Le dioxyde de carbone, aux propriétés universelles, est utilisé dans l’industrie, la médecine et l’agriculture. Aujourd’hui, le CO2 est un engrais agricole, un outil médical, un régulateur de température et une source d’énergie nouvelle.

La production de dioxyde de carbone dans l’industrie est méthodologiquement diversifiée. On le trouve dans les fumées rejetées dans l'atmosphère par les centrales thermiques et les centrales électriques, il est obtenu lors de la fermentation de l'alcool et agit comme produit de réaction avec les carbonates naturels.

L’industrie de la production de dioxyde de carbone est vaste. Le gaz peut être absorbé de plusieurs manières à partir d’une seule source. Dans tous les cas, il s'agit d'un processus étape par étape visant à éliminer les impuretés (pour répondre aux exigences GOST) et à atteindre la consistance et l'état d'agrégation souhaités.

Production de dioxyde de carbone

Le gaz CO2 est récupéré des fumées industrielles (pétrole) par adsorption de monoéthanolamine (commercialement viable) et de carbonate de potassium (rare). Le principe de collecte des particules de carbone est le même pour les deux substances. Ils sont envoyés par un pipeline vers les déchets et collectent le dioxyde de carbone. Après collecte, les gaz saturés de dioxyde de carbone sont envoyés pour purification.

Dans des récipients spéciaux, la réaction se produit à température élevée ou une pression artérielle basse. Le processus libère du dioxyde de carbone pur et des produits de décomposition (ammoniac et autres).

Usine d'extraction de dioxyde de carbone

Schématiquement, le processus ressemble à ceci :

1. Les fumées d'échappement sont mélangées à des adsorbants (carbonate de potassium gazeux ou monoéthanolamine) ;
2. Les gaz qui ont accumulé du dioxyde de carbone entrent dans un gazomètre spécial pour être purifiés ;
3. Lors d'une réaction à haute température ou basse pression, le dioxyde de carbone est séparé de l'adsorbant.

Industrie chimique:

• Participe à la synthèse de produits chimiques artificiels;
• Régule la température dans les réactions ;
• Neutralise les alcalis ;
• Nettoie les tissus animaux et végétaux;
• Peut être réduit en méthane.

Métallurgie:

• Dépôt de fumée d'échappement ;
• Régule la direction de l'écoulement de l'eau lors du drainage des mines ;
• Certains lasers utilisent le CO2 comme source d'énergie (néon).

Production de papier :

• Régule la valeur du pH dans la pâte de bois ou la cellulose ;
• Augmente la puissance des machines de production.

La glace carbonique joue un rôle particulier dans les industries industrielles et connexes. Il s'applique comme suit :

• Source de refroidissement dans les congélateurs pendant le transport ;
• Refroidissement lors de la solidification des alliages ;
• Matériel de nettoyage à la glace carbonique (cryoblastage).

Poisson congelé avec de la neige carbonique.

Application dans d'autres domaines d'activité

Les gens utilisent également le dioxyde de carbone dans d’autres domaines d’activité et dans la vie quotidienne. La disponibilité du dioxyde le rend très répandu et ses propriétés le rendent très demandé même parmi les gens ordinaires.

Où d'autre le dioxyde de carbone est-il utilisé :

• Lors du soudage. Protège le métal de l'échauffement et de l'oxydation en circulant autour de l'arc électrique.
• En agriculture. Le dioxyde de carbone associé à la lumière du soleil est un moyen idéal pour fertiliser n'importe quelle culture. La pulvérisation de gaz dans une serre ou une serre augmente la productivité de 2 à 3 fois ;
• En médecine, il est utilisé pour créer une ambiance proche du réel lors de opérations artificielles sur les organes. Il est utilisé comme stimulant pour restaurer la respiration du patient et pour l’induire à l’anesthésie ;
• Médicaments. Crée un environnement idéal pour la synthèse chimique et le transport de l'eau à basse température ;
• Instruments et équipements. Refroidit les équipements et les unités sans les démonter en modules, agit comme un élément de nettoyage abrasif ;
• protection environnement. Régule le niveau d'hydrogène dans les eaux usées ;
• Industrie alimentaire. Utilisé comme conservateur et agent levant pour la pâte. Ajouté aux boissons, les rendant gazeuses ;
• Pour créer une pression dans les pistolets à air comprimé.

L'utilisation de dioxyde de carbone est particulièrement demandée dans les systèmes d'extinction d'incendie. Il est introduit dans les extincteurs à gaz carbonique et permet, en cas d'incendie, d'isoler le feu de la source d'oxygène. La combustion ne peut pas continuer longtemps sans apport d'air, et la gazéification avec du dioxyde de carbone ne lui permettra pas de pénétrer dans le feu.

Obtenu en petites quantités par fermentation alcoolique, il est utilisé pour gazéifier les boissons. Il protège également la farine, les fruits secs et les cacahuètes des insectes sans affecter la qualité et la rapidité de leur détérioration.

Le dioxyde de carbone est un milieu de premier ordre pour faire pousser des fleurs, nourrir des légumes et des plantes sous-marines. Il accélère la photosynthèse et améliore les processus métaboliques dans les cellules végétales. L'essentiel est qu'il ait un prix abordable, même pour les gens ordinaires.

Le dioxyde de carbone peut également être utilisé en cryodestruction, comme agent de congélation. Il brûle la surface des verrues et des grains de beauté avec le froid, les faisant tomber, mais ne laisse pas de cicatrices causées par un scalpel ni des points de suture.

Conclusion

Le dioxyde de carbone est une substance simple et répandue sur toute la planète qui joue un rôle pratique dans des industries clés. L’industrie, la médecine, l’industrie alimentaire et même la simple vie humaine ne peuvent s’en passer.

Récemment, le CO2 a été utilisé comme base pour la production d'une source de carburant (méthanol). L'utilisation de la géothermie comme source d'énergie renouvelable gagne en popularité et peut augmenter la production d'électricité.

DÉFINITION

Gaz carbonique(dioxyde de carbone, anhydride carbonique, dioxyde de carbone) – monoxyde de carbone (IV).

Formule – CO 2. Masse molaire – 44 g/mol.

Propriétés chimiques du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone appartient à la classe des oxydes acides, c'est-à-dire En interagissant avec l’eau, il forme un acide appelé acide carbonique. L'acide carbonique est chimiquement instable et au moment de sa formation, il se décompose immédiatement en ses composants, c'est-à-dire La réaction entre le dioxyde de carbone et l'eau est réversible :

CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 ×H 2 O(solution) ↔ H 2 CO 3 .

Lorsqu'il est chauffé, le dioxyde de carbone se décompose en monoxyde de carbone et en oxygène :

2CO 2 = 2CO + O 2.

Comme tous les oxydes acides, le dioxyde de carbone se caractérise par des réactions d'interaction avec des oxydes basiques (formés uniquement par des métaux actifs) et des bases :

CaO + CO 2 = CaCO 3;

Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;

CO 2 + NaOH (dilué) = NaHCO 3 ;

CO 2 + 2NaOH (conc) = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Le dioxyde de carbone n'entretient pas la combustion, seuls les métaux actifs y brûlent :

CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t) ;

CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).

Le dioxyde de carbone réagit avec substances simples, comme l'hydrogène et le carbone :

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t, kat = Cu 2 O) ;

CO 2 + C = 2CO (t).

Lorsque le dioxyde de carbone réagit avec les peroxydes de métaux actifs, des carbonates se forment et de l'oxygène est libéré :

2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.

Réaction qualitative sur le dioxyde de carbone est la réaction de son interaction avec l'eau de chaux (lait), c'est-à-dire avec de l'hydroxyde de calcium, dans lequel un précipité se forme blanc- carbonate de calcium:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

Propriétés physiques du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone est une substance gazeuse sans couleur ni odeur. Plus lourd que l'air. Thermiquement stable. Une fois comprimé et refroidi, il se transforme facilement en état liquide et solide. Le dioxyde de carbone à l’état solide est appelé « glace carbonique » et se sublime facilement à température ambiante. Le dioxyde de carbone est peu soluble dans l'eau et réagit partiellement avec elle. Densité – 1,977 g/l.

Production et utilisation de dioxyde de carbone

Il existe des méthodes industrielles et en laboratoire pour produire du dioxyde de carbone. Ainsi, dans l'industrie, il est obtenu en brûlant du calcaire (1), et en laboratoire - par l'action acides forts sur les sels d'acide carbonique (2) :

CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).

Le dioxyde de carbone est utilisé dans l'industrie alimentaire (limonade gazeuse), chimique (contrôle de la température dans la production de fibres synthétiques), métallurgique (protection de l'environnement, comme la précipitation des gaz bruns) et dans d'autres industries.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

À l'échelle industrielle, le dioxyde de carbone peut être obtenu des manières suivantes :

1. à partir de calcaire, qui contient jusqu'à 40 % de CO 2, de coke ou d'anthracite jusqu'à 18 % de CO 2 en les cuisant dans des fours spéciaux ;
2. dans les installations fonctionnant selon la méthode à l'acide sulfurique en raison des réactions d'interaction de l'acide sulfurique avec l'émulsion de craie ;
3. des gaz formés lors de la fermentation de l'alcool, de la bière et de la dégradation des graisses ;
4. provenant des gaz de combustion des chaudières industrielles brûlant du charbon, du gaz naturel et d'autres combustibles. Les gaz de combustion contiennent 12 à 20 % de CO 2 ;
5. provenant des gaz résiduaires de la production chimique, principalement de l’ammoniac synthétique et du méthanol. Les gaz d'échappement contiennent environ 90 % de CO 2 .

Pour l'instant La manière la plus courante d'obtenir du dioxyde de carbone est à partir des gaz produits pendant la fermentation.. Dans ces cas, les gaz résiduaires sont du dioxyde de carbone presque pur et constituent un sous-produit de production bon marché.

Dans les usines d'hydrolyse, lors de la fermentation de la levure avec de la sciure de bois, des gaz contenant 99 % de CO 2 sont libérés.

1 - cuve de fermentation ; 2 - réservoir d'essence ; 3 - tour de lavage ; 4 - précompresseur ; 5 - réfrigérateur tubulaire ; 6 - séparateur d'huile ; 7 - tour; 8 - tour; 9 - compresseur à deux étages ; 10 - réfrigérateur; 11 - séparateur d'huile ; 12 - réservoir.

Schéma de production de dioxyde de carbone dans les usines d'hydrolyse

Le gaz de la cuve de fermentation 1 est alimenté par des pompes, et s'il y a une pression suffisante, il pénètre seul dans la cuve de gaz 2, où les particules solides en sont séparées. Ensuite, le gaz entre dans la tour de lavage 3, remplie de coke ou d'anneaux de céramique, où il est lavé par un contre-courant d'eau et est enfin débarrassé des particules solides et des impuretés solubles dans l'eau. Après lavage, le gaz entre dans le précompresseur 4, où il est comprimé jusqu'à une pression de 400-550 kPa.

Puisque pendant la compression, la température du dioxyde de carbone s'élève à 90-100°C, après le compresseur, le gaz entre dans le réfrigérateur tubulaire 5, où il est refroidi à 15°C. Ensuite, le dioxyde de carbone est envoyé au séparateur d'huile 6, où l'huile qui est entrée dans le gaz lors de la compression est séparée. Après cela, le dioxyde de carbone est purifié avec des solutions aqueuses d'agents oxydants (KMnO 4, K 2 Cr 2 P 7, hypochromite) dans la tour 7, puis séché avec du charbon actif ou du gel de silice dans la tour 8.

Après nettoyage et séchage, le dioxyde de carbone entre dans un compresseur à deux étages 9. À l'étape I, il est comprimé à 1-1,2 MPa. Ensuite, le dioxyde de carbone entre dans le réfrigérateur 10, où il est refroidi de 100 à 15°C, traverse le séparateur d'huile 11 et entre dans le deuxième étage du compresseur, où il est comprimé à 6-7 MPa, converti en dioxyde de carbone liquide et collecté dans réservoir 12, à partir duquel s'effectue le ravitaillement en bouteilles standards ou autres conteneurs (réservoirs).

Gaz carbonique

Partie intégrante de l'atmosphère, principale matière première du processus de photosynthèse des plantes vertes, produit de l'activité vitale des organismes vivants.

Selon la nomenclature internationale systématique (IUPAC), la substance de formule CO2 est appelée monoxyde de carbone (IV). Trivial (noms communs) - dioxyde de carbone ou dioxyde de carbone, anhydride carbonique (oxyde formant du sel aux propriétés acides).

Formule de dioxyde de carbone

La molécule de dioxyde de carbone est formée de deux atomes d’oxygène et d’un atome de carbone. Formule développée – O=C=O. La valence du carbone est 4. L'état d'oxydation est (+4). Type de liaison : polaire covalente.

Produire du dioxyde de carbone

Sources naturelles de dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone se forme lors d'une oxydation lente au cours des processus de respiration, de fermentation et de décomposition. matière organique. Libéré lors de la décomposition des carbonates naturels, de la combustion de carburants et de la formation de gaz de combustion. Contenu dans l'air et les sources minérales.

Le corps humain émet 1 kg de CO 2 par jour. L'air contient 0,03 % de dioxyde de carbone.

Méthodes d'obtention en laboratoire

En laboratoire, le gaz peut être obtenu en faisant réagir de l'acide chlorhydrique avec de la craie, du marbre et de la soude. Le gaz est collecté par la méthode de déplacement d'air.

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2,

NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2.

Méthodes de production industrielles

1. Torréfaction calcaire : CaCO 3 → CaO + CO 2.
2. En tant que sous-produit de la séparation de l'air lors de la production d'oxygène, d'azote et d'argon.

Propriétés du dioxyde de carbone

Propriétés physiques

La substance est non toxique et ininflammable.

Une substance à l’état solide d’agrégation est appelée « glace carbonique ».

Une concentration élevée de dioxyde de carbone peut être déterminée de manière organoleptique - dans la bouche, un goût aigre apparaît sur la langue. Contenu accru dangereux pour le corps - provoque la suffocation.

Propriétés chimiques

1. Réaction qualitative : Lorsque le dioxyde de carbone réagit avec le lait de chaux (hydroxyde de calcium), du carbonate de calcium se forme - un précipité blanc.

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.

1. CO 2 comme oxyde acide, réagit avec l'eau avec formation d'acide carbonique. Cet acide est un composé instable et se décompose facilement en dioxyde de carbone et en eau. Type de réaction – réaction composée, réversible.

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Lorsqu'il est chauffé, il se décompose en monoxyde de carbone (II) et en eau : 2CO2 = 2CO + O2.

Interagit avec oxydes basiques, avec formation de sels :

CaO + CO 2 = CaCO 3; Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3.

Type de réaction– réaction composée.

1. Interagit avec alcalis, avec formation de sels acides et moyens :

CO 2 + NaOH = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O.

Le sel moyen se forme lorsqu'il y a un excès d'alcali. Un sel acide se forme lorsque le rapport des quantités d’oxyde et de substances alcalines est de 1:1.

1. À température, il réagit avec métaux actifs:

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO

Le dioxyde de carbone présente principalement des propriétés réductrices, mais lorsqu'il interagit avec des métaux actifs, il est un agent oxydant.

1. Entre en réaction avec substances simples:

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (conditions de réaction - haute température, catalyseur Cu 2 O).

Application de dioxyde de carbone

DANS Industrie alimentaire:

• utilisé dans la fabrication eau minérale et boissons gazeuses ;
• en tant qu'additif alimentaire (E290), augmente la durée de conservation des produits ;
• en tant qu'agent levant, il donne de la légèreté et du moelleux aux produits de confiserie ;
• comme réfrigérant ;
• pour éliminer la caféine du café.

Dans la modélisation aéronautique, il est utilisé comme source d’énergie pour les moteurs ; utilisé dans les armes pneumatiques; comme recharge pour les extincteurs au dioxyde de carbone. Utilisé comme moyen de protection pendant le soudage.

Le dioxyde de carbone est également utilisé en médecine - il est utilisé pour la cryoablation des tumeurs et sert de stimulateur de respiration profonde.

Dans l'industrie chimique, le gaz est utilisé dans la synthèse de produits chimiques, la production de sels d'acide carbonique, les procédés de séchage et de purification de polymères, de fibres d'origine végétale et animale. Utilisé pour le nettoyage Eaux usées, augmente la conductivité de l'eau ultrapure.

Exemples de résolution de problèmes

Problème 1

Trouvez la fraction massique de carbone dans le dioxyde de carbone.

Solution

M(CO2) = 12+2x16 = 44 g/mol.
Ar(C) = 12 g/mol.
W(C) = 12/44 = 0,27 ou 27 %

Répondre: fraction massique le carbone dans le dioxyde de carbone est de 27 %.

Problème 2

Calculez le volume de dioxyde de carbone libéré lors de l'interaction de l'acide chlorhydrique avec du marbre pesant 100 g.

Solution

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

1 taupe - 1 taupe
100 g/mole - 22,4 l/mole
100 g - 22,4 l

x(CO2) = 300x22,4/100 = 67,2 (l).

Répondre: Le volume de dioxyde de carbone est de 67,2 litres.

Tâches. 1. Obtenez du dioxyde de carbone en faisant réagir du marbre avec de l'acide chlorhydrique.

2. Apprenez-en quelques-uns propriétés physiques dioxyde de carbone (IV) (couleur, odeur, solubilité dans l'eau, densité relative).

3. a) Étudier l'interaction du dioxyde de carbone avec l'eau : b) effectuer les transformations suivantes ;

4. Reconnaître le calcaire parmi les échantillons minéraux fournis.

5. Préparez du carbonate de baryum en utilisant une réaction d'échange.

Équipement. Un appareil de production de gaz, rempli de morceaux de marbre et d'acide chlorhydrique, un support de laboratoire, un support avec des tubes à essai, des pipettes, des béchers de 150 ml (2 pcs.), un cercle en carton pour un bécher, des supports de tubes à essai (2 pcs. ), un appareil de chauffage.

Substances. Solutions à 10% de carbonate de sodium et de chlorure de baryum, 10% acide hydrochlorique, eau de chaux, solution de tournesol, eau distillée, minéraux gypse, kaolin, calcaire, quartz.

Achèvement des travaux

1. Obtention du monoxyde de carbone (IV). Chargez l'appareil pour produire du dioxyde de carbone (Fig. 22.4). Récupérez le dioxyde de carbone, récupérez-le dans un bécher et recouvrez-le d'un cercle en carton. (Pour quoi?)

2. Etude des propriétés du monoxyde de carbone (IV). Placez une allumette allumée dans le verre. Qu'observez-vous ? « Versez » le contenu dans un autre verre. Assurez-vous avec une allumette allumée que le dioxyde de carbone a réellement « coulé » d’un verre à l’autre.

Quelle propriété du dioxyde de carbone est à la base de cette expérience ? Décrire les propriétés physiques du gaz étudié.

Versez de l'eau distillée dans un tube à essai (1/4 de son volume), teintez-le en violet

volez du tournesol et faites passer le dioxyde de carbone dans cette eau jusqu'à ce que la couleur de l'indicateur change. Pourquoi la couleur du tournesol a-t-elle changé ? Écrivez une équation pour la réaction correspondante. Chauffez le contenu du tube à essai jusqu'à ce qu'il commence à bouillir. Pourquoi la couleur du tournesol a-t-elle encore changé ? Expliquez cela en utilisant l'équation de réaction.

3. Versez de l'eau de chaux dans le tube à essai (1/4 de son volume) et faites-y passer du dioxyde de carbone. Qu'observez-vous ? Où cette réaction est-elle utilisée en pratique ? Continuez à faire passer du dioxyde de carbone à travers le mélange trouble jusqu'à ce que la solution soit complètement claire. Ce qui s'est passé? Écrivez les équations des réactions observées.

Divisez le contenu du tube à essai avec le bicarbonate de calcium obtenu en deux parties égales. Ajoutez de l'eau de chaux dans un tube à essai et chauffez l'autre jusqu'à ce que la solution commence à bouillir. Qu'observez-vous ? Expliquez le phénomène à l'aide d'équations de réaction. Tirez des conclusions : a) comment les carbonates peuvent être convertis en bicarbonates ; b) comment les bicarbonates peuvent être convertis en carbonates.

4. À partir des minéraux qui vous sont donnés, utilisez des réactions chimiques pour identifier le calcaire. Écrivez les équations ioniques de la réaction effectuée.

5. Obtenir du carbonate de baryum par réaction d'échange. Prouver expérimentalement que le précipité formé est bien du carbonate. Écrivez des équations ioniques complètes et abrégées pour les réactions effectuées.

1.

Couvrez le verre d'un cercle en carton pour empêcher le dioxyde de carbone de s'échapper.