglies dioksido koncentracija Žemės atmosferoje?
A: Anglies dioksido koncentraciją Žemės atmosferoje nuo prekambro eros pabaigos reguliuoja fotosintetinantys organizmai ir geologiniai reiškiniai, daugiausia ugnikalniai.