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二氧化碳CO2

二氧化碳CO2

二氧化碳CO2,液态,无色无味,非易燃性。
售价 NT$ 800

二氧化碳的由来

二氧化碳是空气中常见的化合物,其分子式为CO2,由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成。

二氧化碳平均约占大气体积的387ppm。大气中的二氧化碳含量随季节变化,这主要是由於植物生长的季节性变化而导致的。当春夏季来临时,植物由於光合作用消耗二氧化碳,其含量随之减少;反之,当秋冬季来临时,植物不但不进行光合作用,反而制造二氧化碳,其含量随之上升。

常压下为无色、无臭、不助燃、不可燃的气体。

二氧化碳略溶於水,少部份二氧化碳会和水反应,产生碳酸,溶解比例大约为1:1。

CO2(g) + H2O → H2CO3
二氧化碳略微溶於醇。

二氧化碳通常是由燃烧有机化合物、细胞的呼吸作用、微生物的发酵作用等所产生,植物在有阳光的情况下吸取二氧化碳,在其叶绿体内进行光合作用,产生碳水化合物和氧气,氧气可供其他生物进行呼吸作用,这种循环称为碳循环(carbon cycle)。

二氧化碳是温室气体之一,它允许可见光自由通过,但会吸收红外线与紫外线,这可以把来自太阳的热能锁起来,不让其流失,如果大气中的二氧化碳含量过多,热量更难流失,地球的平均气温也会随之上升,这种情况称为温室效应。

二氧化碳的固体状态是干冰。干冰在室温下会直接升华为气体。二氧化碳需加压到5.1倍大气压力才会以液态存在。

CO2的有关超临界物性参数:

临界温度:Tc = 304.2K
临界压力:Pc = 7.28MP
临界体积:Vc = 94cm3/mol
临界密度:ρc = 0.468g/cm3
压缩因子:Z = 0.274

历史

在17世纪,法兰德斯化学家海尔蒙特发现在密封容器内燃烧木炭,剩下的气体的密度比原来的气体更高。

1750年代,苏格兰物理学家约瑟夫·布莱克又对二氧化碳有更进一步的研究:石灰石加热或加入酸后会产生一种它称为「固定空气」的气体。

制备

在实验室中通常以碳酸盐加酸制备二氧化碳,例如以碳酸钙(一般使用大理石或石灰石,因为纯碳酸钙与盐酸反应太过剧烈,不便於收集)与稀盐酸(避免盐酸中的HCl挥发出来影响CO2的纯度)反应,并以向上排空气法收集:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
在工业上是以高温加热灰石(主要成分为碳酸钙)分解产生二氧化碳:

CaCO3 → CaO + CO2↑

检验

将二氧化碳通入澄清的石灰水,会产生白色的碳酸钙沉淀,使石灰水变浑浊。如先加热水并收集产生的气体,然后用澄清的石灰水检验。这样效果更好。其他气体(如二氧化硫)也会使澄清石灰水变浑浊,从而干扰检测。

Ca(OH)2+CO2 → CaCO3↓ + H2O
但二氧化硫气体有刺激性气味,而二氧化碳气体则不具有气味,籍此可通过物理方法鉴别二氧化硫与二氧化碳气体。 二氧化碳水溶液呈弱酸性,能够让红色的酚酞试液变成无色。

用途

二氧化碳可注入饮料中,使饮料中带有气泡,增加饮用时的口感,像汽水、啤酒均为此类的例子。
固态的二氧化碳(或干冰)在常温下会气化,吸收大量的热,因此可用在急速的食品冷冻。
二氧化碳的重量比空气重,不助燃,因此许多灭火器都通过产生二氧化碳,利用其特性灭火。而二氧化碳灭火器是直接用液化的二氧化碳灭火,除上述特性外,更有灭火后不会留下固体残留物的优点。
二氧化碳也可用作焊接用的保护气体,其保护效果不如其他惰性气体(如氩),但价格相对便宜许多。
二氧化碳雷射是一种重要的工业雷射来源。
二氧化碳是植物光合作用的主要碳源。

(1)冷冻治疗腹腔镜手术。

(2) 养殖水草。

(3) 饮料、干冰、低温加工。

(4) 灭火剂、冷媒、电焊、漏气试验用。

(5) 铸物造型、原子炉冷却用。

(6)医药品、尿素之制造原料。

(7)非活性气体之置换用气体。

(8)泡沫橡胶、塑胶之发泡用。

(9)药剂空气浆的喷雾助剂。

安全性

因为二氧化碳比空气重,所以在低漥处的浓度较高。以人工凿井或挖孔桩时,若通风不良则会造成井底的人员窒息。CO2的正常含量是0.3%,当CO2的浓度达1%会使人感到气闷、头昏、心悸,达到4%~5%时人会感到气喘、头痛、眩晕,而达到10%的时候,会使人体机能严重混乱,使人丧失知觉、神志不清、呼吸停止而死亡。应避免之物质:

各种金属粉尘(例如镁、锆、钛、铝、锰):当悬浮在二氧化碳中易点燃而爆炸。
水:会形成碳酸。