Что такое выхлопные газы – Компоненты выхлопа двигателей внутреннего сгорания. Состав выхлопных газов

Содержание

ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ ВОКРУГ НАС

ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ ВОКРУГ НАС

Тихомиров А.С. 1

1МОУ СОШ №2 г. Талдома

Дьячкова Т.А. 1

1МОУ СОШ №2 г. Талдома

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Актуальность темы:

Со временами появляется всё больше и больше владельцев машин и выхлопные газы стали очень большой экологической проблемой. Так вот именно на эту тему я и решил написать проект.

  1. Цель — найти пути уменьшения выброса выхлопных газов в атмосферу.

Исходя из этого, можно поставить такие Задачи:

— познакомиться с составом выхлопных газов

— узнать о влиянии выхлопных газов на людей и окружающую среду

— провести исследование о загрязнении атмосферы выхлопными газами на примере одной из центральных улиц города Талдом

— дать рекомендации на уменьшение выхлопных газов в атмосфере

Введение

В последнее время машин становится очень много, тем самым в атмосфере увеличивается количество вредных газов, что отрицательно влияет на экологию и здоровье человека.

Доказано, что автомобильный транспорт на Земле является одним из главных загрязнителей атмосферы. На него приходится порядка 40 процентов всех загрязнений воздуха. Среднестатистический автомобиль выбрасывает в год около 200 кг выхлопных газов:

– 135 килограмм окиси углерода;

– 25 килограмм окислов азота;

– 20 килограмм углеводородов;

– от 7 до 10 килограмм бензпирена;

– 4 килограмма двуокиси серы;

– 1,2 килограмма твердых частиц.

На данный момент в мире насчитывается порядка 500 миллионов автомобилей. Все вместе они выбрасывают в год: 67,5 мегатонн окиси углерода и 12,5 мегатонн окислов азота. Автомобильные производители ставят главной целью при создании новой модели автомобиля экономию в расходе топлива. Ведь меньший расход топлива экономит не только семейный бюджет, но и является причиной уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.

  1.  
    1. Химический состав выхлопных газов

На этой таблице можно видеть химический состав выхлопных газов двигателей

 

Бензиновые

Дизельные

N2 (азот), об.%

74—77

76—78

O2 (кислород), об.%

0,3—8,0

2,0—18,0

H2O (пары), об.%

3,0—5,5

0,5—4,0

CO2 (углекисл. газ), об.%

0,0—16,0

1,0—10,0

CO* (угар. газ), об.%

0,1—5,0

0,01—0,5

Оксиды азота*, об.%

0,0—0,8

0,0002—0,5

Углеводороды*, об.%

0,2—3,0

0,09—0,5

Альдегиды*, об.%

0,0—0,2

0,001—0,009

Сажа**, г/м3

0,0—0,04

0,01—1,10

Бензпирен-3,4**, г/м3

10—20·10−6

10×10−6

* Токсичные компоненты

** Канцерогены

  1.  
    1. Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Здоровье – очень важный компонент человека и за ним надо следить. Выхлопные газы очень плохо влияют на здоровье человека. Давайте рассмотрим основные элементы выхлопных газов.

Влияние угарного газа на человека:

  • Нарушение зрения

  • Заторможенность мышления

  • Рассеянность

  • Проблемы с сердечной деятельностью

  • Нервные заболевания

  • Проблемы с памятью

  • Обострению хронических заболеваний

  • Развитию онкологии

Влияние оксида азота на человека:

  • Проблемы с дыханием

  • Сильная аллергия

  • Сыпь

  • Крапивница

  • Зуд

  • Одышка

  • Опасные для жизни осложнения астмы

  • Внезапный озноб

  • Потливость

  • Тремор

  • Рвота

  • Обмороки

Остальные вещества тоже отрицательно влияют на организм человека и вызывают тяжёлые заболевания.

  1.  
    1. Влияние выхлопных газов на окружающую среду

Также выхлопные газы наносят большой ущерб окружающей среде.

В цилиндрах двигателя происходит окисление мелкораспылённого и испарённого топлива кислородом воздуха с образованием тепла, углекислого газа и воды. За тысячные доли секунды, отводимые на этот процесс при каждом такте работы двигателя, часть топлива не успевает сгореть. Продукты его неполного сгорания выбрасываются из выхлопной трубы в атмосферу.

Существующее законодательство не позволяет ограничить ввоз в страну старых автомобилей с низким эксплуатационными характеристиками, и количество иномарок с большим сроком службы, не отвечающих нормам государственных стандартов. Поэтому многие страны с 80-х гг. XX века начали переходить на использование неэтилированного бензина, а применение этилированного резко сократилось. В некоторых европейских станах и крупнейших российских городах он теперь вообще запрещен.

Жизнь в мегаполисах стала невыносимой. Токио, Париж, Лондон, Мехико, Афины… задыхаются от избытка автомобилей. В Москве более 100 дней в году смог. Почему? Никто не хочет понять, что энергия, которую потребляет автомобильный транспорт, превышает во много раз все экологические нормы. Об этом много сказано и написано, но вопрос остается нерешенным, так как никто не вникал в суть проблемы. И поэтому автотранспорт – самый энергетически невыгодный.

Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу, в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4 – 5 раз.

Доля участия автомобильного транспорта в загрязнении атмосферного воздуха крупных городов мира составляет, %:

Оксид углерода Оксиды Азота Углеводороды

Москва 96,3 32,6 64,4

Санкт-Петербург 88,1 31,7 79

Токио 99 33 95

Нью-Йорк 97 31 63

  1. Исследование

Я посчитал количество проехавших машин по улице Победы в г. Талдом с 17:00 до 17:15 и в их числе за 1 минуту, исследование было проведено 25 марта 2017 года. Также я разделил их на легковые машины, грузовые машины и автобусы. Эти сведения были взяты с сайта like-tv.tv через специальную функцию онлайн – камер. Всё это Вы можете видеть на диаграмме. Зная, что среднестатистический автомобиль выбрасывает около 200 килограммов выхлопных газов, можно посчитать, сколько за 1 год выхлопных газов выбросят эти автомобили.

  1. Результаты исследования

Только за 15 минут проехало 206 легковых машин, 8 автобусов и 1 грузовая машина, всего 215 машин. Это было за 15 минут, а сколько же тогда проедит машин за 1 час? А за день? И сколько же тогда выбрасывается выхлопных газов?

За одну минуту проехало 14 легковых машин и это считается много.

Всё это происходит в небольшом городке Талдом, а в крупных городах, таких как Москва, машин проезжает намного больше.

Из этого можно узнать, что за год все эти автомобили выбросят около 43т выхлопных газов и это только малейшая часть автомобилей проежающих в городе Талдом.

  1. Выводы

Всем владельцам автомобилей нужно бережно потреблять бензин и не ездить по дорогам просто так. Гораздо полезней будет ходить пешком или ездить на велосипеде.

Исходя из моего проекта, можно сделать такие выводы:

-рассмотрен состав выхлопных газов

— изучено влияние выхлопных газов на людей и экологию

— проведено исследование о загрязнении атмосферы выхлопными газами

  1. Рекомендации по снижению выбросов выхлопных газов в атмосферу:

  • Озеленение улиц

  • Расширение тротуаров

  • Строительство велодорожек и выделение дополнительных линий на шоссейных дорогах для велотранспорта

  • Ограничение движения грузовых автомобилей по центру города

  • Испытания SAE показали, что эффективный способ снижения выбросов окислов азота (до 90 %) и в целом токсичных газов — впрыск в камеру сгорания воды

  1. Заключение

Выхлопные газы сейчас являются очень важно проблемой, атмосфера всё больше и больше насыщается ими, что отрицательно влияет на экологию и здоровье человека. Люди не могут жить без автомобилей, их нельзя просто взять и запретить, но и эту проблему возможно решить, пусть не полностью, но и это не помешает. Нужно переходить на здоровый образ жизни, при возможных случаях не ездить на автомобилях, а ходить пешком или же ездить на велосипедах. Есть множество способов сохранить окружающую среду, но большинство людей даже не пытаются её сохранять.

Я потратил немало времени на этот проект, зато я теперь буду знать о том, какими загрязнителями являются автомобили. Я надеюсь, что люди наконец-то научатся жить без загрязнений природы и тем самым себя.

  1. Список литературы

http://v-mireauto.ru/sostav-vyxlopnyx-gazov-avtomobilya/

http://motormania.ru/auto-articles/skolko-vrednyx-veshhestv-vybrasyvaet-avtomobil.html

http://www.neboleem.net/oksid-azota.php

like-tv.tv

Просмотров работы: 430

ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ — это… Что такое ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ?


ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ
ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ
автомобильные газы (NО2, СО, SO2, свинец, углеводороды и др.), опасные для биотических (в первую очередь для человека) компонентов среды. Сернистый газ нарушает, например, у растений процесс фотосинтеза, у людей и животных уменьшает резистентность организма, повышает его восприимчивость к различным болезням (преобладают раковые).

Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989.

.

  • ВЫТЕСНЕНИЕ
  • ГАВАНЬ

Смотреть что такое «ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ» в других словарях:

  • ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ — (отработанные, отходящие газы) газы, получающиеся в результате сгорания и расширения горючей смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР,… …   Морской словарь

  • выхлопные газы — отработавшие газы — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы отработавшие газы EN exhaust …   Справочник технического переводчика

  • выхлопные газы — – продукт сжигания горючки, вылетающий из глушака. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • Выхлопные газы — Дым из выхлопных труб дизельного грузовика Выхлопные газы (отходящие газы)  отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов  основная причина… …   Википедия

  • выхлопные газы — смесь газообразных продуктов, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания; содержит вредные для человека вещества (окись углерода и др.) …   Большой медицинский словарь

  • выхлопные газы автомобилей — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN motor vehicle exhaust gas Gases vented to the atmosphere by internal combustion engine driven vehicles. [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] Тематики… …   Справочник технического переводчика

  • Выхлопные газы газотурбинной установки — 3.1.4 Выхлопные газы газотурбинной установки : Продукты сгорания топлива на выходе из газотурбинной установки. Источник: СТО 70238424.27.100.016 2009: Парогазовые установки. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • выхлопные газы ГТУ — 3.7 выхлопные газы ГТУ: Продукты сгорания топлива на выходе из ГТУ Источник: СТО 17230282.27.040.002 2008: Газотурбинные установки. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Отработавшие газы — Выхлопная труба легкового автомобиля Выхлопные газы (отходящие газы) отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов основная причина превышения допустимых …   Википедия

  • отработавшие газы двигателя автомобиля — отработавшие газы Ндп. выпускные газы выхлопные газы отработанные газы отходящие газы Смесь газов с примесью взвешенных частиц, удаляемая из цилиндров или камер сгорания двигателя автомобиля. [ГОСТ 17.2.1.02 76] Недопустимые, нерекомендуемые… …   Справочник технического переводчика


ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ — это… Что такое ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ?


ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ
ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ

(отработанные, отходящие газы) — газы, получающиеся в результате сгорания и расширения горючей смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

  • ВЫХЛОПНОЙ ТРУБОПРОВОД
  • ВЫХЛОПНЫЕ ОКНА

Смотреть что такое «ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ» в других словарях:

  • выхлопные газы — отработавшие газы — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы отработавшие газы EN exhaust …   Справочник технического переводчика

  • ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ — автомобильные газы (NО2, СО, SO2, свинец, углеводороды и др.), опасные для биотических (в первую очередь для человека) компонентов среды. Сернистый газ нарушает, например, у растений процесс фотосинтеза, у людей и животных уменьшает… …   Экологический словарь

  • выхлопные газы — – продукт сжигания горючки, вылетающий из глушака. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • Выхлопные газы — Дым из выхлопных труб дизельного грузовика Выхлопные газы (отходящие газы)  отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов  основная причина… …   Википедия

  • выхлопные газы — смесь газообразных продуктов, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания; содержит вредные для человека вещества (окись углерода и др.) …   Большой медицинский словарь

  • выхлопные газы автомобилей — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN motor vehicle exhaust gas Gases vented to the atmosphere by internal combustion engine driven vehicles. [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] Тематики… …   Справочник технического переводчика

  • Выхлопные газы газотурбинной установки — 3.1.4 Выхлопные газы газотурбинной установки : Продукты сгорания топлива на выходе из газотурбинной установки. Источник: СТО 70238424.27.100.016 2009: Парогазовые установки. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • выхлопные газы ГТУ — 3.7 выхлопные газы ГТУ: Продукты сгорания топлива на выходе из ГТУ Источник: СТО 17230282.27.040.002 2008: Газотурбинные установки. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Отработавшие газы — Выхлопная труба легкового автомобиля Выхлопные газы (отходящие газы) отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов основная причина превышения допустимых …   Википедия

  • отработавшие газы двигателя автомобиля — отработавшие газы Ндп. выпускные газы выхлопные газы отработанные газы отходящие газы Смесь газов с примесью взвешенных частиц, удаляемая из цилиндров или камер сгорания двигателя автомобиля. [ГОСТ 17.2.1.02 76] Недопустимые, нерекомендуемые… …   Справочник технического переводчика


выхлопные газы — это… Что такое выхлопные газы?


выхлопные газы

– продукт сжигания горючки, вылетающий из глушака.

EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009

  • выхлопная система
  • вьюк

Смотреть что такое «выхлопные газы» в других словарях:

  • ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ — (отработанные, отходящие газы) газы, получающиеся в результате сгорания и расширения горючей смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР,… …   Морской словарь

  • выхлопные газы — отработавшие газы — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы отработавшие газы EN exhaust …   Справочник технического переводчика

  • ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ — автомобильные газы (NО2, СО, SO2, свинец, углеводороды и др.), опасные для биотических (в первую очередь для человека) компонентов среды. Сернистый газ нарушает, например, у растений процесс фотосинтеза, у людей и животных уменьшает… …   Экологический словарь

  • Выхлопные газы — Дым из выхлопных труб дизельного грузовика Выхлопные газы (отходящие газы)  отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов  основная причина… …   Википедия

  • выхлопные газы — смесь газообразных продуктов, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания; содержит вредные для человека вещества (окись углерода и др.) …   Большой медицинский словарь

  • выхлопные газы автомобилей — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN motor vehicle exhaust gas Gases vented to the atmosphere by internal combustion engine driven vehicles. [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] Тематики… …   Справочник технического переводчика

  • Выхлопные газы газотурбинной установки — 3.1.4 Выхлопные газы газотурбинной установки : Продукты сгорания топлива на выходе из газотурбинной установки. Источник: СТО 70238424.27.100.016 2009: Парогазовые установки. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • выхлопные газы ГТУ — 3.7 выхлопные газы ГТУ: Продукты сгорания топлива на выходе из ГТУ Источник: СТО 17230282.27.040.002 2008: Газотурбинные установки. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Отработавшие газы — Выхлопная труба легкового автомобиля Выхлопные газы (отходящие газы) отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов основная причина превышения допустимых …   Википедия

  • отработавшие газы двигателя автомобиля — отработавшие газы Ндп. выпускные газы выхлопные газы отработанные газы отходящие газы Смесь газов с примесью взвешенных частиц, удаляемая из цилиндров или камер сгорания двигателя автомобиля. [ГОСТ 17.2.1.02 76] Недопустимые, нерекомендуемые… …   Справочник технического переводчика


Как обратное давление выхлопных газов влияет на мощность автомобиля?

Что такое обратное давление выхлопных газов, и насколько оно влияет на мощность?

Умудренные опытом автомеханики говорят, что высокое обратное давление выхлопных газов – это плохо. Если вы хотите сохранить максимальную мощность, то должны минимизировать обратное давление выхлопных газов*.

 

* Немного теории. Противодавление (обратное давление) на выхлопе является давлением, противоположенным току газов из камеры сгорания вдоль по ограниченному пространству трубы (в данном случае автомобильной). Часто причиной появления противодавления являются неровные поверхности стенок выхлопной трубы, препятствия или закругления в ней.

 

Обратное давление, вызванное установленной выхлопной системой (состоящей из выпускного коллектора, каталитического нейтрализатора, глушителя и соединительных труб) автомобильного четырехтактного двигателя, негативно влияет на эффективность работы двигателя, что приводит к снижению выходной мощности и должно быть компенсировано увеличением расхода топлива.

 

Немного практики. Возьмем автомобиль с очень «свободно дышащей» выхлопной системой: специальный гоночный автомобиль – драгстэр.

 

В выхлопной системе этого гоночного аппарата на каждом цилиндре применяется отдельная выхлопная труба. Длина каждой выхлопной трубы не превышает 1 метра, и служат они исключительно для управления потоком выхлопных газов, направляя их вверх и в сторону от двигателя и кузова автомобиля в процессе заезда, используя силу выхлопа для создания небольшого количества дополнительной прижимной силы для повышения тяги.

 

Смотрите также: Увеличит ли новая выхлопная труба мощность автомобиля

 

И вроде бы все в этом гоночном болиде ладно сделано и хорошо скроено, но есть одна противоречивая теория, которую время от времени озвучивают как на форумах Рунета, так и на зарубежных ресурсах, посвященных автомобилям. Главный посыл теоретической мысли – нехватка обратного давления в системе отрицательно влияет на мощность. Иными словами, если у вашего автомобиля в выхлопной системе слишком свободный ток выхлопных газов, это может фактически уменьшить выходную мощность.

 

К счастью, Джейсон Фенске с YouTube объяснил, что в данном случае хорошо, а что не очень.

 

Главная задача состоит в подборе труб системы правильной длины, от стенок которых волны выхлопных газов будут вовремя отражаться для возврата части энергии обратно, например к тому же цилиндру, во время открытия выпускного клапана, что позволит лучше очистить камеру сгорания от продуктов распада топлива. Буквально провентилировать ее изнутри.

 

Помимо этого, расчеты инженеров устремляются в сторону создания зон пониженного давления в трубах коллектора – другими словами, вакуума при помощи противодавления. Этот частичный вакуум может фактически высасывать выхлопные газы из цилиндра. Правильно спроектированная система выхлопа увеличивает этот эффект в широком диапазоне оборотов, эффективно очищая цилиндры от отработанных выхлопных газов при помощи точно настроенной формы выхлопной системы.

 

Двигатель, в котором лучше очищаются цилиндры, будет выдавать большую мощность, будет работать эффективнее, экологичнее и экономичнее. Без верно настроенных труб выхлопа, которые будут правильным образом распределять волны обратного давления, этого добиться будет крайне сложно, и отсюда неминуема потеря мощности.

 

Смотрите также: Смотрите, как нагревается выхлопная система автомобиля

 

Тем, кому интересно узнать больше нюансов, можно посмотреть видео, предварительно включив субтитры и выбрав перевод на русский в меню «Настройки» (шестеренка в правом нижнем углу видео).

 

Монооксид углерода — Википедия

Монооксид углерода
Carbon monoxide 2D.svg Carbon-monoxide-3D-vdW.png({{{картинка3D}}})
Систематическое
наименование
Монооксид углерода
Хим. формула CO
Рац. формула CO
Состояние бесцветный газ
Молярная масса 28,01 г/моль
Плотность 0,001250°C; 0,814-195°C г/см³
Энергия ионизации 14,01 ± 0,01 эВ[2]
Температура
 • плавления −205 °C
 • кипения −191,5 °C
Пределы взрываемости 12,5 ± 0,1 об.%[2]
Энтальпия
 • образования −110,52 кДж/моль
Давление пара 35 ± 1 атм[2]
Растворимость
 • в воде 0,0026 г/100 мл
Рег. номер CAS 630-08-0
PubChem 281
Рег. номер EINECS 211-128-3
SMILES
InChI
RTECS FG3500000
ChEBI 17245
Номер ООН 1016
ChemSpider 275
Токсичность Высокотоксичен, СДЯВ
Пиктограммы ECB Пиктограмма «T+: Крайне токсично» системы ECBПиктограмма «F+: Крайне огнеопасно» системы ECBПиктограмма «N: Опасно для окружающей среды» системы ECB
NFPA 704
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Моноокси́д углеро́да (уга́рный газ, о́кись углеро́да, оксид углерода(II)) — бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха, легче воздуха (при нормальных условиях). Химическая формула — CO.

Молекула CO имеет тройную связь, как и молекула азота N2. Так как эти молекулы сходны по строению (изоэлектронны, двухатомны, имеют близкую молярную массу), то и свойства их также схожи — очень низкие температуры плавления и кипения, близкие значения стандартных энтропий и т. п.

В рамках метода валентных связей строение молекулы CO можно описать формулой » :C≡O: «.

Согласно методу молекулярных орбиталей электронная конфигурация невозбуждённой молекулы CO σ2
Oσ2
zπ4
x, y σ2
C. Тройная связь образована σ-связью, образованной за счёт σz электронной пары, а электроны дважды вырожденного уровня πx, y соответствуют двум π-связям. Электроны на несвязывающих σC-орбитали и σO-орбитали соответствуют двум электронным парам, одна из которых локализована у атома углерода, другая — у атома кислорода.

Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль, или 256 ккал/моль, что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (dC≡O=0,1128 нм или 1,13 Å).

Молекула слабо поляризована, её электрический дипольный момент μ = 0,04⋅10−29 Кл·м. Многочисленные исследования показали, что отрицательный заряд в молекуле CO сосредоточен на атоме углерода C←O+ (направление дипольного момента в молекуле противоположно предполагавшемуся ранее). Энергия ионизации 14,0 эВ, силовая константа связи k = 18,6.

Оксид углерода(II) представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей.

Основными типами химических реакций, в которых участвует оксид углерода(II), являются реакции присоединения и окислительно-восстановительные реакции, в которых он проявляет восстановительные свойства.

При комнатных температурах CO малоактивен, его химическая активность значительно повышается при нагревании и в растворах. Так, в растворах он восстанавливает соли Au, Pt, Pd и других до металлов уже при комнатной температуре. При нагревании восстанавливает и другие металлы, например CO + CuO → Cu + CO2↑. Это широко используется в пирометаллургии. На реакции CO в растворе с хлоридом палладия основан способ качественного обнаружения CO, см. ниже.

Окисление СО в растворе часто идёт с заметной скоростью лишь в присутствии катализатора. При подборе последнего основную роль играет природа окислителя. Так, KMnO4 быстрее всего окисляет СО в присутствии мелкораздробленного серебра, K2Cr2O7 — в присутствии солей ртути, KClO3 — в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород.

Ниже 830 °C более сильным восстановителем является CO, — выше — водород. Поэтому равновесие реакции

h3O+CO⇄CO2+h3{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+CO\rightleftarrows CO_{2}+H_{2}}}}

до 830 °C смещено вправо, выше 830 °C влево.

Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.

Оксид углерода(II) горит пламенем синего цвета[3] (температура начала реакции 700 °C) на воздухе:

2CO+O2→2CO2{\displaystyle {\mathsf {2CO+O_{2}\rightarrow 2CO_{2}}}} (ΔG°298 = −257 кДж, ΔS°298 = −86 Дж/K).

Температура горения CO может достигать 2100 °C. Реакция горения является цепной, причём инициаторами служат небольшие количества водородсодержащих соединений (вода, аммиак, сероводород и др.)

Благодаря такой хорошей теплотворной способности, CO является компонентом разных технических газовых смесей (см., например генераторный газ), используемых, в том числе, для отопления. В смеси с воздухом взрывоопасен; нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени: от 12,5 до 74 % (по объёму)[4].

Оксид углерода(II) реагирует с галогенами. Наибольшее практическое применение получила реакция с хлором:

CO+Cl2→hνCOCl2.{\displaystyle {\mathsf {CO+Cl_{2}{\xrightarrow {h\nu }}COCl_{2}}}.}

Реакция экзотермическая, её тепловой эффект 113 кДж, в присутствии катализатора (активированный уголь) она идёт уже при комнатной температуре. В результате реакции образуется фосген — вещество, получившее широкое распространение в разных отраслях химии (а также как боевое отравляющее вещество). По аналогичным реакцииям могут быть получены COF2 (карбонилфторид) и COBr2 (карбонилбромид). Карбонилиодид не получен. Экзотермичность реакций быстро снижается от F к I (для реакций с F2 тепловой эффект 481 кДж, с Br2 — 4 кДж). Можно также получать и смешанные производные, например COFCl (подробнее см. галогенпроизводные угольной кислоты).

Реакцией CO с F2, кроме карбонилфторида COF2, можно получить перекисное соединение (FCO)2O2. Его характеристики: температура плавления −42 °C, кипения +16 °C, обладает характерным запахом (похожим на запах озона), при нагревании выше 200 °C разлагается со взрывом (продукты реакции CO2, O2 и COF2), в кислой среде реагирует с иодидом калия по уравнению:

(FCO)2O2+2KI→2KF+I2+2CO2.{\displaystyle {\mathsf {(FCO)_{2}O_{2}+2KI\rightarrow 2KF+I_{2}+2CO_{2}.}}}

Оксид углерода(II) реагирует с халькогенами. С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:

CO+S→COS{\displaystyle {\mathsf {CO+S\rightarrow COS}}} (ΔG°298 = −229 кДж, ΔS°298 = −134 Дж/K).

Получены также аналогичные селеноксид углерода COSe и теллуроксид углерода COTe.

Восстанавливает SO2:

2CO+SO2→2CO2+S.{\displaystyle {\mathsf {2CO+SO_{2}\rightarrow 2CO_{2}+S.}}}

C переходными металлами образует горючие и ядовитые соединения — карбонилы, такие как [Fe(CO)5], [Cr(CO)6], [Ni(CO)4], [Mn2(CO)10], [Co2(CO)9] и др. Некоторые из них летучие.

nCO+Me→[Me(CO)n]{\displaystyle {\mathsf {nCO+Me\rightarrow [Me(CO)_{n}]}}}

Оксид углерода(II) незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот. Однако реагирует с расплавами щелочей с образованием соответствующих формиатов:

CO+KOH→HCOOK.{\displaystyle {\mathsf {CO+KOH\rightarrow HCOOK.}}}

Интересна реакция оксида углерода(II) с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия:

2K+2CO→K2C2O2.{\displaystyle {\mathsf {2K+2CO\rightarrow K_{2}C_{2}O_{2}.}}}

Реакцией с аммиаком при высоких температурах можно получить важное для промышленности соединение — циановодород HCN. Реакция идёт в присутствии катализатора (диоксид тория ThO2) по уравнению:

CO+Nh4→h3O+HCN.{\displaystyle {\mathsf {CO+NH_{3}\rightarrow H_{2}O+HCN.}}}

Важнейшим свойством оксида углерода(II) является его способность реагировать с водородом с образованием органических соединений (процесс синтеза Фишера — Тропша):

xCO+yh3→{\displaystyle {\mathsf {xCO+yH_{2}\rightarrow }}} спирты + линейные алканы.

Этот процесс является источником производства таких важнейших промышленных продуктов как метанол, синтетическое дизельное топливо, многоатомные спирты, масла и смазки.

Токсичность[править | править код]

Угарный газ очень токсичен.

TLV (предельная пороговая концентрация, США): 25 ppm; 29 мг/м³ (как TWA — среднесменная концентрация, США) (ACGIH 1994—1995). MAC (максимальная допустимая концентрация, США): 30 ppm; 33 мг/м³; Беременность: B (вредный эффект вероятен даже на уровне MAK) (1993). ПДКр.з. по Гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313—03 составляет 20 мг/м³ (около 0,0017 %).

В выхлопе бензинового автомобиля допускается до 1,5-3 % (допустимая концентрация сильно различается в зависимости от страны/применяемых стандартов; а 3% — много даже для старого карбюраторного автомобиля без катализатора).

По классификации ООН оксид углерода(II) относится к классу опасности 2,3, вторичная опасность по классификации ООН: 2,1.

Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть.[5] Признаки отравления: головная боль и головокружение; отмечается шум в ушах, одышка, учащённое сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота; в тяжёлых случаях судороги, обморочное отношение к людям, кома[6][3].

Токсическое действие оксида углерода(II) обусловлено образованием карбоксигемоглобина — значительно более прочного карбонильного комплекса с гемоглобином, по сравнению с комплексом гемоглобина с кислородом (оксигемоглобином)[6]. Таким образом, блокируются процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа[6].

Опыты на молодых крысах показали, что концентрация CO в воздухе 0,02 % замедляет их рост и снижает активность по сравнению с контрольной группой.

Помощь при отравлении оксидом углерода(II)[править | править код]

Соединение окиси углерода с гемоглобином обратимо. При отравлении рекомендуются следующие действия[6]:

  • Пострадавшего следует вынести на свежий воздух. При отравлении лёгкой степени достаточно гипервентиляции лёгких кислородом.
  • Искусственная вентиляция лёгких, О2-терапия, в том числе в барокамере.
  • Ацизол, хромосмон внутривенно.


Мировой медицине неизвестны надежные антидоты для применения в случае отравления угарным газом[7].

Защита от оксида углерода(II)[править | править код]

CO очень слабо поглощается активированным углём обычных фильтрующих противогазов, поэтому для защиты от него применяется специальный фильтрующий элемент (он может также подключаться дополнительно к основному) — гопкалитовый патрон. Гопкалит представляет собой катализатор, способствующий окислению CO в CO2 при нормальных температурах. Недостатком использования гопкалита является то, что при его применении приходится вдыхать нагретый в результате реакции воздух. Обычный способ защиты — использование изолирующего дыхательного аппарата[3].

Эндогенный монооксид углерода[править | править код]

Эндогенный монооксид углерода вырабатывается в норме клетками организма человека и животных и выполняет функцию сигнальной молекулы. Он играет известную физиологическую роль в организме, в частности, является нейротрансмиттером и вызывает вазодилатацию[8]. Ввиду роли эндогенного угарного газа в организме, нарушения его метаболизма связывают с различными заболеваниями, такими, как нейродегенеративные заболевания, атеросклероз кровеносных сосудов, гипертоническая болезнь, сердечная недостаточность, различные воспалительные процессы[8].

Эндогенный угарный газ образуется в организме благодаря окисляющему действию фермента гемоксигеназы на гем, являющийся продуктом разрушения гемоглобина и миоглобина, а также других гемосодержащих белков. Этот процесс вызывает образование в крови человека небольшого количества карбоксигемоглобина, даже если человек не курит и дышит не атмосферным воздухом (всегда содержащим небольшие количества экзогенного угарного газа), а чистым кислородом или смесью азота с кислородом.

Вслед за появившимися в 1993 году первыми данными о том, что эндогенный угарный газ является нормальным нейротрансмиттером в организме человека[9][10], а также одним из трёх эндогенных газов, которые в норме модулируют течение воспалительных реакций в организме (два других — оксид азота (II) и сероводород), эндогенный угарный газ привлёк значительное внимание клиницистов и исследователей как важный биологический регулятор. Было показано, что во многих тканях все три вышеупомянутых газа являются противовоспалительными веществами, вазодилататорами, а также вызывают ангиогенез[11]. Однако не всё так просто и однозначно. Ангиогенез — не всегда полезный эффект, поскольку он, в частности, играет роль в росте злокачественных опухолей, а также является одной из причин повреждения сетчатки при макулярной дегенерации. В частности, важно отметить, что курение (основной источник угарного газа в крови, дающий в несколько раз большую концентрацию его, чем естественная продукция) повышает риск макулярной дегенерации сетчатки в 4-6 раз.

Существует теория о том, что в некоторых синапсах нервных клеток, где происходит долговременное запоминание информации, принимающая клетка в ответ на принятый сигнал вырабатывает эндогенный угарный газ, который передаёт сигнал обратно передающей клетке, чем сообщает ей о своей готовности и в дальнейшем принимать сигналы от неё и повышая активность клетки-передатчика сигнала. Некоторые из этих нервных клеток содержат гуанилатциклазу, фермент, который активируется при воздействии эндогенного угарного газа[10].

Исследования, посвящённые роли эндогенного угарного газа как противовоспалительного вещества и цитопротектора, проводились во множестве лабораторий по всему миру. Эти свойства эндогенного угарного газа делают воздействие на его метаболизм интересной терапевтической мишенью для лечения таких разных патологических состояний, как повреждение тканей, вызванное ишемией и последующей реперфузией (а это, например, инфаркт миокарда, ишемический инсульт), отторжение трансплантата, атеросклероз сосудов, тяжёлый сепсис, тяжёлая малярия, аутоиммунные заболевания. Проводились в том числе и клинические испытания на человеке, однако результаты их пока ещё не опубликованы[12].

Суммируя, то, что известно на 2015 год о роли эндогенного угарного газа в организме, можно изложить следующим образом[13]:

  • Эндогенный угарный газ — одна из важных эндогенных сигнальных молекул;
  • Эндогенный угарный газ модулирует функции ЦНС и сердечно-сосудистой системы;
  • Эндогенный угарный газ ингибирует агрегацию тромбоцитов и их адгезию к стенкам сосудов;
  • Влияние на обмен эндогенного угарного газа в будущем может быть одной из важных терапевтических стратегий при ряде заболеваний.

Токсичность дыма, выделяющегося при горении угля, была описана ещё Аристотелем и Галеном.

Оксид углерода(II) был впервые получен французским химиком Жаком де Лассоном в 1776 при нагревании оксида цинка с углём, но первоначально его ошибочно приняли за водород, так как он сгорал синим пламенем.

То, что в состав этого газа входит углерод и кислород, выяснил в 1800 английский химик Вильям Крюйкшенк. Токсичность газа была исследована в 1846 году французским медиком Клодом Бернаром в опытах на собаках[14].

Оксид углерода(II) вне атмосферы Земли впервые был обнаружен бельгийским учёным М. Мижотом (M. Migeotte) в 1949 году по наличию основной колебательно-вращательной полосы в ИК-спектре Солнца. Оксид углерода(II) в межзвёздной среде был обнаружен в 1970 г.[15]

Промышленный способ[править | править код]

Влияние температуры на равновесие реакции: CO2+C⇄2CO{\displaystyle {\mathsf {CO_{2}+C\rightleftarrows 2CO}}}
2C+O2→2CO{\displaystyle {\mathsf {2C+O_{2}\rightarrow 2CO}}} (тепловой эффект этой реакции 220 кДж),
CO2+C⇄2CO{\displaystyle {\mathsf {CO_{2}+C\rightleftarrows 2CO}}} (ΔH = 172 кДж, ΔS = 176 Дж/К)

Эта реакция происходит при печной топке, когда слишком рано закрывают печную заслонку (пока окончательно не прогорели угли). Образующийся при этом оксид углерода(II) вследствие своей ядовитости вызывает физиологические расстройства («угар») и даже смерть (см. ниже), отсюда и одно из тривиальных названий — «угарный газ»[3].

Реакция восстановления диоксида углерода обратимая, влияние температуры на состояние равновесия этой реакции приведено на графике. Протекание реакции вправо обеспечивает энтропийный фактор, а влево — энтальпийный. При температуре ниже 400 °C равновесие практически полностью сдвинуто влево, а при температуре выше 1000 °C вправо (в сторону образования CO). При низких температурах скорость этой реакции очень мала, поэтому оксид углерода(II) при нормальных условиях вполне устойчив. Это равновесие носит специальное название равновесие Будуара.

Лабораторный способ[править | править код]

HCOOH→h3SO4oth3O+CO.{\displaystyle {\mathsf {HCOOH{\xrightarrow[{H_{2}SO_{4}}]{^{o}t}}H_{2}O+CO.}}}
Можно также обработать муравьиную кислоту хлорсульфоновой. Эта реакция идёт уже при обычной температуре по схеме:
HCOOH+ClSO3H→h3SO4+HCl+CO↑.{\displaystyle {\mathsf {HCOOH+ClSO_{3}H\rightarrow H_{2}SO_{4}+HCl+CO\uparrow .}}}
h3C2O4→h3SO4otCO↑+CO2↑+h3O.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}C_{2}O_{4}{\xrightarrow[{H_{2}SO_{4}}]{^{o}t}}CO\uparrow +CO_{2}\uparrow +H_{2}O.}}}
K4[Fe(CN)6]+6h3SO4+6h3O→ot2K2SO4+FeSO4+3(Nh5)2SO4+6CO↑.{\displaystyle {\mathsf {K_{4}[Fe(CN)_{6}]+6H_{2}SO_{4}+6H_{2}O{\xrightarrow[{}]{^{o}t}}2K_{2}SO_{4}+FeSO_{4}+3(NH_{4})_{2}SO_{4}+6CO\uparrow .}}}
Mg+ZnCO3→otMgO+ZnO+CO↑.{\displaystyle {\mathsf {Mg+ZnCO_{3}{\xrightarrow[{}]{^{o}t}}MgO+ZnO+CO\uparrow .}}}

Качественно можно определить наличие CO по потемнению растворов хлорида палладия (или пропитанной этим раствором бумаги). Потеменение связано с выделением мелкодисперсного металлического палладия по схеме:

PdCl2+CO+h3O→Pd↓+CO2+2HCl.{\displaystyle {\mathsf {PdCl_{2}+CO+H_{2}O\rightarrow Pd\downarrow +CO_{2}+2HCl.}}}

Эта реакция очень чувствительная. Стандартный раствор: 1 грамм хлорида палладия на литр воды.

Количественное определение оксида углерода(II) основано на иодометрической реакции:

5CO+I2O5→5CO2+I2.{\displaystyle {\mathsf {5CO+I_{2}O_{5}\rightarrow 5CO_{2}+I_{2}.}}}
  • Оксид углерода(II) является промежуточным реагентом, используемым в реакциях с водородом в важнейших промышленных процессах для получения органических спиртов и неразветвлённых углеводородов.
  • Оксид углерода(II) применяется для обработки мяса животных и рыбы, придаёт им ярко-красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса (технологии Clear smoke[en] и Tasteless smoke[en]). Допустимая концентрация CO равна 200 мг/кг мяса.
  • Оксид углерода(II) является основным компонентом генераторного газа, использовавшегося в качестве топлива в газогенераторных автомобилях.
  • Угарный газ от выхлопа двигателей применялся нацистами в годы Второй мировой войны для массового умерщвления людей путём отравления.
{\mathsf  {5CO+I_{2}O_{5}\rightarrow 5CO_{2}+I_{2}.}} Содержание CO в атмосфере Земли по данным MOPITT

Различают природные и антропогенные источники поступления в атмосферу Земли. В естественных условиях, на поверхности Земли, CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров. Оксид углерода(II) образуется в почве как биологическим путём (выделение живыми организмами), так и небиологическим. Экспериментально доказано выделение оксида углерода(II) за счёт обычных в почвах фенольных соединений, содержащих группы OCH3 или OH в орто- или пара-положениях по отношению к первой гидроксильной группе.

Общий баланс продуцирования небиологического CO и его окисления микроорганизмами зависит от конкретных экологических условий, в первую очередь от влажности и значения pH. Например, из аридных почв оксид углерода(II) выделяется непосредственно в атмосферу, создавая таким образом локальные максимумы концентрации этого газа.

В атмосфере СО является продуктом цепочек реакций с участием метана и других углеводородов (в первую очередь, изопрена).

Основным антропогенным источником CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Оксид углерода образуется при сгорании углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления CO в CO2). В прошлом значительную долю антропогенного поступления CO в атмосферу обеспечивал светильный газ, использовавшийся для освещения помещений в XIX веке. По составу он примерно соответствовал водяному газу, то есть содержал до 45 % оксида углерода(II). В коммунальной сфере не применяется в виду наличия значительно более дешёвого и энергоэффективного аналога — природного газа.

Поступление CO от природных и антропогенных источников примерно одинаково.

Оксид углерода(II) в атмосфере находится в быстром круговороте: среднее время его пребывания составляет около 0,1 года. Основной канал потери CO — окисление гидроксилом до диоксида углерода.

Диоксид углерода — Википедия

Диоксид углерода
Carbon-dioxide-2D-dimensions.svg
({{{картинка}}})
Carbon-dioxide-3D-vdW.svg({{{картинка малая}}})
({{{изображение}}})
Систематическое
наименование
Диоксид углерода
Традиционные названия углекислый газ, углекислота, двуокись углерода, сухой лёд (в твёрдом состоянии)
Хим. формула CO2
Рац. формула CO2
Состояние бесцветный газ
Молярная масса 44,01 г/моль
Плотность газ (0 °C): 1,9768 кг/м³
жидкость (0 °С, 35,5 ат): 925 кг/м³
тв. (−78,5 °C): 1560 кг/м³
Динамическая вязкость 8,5⋅10−5 Па·с (10°C, 5,7 МПа)
Энергия ионизации 13,77 ± 0,01 эВ[2]
Скорость звука в веществе 269 м/с
Температура
 • сублимации −78,5 °C
Тройная точка −56,6 °C, 0,52 МПа [1]
Критическая точка 31 °C, 7,38 МПа
Критическая плотность 467 кг/м³ см³/моль
Уд. теплоёмк. 849 Дж/(кг·К)
Теплопроводность 0,0166 Вт/(м·K)
Энтальпия
 • образования 394 кДж/моль
 • плавления 9,02 кДж/моль
 • кипения 16,7 кДж/моль
 • сублимации 26 кДж/моль
Удельная теплота испарения 379,5 кДж/кг
Удельная теплота плавления 205 кДж/кг
Давление пара 56,5 ± 0,1 атм[2]
Растворимость
 • в воде 1,48 кг/м³
Рег. номер CAS 124-38-9
PubChem 280
Рег. номер EINECS 204-696-9
SMILES
InChI
Кодекс Алиментариус E290
RTECS FF6400000
ChEBI 16526
Номер ООН 1013
ChemSpider 274
Предельная концентрация 9 000 мг/м3
ЛД50 LC50: 90 000 мг/м3*5 мин (человек, ингаляция)
Токсичность Нетоксичен. Опасен лишь в очень больших количествах (обладает удушающим действием). Негорюч.
Фразы безопасности (S) S9, S23, S36
NFPA 704 NFPA 704 four-colored diamond
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Диокси́д углеро́да или двуо́кись углеро́да (также углеки́слый газ, углекислотá, окси́д углеро́да(IV), у́гольный ангидри́д) — бесцветный газ (в нормальных условиях), почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом), с химической формулой CO2.

Плотность при нормальных условиях 1,98 кг/м³ (в 1,5 раза тяжелее воздуха). При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное (возгонка). Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет в среднем 0,04 %[3]. Углекислый газ легко пропускает излучение в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, которое поступает на Землю от Солнца и обогревает её. В то же время он поглощает испускаемое Землёй инфракрасное излучение и является одним из парниковых газов, вследствие чего должен участвовать в процессе глобального потепления[уточнить]. Изначально, до появления жизни, углекислый газ составлял основу атмосферы Земли и его уровень снижался от десятков процентов до долей одного в результате процесса фотосинтеза. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи[источник не указан 150 дней]. Рост содержания углекислого газа выше, до определённой концентрации, приводит к появлению облаков из углекислоты, что ведет к похолоданию.[4] Оба эти явления объясняют, почему температурные условия существования жизни на Земле относительно стабильны в течение миллиардов лет.

Физические[править | править код]

Commons-logo.svg

Оксид углерода (IV) (углекислый газ) — бесцветный газ, при малых концентрациях в воздухе не имеет запаха, при больших концентрациях имеет характерный кисловатый запах газированной воды. Тяжелее воздуха приблизительно в 1,5 раза.

Молекула углекислого газа линейна, расстояние от центра центрального атома углерода до центров двух атомов кислорода 116,3 пм.

При температуре −78,3 °С кристаллизуется в виде белой снегообразной массы — «сухого льда». Сухой лёд при атмосферном давлении не плавится, а испаряется, не переходя в жидкое состояние, температура сублимации −78 °С. Жидкий углекислый газ можно получить при повышении давления. Так, при температуре 20 °С и давлении свыше 6 МПа (~60 атм) газ сгущается в бесцветную жидкость. В спокойном электрическом разряде светится характерным бело-зелёным светом.

Негорюч, но в его атмосфере может поддерживаться горение активных металлов, например, щелочных металлов и щелочноземельных — магния, кальция, бария.

Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений. Растворим в воде (0,738 объёмов углекислого газа в одном объёме воды при 15 °С).

Химические[править | править код]

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует нестойкую угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием её солей — карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Оксид углерода(IV) останавливает горение, вытесняя кислород из зоны реакции. В нём горят только некоторые активные металлы[5]:

2Mg+CO2⟶2MgO+C{\displaystyle {\ce {2Mg + CO2 -> 2MgO + C}}}.

Взаимодействие с оксидом активного металла:

CaO+CO2⟶CaCO3{\displaystyle {\ce {CaO + CO2 -> CaCO3}}}.

При растворении в воде образует равновесную смесь раствора диоксида углерода и угольной кислоты, причём равновесие сильно сдвинуто в сторону разложения кислоты:

CO2+h3O⇄h3CO3{\displaystyle {\ce {CO2^{+}h3O\rightleftarrows h3CO3}}}.

Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов:

Ca(OH)2+CO2⟶CaCO3↓+h3O{\displaystyle {\ce {Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + h3O}}} (качественная реакция на углекислый газ),
KOH+CO2⟶KHCO3{\displaystyle {\ce {KOH + CO2 -> KHCO3}}}.

Биологические[править | править код]

Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки.[6]

Этот углекислый газ переносится от тканей, где он образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма, по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Таким образом, содержание углекислого газа в крови велико в венозной системе, уменьшается в капиллярной сети лёгких, и мало в артериальной крови. Содержание углекислого газа в пробе крови часто выражают в терминах парциального давления, то есть давления, которое бы имел содержащийся в пробе крови в данном количестве углекислый газ, если бы весь объём пробы крови занимал только он[7].

Содержание углекислого газа в крови человека приблизительно таково:

Референтные значения или средние значения парциального давления углекислого газа в крови (pCO2)
Единицы измерения Газ венозной крови Альвеолярный лёгочный газ Газ артериальной крови
кПа 5,5[8]—6,8[8] 4,8 4,7[8]—6,0[8]
мм рт. ст. 41—51 36 35[9]—45[9]

Углекислый газ транспортируется в крови тремя различными способами (точное соотношение каждого из этих трёх способов транспортировки зависит от того, является ли кровь артериальной или венозной).

  • Бо́льшая часть углекислого газа (от 70 % до 80 %) преобразуется ферментом карбоангидразой эритроцитов в ионы гидрокарбоната[10] при помощи реакции CO2+h3O⟶h3CO3⟶H++HCO3−{\displaystyle {\ce {CO2 + h3O -> h3CO3 -> H^+ + HCO3^-}}}.
  • Около 5—10 % углекислого газа растворено в плазме крови[10].
  • Около 5—10 % углекислого газа связано с гемоглобином в виде карбаминосоединений (карбогемоглобин)[10].

Гемоглобин, основной кислород-транспортирующий белок эритроцитов крови, способен транспортировать как кислород, так и углекислый газ. Однако углекислый газ связывается с гемоглобином в ином месте, чем кислород. Он связывается с N-терминальными концами цепей глобина, а не с гемом. Однако благодаря аллостерическим эффектам, которые приводят к изменению конфигурации молекулы гемоглобина при связывании, связывание углекислого газа понижает способность кислорода к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении кислорода, и наоборот — связывание кислорода с гемоглобином понижает способность углекислого газа к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении углекислого газа. Помимо этого, способность гемоглобина к преимущественному связыванию с кислородом или с углекислым газом зависит также и от pH среды. Эти особенности очень важны для успешного захвата и транспорта кислорода из лёгких в ткани и его успешного высвобождения в тканях, а также для успешного захвата и транспорта углекислого газа из тканей в лёгкие и его высвобождения там.

Углекислый газ является одним из важнейших медиаторов ауторегуляции кровотока. Он является мощным вазодилататором. Соответственно, если уровень углекислого газа в ткани или в крови повышается (например, вследствие интенсивного метаболизма — вызванного, скажем, физической нагрузкой, воспалением, повреждением тканей, или вследствие затруднения кровотока, ишемии ткани), то капилляры расширяются, что приводит к увеличению кровотока и соответственно к увеличению доставки к тканям кислорода и транспорта из тканей накопившейся углекислоты. Кроме того, углекислый газ в определённых концентрациях (повышенных, но ещё не достигающих токсических значений) оказывает положительное инотропное и хронотропное действие на миокард и повышает его чувствительность к адреналину, что приводит к увеличению силы и частоты сердечных сокращений, величины сердечного выброса и, как следствие, ударного и минутного объёма крови. Это также способствует коррекции тканевой гипоксии и гиперкапнии (повышенного уровня углекислоты).

Ионы гидрокарбоната очень важны для регуляции pH крови и поддержания нормального кислотно-щелочного равновесия. Частота дыхания влияет на содержание углекислого газа в крови. Слабое или замедленное дыхание вызывает респираторный ацидоз, в то время как учащённое и чрезмерно глубокое дыхание приводит к гипервентиляции и развитию респираторного алкалоза.

Кроме того, углекислый газ также важен в регуляции дыхания. Хотя наш организм требует кислорода для обеспечения метаболизма, низкое содержание кислорода в крови или в тканях обычно не стимулирует дыхание (вернее, стимулирующее влияние нехватки кислорода на дыхание слишком слабо и «включается» поздно, при очень низких уровнях кислорода в крови, при которых человек нередко уже теряет сознание). В норме дыхание стимулируется повышением уровня углекислого газа в крови. Дыхательный центр гораздо более чувствителен к повышению уровня углекислого газа, чем к нехватке кислорода. Как следствие этого, дыхание сильно разрежённым воздухом (с низким парциальным давлением кислорода) или газовой смесью, вообще не содержащей кислорода (например, 100 % азотом или 100 % закисью азота) может быстро привести к потере сознания без возникновения ощущения нехватки воздуха (поскольку уровень углекислоты в крови не повышается, ибо ничто не препятствует её выдыханию). Это особенно опасно для пилотов военных самолётов, летающих на больших высотах (в случае аварийной разгерметизации кабины пилоты могут быстро потерять сознание). Эта особенность системы регуляции дыхания также является причиной того, почему в самолётах стюардессы инструктируют пассажиров в случае разгерметизации салона самолёта в первую очередь надевать кислородную маску самим, прежде чем пытаться помочь кому-либо ещё — делая это, помогающий рискует быстро потерять сознание сам, причём даже не ощущая до последнего момента какого-либо дискомфорта и потребности в кислороде[10].

Дыхательный центр человека пытается поддерживать парциальное давление углекислого газа в артериальной крови не выше 50 мм ртутного столба. При сознательной гипервентиляции содержание углекислого газа в артериальной крови может снизиться до 10—20 мм ртутного столба, при этом содержание кислорода в крови практически не изменится или увеличится незначительно, а потребность сделать очередной вдох уменьшится как следствие уменьшения стимулирующего влияния углекислого газа на активность дыхательного центра. Это является причиной того, почему после некоторого периода сознательной гипервентиляции легче задержать дыхание надолго, чем без предшествующей гипервентиляции. Такая сознательная гипервентиляция с последующей задержкой дыхания может привести к потере сознания до того, как человек ощутит потребность сделать вдох. В безопасной обстановке такая потеря сознания ничем особенным не грозит (потеряв сознание, человек потеряет и контроль над собой, перестанет задерживать дыхание и сделает вдох, дыхание, а вместе с ним и снабжение мозга кислородом восстановятся, а затем восстановится и сознание). Однако в других ситуациях, например, перед нырянием, это может быть опасным (потеря сознания и потребность сделать вдох наступят на глубине, и в отсутствие сознательного контроля в дыхательные пути попадёт вода, что может привести к утоплению)[источник не указан 845 дней]. Именно поэтому гипервентиляция перед нырянием опасна и не рекомендуется.

  • В промышленных количествах углекислота выделяется из дымовых газов, или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов[11] (известняк, доломит) или при производстве алкоголя (спиртовое брожение). Смесь полученных газов промывают раствором карбоната калия, которые поглощают углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В современных установках получения углекислого газа вместо гидрокарбоната чаще применяется водный раствор моноэтаноламина, который при определённых условиях способен абсорбировать CO2{\displaystyle {\ce {CO2}}}, содержащийся в дымовом газе, а при нагреве отдавать его; таким образом отделяется готовый продукт от других веществ.
  • Также углекислый газ получают на установках разделения воздуха как побочный продукт получения чистого кислорода, азота и аргона.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора, мела или соды с соляной кислотой, используя, например, аппарат Киппа[11].

CaCO3+2HCl⟶CaCl2+h3O+CO2↑{\displaystyle {\ce {CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + h3O + CO2 ^}}}.

Использование реакции серной кислоты с мелом или мрамором приводит к образованию малорастворимого сульфата кальция, который замедляет реакцию, и который удаляется значительным избытком кислоты с образованием кислого сульфата кальция.

Для приготовления сухих напитков может быть использована реакция пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком. Именно в таком виде появились первые газированные напитки. Их изготовлением и продажей занимались аптекари.

Также для получения углекислого газа применяется зкзотермическая реакция горения углерода в кислороде[11]:

C+O2⟶CO2↑+394kJ{\displaystyle {\ce {C + O2 -> CO2 ^ + 394 kJ}}}.

В пищевой промышленности углекислота используется как консервант и разрыхлитель, обозначается на упаковке кодом Е290.

В криохирургии используется как одно из основных веществ для криоабляции новообразований.

Жидкая углекислота широко применяется в системах пожаротушения и в огнетушителях. Автоматические углекислотные установки для пожаротушения различаются по системам пуска, которые бывают пневматическими, механическими или электрическими.

Устройство для подачи углекислого газа в аквариум может включать в себя резервуар с газом. Простейший и наиболее распространённый метод получения углекислого газа основан на конструкции для изготовления алкогольного напитка браги. При брожении выделяемый углекислый газ вполне может обеспечить подкормку аквариумных растений[12].

Углекислый газ используется для газирования лимонада, газированной воды и других напитков. Углекислый газ используется также в качестве защитной среды при сварке проволокой, но при высоких температурах происходит его распад с выделением кислорода. Выделяющийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители, такие как марганец и кремний. Другим следствием влияния кислорода, также связанного с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в инертной среде.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии (в газобаллонной пневматике) и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Хранение углекислоты в стальном баллоне в сжиженном состоянии выгоднее, чем в виде газа. Углекислота имеет сравнительно низкую критическую температуру +31 °С. В стандартный 40-литровый баллон заливают около 20 кг сжиженного углекислого газа, и при комнатной температуре в баллоне будет находиться жидкая фаза, а давление составит примерно 6 МПа (60 кгс/см²). Если температура будет выше +31 °С, то углекислота перейдёт в сверхкритическое состояние с давлением выше 7,36 МПа. Стандартное рабочее давление для обычного 40-литрового баллона составляет 15 МПа (150 кгс/см²), однако он должен безопасно выдерживать давление в 1,5 раза выше, то есть 22,5 МПа, — таким образом, работа с подобными баллонами может считаться вполне безопасной.

Твёрдая углекислота — «сухой лёд» — используется в качестве хладагента в лабораторных исследованиях, в розничной торговле, при ремонте оборудования (например: охлаждение одной из сопрягаемых деталей при их посадке внатяжку) и так далее. Для сжижения углекислого газа и получения сухого льда применяются углекислотные установки.

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 CO) в технологических газах или в атмосферном воздухе можно использовать газохроматографический метод с метанатором и регистрацией на пламенно-ионизационном детекторе[13].

{\displaystyle {\ce {C + O2 -> CO2 ^ + 394 kJ}}}

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) даёт малый вклад в круговорот углекислоты, а полосы суши, 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 ископаемого топлива (угля, нефти, газа), заметно увеличивающееся в зимний сезон[14].

Большое количество углекислоты растворено в океане.

Углекислый газ составляет значительную часть атмосфер некоторых планет Солнечной системы: Венеры, Марса.

Углекислый газ нетоксичен, но при вдыхании его повышенных концентраций в воздухе по воздействию на воздуходышащие живые организмы его относят к удушающим газам (англ.)русск.. По ГОСТу (ГОСТ 8050-85) углекислота относится к IV классу опасности.

Незначительные повышения концентрации, вплоть до 0,2−0,4 % (2000−4000 ppm), в помещениях приводят к развитию у людей сонливости и слабости. Опасными для здоровья концентрациями считаются концентрации около 7−10 %, при которых развиваются симптомы удушья, проявляющиеся в виде головной боли, головокружения, расстройстве слуха и в потере сознания (симптомы, сходные с симптомами высотной болезни), эти симптомы развиваются, в зависимости от концентрации, в течение времени от нескольких минут до одного часа.

Для помещений нормальным является уровень CO₂ около 600 ppm (частей на миллион). Повышенные концентрации углекислого газа снижают когнитивные способности людей. Уже при 1200 ppm расширяются кровеносные сосуды в мозге, снижается активность нейронов и уменьшается объём коммуникации между регионами мозга. [15]. В школьных классах типичной является концентрация 2000−2500, а общий разброс значений — от 1000 до 6000, это вызывает обеспокоенность у исследователей[16], поскольку выявлено снижение результатов учеников, выполняющих тестовые задания в душных помещениях[17].

Влияние на взрослых здоровых людей Концентрация углекислого газа, ppm
Нормальный уровень на открытом воздухе 350—450
Приемлемые уровни <600
Жалобы на несвежий воздух 600—1000
Максимальный уровень стандартов ASHRAE и OSHA[18] 1000
Общая вялость 1000—2500
Возможны нежелательные эффекты на здоровье 1000—2500
Максимально допустимая концентрация в течение 8 часового рабочего дня 5000

При вдыхании воздуха с очень высокими концентрациями газа смерть наступает очень быстро от удушья, вызванного гипоксией[19].

Несмотря на то, что даже концентрация 5—7 % CO₂ в воздухе несмертельна, но при концентрации 0,1 % (такое содержание углекислого газа иногда наблюдается в воздухе мегаполисов), люди начинают чувствовать слабость, сонливость. Это показывает, что даже при высоком уровне кислорода, большая концентрация CO₂ существенно влияет на самочувствие человека.

Симптомы у взрослых здоровых людей[20] Концентрация углекислого газа, ppm
Легкое отравление, учащается пульс и частота дыхания, тошнота и рвота 30 000
Добавляется головная боль и легкое нарушение сознания 50 000
Потеря сознания, в дальнейшем — смерть 100 000

Вдыхание воздуха с повышенной концентрацией этого газа не приводит к долговременным расстройствам здоровья. После удаления пострадавшего из атмосферы с высокой концентрацией углекислого газа быстро наступает полное восстановление здоровья и самочувствия[21].

  1. ↑ Carbon Dioxide — Thermophysical Properties
  2. 1 2 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0103.html
  3. ↑ Trends in Atmospheric Carbon Dioxide (англ.). National Oceanic and Atmospheric Administration. Дата обращения 24 сентября 2013.
  4. Chen Zhou, Mark D. Zelinka & Stephen A. Klein. Impact of decadal cloud variations on the Earth’s energy budget (англ.). Nature Geoscience. Дата обращения 4 декабря 2019.
  5. ↑ А. С. Егоров. Репетитор по химии — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2009.
  6. ↑ 7. How much carbon dioxide do humans contribute through breathing?. Frequent Questions — Emissions (англ.). US EPA. Дата обращения 4 декабря 2019. Архивировано 2 февраля 2011 года.
  7. Charles Henrickson. Chemistry (неопр.). — Cliffs Notes, 2005. — ISBN 0-7645-7419-1.
  8. 1 2 3 4 Пересчитано из значений в мм. рт. ст. с использованием коэффициента пересчёта 0,133322 кПа/мм. рт. ст.
  9. 1 2 Таблица референсных значений. Юго-Западный медицинский центр при Университете Далласа.
  10. 1 2 3 4 Carbon dioxide (неопр.). solarnavigator.net. Дата обращения 12 октября 2007.
  11. 1 2 3 Glinka, Nikolaj Leonidovič (1882-1965). Obŝaâ himiâ. — Izd. 27-e ster. — Leningrad: «Himiâ», 1988. — 702, [2] s. с. — ISBN 5724500035, 9785724500036.
  12. ↑ Большая Энциклопедия Нефти и Газа.
  13. ↑ ГОСТ 31371.6-2008 (ИСО 6974-6:2002). Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределённости. Часть 6. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов C1 — C8 с использованием трёх капиллярных колонок (рус.). Docs.cntd.ru. — М.: Стандартинформ, 2009.. Дата обращения 4 декабря 2019.
  14. Бялко А. В. Растения убыстряют рост // Природа. — 1996. — № 10. (по Keeling C.D., Whorf Т.P., Wahlen M., van der Plicht J. // Nature. 1995. V. 375, № 6533. P.666-670)
  15. Greenwood, Veronique. Is Conference Room Air Making You Dumber? : [англ.] // The New York Times : газ. — 2019. — 6 May.
  16. ↑ Ventilation rates and carbon dioxide concentrations in schools. — In: Ventilation with Outdoor Air : [англ.] // Berkeley Lab : [сайт]. — 2019.
  17. Сорокин, Андрей. «Глобальное потепление отупляет. От этого уже страдают школьники и офисные работники» // Republic : [сайт]. — 2020. — 7 января.
  18. ↑ Indoor Air Quality in Commercial and Institutional Buildings
  19. ↑  (англ.) Carbon Dioxide as a Fire Suppressant: Examining the Risks, U.S. Environmental Protection Agency:.
  20. ↑ Приемлемые и опасные уровни концентрации углекислого газа (CO2) согласно ASHRAE и OSHA — США. Рекомендованные уровни вентиляции помещений.
  21. ↑  (англ.) Glatte Jr H. A., Motsay G. J., Welch B. E. Carbon Dioxide Tolerance Studies (неопр.) // Brooks AFB, TX School of Aerospace Medicine Technical Report. — 1967. — Т. SAM—TR—67—77.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о