二氧化碳 -化學物質

二氧化碳

化學物質
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二氧化碳是一種在常溫下無色無味無臭的氣體。化學式為CO₂,式量44.01,碳氧化物之一,俗名碳酸氣,也稱碳酸酐或碳酐。常溫下是一種無色無味氣體,密度比空氣略大,溶于水(1體積H₂O可溶解1體積CO₂),並生成碳酸。固態二氧化碳俗稱幹冰,升華時可吸收大量熱,因而用作製冷劑,如人工降雨,也常在舞美中用于製造煙霧(幹冰升華吸熱,液化空氣中的水蒸氣)。

  • 中文名稱
    二氧化碳
  • 外文名稱
    CO₂
  • 中文名
    二氧化碳
  • 外文名
    Carbondioxide
  • 別名
    碳酸氣,幹冰(固態)
  • 分子式
    CO2
  • 摩爾質量
     44.0095 g·mol⁻¹
  • 熔點
    -78.45℃(194.7K)
  • 沸點
    -56.55℃(216.6K)
  • 水溶性
    1.45 g/L(25℃,100kPa)
  • 閃    點
  • 什麽可以分解
    碳酸鈣
  • 分子直徑
    0.33nm

基本簡介

二氧化碳(英文名稱:Carbon dioxide)是空氣中常見的化合物,其分子式為CO,由兩個氧原子與一個碳原子通過共價鍵連線而成。空氣中有微量的二氧化碳,約佔空氣整體積的0.03%。二氧化碳能溶于水中,形成碳酸,碳酸是一種弱酸。由于空氣中含有二氧化碳,所以通常情況下雨水的PH值大于等于5.6(CO₂本身沒有毒性,但當空氣中的CO₂超過正常含量時,會對人體產生有害的影響。)

性質

氧化物之一,是一種無機物,常溫下是一種無色無味氣體,且無毒。密度比空氣略大,能溶于水,並生成碳酸。(碳酸飲料基本原理)使紫色石蕊溶液變紅,一定量的CO₂可以使澄清的石灰水(Ca(OH)₂)變渾濁,在做關于呼吸作用的產物等產生二氧化碳的試驗都可以用到,還可以支持鎂帶燃燒。

構成原理

C原子以sp雜化軌道形成δ鍵。分子形狀為直線形。非極性分子。在CO2分子中,碳原子採用sp雜化軌道與氧原子成鍵。C原子的兩個sp雜化軌道分別與兩個O原子生成兩個σ鍵。C原子上兩個未參加雜化的p軌道與sp雜化軌道成直角,並且從側面同氧原子的p軌道分別肩並肩地發生重疊,生成兩個∏三中心四電子的離域鍵。因此,縮短了碳—氧原子間地距離,使CO2中碳氧鍵具有一定程度的叄鍵特征。決定分子形狀的是sp雜化軌道,CO2為直線型分子式。二氧化碳密度較空氣大,當二氧化碳少時對人體無危害,但其超過一定量時會影響人(其他生物也是)的呼吸,原因是血液中的碳酸濃度增大,酸性增強,並產生酸中毒。空氣中二氧化碳的體積分數為1%時,感到氣悶,頭昏,心悸;4%-5%時感到眩暈。6%以上時使人神志不清、呼吸逐漸停止以致死亡

二氧化碳

空氣中有微量的二氧化碳,約佔0.039%。二氧化碳能溶于水中,形成碳酸,碳酸是一種弱酸。

二氧化碳平均約佔大氣體積的387ppm。大氣中的二氧化碳含量隨季節變化,這主要是由于植物生長的季節性變化而導致的。當春夏季來臨時,植物由于光合作用消耗二氧化碳,其含量隨之減少;反之,當秋冬季來臨時,植物不但不進行光合作用,反而製造二氧化碳,其含量隨之上升。二氧化碳常壓下為無色、無臭、不助燃[1]、不可燃的氣體。二氧化碳是一種溫室氣體因為它傳送可見光,但在強烈吸收紅外線。二氧化碳的濃度于2009年成長了約二百萬分之一。

基本用途

固態二氧化碳俗稱幹冰,升華時可吸收大量熱,因而用作製冷劑,如人工降雨,也常在舞台中用于製造煙霧。二氧化碳一般不燃燒也不支持燃燒,常溫下密度比空氣略大,受熱膨脹後則會聚集于上方。也常被用作滅火劑但Mg、Na、K等燃燒時不能用CO2來滅火,因為:2Mg + CO2==點燃== 2MgO + C、4Na + CO2==點燃==2Na2O + C、4K + CO2==點燃==2K2O + C。

二氧化碳

二氧化碳是綠色植物光合作用不可缺少的原料,溫室中常用二氧化碳肥料。光合作用總反應:CO2+H2O —葉綠體、光照→ C6H12O6 + O2註意:光合作用釋放的氧氣全部來自水,光合作用的產物不僅是糖類,還有氨基酸(無蛋白質)、脂肪,因此光合作用產物應當是有機物。

各步分反應:2H2O —光照→ 2H2↑+ O2↑(水的光解) NADP+ + 2e- + H+ → NADPH(遞氫) ADP + Pi —→ ATP (遞能) CO?+C5化合物→C6化合物(二氧化碳的固定) C6化合物 —ATP、NADPH→(CH2O)n + C5化合物(有機物的生成)

二氧化碳還可用于製取金剛石,反應的化學方程式為4Na+CO2=2Na2O+C,反應的條件為440℃及800個大氣壓,在這樣的條件下,二氧化碳會形成超流體,能夠吸附在的表面,加速電子從鈉傳遞至二氧化碳的過程。當溫度降低至400℃時,就沒有金剛石的產生了,當壓力下降時,生成物也主要以石墨為主。

液體二氧化碳密度1.1克/釐米3。液體二氧化碳蒸發時或在加壓冷卻時可凝成固體二氧化碳,俗稱幹冰,是一種低溫致冷劑,密度為1.56克/釐米3。二氧化碳能溶于水,20℃時每100體積水可溶88體積二氧化碳,一部分跟水反應生成碳酸。化學性質穩定,沒有可燃性,一般不支持燃燒,但活潑金屬可在二氧化碳中燃燒,如點燃的鎂條可在二氧化碳中燃燒生成氧化鎂。二氧化碳是酸性氧化物,可跟鹼或鹼性氧化物反應生成碳酸鹽。跟氨水反應生成碳酸氫銨無毒,但空氣中二氧化碳含量過高時,也會使人因缺氧而發生窒息。綠色植物能將二氧化碳跟水在光合作用下合成有機物。二氧化碳可用于製造碳酸氫銨、小蘇打、純鹼、尿素、鉛白顏料、飲料、滅火器以及鑄鋼件的淬火。二氧化碳在大氣中約佔整體積的0.03%,人呼出的氣體中二氧化碳約佔4%。實驗室中常用鹽酸跟大理石反應製取二氧化碳,工業上用煅燒石灰石或釀酒的發酵氣中來獲得二氧化碳。

二氧化碳對農業的影響

實驗證明在CO2高濃度的環境下,植物會生長得更快速和高大。但是,‘全球變暖’的結果可會影響大氣環流,繼 而改變全球的雨量分布與及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解‘全球變暖’對各地區性氣候的影響,以致對植物生態所 產生的轉變亦未能確定。

製法介紹

工業製法

高溫煅燒石灰石

CaCO3==高溫== CaO + CO2↑

實驗室製法

大理石或石灰石和稀鹽酸反應通常需要對氣體進行除雜幹燥,鹽酸反應時會揮發出氯化氫(HCl)氣體,所以要通過飽和碳酸氫鈉(NaHCO3)溶液除去氣體中的氯化氫。溶液中的反應,氣體溢出時會帶出水蒸氣,所以要求嚴格或必要時要對氣體進行幹燥,通常用裝有濃硫酸的洗氣瓶進行幹燥。

CaCO3+ 2HCl ==== CaCl2+ H2O + CO2↑

二氧化碳

點燃

C+O2=======CO2

另外,不能用碳酸鈉、純碳酸鈣和鹽酸反應製取,因為反應速率太快,不易收集;不能用石灰石濃鹽酸反應,因為濃鹽酸易揮發出大量氯化氫氣體,使氯化氫無法完全去除,製得的二氧化碳純度會下降;也不能用碳酸鈣和稀硫酸反應收集,因為反應會生成微溶于水的硫酸鈣,硫酸鈣會附蓋在石灰石表面,阻礙內部反應的繼續進行。附:CaCO3+H2SO4====CaSO4+H2O+CO2↑

Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑

Na2CO3+H2SO4====Na2SO4+H2O+CO2↑

檢驗方法

將二氧化碳通入澄清石灰水中,澄清石灰水會變白色渾濁,產生的沉淀是碳酸鈣。

​聚二氧化碳

一種正在研究的新型合成材料,以二氧化碳為單體原料在雙金屬配位PBM型催化劑作用下,被活化到較高的程度時,與環氧化物發生共聚反應,生成脂肪族聚碳酸酯(PPC),經過後處理,就得到二氧化碳樹脂材料。在聚合中加入其它反應物,可以得到各種不同化學結構的二氧化碳樹脂。二氧化碳共聚物具有柔性的分子鏈,容易通過改變其化學結構來調整其性能;較易在熱、催化劑、或微生物作用下發生分解,但也可以通過一定的措施加以控製:對氧和其它氣體有很低的透過性。

可開發出以下用途的產品:

1.從脂肪族聚碳酸酯與多異氰酸酯製備聚氨酯材料,優于普通聚酯聚氨酯的耐水解性能。

2.用順丁烯二酸酐作為第三單體進行三元共聚;產物是一種含碳酸酯基和酯基的不飽和樹脂,可交聯固化,亦能與纖維之類固體復合,是類似于普通不飽和聚酯使用的一種新材料。

3.脂肪族聚碳酸酯可以與各種聚合物共混而獲得各種不同的性能。可以用作環氧樹脂、PVC塑膠等的增韌劑、增塑劑或加工助劑。

4.二氧化碳、環氧乙烷等的共聚物,二氧化碳、環氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物能被微生物徹底分解,不留殘渣,是一類有希望的生物降解材料。

5.二氧化碳共聚物有優異的生物體相容性。特別設計的共聚物可望用作抗凝血材料或用作葯物緩釋劑。

6.某些二氧化碳共聚物可用作固體顏料或填料的表面處理劑,隔氧材料,表面活性劑,陶瓷膠粘劑,熱熔膠等。

7.聚碳酸亞丙酯與丁腈橡膠共混物有良好的耐油耐熱氧老化性能,有比普通丁腈膠更好的機械性能,是一種優異的新型耐油橡膠。該項目每噸二氧化碳樹脂成本約為環氧丙烷原料的價格,相當于國外工藝的3-30%,很有機會在國外立足發展。.PPC/NBR型耐油橡膠的成本可比用純丁腈降低10%左右,每噸產品的成本可降低1000元以上。

通用名稱:二氧化碳

英文名稱:Carbon Dioxide

中文別名:碳酸氣

英文別名:Carbonic Acid Gas、Carbonic Anhydride

化學方程式

C+O2點燃====CO2   現象:生成能使純凈的石灰水變渾濁的氣體

Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O 現象:生成白色的沉淀,用于檢驗二氧化碳

CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2  現象:白色固體逐漸溶解

Ca(HCO3) △====CaCO3↓+CO2↑+H2O 現象:生成白色的沉淀,同時有能使純凈的石灰水變渾濁的氣體生成

Cu2(OH)2CO3△====2CuO+H2O+CO2↑ 現象:固體由綠色逐漸變成黑色,同時有能使純凈石灰水變渾濁的氣體生成

2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O(也可為KOH) 現象:不明顯

CaCO3高溫====CaO+CO2↑  現象:有能使純凈石灰水變渾濁的氣體生成

CaCo3+2HCl====CaCl2+H2O+CO2↑

跟一氧化碳有關的,但同時也跟二氧化碳有關:

Fe3O4+4CO====3Fe+4CO2 現象:固體由黑色變成銀白色,同時有能使純凈石灰水變渾濁的氣體生成

高溫

FeO+CO===Fe+CO2      現象:固體由黑色逐漸變成銀白色,同時有能使純凈石灰水變渾濁的氣體生成

高溫

Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2 現象:固體由紅色逐漸變成銀白色,同時有能使純凈石灰水變渾濁的氣體生成

高溫

CuO+CO====Cu+CO2      現象:固體由黑色變成紅色,同時有能使純凈石灰水變渾濁的氣體生成

2CO+O2點燃====2CO2

相關危害

現在地球上氣溫越來越高,是因為二氧化碳增多造成的。因為二氧化碳具有保溫的作用,現在這一群體的成員越來越多,使溫度升高,近100年,全球氣溫升高0.6℃,照這樣下去,預計到21世紀中葉,全球氣溫將升高1.5——4.5℃。

海平面升高,也是二氧化碳增多造成的,近100年,海平面上升14釐米,到21世紀中葉,海平面將會上升25——140釐米,海平面的上升,亞馬遜雨林將會消失,兩極海洋的冰塊也將大部分融化。所有這些變化對野生動植物而言無異于滅頂之災。

空氣中一般含有約0.03%二氧化碳,但由于人類活動(如化石燃料燃燒)影響,近年來二氧化碳含量猛增,導致溫室效應、全球氣候變暖、冰川融化、海平面升高……旨在遏製二氧化碳過量排放的《京都議定書》已經生效,有望通過國際合作遏製溫室效應。

最新二氧化碳濃度含量與人體生理反應

·150~350:是不可能的

·350~450ppm:同一般室外環境   

·350~1200ppm:空氣清新,呼吸順暢   

·1200~2500ppm:感覺空氣渾濁,並開始覺得昏昏欲睡   

·2500~5000ppm:感覺頭痛、嗜睡、呆滯、註意力無法集中、心跳加速、輕度惡心   

·大于5000ppm:可能導致嚴重缺氧,造成永久性腦損傷、昏迷、甚至死亡

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