Адсорбція

Адсорбція - поглинання газоподібних або розчинених речовин поверхнею твердої речовини. Зворотний процес - виділення цих поглинених речовин - десорбція.

Застосування адсорбції

Очищення від домішок (у виробництві цукру і ін.), для захисту органів дихання (протигази), в медицині (пігулки " Карболен") і ін. Це можна продемонструвати на прикладі. Якщо в колбу з парами брому, які мають бурий колір, помістити активоване вугілля, забарвлення парів поступово зникає. Через деякий час наступає повне знебарвлення: активоване вугілля повністю адсорбувало бром із атмосфери.

Адсорбцією називається концентрування газоподібної або розчиненої речовини на поверхні розділу фаз. Газ або розчинену речовину прийнято називати в цьому випадку адсорбтивом, а рідина або тверде тіло, що адсорбувало їх, — адсорбентом.

Адсорбцію газів вугіллям спостерігав ще в XVIII в. Шеєле. На явище адсорбції речовин з розчину вперше звернув увагу в 1785 р. російський академік Т. Е. Ловіц. Французький учений Соссюр в 1814 р. знайшов, що всі пористі тіла, тобто тіла з великою поверхнею, здатні адсорбувати гази і що при цьому зазвичай виділяється тепло. Соссюр зробив також дуже важливе спостереження, що адсорбція йде тим краще, чим легше зріджується газ. В кінці XIX в. Гіббс розробив загальну термодинамічну теорію адсорбції. У XX в. явище адсорбції детально досліджували Ленгмюр, Поляні, Брунауер, Де Бур.

Розрізняють фізичну, або ван-дер-ваальсову адсорбцію і хімічну адсорбцію, або хемосорбцію. У першому випадку адсорбційні сили мають ту ж природу, що і міжмолекулярні, або ван-дер-ваальсові, сили. Фізична адсорбція завжди зворотня. При хімічній адсорбції адсорбційні сили мають хімічну природу. Хемосорбція зазвичай незворотня. При хімічній адсорбції молекули адсорбтива, пов'язані з адсорбентом міцними хімічними силами, й не можуть переміщуватися по поверхні останнього. На відміну від цього при фізичній адсорбції можуть мати місце як нелокалізована адсорбція, коли молекули адсорбтива здатні пересуватися по поверхні адсорбенту, так і локалізована адсорбція, коли молекули адсорбтива не можуть переміщатися по поверхні. Локалізована фізична адсорбція пояснюється тим, що поверхня адсорбенту складається з різних атомів, іонів або молекул, які по різному взаємодіють з молекулами адсорбенту. Щоб молекули адсорбтива могли пересуватися по поверхні адсорбенту, очевидно, вони повинні долати певні потенційні бар'єри. Проте дуже часто подолання таких бар'єрів, якщо вони достатньо великі, неможливе. Зрозуміло, що з підвищенням температури локалізована фізична адсорбція може переходити в нелокалізовану унаслідок зростання кінетичної енергії молекул і їх здатності долати потенційний бар'єр.

Фізична адсорбція протікає мимоволі. Адсорбтив прагне зайняти всю поверхню адсорбенту, але цьому перешкоджає процес, зворотній адсорбції — десорбція, викликана, як і дифузія, прагненням до рівномірного розподілу речовини унаслідок теплового руху. Для кожної концентрації адсорбтива в навколишньому середовищу існує стан адсорбційної рівноваги, аналогічний рівновазі між конденсацією і випаровуванням. Зрозуміло, що чим вище концентрація адсорбтива, тим більше адсорбція. Також ясно, що чим вище температура, тим менше фізична адсорбція. Для кожної температури також існує свій стан рівноваги. Вплив температури на фізичну адсорбцію цілком узгоджується з принципом Ле Шателье — Брауна, оскільки десорбція як процес, зворотний адсорбції, супроводжується поглинанням тепла.

КІЛЬКІСНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЦІЇ

Для визначення кількості адсорбованої речовини необхідно експериментально знайти тиск газу або концентрацію адсорбтива в судині, в якій відбувається адсорбція, до і після адсорбції. Дуже часто кількість адсорбованої речовини визначають по збільшенню ваги адсорбенту. Слід відмітити, що визначення кількості адсорбованої речовини викликає часто великі труднощі, що завжди мають місце, коли мала величина є різницею двох великих. Аби зменшити помилку вимірювань, визначення зазвичай проводять, застосовуючи як адсорбент пористі тіла з великою питомою поверхнею, що зв'язують велику кількість адсорбтива. Проте це у свою чергу має той недолік, що на адсорбції може позначатися діаметр пір адсорбенту. Порівняно великі молекули адсорбтива не зможуть проникати у вузькі капіляри адсорбенту і досягнута межа адсорбції буде фіктивною величиною, що не характеризує адсорбційну взаємодію адсорбтива з адсорбентом. При малих радіусах пір може відбуватися зріджування адсорбтива (капілярна конденсація) і отримують завищені значення кількості адсорбованої речовини.

Величиною а, що є кількістю адсорбтива, що знаходиться в одиниці маси адсорбенту. Цю величину зазвичай вимірюють у моль/г.

Величиною α, що показує кількість адсорбованої речовини, що доводиться на одиницю поверхні адсорбенту. Ця величина є ніщо інше, як поверхневу концентрацію адсорбтива. Одиницями вимірювання її є моль/м2 і ммоль/см2.

Введеною Гіббсом величиной Г, що є надлишок числа молів адсорбтива в об'ємі поверхневого шару площею 1 см2 по порівнянню з числом його молів в тому ж об'ємі, якби на міжфазній межі не відбувалося зміни концентрації адсорбтива.

У випадках, коли по тих або інших причинах концентрація адсорбтива в поверхневому шарі менше його концентрації в об'ємі, величина Г негативна, а саме явище називається негативною адсорбцією.

Адсорбцію можна характеризувати:

залежністю кількості адсорбованої речовини а від температури при постійних рівноважних тисках р або концентраціях с; графіки а = f(T) при р = constназиваються ізобарами, а при с = const — ізопікнами адсорбції;

залежністю рівноважного тиску (або концентрації) від температури при постійній кількості адсорбованої речовини; графіки р = f(T) і с = f(T) при а = constназиваються ізостерам.

Залежністю кількості адсорбованої речовини а від рівноважного тиску (або концентрації) при постійній температурі; графіки а = f(p) або а = f (с) при Т = constназиваються ізотермами адсорбції. Ізотерми мають особливо велике значення при вивченні адсорбції.

ВЛАСТИВОСТІ ДЕЯКИХ АДСОРБЕНТІВ.

Як тонкопористі адсорбенти найчастіше застосовують деревне вугілля, тваринне (кістковий) вугілля, силікагель, природні силікати, алюмогель і алюмосилікагель. З вугілля для адсорбції застосовують вугілля, отримане з твердих деревних порід, оскільки вугілля, отримане з м'яких порід, наприклад, з соснової деревини, вельми крихке і легко розсипається. Кращі сорти вугілля для адсорбції отримують з шкаралупи кокосових горіхів і абрикосових кісточок. Крім того, для адсорбції зазвичай застосовується активне вугілля.

Звичайне вугілля (вугілля-сирець) має порівняно невелику адсорбційну здатність, оскільки його питома поверхня порівняно невелика і пори в значній мірі заповнені смолами і продуктами неповного згорання, що утворюються при отриманні вугілля. Активування вугілля полягає в термічній обробці, в результаті якої його питома поверхня збільшується, при цьому продукти неповного згорання частково згорають, частичо випаровуються. Термічну обробку вугілля, щоб уникнути великих втрат в результаті згорання, проводять в атмосфері водяної пари або двоокису вуглецю (при 750—950°С). Органічні речовини, що містяться у вугіллі, а частково і саме вугілля реагують з водяною парою і двоокисом вуглецю з утворенням СО і Н2. Оскільки ці процеси ендотермічні, активування в атмосфері пари або двоокису вуглецю легко зупинити в той момент, коли згорять непотрібні органічні речовини і це не торкнеться основної частини вугілля.

Вугілля як адсорбент застосовується для заповнення протигазів, рекуперації розчинників, рафінування цукру, знебварвлення багатьох рідин, очищення повітря промислових підприємств, а також використовується в медицині.

Вугілля є неселективним адсорбентом, бо на має здатності поглинати окремі речовини не поглинаючи інші.

Іншим адсорбентом, що часто застосовується на практиці, є силікагель — гідратований двоокис кремнію, приготований у вигляді дуже пористого тіла або порошку. Силікагель зазвичай отримують, вводячи розчин силікату натрію при сильному перемішуванні в 5—10%-ний розчин хлористоводневої кислоти. Пористий силикагель, що утворився, подрібнюють і промивають водою. Потім шматочки силікагелю сушать при температурі близько 500°С, подрібнюють до частинок потрібних розмірів і для видалення пилу відсівають. Питома поверхня приготованого таким чином силікагеля складає 400—500 м2/г. Капіляри силікагелю декілька ширше, ніж капіляри активного вугілля, і однорідніші по розмірах.

Силікагель відрізняється від вугілля меншою адсорбційною здатністю при дуже низькому тиску і здатністю селективно поглинати пари води. Тому його зазвичай застосовують для висушування газів. Силікагель є селективним сорбентом для поглинання води та окремих газів.

Останнім часом широке застосування як адсорбенти отримали молекулярні сита. Прикладом таких сит є цеоліти, кристали яких побудовані з кремне- та алюмокисневих тетраедрів-, що чередуються і містять пори з діаметром від 4 до 7, 5 Ǻ залежно від типу цеоліту. Рихлі просторові грати цеолітів здатні поглинати і утримувати достатньо малі молекули, тоді як великі молекули в ці грати проникнути не можуть. На цьому і заснована молекулярно-ситова дія цеолітов, які використовують для висушення, розділення сумішей парів і виділення розчиненої речовини з розчинів. Зокрема, висушення органічних розчинників за допомогою цеолітів засноване на тому, що молекули води (діаметр 2, 75 Ǻ) легко проникають у вузькі пори кристалів цеоліту, тоді як великі за розмірами молекули розчинника в такі пори не потрапляють.

Істотною перевагою пористих кристалів целітів є висока однорідність їх пір по розмірах. Целіти є селективними сорбентами.

АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ ТВЕРДЕ ТІЛО — РОЗЧИН.

Адсорбція на межі тверде тіло — розчин ускладнюється присутністю розчинника, молекули якого можуть також адсорбуватися поверхнею адсорбенту. Таким чином, виникає конкуренція між молекулами адсорбтива і розчинника в здібності до адсорбції. На межі тверде тіло — розчин розрізняють два види адсорбції — адсорбція неелектролітів, коли тверде тіло адсорбує молекули адсорбтива, і адсорбцію електролітів, коли адсорбент вибірково поглинає з розчину один з видів іонів електроліту.

Вплив природи середовища. При значній величині поверхневого натягнення розчинника здатність його до адсорбції буде низка і адсорбуватися будуть молекули розчиненої речовини. Звідси витікає, що адсорбція на твердому тілі краще протікає з водних розчинів, ніж з розчинів з органічними розчинниками, поверхневе натягнення яких відносно невелике.

Чим краще адсорбтив розчиняється в даному розчиннику, тим гірше йде в цьому середовищі адсорбція. Це положення лежить в основі правила Траубе. Так, коли адсорбція жирної кислоти відбувається на гідрофільному адсорбенті (наприклад, силікагелі) з органічного середовища (наприклад, бензолу), адсорбція з подовженням вуглецевого ланцюга кислоти не зростає, а зменшується, оскільки вищі жирні кислоти краще розчиняються в неполярному середовищі.

Вплив властивостей адсорбенту. Природа і пористість адсорбенту роблять сильний вплив на адсорбцію з розчинів. Існує правило, по якому неполярні адсорбенти краще адсорбують неполярні адсорбтиви, а полярні адсорбенти — полярні адсорбтиви.

Пористість адсорбенту, тобто розміри пір, сильно пов'язана з розмірами молекул розчиненої речовини. Чим більші молекули речовини, тим важче потрапити їм у вузькі пори, із-за чого адсорбція знижується. Із збільшенням розміру молекул адсорбтива адсорбція на адсорбентах з вузькими порами зменшується.

Вплив властивостей адсорбтива. П. Ребіндер запропонував правило урівноваження полярностей, згідно якому адсорбція йтиме, якщо полярність речовини С, що характеризується діелектричною проникністю ε, знаходитиметься між полярністю речовин А і В, тобто якщо дотримуватиметься умова ε А > ε С > ε В або ε А < ε С < ε В.

З правила зрівнювання полярностей витікає, що чим більше різниця полярностей між розчинною речовиною і розчином, тобто чим менше розчинність розчиненої речовини, тим краще воно адсорбуватиметься.

Всі полярні гідрофільні речовини (силикагель, глини) добре адсорбують поверхнево-активні речовини з неполярних або слабополярних рідин; всі неполярні гідрофобні речовини (вугілля, графіт, тальк, парафін) добре адсорбують поверхнево-активні речовини з полярних рідин, наприклад з водних розчинів.

Вплив часу і температури. Адсорбція речовини з розчину йде з відносно малою швидкістю, оскільки зменшення концентрації в граничному шарі може поновлюватися дифузією, що відбувається в рідині з відносно малою швидкістю. Для настання адсорбційної рівноваги тому часто застосовують перемішування або струшування системи.

При підвищенні температури адсорбція з розчину зменшується.

АДСОРБЦІЯ РОЗЧИНЕНИХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ ТВЕРДОЮ ФАЗОЮ.

Характерною особливістю адсорбції електролітів твердою фазою є вибірковість, яка виражається в здатності твердої поверхні адсорбувати або катіони, або аніони. Вибірковість визначається природою адсорбенту і адсорбованих іонів, а також характером водного середовища.

Здатні поляризуватися іони адсорбуються зазвичай тільки на поверхнях, що складаються з полярних молекул або іонів. Тому іонна адсорбція називається ще полярною адсорбцією. Мікроділянки поверхні, що мають певний заряд, адсорбують тільки протилежно заряджені іони. Іони електролітів, що мають протилежний знак, не адсорбуються, а залишаються поблизу адсорбованих іонів, утворюючи з останніми на поверхні адсорбенту подвійний електричний шар.

На здатність адсорбції сильно впливає природа іонів. З іонів однакової валентності максимальною адсорбційною здатністю володіють іони найбільшого радіусу. Пояснюється це великою здатністю поляризуватися таких іонів, а отже, здатністю притягуватися поверхнею, що складається з іонів або полярних молекул. З іншого боку, чим більше радіус іона, тим менше при одній і тій же величині заряду гідратація іона. Остання перешкоджає адсорбції іонів, оскільки наявність оболонки гідрата зменшує електричну взаємодію. У ряду лужних металів іон літію набагато більш гідратований, ніж іон цезію. Ряди іонів, поставлені в порядку зменшення їх здатності зв'язувати середовище, називаються ліотропними рядами.

Катіони лужних металів по зростаючій здатності адсорбуватися можуть бути поставлені в наступний ряд:

Li+ < Na+ < К+ < Rb+ < Cs+

Одновалентні аніони по зростаючій здатності адсорбуватися розташовуються в такій послідовності:

С1- < Вг- < N03- < I- < CNS-

При адсорбції іонів різної валентності основну роль грає величина заряду іонів. Чим більше валентність іона, тим сильніше він притягується протилежно зарядженими мікроділянками поверхні.

Особливий інтерес для хімії представляє адсорбція іона поверхнею кристалу, до складу якого входять іони тієї ж природи. Адсорбція в цьому випадку розглядається як кристалізація, тобто добудова кристалічної решітки здатним адсорбуватися іоном. По Панету і Фаянсу, кристали добудовують лише ті іони, які входять в їх склад. Так, кристали AgІ, внесені до розчину KI, адсорбують на поверхні іони йоду. Кристали AgІ, внесені до розчину AgN03, адсорбують іони срібла.

Добудовувати кристалічну решітку здатні не тільки іони, що входять до складу грат, але і ізоморфні з ними. Так, для йоду у разі AgІ ізоморфними іонами будуть С1-, Вг-, CNS-, CN.

СУТНІСТЬ ІОНООБМІННОЇ АДСОРБЦІЇ

Іонний обмін — обмін іонів між двома електролітами. Іонний обмін може відбуватися як в гомогенному, так і в гетерогенному середовищі, в якому один з електролітів буде твердим іонообмінним сорбентом.

При обмінній адсорбції адсорбент, поглинаючи певну кількість яких-небудь іонів, виділяє одночасно в розчин еквівалентну кількість інших іонів того ж знаку, витиснених з поверхні.

Іонний обмін відбувається озворотньо і переважно відноситься до оборотних процесів. Як іонообмінні сорбенти застосовуються тверді, практично не розчинні у воді і органічних розчинниках матеріали, звані іонітами. Іоніти бувають мінерального і органічного походження, природні і синтетичні. Велика частина іонітів — високомолекулярні сполуки з сітчастою і просторовою структурою.

Найбільше значення мають штучні полімерні іоніти, або іонообмінні смоли, що відрізняються високою поглинювальною здатністю, механічною міцністю і хімічною стійкістю. Іонообмінні смоли — аморфні полімери з сітчастою структурою. Присутність в макромолекулах іоногенних груп додає полімеру гідрофільність. Оскільки ланцюги макромолекул полімеру в іонітних смолах «зшиті» один з одним в просторову сітку, розчинник викликає тільки набухання смоли.

З електрохімічної точки зору, всякий іоніт є полівалентний іон з негативним і позитивним зарядом, оточеним іонами протилежного знаку. Від звичайних адсорбентів іоніти відрізняються тим, що їх поглинювальна здатність практично не залежить від величини поверхні і визначається цілком активною частиною іоніту. Остання являє собою диссоційовані іоногенні групи, що беруть безпосередню участь в реакціях іонного обміну. Молекула іоніту містить тисячі атомів, більшість яких взаємно зв'язані в довгий ланцюг або каркас сітчастої будови. Ця головна частина молекули є великий багато разів заряджений іон з позитивним або негативним зарядом. Для нейтралізації цього заряду є дрібніші іони протилежного заряду, які обмінюються місцями з іонами в розчині.

Іоніти діляться на дві групи. До першої групи відносяться смоли, що отримуються з органічних речовин кислотного характеру (фенолів) і звуться катіонітами. Катіоніти володіють здатністю обмінювати катіони, що містяться в розчині, на іони водню або натрію. Другу групу складають смоли, що отримуються з органічних сполук основного характеру (анілін) і звуться аніонітами. Аніоніти обмінюють різні аніони, що містяться в розчині, на гідроксильні іони.

Здатність іонітів вступати в іонний обмін з електролітами, що знаходяться в розчині, широко використовується в техніці. Поглинання іонів з розчину супроводжується строго еквівалентним витісненням рухомих іонів іоніту. Швидкість встановлення іонообмінної рівноваги визначається ступенем іонізації іоніту в даному середовищі і швидкістю дифузії іонів в розчині і в зернах поглинача.

З підвищенням ступеня набухання іоніту і з пониженням розміру зерен швидкість встановлення обмінної рівноваги підвищується. У тих, що набрякають і сильно іонізованих іонітах процес заміщення всіх рухомих іонів триває 2—5 сек. Тому витягувати іони з розчину можна динамічним методом, тобто фільтрацією його через колону, заповнену зернами іоніту. Для витягання солей з розчинів застосовують послідовно сполучені фільтри, одні з яких заповнені катіонітом, а інші — аніонітом. У міру просування розчину по колоні з катіонітом відбувається поглинання катіонів солей і витіснення іонів водню або натрію. У аніонітовій колоні аніони солей витісняють гідроксильні іони іоніту.

Послідовне застосування іонітів цих двох видів дозволяє досягти практично повної демінералізації води без її дистиляції.

Реакції на катіоніті у водневій формі

2К/Н + СаСl2 ↔ [К]2 Са + 2НС1

2К/Н + MgS04 ↔ [K]2 Mg + H2S04

К/н + NaCl ↔ K/Na + НСl

Реакції на аніоніті

2А/ОН + H2S04 ↔ [А]2 S04 + 2H20

А/ОН + НCl ↔ А/Cl + Н20

Катіоніт і анионит, узяті в еквівалентних кількостях, поглинуть відповідно рівні кількості катіонів і аніонів з солей, розчинених у воді. В результаті виділиться еквівалентне число іонів Н+ і ОН-, які утворюють воду.

Як регенеруючі розчини для катіонітів в водневій формі застосовуються зазвичай 3%-, 5%-ві розчини сірчаної або соляної кислоти. Катіоніти при цьому «заряджають» іонами водню

[К]2Са + 2НС1 = 2К/Н+СаС12

Для регенерації аніонітів застосовують 5%-ий розчин NaOH або Na2C03

А/Сl + NaOH = А/ОН + NaCl

Особливим видом іонітів є селективні іонообмінні смоли (комплексоутворуючі іонообмінні смоли), здатні до утворення координаційних зв’язків з іонами, що поглинаються, або молекулами. Селективність (вибірковість) визначається співвідношенням і взаємним розташуванням функціональних груп в смолі, їх хімічною спорідненістю до сорбіруємого йону або молекули, структурою полімерної матриці, а також складом і кислотністю контактуючого розчину, природою розчинника. Для збільшення селективності в аіионіт або катіоніт вводять специфічні комплексоутворюючі групи (напр., гліоксиматні, пірідинкарбонові, 8-оксихінолінові).

ЗАСТОСУВАННЯ ІОНІТІВ

Іоніти пом'якшують воду, використовувану для живлення парових котлів високого і надвисокого тиску. У машинобудуванні іоніти застосовуються для регенерації травильних електролітів, уловлювання кольорових металів з промивних вод цехів гальванічного покриття, в кольоровій металургії — для витягання з руд концентратів кольорових металів, для очищення стічних вод від фенолу, хрому, нікелю і ін.

Іоніти використовуються в біології і фармакології для розділення і очищення вітамінів. Іоніти почали застосовувати в сільському господарстві при вивченні агрономічних властивостей грунтів. У медицині за допомогою іонітів отримують кров, що не згущується, їх застосовують при лікуванні хворих, страждаючих підвищеною кислотністю шлунку.

Обмінна адсорбція широко застосовується в харчовій промисловості. Іонообмінне очищення дифузного соку в цукровій промисловості, як показав досвід, дозволяє знизити вихід кормової патоки з 3 до 2, 1% по масі сировини, що збільшує вихід цукру майже на 1%.

У молочній промисловості іонний обмін використовується для зміни сольового складу молока. Коров'яче молоко багатше жіночого змістом солей і відрізняється характером утворення сиру, що залежить від співвідношення казеїну і кальцію. Видаляючи певні кількості кальцію з молока, можна міняти це співвідношення. В даний час іонітне молоко у великих кількостях виробляється для дитячого харчування.

Особливо велике застосування іонообмінні смоли знайшли у виробництві вина. З нього можна видалити зайву кількість іонів Fe3+, Cu2+, Ca2+, які викликають помутніння вина, знизити кислотність, добитися знебварвлення сусла вина. Видалення іонів важких металів з плодово-ягідних сусел запобігає потемнінню плодово-ягідних вин.

У виробництві дріжджів іоніти застосовуються для очищення меляси, яка служить живильним середовищем для вирощування дріжджів. У ній є сполуки, пригноблюючі життєдіяльність дріжджів: фарбувальні речовини, леткі органічні кислоти і інші домішки. Особливо важливе значення має використання іонітів для очищення води в пивоварному виробництві.

Каолін застосовується у вигляді тонкого подрібненого порошку, що володіє адсорбційними властивостями. Він адсорбує фарбувальні і пахучі речовини вина.

Бентонітові глини володіють високою здібністю до якнайтоншого диспергування, завдяки чому мають високі адсорбційні властивості. Вони відмінно утворюють тонкі суспензії (суспензії) в рідинах. Наприклад, водна суспензія застосовується для освітлення плодово-ягідних вин, а водно-винні суспензії — для освітлення виноградних вин. Бентоніти використовуються і для очищення сиропів в крахмало-паточном виробництві.

Трепел володіє високими адсорбуючими властивостями. Мікроскопічні дрібні лусочки, різноманітні за формою, при введенні у вино утворюють густу сітку, що фільтрує, відмінно захоплює зважені в вині домішки.

Активоване вугілля служить прекрасним адсорбентом і ділиться на дві групи — вугілля газове і знебарвлююче. Вугілля газові адсорбують гази і пари і мають дрібні пори. Вугілля другої групи служить для знебварвлення заводських розчинів в цукровому, крахмало-паточном виробництвах; для очищення і освітлення жирів і масел, спирту, вин і ін. Активоване вугілля адсорбує з цукрового розчину не тільки забарвлені, але і інші речовини.

ПОНЯТТЯ ПРО ХРОМАТОГРАФІЧНИЙ АДСОРБЦІЙНИЙ АНАЛІЗ

На адсорбції речовин з розчинів заснований дуже важливий метод аналізу, запропонований в 1903 р. відомим російським вченим М. С. Цвєтом, який розділив складний рослинний пігмент хлорофіл на складові частини. Такий метод аналізу був названий хроматографічним.

Метод хроматографії полягає в тому, що через адсорбційну колону, наповнену яким-небудь адсорбентом, поволі пропускають протягом тривалого часу розчин суміші речовин, що підлягають розділенню. У верхніх шарах адсорбенту відкладається компонент суміші, що сильно поглинається; компонент, що менше адсорбується, поглинеться в низько розташованих шарах, куди розчин поступає вже позбавленим першого компоненту, третій компонент, що адсорбується ще менше, ніж перші два, розташується ще нижче і тому подібне Змішана адсорбція неможлива унаслідок того, що речовини, що більш адсорбуються, витісняють з адсорбенту що менш адсорбуються, які і поступають в шари, що пролягають нижче.

Хроматографічний аналіз застосовується як у водних, так і в неводних розчинах.

ІОНООБМІННА ХРОМАТОГРАФІЯ

Іонообмінна хроматографія - хроматографія, заснована на різній здатності іонів, що розділяються, до іонного обміну з іонітом (нерухома фаза). Для розділення суміші катіонів використовують катіоніти, для розділення аніонів — аніоніти. Розчинником в першому випадку є розчин кислоти, в другому — розчин лугу. При іонообмінній хроматографії в неводних середовищах застосовують іоніти з жорсткою матрицею — макропористі іонообмінні смоли і силікагель.

Іонообмінна хроматографія застосовується для розділення фенолів і карбонових кислот (на аніонітах), аміносахарів, нуклеотидів, нуклеозидів пуринових, пірімідинових і ін. основ (на сульфокатіонітах). Білки, нуклеїнові кислоти і інші високомолекулярні сполуки розділяють за допомогою агарозних і декстранових гелів і похідних целюлози. Близькі по властивостях катіони металів розділяють у присутності комплексоутворюючих агентів — лимонної, етилендиамінтетраоцтової кислот. Поведінка металу в цьому випадку визначається ступенем утворення комплексу і зарядом останнього. Іоніти використовують також для відділення електролітів від неелектролітів; часто одночасно відбувається розділення обох груп речовин по механізму іонного обміну і розподілу.

Історія

Явище адсорбції стало вивчатися з другої половини 18 століття, хоча поза сумнівом, що в практичній діяльності людства адсорбція використовувалася з незапам'ятних часів. Учення про адсорбцію є частиною загальнішої теорії багатокомпонентних гетерогенних систем, основи якої закладені В. Гіббсом у 1876 році. Гіббс вивів формулу, що зв'язує значення адсорбції із зміною поверхневого натягу. Ті речовини, адсорбція яких сильно зменшує поверхневий натяг, прийнято називати поверхнево-активними.

Розрізняють фізичну адсорбцію і хемосорбцію.

Фізична адсорбція зумовлена ван-дер-ваальсовими, або електростатичними, силами притягання частинок адсорбованої речовини до частинок адсорбенту.

При хемосорбції молекули поглинутої речовини вступають у хімічну реакцію з молекулами адсорбенту.

Оборотність процесу фізичної адсорбції створює сприятливі умови для послідовного проведення процесів адсорбції (поглинання речовини адсорбентом) та десорбції (вилучення з адсорбенту поглиненої речовини). Адсорбція широко застосовується в адсорбційній техніці, лежить в основі очистки, розділення газів та рідин тощо.

Зокрема адсорбція широко застосовується в хімічній та нафтохімічній промисловості для очищення нафтопродуктів, рекуперації летких розчинників, розділення газів та рідин, глибокої сушки газів.

Адсорбція — основа технологічних процесів тонкого очищення газових та інших потоків при невисокому початковому вмісті в них цільового компонента (див. адсорбційне очищення газу).

Адсорбція є одним з головних чинників процесу флотації корисних копалин.

Розповсюдження

Вуглець у природі зустрічається як у вільному стані (алмаз, графіт, карбін і лонсдейліт, фулерен, вуглецеві нанотрубки), так і у вигляді різноманітних сполук. Середній вміст вуглецю у земній корі 2, 3× 10^{− 2} % (мас); основна маса вуглецю концентрується в осадових гірських породах.

Вуглець накопичується у верхній частині земної кори, де його присутність пов'язана в основному з живою речовиною, кам'яним вугіллям, нафтою, антрацитом, а також з доломітами і вапняками. Відомо понад 100 мінералів вуглецю, серед яких найпоширеніші карбонати кальцію, магнію і заліза. Він входить до складу кам'яного вугілля, нафти і природного газу, а також різних мінералів: мармуру, крейди і вапняку — CaCO₃, доломіту — CaCO₃·MgCO₃, магнезиту — MgCO₃, малахіту — CuCO₃·Cu(OH)₂ тощо.

Важливу роль Карбон відіграє в космосі; на Сонці Карбон посідає 4-е місце за поширеністю після Гідрогену, Гелію та Оксигену, ядра Карбону беруть участь у процесах нуклеосинтезу (вуглецево-азотний цикл, потрійна α -реакція).

У природі зустрічається мінерал шунгіт, в якому міститься як твердий вуглець (≈ 25%), так і значні кількості оксиду кремнію (≈ 35%).

Біологічна роль

Сполуки вуглецю є основою всіх рослинних і тваринних організмів. Забезпечуючи життя, Карбон здійснює в природі постійний кругообіг, який називаютьвуглецевим циклом. У складі вуглекислого газу Карбон присутній в атмосфері Землі, а також у розчиненому вигляді у воді. Живі організми засвоюють його з атмосфери чи води завдяки процесу, який має назву фіксація Карбону. Інші організми, нездатні засвоювати Карбон безпосередньо, отримують його через харчові ланцюжки. Карбон частково повертається в атмосферу у вигляді вуглекислого газу як продукт дихання або горіння, однак частина Карбону йде на утворення метануй карбонатів, наприклад карбонату кальцію. Залишки загиблих організмів входять зрештою до осадових порід, кам'яного вугілля, нафти, природного газу. Карбон повертається в атмосферу в процесі довготривалого геологічного колообігу як наслідок дегазації порід, вулканічній діяльності тощо. Частково збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері Землі зумовлене діяльністю людини — використанням викопного палива для отримання енергії.

Застосування

Деревне вугілля має здатність адсорбувати (поглинати) на своїй поверхні різні гази і деякі речовини з розчинів. Адсорбція відбувається поверхнею вугілля, тому воно здатне поглинати (адсорбувати) тим більшу кількість речовин, чим більша його сумарна поверхня, тобто чим більше воно подрібнене або пористе. Пористість, а разом з тим і адсорбційна здатність деревного вугілля різко збільшується при попередньому нагріванні в струмені водяної пари. При цьому пори вугілля очищаються від смолистих речовин і його внутрішня поверхня дуже збільшується. Таке вугілля називається активованим.

Активоване деревне вугілля широко використовують у цукровому виробництві для очистки цукрового сиропу від домішок, що надають йому жовтого забарвлення, в спиртовому виробництві для очистки винного спирту від сивушних олій, в деяких виробництвах для вловлювання парів цінних летких речовин — бензину, ефіру, сірковуглецю, бензолу тощо з наступним видаленням їх при нагріванні.

У Першу світову війну активоване вугілля за пропозицією академіка М. Д. Зелінського було застосовано у протигазах для захисту органів дихання від отруйних газів, зокрема від хлору, який німці застосували в 1915 р. проти французьких військ. Активоване вугілля як адсорбент застосовується і в сучасних протигазах.

Графіт використовується в олівцевій промисловості. Також його використовують як мастило при особливо високих або низьких температурах.

Алмаз, завдяки винятковій твердості, незамінний абразивний матеріал. Алмазне напилення мають шліфувальні насадки бормашин. Крім цього, ограновані алмази — діаманти використовуються як дорогоцінне каміння в ювелірних прикрасах. Завдяки рідкісності, високим декоративним якостям і збігу історичних обставин, діамант незмінно є найдорожчим дорогоцінним каменем. Виключно висока теплопровідність алмазу (до 2000 Вт/м·К) робить його перспективним матеріалом для напівпровідникової техніки в якості підкладок для процесорів. Але відносно висока ціна (близько 50 доларів/грам) і складність обробки алмазу обмежують його застосування в цій галузі.

У фармакології та медицині широко використовуються різні сполуки вуглецю — похідні вугільної кислоти та карбонових кислот, різні гетероцикли, полімери та інші сполуки. Так, карболен (активоване вугілля), застосовується для абсорбції та виведення з організму різних токсинів; графіт (у вигляді мазей) — для лікування шкірних захворювань; радіоактивні ізотопи вуглецю — для наукових досліджень (радіовуглецевий аналіз).

Вуглець є основою всіх органічних речовин. Будь-який живий організм складається в значній мірі з вуглецю. Джерелом вуглецю для живих організмів зазвичай є СО2 з атмосфери або води. У результаті фотосинтезу він потрапляє в біологічні харчові ланцюги, в яких живі істоти поїдають один одного або останки один одного і тим самим здобувають вуглець для будівництва власного тіла. Біологічний цикл вуглецю закінчується або окисненням і поверненням в атмосферу, або похованням у вигляді вугілля або нафти.

Токсична дія

Високий вміст вуглецю в атмосферних аерозолях веде до підвищення захворюваності населення, особливо верхніх дихальних шляхів і легень. Професійні захворювання — в основному антракоз і пиловий бронхіт.

Токсична дія ¹⁴С у складі молекул білків (особливо в ДНК і РНК), визначається його радіоактивним розпадом із випромінюванням β -частинок (¹⁴С (β) → ¹⁴N), що призводить до зміни хімічного складу молекули.

Поглинання вуглецю

Звичайно стосується поглинання вуглецю (у вигляді вуглекислого газу) з атмосфери такими поглиначами, як океани, ліси або ґрунти, які утримують вуглець поза атмосферою.

У відповідності з характерними гібридними станами орбіталей атоми карбону можуть об’єднуватися в полімерні утворення координаційної, шарової і лінійної структури. Цьому відповідають три типи простих речовин: алмаз, графіт і карбін. Отже, вуглець може існувати у вигляді різних алотропних модифікацій.

Якщо один елемент може утворювати декілька різних типів простих речовин, то ці типи простих речовин називаються алотропними модифікаціями. Явище алотропії може бути обумовлена або різним складом молекул простої речовини даного елемента (алотропія складу) або способом розміщення молекул або атомів в кристалах (алотропія форми). Схильність елемента до утворення відповідних алотропних модифікацій обумовлена будовою атома, яка визначає тип хімічного зв’язку, будову молекул і кристалів.

Алмаз– кристалічна речовина з атомною координаційною кубічною решіткою. Внаслідок sp³ – гібридизації кожен атом в алмазі утворює рівноцінні міцні зв’язки з 4 сусідніми. Це зумовлює виняткову твердість і відсутність електропровідності в звичайних умовах (DЕ = 5, 7еВ). Про жорстку структуру алмазу свідчить також дуже невелика величина ентропії алмазу S_алм = 2, 4 Дж/(град× моль).

Графіт – пошарова кристалічна речовина з гексагональною структурою. У відповідності з sp² – гібридизацією атоми карбону об’єднуються в макромолекули, які являють собою нескінченні шари з шетичленних кілець. sp² – гібридний стан в цьому випадку стабілізується делокалізованим π –зв’язком, утвореним за рахунок четвертого електрона кожного з атомів макромолекули. π –зв’язок в графіті делокалізований в межах всієї макромолекули. Цим визначається електропровідність графіту, сірий колір і металічний блиск. Пласти карбону об’єднуються в кристалічну решітку головним чином за рахунок міжмолекулярних сил. Міцність хімічних зв’язків в площині макромолекули (716 кДж/моль) значно більша, ніж між шарами (всього 17 кДж/моль). Тому графіт достатньо м’який, легко розшаровується, хімічно дещо активніший алмазу. Ентропія у графіту S_гр = 5, 74 Дж/(град× моль).

Карбін – чорний порошок; його решітка гексагональна, побудована з прямолінійних ланцюгів, в яких кожен атом утворює по два s - і - зв’язку. sp – гібридизація орбіталей карбону відповідає об’єднанню атомів в ланцюги типу:

Карбін – напівпровідник (DЕ = 1еВ). Під впливом світла його електропровідність різко зростає.

У відповідності із зростанням порядку зв’язку між атомами карбону в ряду алмаз – графіт – карбін міжядерна відстань в цьому ряду зменшується: 0, 155 – 0, 142 – 0, 128нм. Відстань між шарами в графіті 0, 335нм, між ланцюгами в карбіні 0, 295нм. Найбільш стабільна модифікація карбону карбін, а найменш стабільна – алмаз.

С_графіт ® С_алмаз t = 2000°С, р = 6 × 10⁹ – 10 × 10¹⁰Па

Графіт найбільш хімічно активной. Взаємодіє з воднем (CH₄), киснем (CO₂), флуором (CF₄), сульфуром (CS₂), металами, водяною парою, конц. HNO₃.

Карбон має властивості відновника; ця властивість застосовується в металургії. При термічному розкладі органічних речовин отримують чорний графіт, або вугілля, яке є тонкодисперсним графітом. Технічними сортами чорного графіту є кокс, деревне вугілля, тваринне вугілля і сажа. Завдяки великій площі поверхні і адсорбційній здатності деревного і тваринного вугілля вони застосовуються для очистки речовин від домішок, для поглинання (адсорбції) газів і рідин.

Сполуки карбону у ступені окиснення – 4.

З менш електронегативними, ніж він сам, елементами карбон дає карбіди. Оскільки для карбону характерно утворювати гомоланцюги, склад більшості карбідів не відповідає СТО – 4.

За типом хімічного зв’язку карбіди поділяють на:

· Ковалентні,

· Іонно – ковалентні,

· Металічні.

Ковалентні карбіди силіцію і бору В₄С і SіС – полімерні речовини, хімічно інертні. СН₄ – найпростіший ковалентний карбід. Не реагує ні з кислотами, ні з лугами, але горить легко; його суміші з повітрям дуже вибухонебезпечні.

Іонно – ковалентні карбіди – це безколірні прозорі кристалічні солеподібні речовини. При дії води або розбавлених кислот вони руйнуються з виділенням вуглеводнів. Тому карбіди можна розглядати як похідні відповідних вуглеводнів:

- метаніди (Al₄C₃, Be₂C)

- ацетиліди (CaC₂, M₂C₂, MC₂, M₂(C₂)₃).

Ацетиліди утворюються по обмінних реакціях в розчинах:

2AgNO₃ + H₂C₂ = Ag₂C₂¯ + 2HNO₃,

або безпосередньою взаємодією С2Н2 з деякими металами при нагріванні:

2Al + 3H₂C₂ = Al₂(C₂)₃ + 3H₂­,

Zn + H₂C₂ = ZnC₂ +H₂­

Найбільше значення має ацетилід кальцію СаС₂ (карбід), який отримують нагріванням кальцій оксиду з вугіллям в електричних печах:

СаО + 3С = СаС₂ + СО

Ацетиліди більш або менш легко розкладаються водою:

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂

Карбі́ д ка́ льцію

Карбідом кальцію є тверда кристалічна речовина. Технічний продукт дає кристалічний злам сірого кольору з різними відтінками залежно від чистоти. При взаємодії з водою, навіть на холоді, карбід кальцію розкладається з бурхливим виділенням ацетилену і великої кількості тепла. Розкладання карбіду кальцію відбувається і під впливом атмосферної вологи.

Сфера застосування карбіду кальцію

Карбід кальцію застосовують для виробництва ацетилену і у виробництві ціанаміду кальцію, з якого отримують добрива, ціаністі з'єднання. Карбід кальцію використовують при проведенні автогенних робіт і освітлення, а також у виробництві ацетиленової сажі і продуктів органічного синтезу, з яких головним є синтетичний каучук. Крім того, з карбіду кальцію отримують синтетичний каучук, вінілхлорід, акрилонітрил, оцтову кислоту, етилен, штучні смоли, ацетон, стирол. Карбід кальцію використовують для виготовлення карбідно-карбамідного регулювальника зростання рослин, виготовлення порошкового карбідного реагенту.

Упаковка і зберігання карбіду кальцію

Карбід кальцію упаковують в сталеві барабани всіх типів герметичного виконання місткістю 100 дм3, вагою 100 кг, що герметично закриваються.

Карбід кальцію зберігають на відкритих майданчиках під навісом або в складах, що не згорають, добре провітрюваних, виключають попадання вологи, у вертикальному положенні, не більше ніж в три яруси. Гарантійний термін зберігання продукту - 6 місяців з дня виготовлення.

Берегти від вологи і вогню!

Зберігати в сухих, критих приміщеннях.

Карбід кальцію по мірі дії на організм відноситься до речовин 4-го класу небезпеки

Основні властивості карбіду кальцію

Основні властивості: При взаємодії з водою карбід кальцію розкладається з виділенням ацетилену і гідрата окислу кальцію, при контакті з окислювачами також виділяє ацетилен і розігрівається. Газоподібний ацетилен легше за повітря і може накопичуватися в слабопровітріваємих приміщеннях під стелею.

Ацетилен пожежо- і вибухонебезпечний, легко реагує з солями срібла, міді і ртуті, утворюючи при цьому нестійкі вибухові ацетеленіди. Ацетилен володіє здатністю займатися в чистому вигляді і в суміші з повітрям.

Небезпека для людини

Ацетилен - газ наркотичної дії. Отруєння викликаються головним чином фосфористим воднем, що знаходиться в карбідному ацетилені. Пил карбіду кальцію спричиняє дратівливу дію на шкіру, дихальні органи і очі.

Індивідуальні засоби захисту Протипилові респіратори і протигаз з коробкою марки типа БКФ, що фільтрує. Необхідні дії в аварійних ситуаціях Загального характеру.

При пожежі Як засоби пожежогасінні слід використовувати сухі порошкові вогнегасники, вуглекислоту, сухий пісок, азбестове полотно. Гасити водою не допускається!!!

При попаданні карбіду кальцію на шкіру і в очі - промити великою кількістю води, шкіру змастити вазеліновим маслом.

Карбід алюмінію (алюмокарбід) - бінарне неорганічне хімічна сполука алюмінію з вуглецем. Хімічна формула -.

Сполука має складну структуру. Стійко до 1400 C. Структура в з'єднанні має атоми алюмінію, які знаходяться в решітці дискретних аніонів вуглецю IV. CAS-номер 12656-43-8 і 1299-86-1.

Карбід алюмінію виходить прямою реакцією алюмінію з вуглецем в сталеплавильної печі.

Невелика кількість карбіду алюмінію є нормою в домішки технічного карбіду кальцію. У електролітичному виробництві алюмінію дане з'єднання виходить як продукт корозії в графітових електродах.

У металевому матричному з'єднанні (англ. Metal matrix composite) На основі алюмінієвої матриці, армованої з карбідами металів (карбід кремнію, карбід бору та ін) або вуглецевим волокном, карбід алюмінію часто утворюється як небажаний продукт. У випадку якщо це вуглецеве волокно, він вступає в реакцію з алюмінієвою матрицею при температурах вище 500 C; краще змочування волокон і гальмування хімічної реакції може бути досягнуто шляхом покриття його, наприклад, боридів титану (TiB 2).

В карбідах кремнію, армованих композитом з алюмінію, таких як Duralcan, хімічна реакція між карбідом кремнію і розплавленим алюмінієм створюють шар карбіду алюмінію на частинках карбіду кремнію, що знижує міцність матеріалу, але тільки якщо збільшується змочуваність частинок карбіду кремнію. Ця тенденція може бути зменшена шляхом нанесення частинок карбіду кремнію з відповідним оксидом або нітридом, преоксідаціей частинок діоксиду кремнію, покриттям або з використанням шару металу.

Реагує з концентрованим гідроксидом натрію і водою, утворюючи комплексну сіль - тетрагідроксоалюмінат натрію і метан:

Показник заломлення (для D-лінії натрію): 2, 7 (20 C)

Стандартна енергія Гіббса освіти (298 К, ​ ​ кДж / моль): -196

Стандартна ентропія освіти (298 К, ​ ​ Дж / моль K): 88, 95

Карбід алюмінію іноді використовується в піротехніці, для досягнення ефекту іскор. Можна використовувати як абразиву в ріжучих інструментах. Має приблизно таку ж твердість як топаз. Використовується як хімічного реагенту для визначення вмісту тритію у воді.

З утворенням ацетилену. Метаніди – з виділенням метану

Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₃ + 3CH₄­ DG= 1770кДж/моль

Ацетиліди d-елементів І і ІІ груп (Ag₂C₂, Cu₂C₂, Au₂C₂, HgC₂) вибухають в сухому стані.

Металічними є карбіди d-елементів IV – VIII груп. Карбіди цього типу представляють собою сполуки включення; в них атоми С займають октаедричні пустоти в щільних упаковках атомів металу. Частіше зустрічаються карбіди середнього складу МС (ТіС, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC), М₂С (Mo₂C, W₂C) M₃C (Mn₃C, Fe₃C, Co₃C). Ці карбіди характеризуються металічними ознаками: металічний блиск, висока електропровідність, легкість утворення твердих розчинів з металами.

Моноокси́ д вуглецю́, карбону (II) оксид, монооксид Карбону, чадний газ CO — безбарвний, дуже отруйний газ без запаху. Утворюється внаслідок неповного згоряння пального в автомобільних двигунах чи в опалюваних приладах, які працюють на вугіллі або на інших видах природного палива. У воді майже не розчиняється і не вступає з нею в хімічну взаємодію. Належить до несолетворних оксидів.

Одержання

Монооксид карбону утворюється при згорянні вугілля або сполук, що містять вуглець, при нестачі кисню (повітря), а також при взаємодії діоксиду вуглецю з розжареним вугіллям:

· CO₂ + С = 2CO

Ця реакція зворотна, і при температурі нижче 400 °C рівновага майже повністю зміщується вліво, а при 1000 °C — вправо. У лабораторних умовах монооксид карбону одержують при нагріванні мурашиної кислоти з концентрованою сульфатною кислотою:

· HCOOH = CO↑ + H₂O

Його отримують також при нагріванні металічного цинку з карбонатом кальцію:

· Zn + CaCO₃ = ZnO + CaO + CO↑

Хімічні властивості

На повітрі він спалахує при 700 °C і горить характерним блакитним полум'ям з утворенням діоксиду вуглецю:

· 2CO + O₂ = 2CO₂ + 565 кДж

При цьому виділяється значна кількість тепла (135 ккал або 565т кДж). Тому CO в суміші з іншими газами застосовують у техніці як газоподібне паливо (доменні гази, генераторний газ, водяний газ тощо).

При високій температурі монооксид карбону проявляє відновні властивості, завдяки чому широко використовується в металургії для одержання деякихметалів з їх оксидів. Наприклад:

· PbO + CO = Pb + CO₂↑

· Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂↑

Хоча деякі благородні метали може відновлювати із водних розчинів їх солей і при кімнатній температурі:

· PdCl₂ + CO + H₂O = Pd + HCl + CO₂↑

При приєднанні хлору до монооксиду карбону утворюється фосген. Реакція відбувається у присутності активованого вугілля як каталізатора навіть при кімнатній температурі:

· CO + Cl₂ = COCl₂↑

Газ може безпосередньо приєднуватись до деяких металів з утворенням карбонілів металів (наприклад, Fe(CO)₅, Ni(CO)₄, Mo(CO)₆, Cr(CO)₆ і т. д.). Такі реакції як правило проходять при підвищеній температурі і тиску:

· Fe + 5CO = Fe(CO)₅

Отруйність

Через свою отруйність монооксид вуглецю є дуже небезпечним для організму людини. Ця небезпека збільшується тим, що він не має запаху і отруєння може настати непомітно. Навіть незначні його кількості, що потрапляють у повітря і вдихаються людиною, викликають запаморочення і нудоту, а вдихання повітря, в якому міститься 0, 3 % CO за об'ємом, може швидко привести до смерті.

Отруйна дія CO обумовлюється тим, що він утворює з гемоглобіном крові порівняно стійку сполуку — карбогемоглобін, внаслідок чого кров втрачає здатність передавати кисень тканинам організму. Отруєння цим газом наступає в результаті критичної нестачі кисню в організмі.Концентрація СО в повітрі 1 г/м³ є небезпечною для життя людини.

При отруєнні монооксидом вуглецю рекомендується вдихання свіжого повітря протягом кількох годин, а також штучне зігрівання тіла. При цьому карбогемоглобін поступово руйнується і гемоглобін відновлює свою здатність сполучатися з киснем.

Як захиститися від небезпеки

Потрібно, щоб усі побутові прилади були справні та щоб фахівці регулярно оглядали їх. Якщо полум'я газу жовте, а не блакитне, вважайте, що це попередження про якусь несправність, і, можливо, вихід чадного газу. При користуванні побутовими приладами, які можуть стати причиною поширення чадного газу, завжди виявляйте обачність.^[1]
Ознакою отруєння є сонливість, спричинена зменшенням доступу кисню (СО оборотньо блокує гемоглобін). Найкращим заходом допомоги ураженому є свіже повітря й рух. (Рос. приказка «носится как угорелый» пішла саме від типового самолікування уражених чадним газом). Несмертельні дози не мають акумулятивного ефекту. Звичайні протигази не дають захисту (СО не сорбується активованим вугіллям).

Діокси́ д вуглецю́, оксид карбону (IV), вуглекислий газ, CO₂ (рос. углекислый газ, англ. carbon dioxide, нім. Kohlensä ure f, gasfö rmige Kohlensä ure f, Kohlendioxyd n) — тривка хімічна сполука, поширена в природних газах, що містять його в кількості від декількох відсотків до практично чистого вуглекислого газу. Безбарвний, має кислуватий смак і запах. Є кінцевим продуктом окиснення вуглецю, не горить, не підтримує горіння і дихання. Токсична дія вуглекислого газу виявляється при його вмісті в повітрі 3-4 % і полягає в подразненні дихальних шляхів, запамороченні, головному болі, шумі у вухах, психічному збудженні, непритомному стані.

Неотруйний газ, без кольору і запаху, що є природною складовою атмосфери. Вуглекислий газ є продуктом спалювання викопного палива. Він має парниковівластивості, тобто сприяє утриманню тепла на поверхні Землі і вносить основний вклад у глобальне потепління.

При 20 °C в 1 об'ємі води розчиняється 0, 88 об'ємів CO₂. Водний розчин його має кислуватий смак. На відміну від монооксиду діоксид вуглецю є солетвірним оксидом — ангідридом карбонатної кислоти H₂CO₃.

Під тиском близько 60 атм діоксид вуглецю при звичайній температурі перетворюється в рідину. У зрідженому стані у сталевих балонах його можна зберігати і транспортувати. При сильному охолодженні він перетворюється в снігоподібну масу (сухий лід), яка сублімує (випаровується не плавлячись) при —78, 5°С.

Діоксид вуглецю не підтримує дихання і горіння звичайних видів палива. Але речовини, що мають більше споріднення до кисню, ніж вуглець, можуть віднімати у нього кисень. Так, наприклад, запалена свічка гасне в атмосфері CO₂, а запалена магнієва стрічка продовжує горіти:

· 2Mg + CO₂ = 2MgO + C

Незначні кількості CO₂ нешкідливі для людини і тварин, але при концентрації його в повітрі понад 3 % за об'ємом він стає шкідливим, а при 10 % і більше — смертельним.

Застосування

У народному господарстві діоксид вуглецю широко застосовується в хімічній промисловості при виробництві соди, сечовини тощо, а також у виробництвіцукру, вина, пива, для виготовлення газованої води і т. д. Широко відомі природні джерела діоксиду вуглецю у вигляді мінеральних вод «Нарзан», «Боржомі» та інші. Спресований твердий CO₂ під назвою «сухий лід» застосовують для охолодження м'яса, риби і інших харчових продуктів, що швидко псуються. Сухий лід значно більше, ніж звичайний, знижує температуру і при випаровуванні не залишає ніякої рідини. У техніці діоксид вуглецю одержують розкладанням карбонату кальцію:

· CaCO₃ = CaO + CO₂↑

Одержання

В лабораторних умовах його звичайно одержують при дії хлоридної кислоти на мармур:

· CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O