Андрей Смирнов
Время чтения: ~12 мин.
Просмотров: 1

Углекислый газ, свойства, получение и применение

Приборы для подачи углекислоты в воду

Помимо генератора CO2, для аквариума нужен особый распыляющий агрегат. Цель, для чего его используют, – недопущение улетучивания углекислоты из воды в окружающий воздух. Обычный распылитель от аэрационной системы не подойдет. Применяют специальный прибор, который называют реактор CO2. Им может быть:

  1. Стеклянный диффузор, встраиваемый в арматуру резервуара. Отлично сочетается с баллонной системой и карбонатно-кислотным методом.
  2. Колпачок-колокол.
  3. Камешковый распылитель. Дает крупные пузыри.
  4. Пузырьковая лесенка. Принцип действия – в стеклянном или пластиковом лабиринте пузырек газа медленно поднимается по извилистому пути, растворяясь в воде.
  5. Ветки рябины. Обеспечивают мелкие пузыри. Но загрязнившийся материал приходится регулярно менять.

Применение

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.

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.

Влияние углекислого газа

Углекислый газ является неотъемлемой частью воздушной смеси, но его концентрация на улице не высока – всего около 400-450ppm (миллионные доли, parts per million), что соответствует 0,04% объемной концентрации. Чем больше промышленных предприятий расположено в жилом районе, тем выше будет концентрация загрязняющих веществ и углекислого газа. Поэтому для таких районов характерны повышенные нормы, а для зон с благоприятной экологической обстановкой – наоборот, пониженные. Норма уровня СО2 в помещении превышает уличные значения примерно в 1,5 раза, то есть до 600ppm.

Концентрация в 800ppm уже считается небезопасной, а при 1000ppm, то есть 0,1% объемной концентрации, возникают первые признаки «отравления» (беспричинная вялость, затрудненное дыхание). Однако и эти значения все еще входят в норму: превышением по санитарным нормативам считается уровень выше 1400ppm. При таких показателях уже трудно концентрироваться на выполнении заданий, если человек на работе, и трудно нормально засыпать, если речь идет об отдыхе дома.

Критические величины – более 3000ppm (0,3%). В этом случае быстро развиваются признаки кислородного голодания, тошнит, учащается пульс.

Чем распылять СО?

  • Рябиновые ветки образуют маленькие пузыри, но быстро загрязняются. Используется сухая веточка рябины (диаметр – 6 мм), срезанная наискось с одной стороны и прямо — с другой. Прямым срезом веточка вставляется в трубку подачи газа. Диффузор готов.
  • Камешковые распылители дают крупные пузырьки, поэтому газ растворяется хуже.
  • Колокол изготавливается чаще всего из прозрачного колпачка от дезодоранта. Можно купить в магазине. Это устройство задерживает углекислоту.
  • Стеклянные диффузоры прекрасно работают в баллонной системе подачи газа и с системой на основе лимонной кислоты и содового раствора. Без труда его можно приобрести в специализированном магазине.

Расчет молярной массы

Молярную массу рассчитывают так:

  • определяют атомные массы элементов по таблице Менделеева;
  • определяют количество атомов каждого элемента в формуле соединения;
  • определяют молярную массу, складывая атомные массы входящих в соединение элементов, умноженные на их количество.

Например, рассчитаем молярную массу уксусной кислоты

  • двух атомов углерода
  • четырех атомов водорода
  • двух атомов кислорода
  • углерод C = 2 × 12,0107 г/моль = 24,0214 г/моль
  • водород H = 4 × 1,00794 г/моль = 4,03176 г/моль
  • кислород O = 2 × 15,9994 г/моль = 31,9988 г/моль
  • молярная масса = 24,0214 + 4,03176 + 31,9988 = 60,05196 g/mol

Наш калькулятор выполняет именно такой расчет. Можно ввести в него формулу уксусной кислоты и проверить что получится.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Вычисление молярной массы

Молярная масса — физическое свойство вещества, определяемое как отношение массы этого вещества к количеству вещества в молях, то есть, это масса одного моля вещества.

Молярная масса соединений равна сумме молярных масс элементов, из которых состоит соединение, с учетом количества атомов в соединении.

Использование конвертера «Вычисление молярной массы»

На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.

Пользуйтесь конвертером для преобразования нескольких сотен единиц в 76 категориях или несколько тысяч пар единиц, включая метрические, британские и американские единицы. Вы сможете перевести единицы измерения длины, площади, объема, ускорения, силы, массы, потока, плотности, удельного объема, мощности, давления, напряжения, температуры, времени, момента, скорости, вязкости, электромагнитные и другие. Примечание. В связи с ограниченной точностью преобразования возможны ошибки округления. В этом конвертере целые числа считаются точными до 15 знаков, а максимальное количество цифр после десятичной запятой или точки равно 10.

Для представления очень больших и очень малых чисел в этом калькуляторе используется компьютерная экспоненциальная запись, являющаяся альтернативной формой нормализованной экспоненциальной (научной) записи, в которой числа записываются в форме a · 10 x . Например: 1 103 000 = 1,103 · 10 6 = 1,103E+6. Здесь E (сокращение от exponent) — означает «· 10^», то есть «. умножить на десять в степени. ». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.

Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.

Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!

Области применения диоксида углерода

Благодаря своим свойствам диоксид углерода стал применяться в пищевой промышленности еще в 19 столетии. Один из пивоваров обнаружил скопление газа под крышкой пивной бочки. Он решил его испробовать, в связи с этим обогатил воду и пиво данным химическим соединением. После новые напитки были поданы гостям, которым пришлась по вкусу газированная вода. Вот так берет начало использование углекислого газа в производстве напитков. Впоследствии были основательно изучены химические свойства и состав соединения.

Диоксид углерода, известный как пищевая добавка под номером Е290, применяется как разрыхлитель для теста, во время выпечки кондитерских изделий. Активно используется углекислый газ во время производства безалкогольных напитков. Его добавление оказывает положительный эффект на освежающие качества и свойства напитков. В виноделии процесс брожения контролируется с помощью добавления диоксида углерода. Некоторые из вин специально обогащают данным соединением. Для лучшего хранения соков также используется углекислый газ в небольшой концентрации. Кроме этого, вещество применяется как защитный газ при транспортировке и хранении пищевых продуктов.

Благодаря своим свойствам диоксид углерода применяется в баллонах огнетушителей, во время сварки проволокой, в пневматическом оружии, в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделях. В твердом виде соединение применяется с целью сохранения холода в морозильных камерах.

Добавка под номером Е290 разрешена практически во всех странах для использования в производстве пищевых продуктов.

Технические характеристики

Технические характеристики счётчика СО-2

Срок службы прибора

Изначально изделие рассчитывалось на 30 лет работы при 100 тысячах ресурса, но образцы, выпущенные в 1963 и 1969 годах, работают по настоящий день. Литовский производитель предоставлял 3-х летнюю гарантию, что существенно превышает аналогичные сроки, заявляемые современными фирмами.

Межповерочный интервал

Величина межповерочного изделия составляет 16 лет, что уже не актуально. Прибор не сможет пройти очерёдные испытания, поскольку снят с производства. Действующие аппараты характеризуются большой погрешностью измерения данных, что делает невозможным соответствие современным требованиям.

Стоимость счётчика

Покупать данное изделие нет необходимости, поскольку энергомер не проходит по требованиям точности, предъявляемым нынешними стандартами качества к моделям электроизмерительных учётных приборов. Соответственно продаются электросчётчики с рук, бывшие в употреблении, и частным порядком. Стоимость колеблется в районе 1000 рублей.

Примечания

  1. .
  2.  (англ.). National Oceanic and Atmospheric Administration. Дата обращения 24 сентября 2013.
  3. Chen Zhou, Mark D. Zelinka & Stephen A. Klein.  (англ.). Nature Geoscience. Дата обращения 4 декабря 2019.
  4. Егоров А. С. Репетитор по химии — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2009.
  5.  (англ.). US EPA. Дата обращения 4 декабря 2019.
  6. Charles Henrickson. Chemistry (неопр.). — Cliffs Notes, 2005. — ISBN 0-7645-7419-1.
  7. ↑ Пересчитано из значений в мм. рт. ст. с использованием коэффициента пересчёта 0,133322 кПа/мм. рт. ст.
  8. ↑  (недоступная ссылка). solarnavigator.net. Дата обращения 12 октября 2007.
  9. Большая Энциклопедия Нефти и Газа.
  10. . Docs.cntd.ru. — М.: Стандартинформ, 2009.. Дата обращения 4 декабря 2019.
  11. 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)
  12.  (англ.)
  13.  (англ.)

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

Изменения концентрации атмосферного углекислого газа (кривая Килинга). Измерения в обсерватории на горе Мауна-Лоа, Гавайи.

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.

Большое количество углекислоты растворено в океане.

Объем подаваемой углекислоты

Сколько углекислого газа нужно, определяется размером аквариума и количеством растительности.

В природе концентрация CO2 в текучей воде составляет 2-10 мг/л, в стоячей – 30 мг/л. В водопроводной воде – не больше 3 мг/л. В аквариуме без генератора – менее 1 мг/л.

Одним растениям пользу приносит большее количество CO2, другим – меньшее. Аквариумисты стараются поддерживать средний уровень – 3-5 мг/л. Недопустима передозировка, когда значение превышает 30 мг/л.

Избыток углекислоты приносит вред рыбкам, они становятся вялыми, неактивными. В насыщенном CO2 аквариуме начинают активно размножаться простейшие водоросли.

О недостатке углекислоты сигнализирует снижение кислотности воды. Чтобы определить уровень жесткости воды, используют специальную таблицу и индикаторный тест, который можно купить в зоомагазине. А лучше воспользоваться дропчекером. Вода, просочившаяся в этот индикатор, обретает желтый цвет при превышении нормы CO2, синий – при дефиците, а зеленый – при норме.

Подачу углекислоты нужно строго контролировать, чтобы рыбки оставались здоровыми, растения хорошо развивались. При ухудшении самочувствия аквариумных питомцев выход газа следует сократить, а то и прервать, пока состав воды не нормализуется.

Как контролировать?

Концентрация в воде углекислого газа – жизненно важный аспект, нуждающийся в постоянном контроле.

Дропчекер-тесты

Внешне устройство походит на каплю, которая наполнена индикаторной жидкостью. Индикатор реагирует на изменения концентрации диоксида углерода, что проявляется в изменении цвета жидкости: желтый – избыток СО2, зеленый – оптимальное количество, синий – недостаточный уровень углекислоты. Дропчекер прост и удобен в использовании, но он является тестом медленного действия.

Специальными жидкостями-индикаторами

Этот способ позволяет в течение 5 минут определить уровень двуокися углерода в воде. Принцип действия – жидкость – индикатор показывает значения рН и КН (карбонатная жесткость).

Путем сравнения цвет индикатора сопоставляется со специальной цветовой шкалой, благодаря чему можно оценить концентрацию СО2 в аквариуме. Из недостатков следует отметить постепенное обесцвечивание жидкости, что потребует ее замены. В целом метод прост и эффективен.

Наблюдение

Самый неточный способ отслеживания уровня СО2 в воде, основанный на субъективном мнении: аквариумист наблюдает за поведением рыб и состоянием растений, отмечая нетипичные реакции живых организмов и побледнение растительности.

Углекислый газ в природе

Основная статья: Углекислый газ в атмосфере Земли

Изменения концентрации атмосферного углекислого газа (кривая Килинга). Измерения в обсерватории на горе Мауна-Лоа, Гавайи.

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.

Большое количество углекислоты растворено в океане.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации