Оксид углерода IV

Оксид углерода IV СО₂ (диоксид углерода, углекислый газ, угольный ангидрид). Молекула СО₂ имеет линейное строение (О=С=О) и малополярна. Поэтому диоксид углерода плохо растворим в воде. Он тяжелее воздуха и накапливается в колодцах, погребах, вытесняя кислород и может быть причиной удушения. Сжижается при -75^оС или под давлением 50 ат. Если СО₂ выпускать из баллона, где он находится под давлением, то образуется сухой лед.

Оксид углерода IV содержится в атмосфере и гидросфере. В воздухе примерно 0, 03% объемных СО₂. Он является продуктом окисления органических веществ, а также выделяется организмами при дыхании.

В промышленности СО₂ получают при сжигании угля, графита и углеводородов в избытке кислорода при температуре от 300 до 700º, а также при обжиге известняка при температуре более 900º С:

_tº

С + O₂ = CO₂↑

СН₄ + 2О₂ = CO₂↑ + 2Н₂О

СаСО₃ = СаО + CO₂↑

В лаборатории СО₂ получают из карбонатов и гидрокарбонатов, действуя на них разбавленными сильными кислотами:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

СО₂ – это бесцветный газ, без запаха, со слабым кисловатым вкусом. Он сжижается при 20º С и давлении 5, 7 МПа. Испарение жидкого СО₂ приводит к охлаждению и образованию твердого углекислого газа, называемого «сухим льдом» и имеющего молекулярную кристаллическую решетку. Углекислый газ плохо растворим в воде: при 20º С в 1л воды растворяется около 900 мл СО₂, что объясняется неполярностью молекулы СО₂.

Оксид углерода IV – типичный кислотный оксид. Он реагирует с основными оксидами, и сильными основаниями, например:

СО₂ + СаО = СаСО₃

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃↓ + Н₂О

Пропускание СО₂ через раствор известковой воды Са(ОН)₂ вызывает ее помутнение вследствие образования малорастворимого СаСО₃, что является качественной реакцией на углекислый газ. Однако последующее пропускание СО₂ приводит к растворению осадка вследствие образования растворимого в воде гидрокарбоната:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

^{гидрокарбонат кальция}

При взаимодействии СО₂ с водой образуется очень слабая неустойчивая двухосновная угольная кислота:

СО₂ + Н₂О Н₂СО₃

Равновесие в этой реакции сильно смещено влево. Из общего числа растворенных молекул СО₂ только около 0, 6% реагируют с водой.

Оксид углерода (IV) содержит атом углерода в высшей степени окисления +4, поэтому проявляет окислительные свойства, хотя и слабо выраженные. При повышенных температурах от 200 до 1000º С СО₂ восстанавливается активными металлами, углеродом и водородом:

СО₂ + 2Mg = C + 2MgO

2СО₂ + 5Ca = CaC₂ + 4CaO

^{ацетиленид кальция}

СО₂ + 4H₂ CH₄ + 2H₂O

СО₂ + С 2CO

В последней реакции при температуре выше 1000º равновесие смещается вправо, а при температуре ниже 400º - влево.

При температуре около 300º С и высоком давлении 5-10МПа СО₂ взаимодействует с аммиаком с образованием мочевины (или карбамида) – ценного удобрения:

2NH₃ + CO₂ → (NH₂)₂CO + H₂O

К числу специфических свойств СО₂ можно отнести его реакцию с пероксидом натрия, протекающую при обычных условиях и сопровождающуюся образованием кислорода:

2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂↑