Вуглекислий та чадний гази

- вуглекислий газ (оксид вуглецю(IV) - CO₂) утворюються при горінні вугілля, диханні, гниття і т.д.

- має кислуватий запах та смак;

- є кислотним оксидом;

- не підтримує горіння та не горить сам, тому використовується у вогнегасниках;

- краще розчиняється у воді, ніж кисень. При підвищеному тиску розчинність збільшується, що використовують при виготовленні газованих напоїв. Однак, коли кришка з напоєм відкривається, тиск стає рівним атмосферному, розчинність газу знижується і рідина наче закипає, виділяючи зайвий вуглекислий газ з характерним звуком;

- при низькій температурі і сильному тиску перетворюється на «сухий лід», який схожий зі звичайним снігом та льодом. Зазвичай використовується для перевезення морозива;

- у лабораторії, для отримання вуглекислого газу, використовують апарат Кіппа, змішуючи мармур (CaCO₃) із соляною кислотою;

- у промисловості отримують при температурі 1000 °C, розкладаючи вапняк;

- використовується для виробництва соди, газування, вогнегасників тощо;

- оскільки вміст вуглекислого газу зростає у складі атмосфери планети, молекули газу дедалі більше затримують тепло, не випускаючи його надлишки у відкритий космос. Що невблаганно веде нас усіх до глобального потепління;

- Вуглекислий газ накопичується в низинах, а також у закритих приміщеннях, тому так важливо провітрювати закриті приміщення з великою кількістю людей. Адже навіть 4% вуглекислого газу в повітрі вистачає, щоби виник головний біль, почастішав пульс і підвищився кров'яний тиск;

Чадний газ

- чадний газ (оксид вуглецю(II) - CO) ще небезпечніший, оскільки викликає отруєння навіть зі смертельним результатом. Ознаки отруєння: головний біль, нудота, запаморочення, можлива втрата свідомості. ;

- утворюється при горінні поряд з вуглекислим газом (при неповному згорянні вугілля через нестачу кисню) або при взаємодії вугілля та вуглекислого газу.

- безбарвний, без смаку та запаху, майже нерозчинний у воді;

- у протигазах є спеціальний каталізатор, який окислює чадний газ до вуглекислого;

- чадний газ відновлює метали з оксидів, як і вугілля.

Редагувати цей урок та/або додати завдання Додати свій урок та/або завдання

Додати цікаву новину

Як перетворити вуглекислий газ на чадний

Портал створений за підтримки Федерального агентства з друку та масових комунікацій.

Як спалити вуглекислий газ?

Нові каталізатори допоможуть перетворити діоксид вуглецю на паливо.

Щоб отримати енергію, як правило, необхідно щось спалити: звичайні автомобілі спалюють паливо в двигунах внутрішнього згоряння, електромобілі заряджають свої батареї від електрики, що надходить, наприклад, на ТЕЦ, де спалюють природний газ, і навіть нам для м'язової чи розумової роботи треба «спалити» в собі з'їдений сніданок.

Пориста структура поверхні срібного каталізатора після видалення матриці полістирольної (Фото: MIT)

У будь-якому органічному паливі, чи то бензинові вуглеводні чи вуглеводи з шоколадки, містяться атоми вуглецю, які наприкінці свого енергетичного шляху перетворюються на вуглекислий газ.Ну а газ, у свою чергу, вирушає в атмосферу, де він може накопичуватися і викликати будь-які негативні ефекти на зразок глобального потепління.

З енергетичної точки зору вуглекислий газ абсолютно марний, оскільки вуглець у ньому повністю «згорів», міцно і нерозривно зв'язавши себе з двома атомами кисню. Горіти він уже не горить, і єдине, що з ним можна зробити – втопити або закопати. Втопити його можна, розчинивши в океані – і це справді один із способів утилізації СО₂. Інший спосіб – закачати під високим тиском під землю, бажано там, де є нафтові родовища; це дозволить підвищити віддачу нафтових пластів та допоможе видобути більше нафти. Однак хіміки все ж таки знайшли спосіб «зварити кашу з сокири» – існує третій шлях утилізації СО₂, коли його перетворюють на паливо.

Щоб перетворити СО₂ у паливо, потрібно «похімічити» з молекулою вуглекислого газу, наприклад, відібрати в неї один атом кисню. Тоді вуглекислий газ перетвориться на чадний газ СО. Незважаючи на те, що для більшості чадний газ – це «той газ, від якого періодично гинуть неакуратні користувачі дров'яних печей», у промисловості його використовують у різних процесах: по-перше, його можна спалити і отримати енергію, по-друге, його можна використовувати в металургійних процесах, а по-третє, з нього можна синтезувати різні органічні молекули, у тому числі рідке паливо. Саме останній пункт і відкриває перед вуглекислим газом нафтохімічні перспективи.

Однак варто зауважити, що використання чадного газу з хімічною метою не є зовсім новим.Ще на зорі ХХ століття німецькі хіміки Франц Фішер і Ганс Тропш розробили спосіб, як із звичайного вугілля отримати рідке паливо: спочатку з кам'яного вугілля та води отримують синтез-газ – так називається суміш чадного газу та водню, а потім за допомогою каталізатора із синтез- газу одержують різні вуглеводні. Цей спосіб був затребуваний, коли звичайної нафти не вистачало, проте згодом, у другій половині ХХ століття метод отримання палива з вугілля став просто дорогою альтернативою «класичним» нафтопереробним технологіям. Але якщо в процесі Фішера-Тропша в якості сировини використовують кам'яне вугілля, яке саме по собі є корисною копалиною, то хіміки з Массачусетського технологічного інституту для тієї ж мети – отримання синтез-газу – розробили спосіб, що дозволяє робити його з «непотрібного» вуглекислого газу .

Такі речі неможливі без використання каталізаторів, і, щоб отримати працюючий каталізатор, хімікам часом доводиться йти на різні хитрощі. Справа в тому, що крім певного хімічного складу для каталізатора дуже важлива його внутрішня структура. Якщо говорити спрощено, каталізатор, нанесений на рівну поверхню, може виявитися неробочим, а ось якщо його нанести на пористу поверхню, і якщо при цьому буде певний розмір, то тоді він зможе заробити на повну силу.

Для того щоб створити такий каталізатор, хіміки взяли електропровідний матеріал як підкладку і нанесли на нього шар з кульок полістирольних діаметром близько 200 нанометрів. Після чого порожнечі, що залишилися у просторі між кульками, заповнили атомами срібла.(В якості аналогії можна уявити, що ми насипали на підлогу шар з більярдних куль, а потім все зверху залили рівним шаром розплавленого парафіну.) Тепер, щоб отримати пористий субстрат, потрібно якимось чином прибрати з матеріалу всі кульки, залишивши в цілості, що залишилася. структуру. У випадку з більярдними кулями це було б дуже проблематично, а ось у випадку з полістирольними кульками все виявилося набагато простіше - і в результаті після видалення полістиролу на поверхні електрода вийшла комірчаста структура зі срібла з "сотами" певного розміру.

Подібний матеріал, як виявилося, добре перетворює вуглекислий газ на синтез-газ, причому ефективність і селективність каталізатора управляється за рахунок розміру сот: якщо на етапі синтезу каталізатора взяти полістирольні кульки більші, то після реакції вийде один склад продуктів, а якщо дрібніші - то інший . Детально результати досліджень опубліковані у журналі Angewandte Chemie.

І начебто все добре, і людство мало б святкувати перемогу над викидами парникових газів, а кожну трубу, яка чадить в атмосферу продуктами згоряння, потрібно обладнати подібним срібним каталізатором, але все-таки варто зробити одне зауваження. Один із важливих законів, за яким живе навколишній світ – закон збереження: маса та енергія не виникають нізвідки і не зникають у нікуди. Це справедливо й у атомів хімічних елементів, й у тепла, вироблюваного під час спалювання палива, й у електричної енергії. Тому скільки енергії виходить при спалюванні чадного газу до вуглекислого, як мінімум, стільки ж енергії потрібно витратити (спрощено), щоб перетворити молекулу вуглекислого газу назад на молекулу чадного.І очевидно, що для такої, загалом, «зеленої» технології з утилізації парникового газу потрібне своє джерело енергії, яке як мінімум не «почало» б в атмосферу стільки СО₂скільки можна було б перетворити на корисний продукт.

Звідки взяти енергію для перетворення одного газу на інший? Наприклад, від вітряних або сонячних енергоустановок, які виробляють енергію, але не викидають в атмосферу продукти згоряння палива – це дозволило б зменшити загальну кількість вуглекислого газу.

Смішно, що схожою діяльністю займалися древні рослини і бактерії, що поглинали вуглекислий газ, що знаходився тоді в надлишку в атмосфері, і перетворили його в органічні речовини, що стали потім викопним паливом. Можливо, що людству в майбутньому доведеться займатися чимось схожим, але вже з використанням хімічних технологій.

Автор: Максим Абаєв