Folyékony szén-dioxid (CO2, szén-dioxid, szén-dioxid). A szén-dioxid alapvető kémiai tulajdonságai

Szén-dioxid, szén-monoxid, szén-dioxid – ezek mind egy olyan anyag elnevezései, amelyet szén-dioxidként ismerünk. Tehát milyen tulajdonságai vannak ennek a gáznak, és melyek az alkalmazási területei?

A szén-dioxid és fizikai tulajdonságai

Szén-dioxid szénből és oxigénből áll. A szén-dioxid képlete így néz ki: CO₂. A természetben égés vagy bomlás során keletkezik szerves anyag. A levegő és az ásványforrások gáztartalma is meglehetősen magas. Emellett az emberek és az állatok is szén-dioxidot bocsátanak ki kilégzéskor.

Rizs. 1. Szén-dioxid molekula.

A szén-dioxid teljesen színtelen gáz, nem látható. Szintén nincs szaga. Magas koncentráció esetén azonban az emberben hypercapnia, azaz fulladás alakulhat ki. A szén-dioxid hiánya egészségügyi problémákat is okozhat. Ennek a gáznak a hiánya következtében a fulladás ellentétes állapota - hipokapnia - alakulhat ki.

Ha a szén-dioxidot alacsony hőmérsékleten helyezzük el, akkor -72 fokon kikristályosodik, és olyan lesz, mint a hó. Ezért a szilárd állapotú szén-dioxidot „száraz hónak” nevezik.

Rizs. 2. Száraz hó – szén-dioxid.

A szén-dioxid 1,5-szer sűrűbb, mint a levegő. Sűrűsége 1,98 kg/m³ A szén-dioxid molekulában lévő kémiai kötés poláris kovalens. Poláris, mert az oxigén rendelkezik több értéket elektronegativitás.

Az anyagok tanulmányozásában fontos fogalom a molekuláris és moláris tömeg. A szén-dioxid moláris tömege 44. Ez a szám a molekulát alkotó atomok relatív atomtömegének összegéből adódik. A relatív atomtömegek értékei a D.I. táblázatból származnak. Mengyelejev és egész számokra kerekítve. Ennek megfelelően a CO₂ moláris tömege = 12+2*16.

A szén-dioxidban lévő elemek tömeghányadának kiszámításához kövesse az egyes elemek tömeghányadának kiszámítására szolgáló képletet kémiai elem az anyagban.

n– az atomok vagy molekulák száma.
A r– egy kémiai elem relatív atomtömege.
úr– az anyag relatív molekulatömege.
Számítsuk ki a szén-dioxid relatív molekulatömegét!

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 vagy 27% Mivel a szén-dioxid képlete két oxigénatomot tartalmaz, akkor n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 vagy 73%

Válasz: w(C) = 0,27 vagy 27%; w(O) = 0,73 vagy 73%

A szén-dioxid kémiai és biológiai tulajdonságai

A szén-dioxid savas tulajdonságokkal rendelkezik, mivel savas oxid, és vízben oldva szénsavat képez:

CO2+H2O=H2CO3

Reagál lúgokkal, karbonátok és bikarbonátok képződését eredményezve. Ez a gáz nem ég. Csak néhányan égnek benne aktív fémek pl magnézium.

Melegítéskor a szén-dioxid felbomlik szén-monoxidés oxigén:

2CO3=2CO+O3.

Más savas oxidokhoz hasonlóan ez a gáz is könnyen reagál más oxidokkal:

СaO+Co3=CaCO3.

A szén-dioxid minden szerves anyag része. Ennek a gáznak a keringtetése a természetben termelők, fogyasztók és lebontók közreműködésével történik. Az életfolyamat során egy ember körülbelül 1 kg szén-dioxidot termel naponta. Belégzéskor oxigént kapunk, de ebben a pillanatban szén-dioxid képződik az alveolusokban. Ebben a pillanatban csere történik: az oxigén belép a vérbe, és a szén-dioxid távozik.

Az alkoholgyártás során szén-dioxid keletkezik. Ez a gáz a nitrogén-, oxigén- és argongyártás mellékterméke is. A szén-dioxid felhasználása az élelmiszeriparban szükséges, ahol a szén-dioxid tartósítószerként működik, a folyékony szén-dioxid pedig a tűzoltó készülékekben található.

A táblázat a szén-dioxid CO 2 hőfizikai tulajdonságait mutatja a hőmérséklettől és a nyomástól függően. A táblázatban szereplő tulajdonságok 273-1273 K hőmérsékleten és 1-100 atm nyomáson vannak feltüntetve.

Vegyük ezt fontolóra fontos tulajdon szén-dioxid, mint pl.
A szén-dioxid sűrűsége 1,913 kg/m3 nál nél normál körülmények között(a számon). A táblázat szerint látható, hogy a szén-dioxid sűrűsége jelentősen függ a hőmérséklettől és a nyomástól - a nyomás növekedésével a CO 2 sűrűsége jelentősen nő, a gázhőmérséklet emelkedésével pedig csökken. Így 1000 fokkal melegítve a szén-dioxid sűrűsége 4,7-szeresére csökken.

A szén-dioxid nyomásának növekedésével azonban a sűrűsége növekedni kezd, sokkal jobban, mint amennyi melegítés hatására csökken. Például 0°C nyomáson és hőmérsékleten a szén-dioxid sűrűsége már 20,46 kg/m 3 értékre nő.

Meg kell jegyezni, hogy a gáznyomás növekedése a sűrűség értékének arányos növekedéséhez vezet, azaz 10 atm-nél. fajsúly szén-dioxid 10-szer több, mint normál légköri nyomáson.

A táblázat a szén-dioxid következő termofizikai tulajdonságait mutatja:

• a szén-dioxid sűrűsége kg/m3-ben;
• fajlagos hőkapacitás, kJ/(kg deg);
• , W/(m fok);
• dinamikus viszkozitás, Pa s;
• termikus diffúzió, m 2 /s;
• kinematikai viszkozitás, m 2 /s;
• Prandtl szm.

Megjegyzés: Legyen óvatos! A táblázatban a hővezető képesség 10 2 hatványon van megadva. Ne felejts el elosztani 100-zal!

A szén-dioxid CO 2 hőfizikai tulajdonságai légköri nyomáson

A táblázat a szén-dioxid CO 2 termofizikai tulajdonságait mutatja a hőmérséklettől függően (-75 és 1500 °C között) légköri nyomáson. A szén-dioxid következő termofizikai tulajdonságait adjuk meg:

• , Pa·s;
• hővezetési együttható, W/(m deg);
• Prandtl szm.

A táblázatból látható, hogy a hőmérséklet emelkedésével a szén-dioxid hővezető képessége és dinamikus viszkozitása is nő. Megjegyzés: Legyen óvatos! A táblázatban a hővezető képesség 10 2 hatványon van megadva. Ne felejts el elosztani 100-zal!

A szén-dioxid CO 2 hővezető képessége a hőmérséklettől és a nyomástól függően

a szén-dioxid CO 2 hővezető képessége 220-1400 K hőmérséklet-tartományban és 1-600 atm nyomáson. A táblázat fenti adatai a folyékony CO 2 -re vonatkoznak.

Megjegyzendő A cseppfolyósított szén-dioxid hővezető képessége a hőmérséklet emelkedésével csökken, és a nyomás növekedésével növekszik. A szén-dioxid (gázfázisban) hővezetőbbé válik, mind a hőmérséklet, mind a nyomás növekedésével.

A táblázatban szereplő hővezetőképesség W/(m fok) méretben van megadva. Légy óvatos! A táblázatban a hővezető képesség 10 3 hatványra van megadva. Ne felejts el elosztani 1000-el!

A szén-dioxid CO 2 hővezető képessége a kritikus tartományban

A táblázat a szén-dioxid CO 2 hővezető képességét mutatja a kritikus tartományban 30-50°C hőmérsékleti tartományban és nyomáson.
Megjegyzés: Legyen óvatos! A táblázatban a hővezető képesség 10 3 hatványra van megadva. Ne felejts el elosztani 1000-el! A táblázatban a hővezető képességet W/(m fokban) adjuk meg.

A disszociált szén-dioxid CO 2 hővezető képessége magas hőmérsékleten

A táblázat a disszociált szén-dioxid CO 2 hővezető képességét mutatja be 1600-4000 K hőmérséklet-tartományban és 0,01-100 atm nyomáson. Légy óvatos! A táblázatban a hővezető képesség 10 3 hatványra van megadva. Ne felejts el elosztani 1000-el!

A táblázat az értékeket mutatja a folyékony szén-dioxid CO 2 hővezető képessége a telítési vonalon a hőmérséklettől függően.
Megjegyzés: Legyen óvatos! A táblázatban a hővezető képesség 10 3 hatványra van megadva. Ne felejts el elosztani 1000-el!
A táblázatban a hővezető képességet W/(m fokban) adjuk meg.

Arról, hogy miért és hogyan kell kezelni az akvárium szén-dioxid tartalmát.
Köztudott, hogy a szén-dioxid létfontosságú a növények számára. A fotoszintézis során asszimilált CO2 a fő építési anyag szerves molekulák szintéziséhez. És az akváriumi növények sem kivételek. Szén-dioxid-hiány esetén egyszerűen nem lesz miből felépíteni a szöveteiket, ami nagymértékben lelassítja vagy teljesen leállítja növekedésüket. Másrészt, ha az akvárium vizében túl sok szén-dioxid van, a halak akkor is fulladásnak indulnak, ha magas az oxigéntartalom (Gyökéreffektus). Ezért, ha egy akvarista az élővilágot, nem pedig a műanyagot, a növényeket és a halakat szeretné megcsodálni, akkor képesnek kell lennie arra, hogy a víz szén-dioxid-koncentrációját az optimális tartományban tartsa.

Az amatőr akvarista kellő pontossággal meg tudja határozni az akvárium vizének szén-dioxid-tartalmát számítással, ha ismeri a víz pH-értékét és karbonátkeménységét, amiről ebben a cikkben lesz szó. De először meg kell válaszolnunk ezt a kérdést: egy akvaristának egyáltalán meg kell-e mérnie valamit, majd kiszámolnia valamit? Valóban szükséges „ellenőrizni a harmóniát az algebrával”? Hiszen a természetben minden képes önszabályozásra. Az akvárium is lényegében a természet egy kis darabja, és ez sem kivétel e szabály alól. Normál (klasszikus)* arányú akváriumban, ahol elegendő, de nem sok hal van, általában beállnak a szükséges vízparaméterek. Annak érdekében, hogy a jövőben ne térjenek el a normától, nem kell túletetni a halat, a víz térfogatának körülbelül negyedét vagy harmadát rendszeresen és legalább kéthetente cserélni. És ez tényleg elég lesz. A halak életük során elegendő mennyiségű szén-dioxidot, nitrátot és foszfátot bocsátanak ki, hogy a növények ne szegényedjenek el. A növények viszont elegendő oxigénnel látják el a halakat. A 19. század utolsó negyedétől (N. F. Zolotnitsky ideje óta) és a 20. század nagy részében szinte minden akvarista ezt tette. Minden rendben volt velük, de sokan azt sem tudták, mi az akváriumi teszt...

A modern akváriumtartás az akváriumvíz paramétereinek meghatározására szolgáló eszközök használata nélkül egyszerűen elképzelhetetlen. Mi változott?

Technikai képességek! Speciális eszközök segítségével elkezdtük becsapni a természetet. Egy kis üvegdobozban, amely lényegében egy tipikus beltéri akvárium (és még egy beltéri tónak egy 200-300 literes szilárd térfogata is nagyon kicsi egy természetes tározóhoz képest), lehetővé vált számos élő szervezet befogadása, semmiképpen sem hasonlítható össze a benne rendelkezésre álló természeti erőforrásokkal. Például egy akváriumban teljesen nyugodt és zavartalan vízben, a felszínen, 0,5-1 mm mélységben az oxigén mennyisége kétszer akkora lehet, mint néhány centiméter mélységben. Maga az oxigén átmenete a levegőből a vízbe nagyon lassan megy végbe. Egyes kutatók számításai szerint egy oxigénmolekula önmagában a diffúzió miatt legfeljebb 2 cm-rel mélyülhet naponta! Ezért anélkül technikai eszközökkel a víz keverésével vagy levegőztetésével egyszerűen lehetetlen, hogy az akvarista „extra” halakkal benépesítse az akváriumot. A modern akváriumi berendezések lehetővé teszik, hogy a korábbi időkben elképzelhetetlen mennyiségű halat telepítsünk és sikeresen tartsunk egy akváriumban, a fényes lámpák pedig lehetővé teszik az akvárium nagyon sűrű növényekkel való beültetését, és még az alját is vastag richia réteggel fedjük be!

Ez az akvárium aljának töredéke. Sűrűn beültetett talajtakaró növények: glossostigma (Glossostigma elatinoides), jávai moha (Vesicularia dubyana) és Riccia fluitans. Utóbbi általában a felszín közelében lebeg, de alul is növeszthető. Ehhez az akváriumot erősen meg kell világítani, és szén-dioxidot kell juttatni a vízbe.
Nem véletlenül került be a keretbe az Amano garnélarák, valakinek gondosan és körültekintően kell kiválasztania a maradék ételt a szórólapok sűrűjéből.
De nem szabad elfelejtenünk, hogy a becsapott természet attól a pillanattól kezdve, hogy az akváriumot élő szervezetekkel szupersűrűn benépesítettük, már nem felelős semmiért! Egy ilyen rendszer fenntartható életképessége ma már semmiképpen sem garantált. A környezeti káoszért, amelyet az akvarista teremtett az akváriumában, ő és csakis ő lesz a felelős. Még egy kisebb hiba is környezeti katasztrófához vezet. És annak érdekében, hogy ne hibázzon, tudnia kell, hogyan és miért változnak legalább a víz alapvető paraméterei. Időben történő megfigyelésükkel gyorsan beavatkozhat egy túlnépesedett, ezért instabil rendszer működésébe, ellátva a hiányzó erőforrásokkal és eltávolítva a felesleges hulladékot, amelyet maga az akváriumi „biocenózis” nem képes hasznosítani. Az élő növényeket tartalmazó akvárium egyik szükséges erőforrása a szén-dioxid.

A fotó egy szemináriumon készült, amelyet Takashi Amano tartott Moszkvában 2003-ban. Ez az akvárium hátulnézete. Itt nincs mesterséges háttér. Rendkívül sűrűn ültetett növények fogják létrehozni hátsó fal. Annak érdekében, hogy egymás „fojtása nélkül” növekedjenek, egyszerre több trükköt alkalmaztak az akvárium alapján magas technológia. Ez egy speciális többrétegű, nem savasodó talaj, gazdag ásványi anyagokban, amelyek a növények rendelkezésére állnak, nagyon erős fényforrás speciálisan kiválasztott spektrummal, és természetesen egy víz CO2-val dúsító eszköz (mind az ADA által gyártott)

Az akvárium vizét szén-dioxiddal dúsító rendszer része közelkép. A külső részen egy eszköz van rögzítve, amely lehetővé teszi a gázbuborékok akváriumba való bejutásának vizuális szabályozását. Belül van egy diffúzor. Az egyértelműség kedvéért a szeminárium szervezői nagyon erősen kiengedték a gázt, és egy egész buborékoszlop emelkedett ki a diffúzorból. Az akváriumi növényeknek nincs szükségük annyi szén-dioxidra. Normál üzemben, amikor sokkal kevesebb gázt szállítanak, szinte semmi buborék nem lehet látható, mivel a szén-dioxid gyorsan feloldódik a vízben. Így a Takashi Amano „természetes” akváriumában a buja növényzet nem nő magától - ehhez speciális felszerelésre van szükség. Tehát ez az akvárium nem olyan „természetes”, inkább ember alkotta!

Nagyon kevés CO2 van a Föld légkörében – mindössze 0,03%. Száraz légköri levegőben normál légnyomáson (760 Hgmm) a parciális nyomása mindössze 0,2 mm. rt. Művészet. (760 0,03%-a). De ez a nagyon kis mennyiség is elég ahhoz, hogy az akvarista számára érdemben jelezze jelenlétét. Például a desztillált vagy jól sózott víz, miután nyitott tartályban kellő ideig áll, hogy egyensúlyba kerüljön a légköri levegővel**, enyhén savassá válik. Ez azért fog megtörténni, mert a szén-dioxid feloldódik benne.

A szén-dioxid fenti parciális nyomása mellett a vízben a koncentrációja elérheti a 0,6 mg/l-t, ami a pH-érték 5,6-hoz közeli értékre való csökkenéséhez vezet. Miért? A tény az, hogy néhány szén-dioxid molekula (legfeljebb 0,6%) kölcsönhatásba lép a vízmolekulákkal, és szénsavat képez:
CO2+H2O H2CO3
A szénsav hidrogénionra és hidrogén-karbonát-ionra disszociál: H2CO3 H+ + HCO3-
Ez elegendő a desztillált víz savanyításához. Emlékezzünk vissza, hogy a pH-mutató (a víz aktív reakciója) pontosan tükrözi a víz hidrogénion-tartalmát. Ez a koncentrációjuk negatív logaritmusa.

A természetben az esőcseppeket ugyanúgy savanyítják. Ezért még az ökológiailag tiszta régiókban is, ahol az esővíz nem tartalmaz kénsavat és salétromsavat, még mindig enyhén savas. Ezután a talajon áthaladva, ahol a szén-dioxid-tartalom sokszorosa a légkörben lévőnek, a víz még jobban telítődik szén-dioxiddal.

Ezután a mészkövet tartalmazó kőzetekkel kölcsönhatásba lépve az ilyen víz a karbonátokat jól oldódó bikarbonátokká alakítja át:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2

Ez a reakció visszafordítható. A szén-dioxid koncentrációtól függően jobbra vagy balra tolható. Ha a CO2-tartalom kellően hosszú ideig stabil marad, akkor az ilyen vízben szén-dioxid-mész egyensúly jön létre: nem képződnek új szénhidrogén-ionok. Ha a CO2-t így vagy úgy eltávolítjuk az egyensúlyi rendszerből, az balra tolódik, és a bikarbonátokat tartalmazó oldatból gyakorlatilag oldhatatlan kalcium-karbonát válik ki. Ez történik például víz forralásakor (ez egy ismert módszer a karbonátkeménység, azaz a víz Ca(HCO3)2 és Mg(HCO3)2 koncentrációjának csökkentésére). Ugyanez a folyamat figyelhető meg az artézi víz egyszerű ülepedése során, amely a föld alatt helyezkedett el magas vérnyomásés sok szén-dioxid oldódott fel benne. A felszínre kerülve, ahol a CO2 parciális nyomása alacsony, ez a víz felesleges szén-dioxidot bocsát ki a légkörbe, amíg egyensúlyba nem kerül vele. Ugyanakkor fehéres zavarosság jelenik meg benne, amely mészkőszemcsékből áll. A cseppkövek és sztalagmitok pontosan ugyanazon az elven képződnek: a föld alatti rétegekből kiszivárgó víz megszabadítja a felesleges szén-dioxidot és egyúttal a kalcium- és magnézium-karbonátokat. És lényegében ugyanez a reakció sok akváriumi növény levelén megy végbe, amikor erős fényben aktívan fotoszintetizálnak, és az akvárium zárt terében elfogy a szén-dioxid. Itt kezdenek „szürkülni” a leveleik, amikor kalcium-karbonát kéreg borítja őket, de mivel minden szabad szén-dioxid kiürül a vízből, a pH menthetetlenül megemelkedik. A növények jellemzően 8,3-8,5-re tudják emelni az akváriumvíz pH-értékét. A víz aktív reakciójának ilyen mutatójával szinte nincsenek benne szén-dioxid-molekulák, és a növények (azok a fajok, amelyek erre képesek, és sokan képesek) részt vesznek a szén-dioxid hidrogén-karbonátokból történő kinyerésében.

Ca(HCO3)2 –> CO2 (a növény által elnyelt) + CaCO3 + H2O

A pH-t általában nem tudják még magasabbra emelni, mivel ennek további növelése nagymértékben rontja maguknak a növényeknek a funkcionális állapotát: lelassul a fotoszintézis, és ezáltal a CO2 eltávolítása a rendszerből, a levegőben pedig a szén-dioxid feloldódik. víz, stabilizálja a pH-t. Akváriumi növényekÍgy szó szerint megfojthatják egymást. Azok a fajok, amelyek jobban képesek kivonni a szén-dioxidot a szénhidrogénekből, részesülnek, míg azok, amelyek erre nem képesek, például a Madagaszkár-csoport rotáljai és aponogetonjai, szenvednek. Ezeket a növényeket tartják a legkényesebbnek az akvaristák.

Ebben az akváriumban a vízi növények nincsenek a legjobb állapotban. Hosszú ideig akut szén-dioxid-hiányos körülmények között létezett, majd megszervezték az ellátását. Az eredmények nyilvánvalóak. A csúcsok friss zöldje önmagáért beszél. A szén-dioxid-ellátás hatása különösen a rotálokon (Rotala macrandra) érezhető. Majdnem elpusztultak, ezt mutatják a szárak alsó szakaszai, amelyek szinte teljesen levéltelenek voltak, de életre keltek, és gyönyörű vöröses leveleket adtak, amelyek még gázellátás esetén is nagyon gyorsan növekedtek.

Azok a növények, amelyek le tudják bontani a bikarbonátokat, szívósabbak. Ezek közé tartozik a tavifű, a Vallisneria és az Echinodorus. Az elodea sűrű bozótjai azonban meg is fojthatják őket. Az Elodea még hatékonyabban tudja kivonni a bikarbonátokban megkötött szén-dioxidot:
Ca(HCO3)2 –> 2CO2 (a növény elnyeli) + Ca(OH)2
Ha a víz karbonátos keménysége kellően magas, akkor ez a folyamat az akváriumi víz pH-értékének 10-re történő emelkedéséhez vezethet, ami nemcsak más növényekre, hanem az akváriumi halak túlnyomó többségére is veszélyes. magas értékek A pH lehetetlenné teszi számos növény termesztését, és sok akváriumi halfaj határozottan nem szereti a lúgos vizet.

Lehetséges a helyzet az akvárium levegőztetésének növelésével javítani, abban a reményben, hogy a szén-dioxid nagy oldhatósága miatt az akvárium vize CO2-val gazdagodik? Valójában normál légköri nyomáson és 20 °C-os hőmérsékleten 1,7 g szén-dioxid feloldódhat egy liter vízben. De ez csak akkor történne meg, ha a gázfázis, amellyel ez a víz érintkezik, teljes egészében CO2-ból állna. És 1 liter vízben csak 0,03% CO2-t tartalmazó légköri levegővel csak 0,6 mg távozhat ebből a levegőből - ez az egyensúlyi koncentráció, amely megfelel a szén-dioxid parciális nyomásának a légkörben tengerszinten. Ha az akváriumvíz szén-dioxid-tartalma alacsonyabb, akkor a levegőztetés valójában 0,6 mg/l koncentrációra emeli, és nem több! De általában az akváriumvíz szén-dioxid-tartalma még mindig magasabb, mint a megadott érték, és a levegőztetés csak CO2-veszteséghez vezet.

A probléma megoldható, ha mesterségesen szén-dioxidot juttatunk az akváriumba, főleg, hogy ez egyáltalán nem nehéz. Ebben a kérdésben akár szabadalmaztatott berendezések nélkül is megteheti, hanem egyszerűen használja az alkoholos erjesztési folyamatokat cukoroldatban élesztővel és néhány más rendkívül egyszerű eszközzel, amelyekről hamarosan beszélünk.

Itt azonban tisztában kell lennünk azzal, hogy ezzel ismét megtévesztjük a természetet. Az akvárium vizének meggondolatlan szén-dioxiddal való telítése nem vezet semmi jóra. Így gyorsan elpusztíthatod a halakat, majd a növényeket. A szén-dioxid-ellátási folyamatot szigorúan ellenőrizni kell. Megállapítást nyert, hogy halak esetében az akváriumvíz CO2-koncentrációja nem haladhatja meg a 30 mg/l-t. És számos esetben ennek az értéknek legalább egyharmadával kisebbnek kell lennie. Emlékezzünk arra, hogy a pH erős ingadozása is káros a halakra, a szén-dioxid további utánpótlása pedig gyorsan savanyítja a vizet.

Hogyan lehet megbecsülni a CO2-tartalmat és biztosítani, hogy ha a víz ezzel a gázzal telítve van, a pH-értékek enyhén ingadoznak, és a halak számára elfogadható tartományban maradnak? Itt nem nélkülözhetjük a képleteket és a matematikai számításokat: az akváriumi víz hidrokémiája sajnos meglehetősen „száraz” téma.

Az édesvízi akvárium vizében lévő szén-dioxid, hidrogénionok és bikarbonát ionok koncentrációja közötti kapcsolatot a Henderson-Hasselbach egyenlet tükrözi, amely esetünkben a következő lesz:
/ = K1
ahol K1 a szénsav látszólagos disszociációs állandója az első lépésben, figyelembe véve az ionok egyensúlyát a vízben lévő teljes szén-dioxid-mennyiséggel - az összes analitikailag meghatározott szén-dioxid (vagyis mind az egyszerűen oldott CO2-molekulák, mind a vízben hidratált molekulák a szénsav formája - H2CO3). 25°C hőmérséklet esetén ez az állandó 4,5*10-7. A szögletes zárójelek a moláris koncentrációkat jelzik.

A képlet átrendezése:

A pH értékek standard akváriumi tesztekkel határozhatók meg. Megjegyzendő, hogy a KH teszt a víz bikarbonát iontartalmát határozza meg (és nem kalciumion), és alkalmas a céljainkra. Használatának egyetlen kellemetlensége a fokok M-ben történő újraszámításának szükségessége, ami azonban egyáltalán nem nehéz. Ehhez elegendő a vizsgálati eljárás elvégzése után kapott karbonátkeménységi értéket elosztani 2,804-gyel. A hidrogénionok pH-ban kifejezett koncentrációját is M-re kell konvertálni, ehhez 10-et kell a teljesítményre emelni. egyenlő az értékkel pH negatív előjellel:

Ahhoz, hogy a (2) képlettel számított értéket M-ből mg/l CO2-ra konvertáljuk, meg kell szorozni 44000-rel.

A Henderson-Hasselbach egyenlet segítségével kiszámíthatja az analitikailag meghatározott összes szén-dioxid koncentrációját egy akváriumban, ha az akvarista nem használt speciális reagenseket a pH stabilizálására, és az akvárium humin- és egyéb szerves savak tartalma mérsékelt. egy amatőr számára megfelelő pontossággal kell megítélni az akváriumvíz színe alapján: ha nem úgy néz ki, mint az Amazonas „fekete vize”, színtelen vagy csak enyhén színezett, akkor nem sok van ott) .

Aki járatos a számítógépben, azon belül is az Excel táblázatokban, az a fenti képlet és a K1 érték alapján részletes, a szén-dioxid-tartalmat tükröző táblázatokat készíthet karbonátkeménységtől és pH-tól függően. Bemutatjuk itt egy ilyen táblázat egy rövidített, de remélhetőleg hasznos az amatőr akvaristák számára változatát, amely lehetővé teszi a víz szén-dioxid-tartalmának azonnali automatikus kiszámítását:
Az akváriumban lévő víz minimális pH-értékei adott karbonátkeménységhez, amelynél a szén-dioxid-tartalom még nem veszélyes a halakra (piros számok az oszlopokban), és a maximális megengedett értékek Az a pH-érték, amelynél a fotoszintézis még mindig meglehetősen hatékonyan megy végbe azokban a növényekben, amelyek nem tudják kivonni a szén-dioxidot a bikarbonátokból. 25°C-ra.

Ha úgy dönt, hogy szén-dioxidot szállít az akváriumba, akkor állítsa be az adagolást úgy, hogy a megfelelő karbonátkeménység pH-értéke a piros és a zöld számok közé essen. Nappali órákban a víz aktív reakciója megváltozik (általában a pH emelkedik), és ezt a körülményt a berendezés beállításakor figyelembe kell venni. Próbálj meg az intervallum közepére hangolódni, akkor a pH-érték nagy valószínűséggel nem ugrik túl a határain. Ha a CO2-ellátást pH-szabályozó szabályozza, amely leállítja a gázellátást, ha a pH egy előre meghatározott szintre esik, akkor ez a szint nem lehet alacsonyabb a halak számára elfogadható minimumnál. A pH-szabályozó használata a leghatékonyabb és legbiztonságosabb, de önmagában viszonylag drága.

Ennek a fényképnek az előterében egy másik rotala (Rotala wallichii) látható. A bal oldalon a folyami jeladó (Mayaca fluviatilis). Ő is rajong a vízben lévő szabad szén-dioxidért. Megfelelő megvilágítás mellett az akváriumban 15-20 mg/l közötti szén-dioxid-tartalommal ezek vízi növények oxigénbuborékok borítják, a fotoszintézis olyan hatékony

Ezenkívül az akváriumban speciális eszközbe helyezett speciális tabletták segítségével CO2-vel is táplálhatja a növényeket. Fokozatosan szén-dioxidot bocsátanak ki a vízbe. Ugyanebből a célból alacsony ásványi tartalmú szénsavas vizet adhat az akváriumba a nappali órák elején (természetesen élelmiszer-adalékok!). Az ebben a cikkben található táblázat és számológép segít felmérni, hogy ezek az intézkedések mennyire hatékonyak.

A táblázatban láthatók azok a pH-értékek is, amelyeket adott karbonátkeménység mellett a jól levegőztetett víz egy szobaakváriumban felvesz, ha az mérsékelten hal lakott, és ha a víz oxidációja nem magas. Más szóval, ha az akvárium szén-dioxid-ellátása hirtelen leáll, akkor arra számíthatunk, hogy a víz pH-ja néhány órán belül megközelítőleg ezekre az értékekre emelkedik. A táblázat utolsó sorában szereplő számok egy adott karbonátkeménységű víz pH-értékét jelentik, amely egyensúlyban van a légkörrel. Látható, hogy még magasabban vannak. Természetes tározókban, tiszta folyók zuhatagában, ahol a víz felforr, és az összes felesleges (nem egyensúlyi) szén-dioxidot a légkörbe bocsátja, valójában ilyen pH-értékek fordulnak elő. Beltérben a levegőben nagyobb a szén-dioxid parciális nyomása, mint a szabadban, az akvárium talajában és szűrőjében zajló folyamatok pedig szén-dioxid és hidrogénionok képződéséhez vezetnek. Mindez biztosítja, hogy az akváriumok vizében a szén-dioxid-tartalom nagyobb legyen, mint a természetes körülmények között, és a bennük lévő, azonos karbonátkeménységű víz savasabbnak bizonyul.

Most figyeljünk erre a tényre. A szénsav, amely a légköri szén-dioxid vízben való feloldásakor képződik, a desztillált víz pH-értékét 5,6-ra csökkenti, és a légköri gázokkal egyensúlyban lévő, például 5 kH karbonát keménységű víz aktív reakció 8.4. Könnyen megfigyelhető a következő minta: minél nagyobb a víz karbonátos keménysége, annál lúgosabb. Valójában ezt a szabályt sokan ismerik, de nem minden akvarista ismeri ezt a tényt arról beszélünk konkrétan a karbonát keménységéről. Valóban, ha csak természetes édesvizekkel foglalkozik, amelyekben a karbonátkeménység általában nagyon jelentős mértékben hozzájárul a teljes mennyiséghez, akkor lehet, hogy nem gondol erre, de a mesterségesen előkészített vízben minden más lehet. Például kalcium-klorid hozzáadása növeli a víz keménységét, de nem a pH-t. Mit természetes vizekáltalában gyengén lúgos aktív reakciót mutatnak pontosan a bennük lévő bikarbonát ionok miatt. A vízben oldott szén-dioxiddal együtt szén-dioxid-hidrogén-karbonát pufferrendszert alkotnak, amely a lúgos tartományban stabilizálja a víz pH-értékét, minél több a bikarbonát koncentrációja (karbonát keménysége). Annak megértéséhez, hogy ez miért történik, és az akvárium optimális karbonátkeménységi értékeinek kiválasztásához, ismét a Henderson-Hasselbach képletre kell hivatkoznia.

V. Kovalev,

*Az akvárium klasszikus arányai a következők: a szélesség egyenlő vagy legfeljebb egynegyedével kisebb, mint a magasság. A magasság nem haladja meg az 50 cm-t, a hossza elvileg nincs korlátozva. Példa erre egy 1 m hosszú, 40 cm széles és 50 cm magas akvárium.Egy ilyen beltéri tóban a biológiai egyensúly viszonylag könnyen kialakítható.

**Légköri levegővel való egyensúly alatt a víz olyan állapotát értjük, amikor a benne oldott gázok koncentrációja (feszültsége) megfelel ezen gázok parciális nyomásának a légkörben. Ha bármely gáz nyomása csökken, a gáz molekulái elkezdenek elhagyni a vizet, amíg az egyensúlyi koncentrációt újra el nem érik. Ezzel szemben, ha egy gáz víz feletti parciális nyomása megnő, akkor ebből a gázból több oldódik fel a vízben

(IV), szén-dioxid vagy szén-dioxid. Ezt szénsavanhidridnek is nevezik. Teljesen színtelen, szagtalan, savanyú ízű gáz. A szén-dioxid nehezebb a levegőnél, és vízben rosszul oldódik. -78 Celsius fok alatti hőmérsékleten kikristályosodik, és olyan lesz, mint a hó.

Ez az anyag gáz halmazállapotból szilárd halmazállapotúvá válik, mivel folyékony állapotban nem létezhet körülmények között légköri nyomás. A szén-dioxid sűrűsége normál körülmények között 1,97 kg/m3 - 1,5-szer nagyobb.A szilárd formájú szén-dioxidot „szárazjégnek” nevezik. Folyékony halmazállapotúvá válik, amelyben a nyomás növekedésével sokáig tárolható. Nézzük meg közelebbről ezt az anyagot és annak tulajdonságait kémiai szerkezete.

A szén-dioxid, amelynek képlete CO2, szénből és oxigénből áll, és szerves anyagok égése vagy bomlása eredményeként keletkezik. A szén-monoxid a levegőben és a föld alatti ásványforrásokban található. Az emberek és az állatok is szén-dioxidot bocsátanak ki kilégzéskor. A fény nélküli növények ezt felszabadítják és a fotoszintézis során intenzíven felszívják. Az összes élőlény sejtjeinek anyagcsere-folyamatai miatt a szén-monoxid az egyik fő összetevő körülvevő természet.

Ez a gáz nem mérgező, de ha nagy koncentrációban halmozódik fel, fulladás (hiperkapnia) kezdődhet, hiányával pedig az ellenkező állapot - hipokapnia - alakul ki. A szén-dioxid átereszti és visszaveri az infravörös sugárzást. Ez az, ami közvetlenül befolyásolja a globális felmelegedést. Ez annak köszönhető, hogy a légkörben lévő tartalma folyamatosan növekszik, ami üvegházhatáshoz vezet.

A szén-dioxidot iparilag füst- vagy kemencegázokból, illetve dolomit és mészkőkarbonátok lebontásával állítják elő. Ezeknek a gázoknak a keverékét alaposan mossuk speciális megoldás, kálium-karbonátból áll. Ezután bikarbonáttá alakul, és hevítés közben lebomlik, ami szén-dioxid felszabadulását eredményezi. A szén-dioxid (H2CO3) vízben oldott szén-dioxidból keletkezik, de benne modern körülmények között Más, progresszívebb módszerekkel is megszerzik. A szén-dioxid tisztítása után összenyomják, lehűtik és hengerekbe szivattyúzzák.

Az iparban ezt az anyagot széles körben és univerzálisan használják. Az élelmiszergyártók kelesztőként (például tésztakészítéshez) vagy tartósítószerként (E290) használják. A szén-dioxid segítségével különféle erősítő italok, üdítők készülnek, amelyeket nem csak a gyerekek, hanem a felnőttek is annyira szeretnek. A szén-dioxidot szódabikarbóna, sör, cukor és habzóborok előállításához használják.

A szén-dioxidot hatékony tűzoltó készülékek gyártásához is használják. A szén-dioxid segítségével aktív közeg jön létre, amely magas hőmérsékleten szükséges hegesztőív A szén-dioxid oxigénre és szén-monoxidra bomlik. Az oxigén kölcsönhatásba lép folyékony fémés oxidálja azt. A kannákban lévő szén-dioxidot légfegyverekben és pisztolyokban használják.

A repülőgépmodellezők ezt az anyagot üzemanyagként használják modelljeikhez. A szén-dioxid segítségével jelentősen növelheti az üvegházban termesztett növények hozamát. Széles körben használják az iparban is, ahol az élelmiszerek sokkal jobban megőrződnek. Hűtőközegként használják a hűtőszekrényekben, fagyasztók, elektromos generátorok és egyéb hőerőművek.

Színtelen és szagtalan. A vérkeringés és a légzés legfontosabb szabályozója. Nem mérgező. Enélkül nem lennének gazdag zsemlék és kellemesen fanyar szénsavas italok. Ebből a cikkből megtudhatja, mi az a szén-dioxid, és hogyan hat az emberi szervezetre...

A legtöbben nem emlékszünk jól a fizika és kémia iskolai kurzusára, de tudjuk: a gázok láthatatlanok, és általában megfoghatatlanok, ezért alattomosak. Ezért, mielőtt válaszolnánk arra a kérdésre, hogy a szén-dioxid káros-e a szervezetre, emlékezzünk arra, mi az.

Föld takaró

A CO2 szén-dioxid. Ez is szén-dioxid, szén-monoxid (IV) vagy szénsavanhidrid. Normál körülmények között színtelen, szagtalan, savanyú ízű gáz.

Légköri nyomáson a szén-dioxidnak két halmazállapota van: gáz halmazállapotú (a szén-dioxid nehezebb a levegőnél és rosszul oldódik vízben) és szilárd (–78 °C-on szárazjéggé alakul).

A szén-dioxid az egyik fő összetevő környezet. A levegőben és a földalatti ásványvizekben található, az emberek és állatok légzése során szabadul fel, részt vesz a növények fotoszintézisében.

A szén-dioxid aktívan befolyásolja az éghajlatot. Szabályozza a bolygó hőcseréjét: ultraibolya sugárzást és blokkokat továbbít infravörös sugárzás. Ebben a tekintetben a szén-dioxidot néha a Föld takarójának nevezik.

O2 – energia. CO2 - szikra

A szén-dioxid egész életében elkíséri az embert. A légzés és a vérkeringés természetes szabályozójaként a szén-dioxid az anyagcsere szerves összetevője.

Óránként körülbelül 30 liter oxigén belélegzése esetén az ember 20-25 liter szén-dioxidot bocsát ki.

Belégzéssel az ember feltölti a tüdejét oxigénnel. Ugyanakkor az alveolusokban kétirányú csere történik (a tüdő speciális „buborékai”): az oxigén bejut a vérbe, és szén-dioxid szabadul fel belőle. A férfi kifújja a levegőt. A CO2 az anyagcsere egyik végterméke. Képletesen szólva, az oxigén energia, a szén-dioxid pedig a szikra, amely meggyújtja.

A szén-dioxid nem kevésbé fontos a szervezet számára, mint az oxigén. Fiziológiás légzésserkentő: hat az agykéregre és serkenti a légzőközpontot. A következő lélegzetvétel jele nem az oxigénhiány, hanem a szén-dioxid feleslege. Hiszen a sejtekben, szövetekben az anyagcsere folyamatos, végtermékeit folyamatosan el kell távolítani.

Ezenkívül a szén-dioxid befolyásolja a hormonok szekrécióját, az enzimaktivitást és a biokémiai folyamatok sebességét.

Gázcsere egyensúly

A szén-dioxid nem mérgező, nem robbanásveszélyes és teljesen ártalmatlan az emberekre. A szén-dioxid és az oxigén egyensúlya azonban rendkívül fontos a normális élethez. A szervezetben a szén-dioxid hiánya és feleslege hypocapniához, illetve hypercapniához vezet.

Hipokapnia - CO2 hiánya a vérben. Mély, gyors légzés eredményeként jelentkezik, amikor a szükségesnél több oxigén kerül a szervezetbe. Például túl intenzív alatt a fizikai aktivitás. A következmények változatosak lehetnek: enyhe szédüléstől az eszméletvesztésig.

Hypercapnia - többlet CO2 a vérben. Egy személy belélegzi (oxigénnel, nitrogénnel, vízgőzzel és inert gázokkal együtt) 0,04% szén-dioxidot, és kilélegzi 4,4%-át. Ha benne vagy kisszoba Val vel rossz szellőzés, a szén-dioxid koncentrációja meghaladhatja a normát. Ennek eredményeként fejfájás, hányinger és álmosság léphet fel. De leggyakrabban hypercapnia kíséri extrém helyzetek: a légzőkészülék meghibásodása, víz alatti lélegzetvisszatartás és mások.

Így a legtöbb ember véleményével ellentétben a szén-dioxid a természet által biztosított mennyiségben szükséges az emberi élethez és egészséghez. Ezen kívül szélesnek találta ipari alkalmazásés sok gyakorlati hasznot hoz az embereknek.

Csillogó buborékok a szakácsok szolgálatában

A CO2-t számos területen használják. De talán a szén-dioxidra van a legnagyobb kereslet az élelmiszeriparban és a főzésben.

Az élesztőtésztában erjesztés hatására szén-dioxid képződik. A buborékok lazítják meg a tésztát, szellőssé teszik és növelik a térfogatát.

A szén-dioxid segítségével különféle frissítő italok készülnek: kvass, ásványvíz és más, gyerekek és felnőttek által kedvelt üdítőitalok. Ezek az italok fogyasztók milliói körében népszerűek szerte a világon, nagyrészt a csillogó buborékoknak köszönhetően, amelyek olyan viccesen kipukkadnak a pohárban, és olyan kellemesen „szúrják” az orrát.

Hozzájárulhat-e a szénsavas italokban lévő szén-dioxid hiperkapniához, vagy bármilyen más károsodást okozhat az egészséges szervezetben? Természetesen nem!

Először is, a szénsavas italok készítéséhez használt szén-dioxidot kifejezetten élelmiszeripari felhasználásra készítik. A szódában lévő mennyiségben teljesen ártalmatlan az egészséges emberek szervezetére.

Másodszor, a szén-dioxid nagy része azonnal elpárolog az üveg kinyitása után. A megmaradt buborékok az ivás során „elpárolognak”, csak jellegzetes sziszegést hagyva maguk után. Ennek eredményeként elenyésző mennyiségű szén-dioxid kerül a szervezetbe.

– Akkor miért tiltják meg az orvosok néha a szénsavas italok fogyasztását? - kérdezed. Az orvostudományok kandidátusa, Alena Aleksandrovna Tyazheva gasztroenterológus szerint ez annak a ténynek köszönhető, hogy számos olyan gyomor-bélrendszeri betegség létezik, amelyekre speciális szigorú diétát írnak elő. Az ellenjavallatok listája nemcsak a gázt tartalmazó italokat tartalmazza, hanem számos élelmiszert is. Egy egészséges ember könnyen beiktathat mérsékelt mennyiségű szénsavas italt az étrendjébe, és időnként megenged magának egy pohár kólát.

Következtetés

A szén-dioxid szükséges a bolygó és az egyes szervezetek életének fenntartásához. A CO2 egyfajta takaróként hat az éghajlatra. Enélkül az anyagcsere lehetetlen: az anyagcseretermékek szén-dioxiddal hagyják el a szervezetet. Mindenki kedvenc szénsavas italának is nélkülözhetetlen összetevője. A szén-dioxid az, ami játékos buborékokat hoz létre, amelyek csiklandozzák az orrot. Ugyanakkor teljesen biztonságos egy egészséges ember számára.