> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Углекислота

Углекислота

Углекислота, углекислый газ, угольный ангидрид, двуокись углерода, различные названия одного и того ate вещества, состоящого из углерода и кислорода и изображаемого химической формулой С02. При обыкновенной температуре и давлении вещество это есть газ без цвета и запаха. Плотность его по отношению к воздуху 1,62909 (лордъ Релей), один литр его при 0°Ц. и 760 миллиметров. давления весит 1,977414 гр. Критическая температура его 30°,92Ц., поэтому при комнатной тфпературе онъ легко сгущается в жидкость при увеличении давлепия. Упругость пасыщеп-пого пара жидкой углекислоты в зависимости от температуры определяется следующими данными:

Температура. Упругость в атмосферах.

— 59°.4..4,6 ифарадей).

— 20°.0..23,6 (Мареска и Доппп).

— 1ов.О.. 25 3 „ „

0°,0..36,0 „ „

+ 10° 0..46,0 . „

+ 10е, о..57,0 , „

При температуре нпжф— 60° жидкая У. кристаллизуется в снежно-белую массу—твердую У., упругость насыщенного пара которой в зависимости отъ температуры выражается следующими данными:

Температура. Упругость в атмосферах.

— 63°,9.3.60

— 70°.5.2,28

— 7 7°. 2.1,36

— 99°,4.1,14

Так. обр. жидкая У. при давлепин,меньшем 6 атмосфер, существовать по может и превращается в твердое состояние. Поэтому, когда жидкую угольную кислоту из стальных резервуаров, в которых она поступает въ продажу, выпускают на воздух, то она сильно испаряется и превращается в твердое состояние, причем температура получаемой снежно-белой массы понижается до — 100° Ц. В этом виде твердая У. сохраняется продоллситфль-ноо время, так как испарение ея идетъ очень медленно. Такие свойства твердой У. делают ее черезвычайно удоб-пой для искусственного получения сильного холода. Обыкновенно для этой цели снегообразную У. смешивают с серным эфиром и так. обр. получаютъ кашеобразную массу, очоньудобную для

2«

обращения, температура такой смеси дорясится около—80° Ц.

У. при обыкповепных давлениях и температурах показывает значительные отступления от законов Бойля-Мариота и Гей-Люссака. Граммолекула ея (44 гр.) при 0° и 760 миллиметров. давления занимает объём 22,25 литра (вместо нормальной величины 22,42 литра).

У. значительно растворима в воде и спирте, как это видно из следующей таблицы, показывающей, сколько объёмов этого газа растворяется въ одном объёме воды и спирта:

Температура. Вола. Спирт.

0». 1,7977 4.3295

10“. 1,1847 3.5 10

15“. 1 0020 . 3,1993

- 20“. 0,0014 2,9465.

Теплоемкость У. сильно изменяется с изменением температуры. По определениям Репьо, средняя теплоемкость прп постоянном давлении выражается следующими данными:

Между + 10“ и + 100“. .. Ср.=0.20246 „ + 10“ и + 200“. .. Ср.=0,21692.

Определение теплоемкости для более высоких температур было произведено Ле-ИПательф и Маляром (1884), Гольборпом и Генпигомъ(1907) и М. Пиром (1909). По этим новейшим определениям, средняя молекулярная теплоемкость У., отнесенная иеь одной грам-молекуле (44 гр.), между 0°ИД. и t° при постоянном давлении выралсается следующими формулами:

О 7921

ИИСр.=8,8440+0,0032648t—(Гольборе и Гецпигь).

Ы р.=8,785 + О.ООЗЗЬ—.. . (М.ИИир). Выражения вти имеют силу до 2.000° Ц.

При образовании одной граммолекулы (44гр.) У. из аморфного углерода (12 гр.) и кислорода (32 гр.) выделяется 97.660 малых калорий (Бертло).

Первия сведения об У., как об отличном от воздуха газе, дал еще в

XVII в ВапъТельмонт. Затем в

XVIII в Кавендиш, Пристли и Блекъ сделали ряд важных исследований над этим газом. Истинная природа и точный химический состав его были установлены Лавуазье.

В природе У. находится в свободном состоянии в атмосферном воздухе и в растворенном состоянии во всех природных водах, как пресных. так и соленых. В воздухе содержание У. колеблется в довольно узких пределах и в среднем принимается в 0,03% по объёму или 0,046% по весу по отношению к сухому воздуху (смотрите атмосфера, IV, 240/43).

В природе существует целый ряд процессов, выделяющнх.въатмосфору У., таковы, например: 1) процессы, связанные с вулканической деятельностью земной коры (смотрите вулканы, XI, 635/36);

2) процессы, связанные с гниением, брожением и разложением органических веществ на земной поверхности (смотрите брожение, VI, 681); 3) процессы, связанные с сяшгапиом топлива. Какъ известно, все виды нашего топлива: дрова, торф, каменный уголь, нефть состоять из углеродистых соединений, и при горении весь их углеродъ превращается в У., которая вместе съ остальными продуктами горения, поступает в атмосферу; 4) процессы дыха-пия и другие биологические процессы, совершающиеся но только в животных, но и в растительных организмахъ (смотрите дыхание и дыхание растении) и др. процессы. На ряду с этими процессами выделения У. на земную поверхность в природе наблюдаются обратные процессы, удаляющие из атмосферы У. и связывающие ее. Из такихъ процессов наиболее важными являются: 1) процессы, связанные с питаниемъ и ростом растений (см.растение), 2) процессы, связанные с выветриваниемъ массивных горных пород земной поверхности (смотрите выветривание, XI, 696/97). Совокупность процессов природы, поглощающих и выделяющихъ У., обусловливает тот круговорот ея, при помощи которого поддерживается равновесие па зфмпой поверхности и определяется неизменность содержания У. в атмосферном воздухе.

У. имеет большое значение но только в явлениях природы, но и в технике и в повседневной жизни. Въ технике она требуется в различных производствах, например, сахарном, содовом (аммиачный способ) и др., кроме того, она применяется для газирования минеральных вод, для искусственного охлаждения (при помощи жидкой У.) и прочие Получение У. в больших количествахъ производится различными способами, важнейшими илъ которых являются следующие: во-1-х, пользуются У., выделяемой минеральными источниками, причем обыкновенно ее сгущают в жидкое состояние и в таком виде в прочных стальпых баллонах (так паз. бомбех) выпускают в продажу. Подобный завод жидкой У. имеется у пас в Кисловодске, и на нсм сгущается в жидкость У., извлекаемая и в води иоточишка Нарзана; во-2-х, пользуются У., образующейся при горении топлива и заключающейся в продуктах горения (дымовых газах); въвЗ-х, пользуются У., получающейся при обжигании известняков для получения извести. При таком обжиге совершается реакция диссоциации углекислого кальции: Са СО$=СаО 4- СО,.

Реакция ата идет нацело при температуре около 1.000° Ц. Иногда вместо известняка применяют доломит (Са СО,. МдСОи) и магнезит [Мд СО,).

В лабораторной практике для получения У. обыкновенно пользуются реакцией взаимодействия мрамора с какой-нибудь кислотой, лучше всего брать соляную кислоту. Реакция выражается следующим уравнением:

Са СО, + 2UCI=Са СИЛ + Я,О + СО,.

Серная кислота менее удобна вследствие того, что обра“ дующийся сернокислый кальций мало растворим в воде-“Химические свойства У. определяются прежде всего тем, что это есть окисел, образующийся путем непосредственного взаимодействия углерода и кислорода. Взаимодействие это носит характер горения, так какъ совершается с черезвычайно большой скоростью и сопровождается выделением значительного количества теплоты (97.G50 на л. на граммолекулу). У. получается также прн горении окиси углерода: 2СО + О,=2С03,

при чем на каждую граммолекулу У. в этом случае выделяется 68.220 калорий. Соединение окиси углерода о кислородом по идет до конца, но останавливается вследствие наступления химического равновесия между СО,Ои СО,. Рапновесиеэто обусловливается тем обстоятельством, что под влиянием нагревания У. разлагается па окись углерода и кислород: 2СО, =2СО 4- О,.

Это разложение под влиянием нагревания впершие было изучено Сен Клер Девнллем, который подобнаго рода реакции разложения назвал диссоциацией [см.). иак. обр. У. в абсолютно чистом виде существовать не может и всегда находится в смеси с окисью углерода и кислородом, образуя систему такого состава:

(2 — х) СО, + х СО + /х 0SI

при чем значение х зависит от давления и температуры. При атмосферном давлении х приобретает заметныя значения только при очень высоких температурах— выше 1.000°, при обыкновенной же температуре х представляет ничтожно малую величину, которую практически можно считать равной нулю. Нижеследующая таблица, взятая из данных Лангмира (1906 год), даетъ значения для х, выраженные в процентах по отношению к исходному объёму У., т. е. показывает, сколько объёмов У. и в 100 объёмов ея находится в разложенномъ состоянии при температуре t°:

t°=927°—1.327°—1.527°—1.727 е—

—1.927°—2.227°—2.727°; х=0,00093%—0,110%—0,546%—1,84%—

—5,00%—15,6%—48,5%.

Как йпдпо из этих даппых, в заметных количествах диссоциация У. начинает совершаться только около 1.500°. При уменьшении давления диссоциация усиливается, при увеличении давления—уменьшается. Изложенные данные о диссоциации У. объясняют окислительные свойства отого вещества, которые обнаруживаются во многих случаях и тем значительней, чемъ выше температуры, как это и следует из понятия о диссоциации. Приведем несколько примеров: прн обы- кяовеноой температуре У. нс оказывает заметного действия на водород, но при повышении температуры водород окисляется в воду согласно уравнению:

СО,+Я,=7и8ОЧ-СО,

при чем получается смесь всех четырех газов: (1—х) СО,+ (1—х) Я,+хЯ,0+хС0,

где значение х возрастает с повышением температуры-ТИодобным же образом выше 450° У. окисляет уголь. ирепращает его в окись углерода: С+С0а=2С0, причем также получается смесь газов:

(1—х) СОг-В2х СО,

В этом уравнепии при 450° всличппа х близка к пулю, при 1.100°—величина хблизка к единице, т. с. при 1.100° У. в присутствии угля почти нацело переходит в окиса углерода,—на этом основано действие генераторов (смотрите генераторный газа)—приборов, превращающих твердое топливо в газообразное. Окислительному действия У. подвергаются и многие металлы (по по все); не говоря уже о таких металлах,как натрий, калий, магний, не даже железо при накаливании окисляется У., причемъ в зависимости от условий получается или закись железа или магнитная окись: Fe 4- СО,=СО 4- FeO, 3FcO 44- СО,=СО 4- TV,О“. Медь У. пе окисляется ни при каких условиях. Все приведенные выше превращения являются процессами обратимыми, т. е. могут совершаться как в одном направлении (при нагревании), так и в обратном направлении (при охлаждении) и представляют случаи химического равновесия. Другая важная группа реакций У. определяется тем, что У., как окисел металлоида, есть ангидрид угольной кислоты. Сама угольная кислота Я,003 неизвестна, по соли, ей отвечающия, известны очень хорошо, имеют большое значение, и многие из них встречаются в природе въ виде минералов. Из солей угольной кислоты упомянем важнейшия: сода—Лга,СО„ поташ—/и,СО, углекислый кальций—СаСО, встречающийся в природе въ пиде мрамора, известняка и мела, железный шпатъ FcCOa, магнезит—МдС03, витерит — ВаС03, церус-сит—РЬСО, и т.д. За исключением солей, образованных щелочными металлами, все углекислия соли характеризуются почти полной нерастворимостью в чистой воде, в присутствии свободной У. растворимость ихъ в воде увеличивается, иногда очень сильно, папр.,длж углекислого кальция. Соли угольной кислоты образуются или при непосредственном взаимодействии гидратовъ окислов с У. или при реакциях обменного разложения:

2ЛВ.ОЯ 4- CO.=Nat С0г+Н,0 Са (ОЯ), 4- СО,=Са СО, 4- ЯаО Са С4- Ла, СО,=2Na Cl 4- СаСО, и т. д

Реакция образования углекислого кальция из гидрата извести и У. имеет важное значение в строительномъ деле, ибо опа обусловливает твердение воздушныхъ известковых растворов, причем У. для отого процесса берется из воздуха, поэтому без доступа атмосферного воздуха известковые растворы не отвердевают. Для характеристики солей угольной кислоты следуетъ указать, во-1-х, что угольная кислота есть кислота двухосновная, т. с. содержит в своей частице два водорода, способные замещаться металлами, а поэтому, кроме средних солей, может давать кислия соли, вапр., NaBCOu КИ1СОг. а во-2-х, что она есть кислота слабая, т. е. обла-Р3гживаегь электролитическую _днссоциацию в ничтожной стспепп, и потому анион ся СОл в присутствии ионовъ водорода является неустойчивым и переходит в У.:

4- 4-__ -

Я+Я4-С0,=Яа04-С0а.

Поэтому все углекислия соли при действии сильных кислот [НСИ, Н2 SOt, IINOt) выделяют У.;

МСОа+2И1Х=MX2+HtO + СО»

обнаруживая характерное явление вскипания (выделение газообразной С03). ИИо той же причине растворимия средния соли угольной кислоты в водном растворе обнаруживают явлепия гидролитической диссоциации, т. с. имеют щелочную реакцию (действуют на лакмус, фенол-фталеин и другие индикаторы). Наконец, этой же причиной определяется непрочность углекислых солей слабых оснований; нам, например, пеизвестпы углекислия соли окиси алюминия, окиси железа и тому подобное. Кроме средних и кислых солей известны также и основныя как. папр.. малахит, Си СО,. Си [OH)t, медная лазурь, 2См С03. Cu[OB)f Большинство углекислых солей разлагаются при нагревании сравнительно невысоком. Сода и поташ на обыкновенных горелках плавится без разложения. /и. ВайкОвb.