(оксид углерода(IV), ангидрид угольной кислоты, углекислый газ) CO2, хорошо известный пузырящийся ингредиент газированных безалкогольных напитков. Человек знал о целебных свойствах "шипучей воды" из природных источников с незапамятных времен, но только в 19 в. научился получать ее сам. Тогда же было идентифицировано вещество, делающее воду шипучей, - углекислый газ. Впервые для целей карбонизации этот газ был получен в 1887 в ходе реакции между измельченным мрамором и серной кислотой; его выделяли и из природных источников. Позже СО2 стали получать в промышленных масштабах сжиганием кокса, прокаливанием известняка и брожением спирта. Более четверти века диоксид углерода хранили в стальных баллонах под давлением и использовали почти исключительно для газирования напитков. В 1923 как коммерческий продукт стали производить твердый СО2 (сухой лед), а примерно в 1940 - жидкий, который разливали в специальные герметичные цистерны под высоким давлением.
Физические свойства. При обычных температуре и давлении диоксид углерода - бесцветный, обладающий слегка кисловатым вкусом и запахом газ. Он на 50% тяжелее воздуха, поэтому его можно переливать из одной емкости в другую. СО2 - продукт большинства процессов горения и при достаточно больших количествах может гасить пламя, вытесняя из воздуха кислород. При увеличении концентрации СО2 в плохо проветриваемом помещении содержание кислорода в воздухе уменьшается настолько, что человек может задохнуться. СО2 растворяется во многих жидкостях; растворимость зависит от свойств жидкости, температуры и давления паров СО2. Способность диоксида углерода растворяться в воде и определяет его широкое использование в производстве безалкогольных напитков. СО2 прекрасно растворяется в органических растворителях, например в спирте, ацетоне и бензоле.
При повышении давления и охлаждении диоксид углерода легко сжижается и находится в жидком состоянии при температурах от +31 до -57? С (в зависимости от давления). Ниже -57? С переходит в твердое состояние (сухой лед). Давление, необходимое для сжижения, зависит от температуры: при +21? С оно составляет 60 атм, а при -18? С всего 20 атм. Жидкий СО2 хранят в герметичных емкостях под соответствующим давлением. При переходе в атмосферу часть его превращается в газ, а некоторое количество - в "углеродный снег", при этом его температура понижается до -84? С.
Поглощая тепло из окружающей среды, сухой лед переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу, - сублимирует. Для уменьшения сублимационных потерь его хранят и транспортируют в герметичных контейнерах, достаточно прочных, чтобы выдержать увеличение давления при повышении температуры.
Химические свойства. СО2 - малоактивное соединение. При растворении в воде образует слабую угольную кислоту, окрашивающую лакмусовую бумажку в красный цвет. Угольная кислота улучшает вкусовые качества газированных напитков и предотвращает рост бактерий. Реагируя со щелочными и щелочноземельными металлами, а также с аммиаком, СО2 образует карбонаты и бикарбонаты. См. также УГЛЕРОД.
Распространенность в природе и получение. СО2 образуется при сжигании углеродсодержащих веществ, спиртовом брожении, гниении растительных и животных остатков; он высвобождается при дыхании животных, его выделяют растения в темноте. На свету, напротив, растения поглощают СО2 и выделяют кислород, что поддерживает природный баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, которым мы дышим. Содержание СО2 в нем не превышает 0,03% (по объему).
Известно пять основных способов получения СО2: сжигание углеродсодержащих веществ (кокса, природного газа, жидкого топлива); образование в качестве побочного продукта при синтезе аммиака; прокаливание известняка; брожение; откачка из скважин. В последних двух случаях получается практически чистый диоксид углерода, а при сжигании углеродсодержащих веществ или прокаливании известняка образуется смесь СО2 с азотом и следами других газов. Эту смесь пропускают через раствор, поглощающий только СО2. Затем раствор нагревают и получают практически чистый СО2, который отделяют от оставшихся примесей. От паров воды избавляются вымораживанием и химической сушкой.
Очищенный СО2 сжижают, охлаждая его при высоком давлении, и хранят в больших емкостях. Для получения сухого льда жидкий СО2 подают в закрытую камеру гидравлического пресса, где понижают давление до атмосферного. При резком снижении давления из СО2 образуются рыхлый снег и очень холодный газ. Снег прессуют и получают сухой лед. Газообразный СО2 откачивают, сжижают и возвращают в резервуар для хранения.
См. также:
УГЛЕРОДА ДИОКСИД: ПРИМЕНЕНИЕ