Углекислый газ, свойства, получение и применение

Содержание:

В газообразное состояние Это агрегатное состояние вещества, в котором частицы удерживаются вместе за счет слабого взаимодействия, будучи способными двигаться во всех направлениях контейнера, в котором они находятся. Из всех физических состояний материи газообразное состояние проявляет наибольшую свободу и хаос.

Газы оказывают давление, переносят тепло и состоят из самых разных мелких частиц. Наша атмосфера и воздух, которым мы дышим, являются проявлением газообразного состояния здесь, на Земле.

Примерами газов являются парниковые газы, такие как водяной пар, двуокись углерода, метан или озон. Углекислый газ, который мы выдыхаем при дыхании, является еще одним примером газообразного вещества.

Например, жидкости и твердые тела не будут перемещаться за пределы их собственных материальных пределов, а газы этого не делают. Дым от сигарет, дымоходов и башен сам по себе демонстрирует, как газ поднимается и рассеивается в окружающей среде, не останавливая его.

Получение и применение

Источники природного нахождения двуокиси углерода — разнообразные окислительные процессы. Например, дыхание людей, животных. Другие варианты:

1. Вулканическая активность — при извержениях CO2 выбрасывается из глубинных слоев мантии Земли вместе с другими газообразными веществами. Известны случаи, когда люди, проживающие вблизи «дышащих» вулканов (особенно если их жилища располагались в низинах), массово страдали от удушья.
2. Процессы горения или гниения органических веществ — по сути, эти реакции идентичны, отличаются только скоростью протекания.
3. Воды мирового океана — самый крупный «поставщик» природного углекислого газа.

https://youtube.com/watch?v=7fb5V0z52uM

Производственное и лабораторное извлечение вещества

В лабораторных условиях диоксид углерода получают при взаимодействии карбоната кальция и соляной кислоты (серная кислота в этом случае не годится):

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O.

Реакцию проводят в аппарате Киппа (специальный прибор для получения газов).

В промышленности для получения CO2 используют реакцию термического разложения:

CaCO3 → CaO + CO2.

В качестве исходного материала применяют известняк, мел, реже — доломит, магнезит. Кроме того, газ получают и при сжигании угля, торфа, нефтепродуктов и древесины. Еще один вариант — извлечение из отходов, образующихся на химических производствах. Именно такой метод является наиболее рентабельным с экономической точки зрения.

Примечание: «сухой лед» — побочный продукт пищевой отрасли (пивоварение, ликероводочная промышленность).

Использование двуокиси углерода

Углекислый газ широко применяется в различных отраслях промышленности. Например, он незаменим в содовом производстве, синтезе органических кислот, изготовлении безалкогольных «шипучих» напитков (ситро, лимонада и прочих). Сухой лед используется в качестве охлаждающего компонента — холодная среда препятствует гниению пищевых продуктов. Другие варианты:

1. В металлургической промышленности — для регулировки процесса отвода стоков, осаждения газов, использование лазерного луча, сварка.
2. Химическая промышленность — регулирование скорости проведения химических реакций, в качестве нейтрализатора щелочи, очистки тканей.
3. Легкая промышленность — целлюлозно-бумажное производство.
4. Медицина и фармацевтическая промышленность — углекислота незаменима при проведении некоторых хирургических вмешательств, реанимировании пациентов.

А еще углекислый газ используют в сельском хозяйстве при выращивании различных культур: в качестве «подкормки» его запускают в зимние теплицы для улучшения «дыхания» растений. Кроме того, двуокись углерода используется и при тушении пожаров, особенно тех, что невозможно ликвидировать порошковыми или пенными средствами.

История открытия углекислого газа

Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество. В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».

Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).

Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO₃) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.

CaCO₃ + 2HCl = СО₂ + CaCl₂ + H₂O

Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO₂ через водный раствор извести Ca(OH)₂ на дно осаждается карбонат кальция CaCO₃.

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

Теплопроводность углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления

В таблице представлены значения теплопроводности углекислого газа CO₂ в интервале температуры от 220 до 1400 К и при давлении от 1 до 600 атм. Данные выше черты в таблице относятся к жидкому CO₂.

Следует отметить, что теплопроводность сжиженного углекислого газа при увеличении его температуры снижается, а при увеличении давления — растет. Углекислый газ (в газовый фазе) становится более теплопроводным, как при увеличении температуры, так и при росте его давления.

Теплопроводность в таблице дана в размерности Вт/(м·град). Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000!

Получение диоксида углерода

Если требуется получить небольшое количество СО2, можно запустить реакцию соляной кислоты с карбонатом кальция (мрамором). Химическая запись этого взаимодействия выглядит так:

Также для этой цели используют реакции горения углеродсодержащих веществ, например ацетилена:

Для сбора и хранения полученного газообразного вещества используют аппарат Киппа.

Для нужд промышленности и сельского хозяйства масштабы получения диоксида углерода должны быть большими. Популярным методом такой масштабной реакции является обжиг известняка, в результате которого получается диоксид углерода. Формула реакции приведена ниже:

Что такое угольная кислота — структурная формула

При растворении в водной среде углекислый газ образует слабую двухосновную угольную кислоту. Угольная кислота характеризуется наличием ряда органических и неорганических производных: соли, гидрокарбонаты и карбонаты. Соединение является неустойчивым и при обычных условиях не выделяется в свободном состоянии из водных растворов.

С помощью угольной кислоты получают:

• соли (карбонаты и гидрокарбонаты);
• другие более слабые органические и неорганические кислоты (например, кремниевую);
• разнообразные органические производные.

При рассмотрении структурной (графической) формулы угольной кислоты можно сделать вывод о последовательности связей между атомами внутри молекулы:

Молекула угольной кислоты характеризуется плоским строением. Центральный углеродный атом имеет sp2-гибридизацию. В гидрокарбонат- и карбонат-анионах можно наблюдать делокализацию π-связи. Длина связи C—O в карбонат-ионе равна 130 пм.

Карбонат-ион

Молекула угольной кислоты включает в состав:

• два атома водорода (Ar = 1 а.е.м.);
• один атом углерода (Ar = 12 а.е.м.);
• три атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.).

Исходя из химической формулы, определяют молекулярную массу угольной кислоты:

Mr(H2CO3)=2×Ar(H)+Ar(C)+3×Ar(O);

Mr(H2CO3)=2×1+12+3×16=2+12+48=62

Угольную кислоту формально допустимо рассматривать в виде карбоновой кислоты. При этом гидроксильная группа заменяет углеводородный остаток. В данной форме вещество способно образовывать все производные, которые характерны для карбоновых кислот. Некоторые из подобных соединений:

Угольная кислота, являясь слабым электролитом, обладает способностью в небольшой степени диссоциировать на ионы в водном растворе по уравнению:

H2CO3H++(HCO3)-

Ионная формула угольной кислоты:

Электронная формула угольной кислоты:

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ относится к классу кислотных оксидов, т.е. при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется угольная. Угольная кислота химически неустойчива и в момент образования сразу же распадается на составляющие, т.е. реакция взаимодействия углекислого газа с водой носит обратимый характер:

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

Как и для всех кислотных оксидов, для углекислого газа характерны реакции взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:

Углекислый газ не поддерживает горения, в нем горят только активные металлы:

CO₂ + 2Mg = C + 2MgO (t);

CO₂ + 2Ca = C + 2CaO (t).

Углекислый газ вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами, такими как водород и углерод:

CO₂ + 4H₂ = CH₄ + 2H₂O (t, kat = Cu₂O);

CO₂ + C = 2CO (t).

При взаимодействии углекислого газа с пероксидами активных металлов образуются карбонаты и выделяется кислород:

Качественной реакцией на углекислый газ является реакция его взаимодействия с известковой водой (молоком), т.е. с гидроксидом кальция, в которой образуется осадок белого цвета – карбонат кальция:

«Сухой лед» и прочие полезные свойства диоксида углерода

В повседневной практике углекислый газ используется достаточно широко. Например, газированная вода с добавками ароматных эссенций – прекрасный освежающий напиток. В пищевой промышленности диоксид углерода используется и как консервант — он обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Углекислотными огнетушителями пользуются при пожарах. Биохимики нашли, что удобрение… воздуха углекислым газом весьма эффективное средство для увеличения урожайности различных культур. Пожалуй, такое удобрение имеет единственный, но существенный недостаток: применять его можно только в оранжереях. На заводах, производящих диоксид углерода, сжиженный газ расфасовывают в стальные баллоны и отправляют потребителям. Если открыть вентиль, то из отверстия с шипением вырывается… снег. Что за чудо?

Все объясняется просто. Работа, затраченная на сжатие газа, оказывается значительно меньше той, которая требуется на его расширение. И чтобы как-то компенсировать возникающий дефицит, углекислый газ резко охлаждается, превращаясь в «сухой лед». Он широко используется для сохранения пищевых продуктов и перед обычным льдом имеет значительные преимущества: во-первых, «хладопроизводительность» его вдвое выше на единицу веса; во-вторых, он испаряется без остатка.

Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой, так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород, который, в свою очередь, и входит во взаимодействие с жидким металлом, окисляя его.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Физические и химические свойства

Постоянная состояния равновесия при температурном режиме в 25 °C:

Kp=H2CO3CO2·H2O=1,70·10-3Kp=  H2CO3 CO2·H2O=1,70·10-3

Прямая реакция протекает со скоростью 0,039 с−1, обратная — 23 с−1.

С другой стороны, растворенный гидрат диоксида углерода пребывает в состоянии равновесия с газообразным диоксидом углерода СО2:

Рассматриваемое равновесие при нагревании сдвигается в правую сторону, а при повышении давления — в левую сторону.

Константа кислотности при 25 °C:

Ka1=HCO3-·H3O+H2CO3=2,5·10-4Ka1=  HCO3-·H3O+ H2CO3=2,5·10-4

Стоит отметить, что на практике при расчетах применяют кажущуюся постоянную кислотности с учетом равновесного состояния угольной кислоты и гидрата диоксида углерода:

Ka’=HCO3-·H3O+CO2·H2O=4,27·10-7Ka’=  HCO3-·H3O+ CO2·H2O=4,27·10-7

Гидрокарбонат-ион подвергается дальнейшей диссоциации в соответствии с уравнением реакции:

HCO3-+ H2O⇄CO32-+ H3O+ HCO3-+ H2O⇄CO32-+ H3O+

Константа кислотности при 25 °C:

Ka2=CO32-·H3O+HCO3-=4,68·10-11Ka2=  CO32-·H3O+ HCO3-=4,68·10-11

В результате в растворах, которые содержат угольную кислоту, формируется система в равновесном состоянии сложной структуры, которую можно записать в общем виде таким образом:

CO2⇄H2OCO2·H2O⇄H2CO3⇄-H+HCO3-⇄-H+CO32-(*)CO2⇄H2OCO2·H2O⇄H2CO3⇄-H+HCO3-⇄-H+CO32-(*)

Характеристика водородного показателя pH в рассматриваемой системе, которая соответствует насыщенному раствору диоксида углерода в воде при 25 °C и давлении 760 мм рт. ст., определяют по формуле:

pH≈-12lg(Ka’·L)=3,9 pH≈- 12lg(Ka’·L)=3,9

где L = ,034 моль/л — определяется, как показатель растворимости CO2 в водной среде при заданных параметрах.

Монооксид углерода

Угарным газом называют оксид углерода с формулой CO. Кроме того, это соединение называют монооксидом и окисью углерода. Он представляет собой бесцветный безвкусный горючий газ без запаха, который легче воздуха. Вещество образуется в случаях, когда топливо сгорает не до конца. Оно плохо растворяется в воде.

У молекулы этого оксида линейное строение. Между атомами его элементов образуется тройная связь. Два неспаренных электрона обоих элементов образуют пару ковалентных связей. Третья же связь возникает, когда электронная пара кислорода размещается на свободной орбитали атома углерода.

Химические свойства оксидов углерода

Химические свойства CO2 следующие:

1. CO2 — кислотный оксид: взаимодействие с водой приводит к образованию угольной кислоты. Продукт реакции химически неустойчив, поэтому частично распадается. Такие реакции называются обратимыми. Записываются они так: CO2+H2O  H2CO3
2. Следующим химическим свойством CO2 является его взаимодействие с основными оксидами, например, оксидом кальция, и основаниями. Уравнения выглядят так: CaO+CO2=CaCO3 и CO2+NaOH=NaHCO3
3. CO2 не горит в кислороде, но сам может окислять некоторые активные металлы: CO2+2Mg=C+2MgO
4. В химии практическое значение имеют процессы взаимодействия углекислого газа с простыми веществами, например, водородом: CO2+4H2=CH4+2H2O
5. CO2 взаимодействуют с пероксидами активных металлов, эти реакции используются на подводных лодках и космических кораблях для регенерации кислорода: 2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2
6. Качественная реакция на CO2 — взаимодействие с известковым молоком (раствор Ca(OH)2). Образуется белый осадок – карбонат кальция CaCO3 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O

CO является несолеобразующим оксидом, поэтому не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей.

В отличие от оксида углерода (IV), CO проявляет свойства восстановителя.

     •В присутствии кислорода горит синим пламенем:

2CO+O2 → 2CO2

     •При участии катализатора либо под действием света реагирует с хлором. Образуется фосген:

CO+Cl2 → COCl2

     •Смесь угарного газа СО с водородом называется синтез-газ, при определенных условиях из синтез-газа можно получить различные органические вещества: метанол CH3OH, метан CH4 и др.

CO+2H2 → CH3OH

     •Так же при повышенном давлении СО реагирует с твердыми щелочами:

CO+NaOH → HCOONa

     •CO способен восстанавливать металлы из оксидов, что используется в промышленности:

3CO+Fe2O3 → 2Fe+3CO2

CO+CuО→ Cu+CO2

     •Прочие сильные окислители могут окислять угарный газ до углекислого газа или карбонатов:

CO+Na2O2 → Na2CO3

Газообразное состояние

При этом АС частицы химических элементов и их соединений связаны друг с другом слабо или не связаны вообще и заполняют весь предоставленный объем. Такое состояние вещества широко распространено в природе: воздушные массы атмосферы; скопления газов под землей; газообразная материя, растворенная в водах Мирового океана.

Все газы отличаются следующими свойствами:

• равномерно заполняют весь предоставленный объем, при этом не создавая поверхность;
• имеют малую плотность при высокой скорости диффузии;
• сравнительно легко сжимаются.

Эти характеристики определяются большими расстояниями между молекулами и их притяжением друг к другу. Газообразное АС веществ можно рассматривать, как перегретый или ненасыщенный пар. При сверхвысоких температурах газ частично или полностью ионизируется, при этом сохраняя общую электрическую нейтральность, потому что плотности отрицательных и положительных зарядов находятся примерно на одном уровне.

Так образуется плазма, которую некоторые ученые рассматривают, как четвертый вид АС вещества. В ней взаимодействие происходит между ионами и свободными электронами с помощью электрических сил, действующих на большом расстоянии. Вещества, которые при нормальных условиях являются газами, самопроизвольно переходить в жидкое состояние не могут.

Увеличение давления и понижение температуры приводит к уменьшению расстояний между молекулами и увеличению силы взаимодействия до такой степени, что вещество из газообразного состояния переходит в жидкое, т. е. изменяет свое АС. Этот процесс называется сжижением и характеризуется критической температурой. Она определяется в точке, после которой превращение газа в жидкость невозможно ни при каком давлении.

Для каждого газообразного вещества значение этой температуры свое. Оно бывает примерно равно комнатной, как у аммиака, хлора и углекислого газа, тогда для сжижения достаточно воздействовать на газ только давлением. У водорода и гелия, например, критическая температура намного ниже комнатной. Перед сжижением их сначала охлаждают до температуры чуть ниже критической, а затем доводят до жидкого АС повышенным давлением.

Углекислый газ в атмосфере

Изменения концентрации атмосферной углекислоты (кривая Килинга). Измерения на обсерватории Мауна-Лоа.

Ежегодные колебания концентрации атмосферной углекислоты на планете определяются, главным образом, растительностью средних (40—70°) широт Северного полушария.

Вегетация в тропиках практически не зависит от сезона, сухой пояс пустынь 20—30° (обоих полушарий) дает малый вклад в круговорот углекислоты, а полосысуши, наиболее покрытые растительностью, расположены на Земле асимметрично (в Южном полушарии в средних широтах находится океан).
Поэтому с марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание СО2 в атмосфере падает, а с октября по февраль — повышается. Вклад в зимний прирост дают как окисление древесины (гетеротрофное дыхание растений, гниение, разложение гумуса, лесные пожары), так и сжигание ископаемых топлив (угля, нефти, газа), заметно увеличивающееся в зимний сезон.

Искусственные источники углекислого газа

Углекислый газ попадает в атмосферу и в результате человеческой жизнедеятельности. Самыми активными источниками в наше время считаются:

• Индустриальные выбросы, происходящие в ходе сгорания топлива на электростанциях и в технологических установках
• Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, поездов, самолетов и судов.
• Сельскохозяйственные отходы — гниение навоза в больших животноводческих комплексах

Кроме прямых выбросов, существует и косвенное воздействие человека на содержание CO2 в атмосфере. Это массовая вырубка лесов в тропической и субтропической зоне, прежде всего в бассейне Амазонки.

Искусственный источник углекислого газа

Несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится менее процента диоксида углерода, он оказывает все возрастающее действие на климат и природные явления. Углекислый газ участвует в создании так называемого парникового эффекта путем поглощения теплового излучения планеты и удерживания этого тепла в атмосфере. Это ведет к постепенному, но весьма угрожающему повышению среднегодовой температуры планеты, таянию горных ледников и полярных ледяных шапок, росту уровня мирового океана, затоплению прибрежных регионов и ухудшению климата в далеких от моря странах.

Знаменательно, что на фоне общего потепления на планете происходит значительное перераспределение воздушных масс и морских течений, и в отдельных регионах среднегодовая температура не повышается, а понижается. Это дает козыри в руки критикам теории глобального потепления, обвиняющим ее сторонников в подтасовке фактов и манипуляции общественным мнением в угоду определенным политическим центрам влияния и финансово-экономическим интересам

Человечество пытается взять под контроль содержание углекислого газа в воздухе, были подписаны Киотский и Парижский протоколы, накладывающие на национальные экономики определенные обязательства. Кроме того, многие ведущие автопроизводители автомобилей объявили о сворачивании к 2020-25 годам выпуска моделей с двигателями внутреннего сгорания и переходе на гибриды и электромобили. Однако некоторые ведущие экономики мира, такие, как Китай и США, не торопятся выполнять старые и брать на себя новые обязательства, мотивируя это угрозой уровню жизни в своих странах.

[править] Применение

В народном хозяйстве диоксид углерода широко применяется в химической промышленности при производстве соды, мочевины и т. п., а также в производстве сахара, вина, пива, для изготовления газированной воды и т. д. Широко известны природные источники диоксида углерода в виде минеральных вод «Нарзан», «Боржоми» и другие. Спрессованный твердый CO2 под названием «сухой лед» применяют для охлаждения мяса, рыбы и других пищевых продуктов, которые быстро портятся. Сухой лед гораздо больше, чем обычный, снижает температуру и при испарении не оставляет никакой жидкости. В промышленности диоксид углерода получают разложением карбоната кальция:

Четыре агрегатных состояния вещества

Газообразное состояние вещества – одно из трех «классических». Помимо него, выделяются также твердые и жидкие вещества. В последнее время в учебниках встречается определение и четвертого агрегатного состояния – плазмы. Это ионизированные (частично или полностью) газы. Четвертый тип агрегатного состояния был выявлен при изучении космоса, и, оказывается, он встречается во Вселенной чаще всего. Плазма – это составная часть многих планет, основа звезд, туманностей, высших слоев атмосферы Земли.
Далее речь пойдет о газах. Они были открыты сравнительно недавно, позже жидких и твердых веществ, так как не поддавались изучению человеческим глазом. Развитие науки в сфере газообразных соединений началось с XVII века.

Получение оксидов углерода

В промышленных условиях углекислый газ можно получить в реакции конвертации метана в водород. Он получается в качестве побочного продукта.

Вторым методом получения СО2 является реакция разложения известняка СаСО3 на известь СаО и СО2. Также углекислый газ выделяется при сжигании природного газа.

Лабораторное получение CO сводится к действию концентрированной серной кислоты на муравьиную либо щавелевую кислоты. При этом протекают реакции разложения органических кислот с выделением CO:

HCOOH → CO+H2O

H2C2O4 → CO+CO2+H2O

В промышленности СО получают в газогенераторах. В них углерод вначале соединяется с кислородом с образованием углекислого газа, который в дальнейшем реагирует с углеродом:

C+О2 → CO2

СО2 + С → 2СО

Получение CO происходит и в реакциях паровой конверсии метана:

CH4+H2O → CO+3H2, а также неполного окисления метана: 2CH4+3O2 → 2CO+4H2О

Получение углекислого газа:

В промышленности углекислый газ образуется в дымовых газах при сжигании различных органических и неорганических веществ или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов (доломита, известняка). Также углекислый газ как побочный продукт получают на установках разделения воздуха с целью получения чистого кислорода, азота и аргона.

В лабораторных условиях углекислый газ получают, например, в результате следующих химических реакций:

1. взаимодействия карбоната кальция и азотной кислоты:

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O,

2. в результате взаимодействия карбоната кальция с другими минеральными кислотами,

3. взаимодействия пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком,

4. реакции горения углерода:

С + O2 → CO2.

Плотность и другие свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления

В таблице представлены теплофизические свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления. Свойства в таблице указаны при температуре от 273 до 1273 К и давлении от 1 до 100 атм.

Рассмотрим такое важное свойство углекислого газа, как плотность. Плотность углекислого газа равна 1,913 кг/м 3 при нормальных условиях (при н.у.)

По данным таблицы видно, что плотность углекислого газа существенно зависит от температуры и давления — при росте давления плотность CO2 значительно увеличивается, а при повышении температуры газа — снижается. Так, при нагревании на 1000 градусов плотность углекислого газа уменьшается в 4,7 раза.

Однако, при увеличении давления углекислого газа, его плотность начинает расти, причем значительно сильнее, чем снижается при нагреве. Например при давлении 10 атм. и температуре 0°С плотность углекислого газа вырастает уже до значения 20,46 кг/м 3 .

Необходимо отметить, что рост давления газа приводит к пропорциональному увеличению значения его плотности, то есть при 10 атм. удельный вес углекислого газа в 10 раз больше, чем при нормальном атмосферном давлении.

В таблице приведены следующие теплофизические свойства углекислого газа:

• плотность углекислого газа в кг/м 3 ;
• удельная теплоемкость, кДж/(кг·град);
• теплопроводность, Вт/(м·град);
• динамическая вязкость, Па·с;
• температуропроводность, м 2 /с;
• кинематическая вязкость, м 2 /с;
• число Прандтля.

Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100!

Сравнительная таблица

Различие между твердыми материалами, жидкостями и газами объясняется внутренними процессами, зависящими от агрегатного состояния вещества. В таблице приведены характерные для каждого класса особенности.

Состояние вещества	Расположение и характер движения частиц	Энергия взаимодействия	Физические свойства
Твердое	Расстояния между частицами, колеблющимися около положения равновесия, сопоставимы с их размерами.	Потенциальная энергия превышает кинетическую. Взаимодействие между частицами сильное.	Сохраняют собственную форму и объем. Имеют точную температуру кристаллизации и плавления. Обладают твердостью, прочностью и упругостью.
Жидкое	Частицы расположены вплотную и сохраняют близкий порядок упорядоченности. Могут перескакивать из одного положения равновесия в другой.	Модуль кинетической энергии почти равен потенциальной.	Сохраняют объем, но не форму. Закипают при определенной температуре. Текучи, почти не поддаются сжатию.
Газообразное	Частицы расположены хаотично на расстояниях, сильно превышающих их собственные размеры. Хаотичное движение частиц с довольно большими скоростями приводит к постоянным столкновениям между ними.	Кинетическая энергия по модулю намного превышает потенциальную. Легко заполняют весь предоставленный объем и сжимаются.	Принимают форму тех предметов, в которых находятся.

Немного истории

Углекислый газ был впервые описан голландским химиком Яном (Жаном, Иоганном) Баптистом ван Гельмонтом в начале 17 века. Гельмонт сжигал древесный уголь и наблюдал выделение газа в результате сгорания. Называл он его «лесным духом» и считал разновидностью воздуха. Также он установил, что такой же газ образуется в результате спиртового брожения и при действии различных кислот на поташ и известняк (карбонаты калия и кальция).

Позже, в середине 18 века, углекислый газ изучал английский химик Джозеф Блэк. Он прокаливал известняк и действовал на него кислотами, в результате чего получал углекислый газ.

Он установил, что этот газ легко поглощается щелочами и за счет этого назвал его «фиксируемым (связанным) воздухом». Именно благодаря Блэку химики узнали о том, что в твердых телах может «содержаться» газ. Это было совершенно новой и неожиданной идеей для того времени.

Условия появления угара в помещении

Монооксид углерода можно получить с помощью десятков вариантов химических реакций, но для этого необходимы специфические реактивы и условия их взаимодействия. Риск заработать отравление газом таким способом практически равен нулю. Основными причинами появления угарного газа в котельной или в помещении кухни остаются два фактора:

• Плохая тяга и частичное перетекание продуктов горения из очага горения в помещение кухни;
• Неправильная эксплуатация котельного, газового и печного оборудования;
• Пожары и локальные очаги возгорания пластика, проводки, полимерных покрытий и материалов;
• Отходящие газы из канализационных коммуникаций.

Источником угарного газа может стать вторичное горение золы, рыхлых отложений сажи в дымоходах, копоть и смола, въевшиеся в кирпичную кладку каминных полок и сажегасителей.

Чаще всего источником газового СО становятся тлеющие угли, догорающие в топке при закрытой задвижке. Особенно много выделяется газа при термическом разложении дров в отсутствии воздуха, примерно половину газового облака занимает угарный газ. Поэтому любые эксперименты с копчением мяса и рыбы на дымке, получаемом от тлеющей стружки, должны выполняться только на открытом воздухе.

Незначительное количество угарного газа может появляться и в процессе приготовления пищи. Например, все, кто сталкивался с установкой на кухне газовых отопительных котлов с закрытой топкой, знают, как реагируют датчики угарного газа на жареную картошку или любые продукты, приготовленные в кипящем масле.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта. Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф. Для измерения низких концентраций CO₂ (а также ) в технологических газах или в атмосферном воздухе можно использовать газохроматографический метод с метанатором и регистрацией на пламенно-ионизационном детекторе.