Оксиди вуглецю: хімія, 8 клас
Все, що нас оточує, складається із з'єднань різних хімічних елементів. Ми дихаємо не просто повітрям, а складним органічною сполукою, що мають в своєму складі кисень, азот, водень, двоокис вуглецю та інші необхідні складові. Вплив безлічі цих елементів на організм людини зокрема і на життя на Землі в цілому ще не вивчено до кінця. Для того щоб розуміти процеси взаємодії елементів, газів, солей та інших утворень один з одним, в шкільний курс і був введений предмет «Хімія». 8 клас - це старт уроків хімії за затвердженою загальноосвітньою програмою.
Одним з найпоширеніших сполук, що містяться як в земній корі, так і в атмосфері, є оксид. Оксидом називається з'єднання будь-якого хімічного елемента з атомом кисню. Навіть джерело всього живого на Землі - вода, є оксидом водню. Але в даній статті мова піде не про оксиди загалом, а про один з найбільш часто зустрічаються сполук - оксиді вуглецю. Дані сполуки виходять шляхом злиття атомів кисню і вуглецю. Ці сполуки можуть мати у своєму складі різні кількості атомів вуглецю і кисню, проте слід виділити два основних сполуки вуглецю з киснем: чадний газ і вуглекислий газ.
Хімічна формула і спосіб отримання чадного газу
Яка ж його формула? Оксид вуглецю досить легко запам'ятати - CO. Молекула чадного газу утворюється потрійним зв'язком, у зв'язку з чим володіє досить високою міцністю з'єднання і має дуже невелике меж'ядерних відстань (0,1128 нм). Енергія розриву даного хімічної сполуки становить 1076 кДж / Моль. Потрійна зв'язок виникає внаслідок того, що елемент вуглець має у своїй структурі атома p-орбіталь, не зайняту електронами. Ця обставина створює для атома вуглецю можливість стати акцептором електронної пари. А атом кисню, навпаки, має на одній з p-орбіталей нерозділене пару електронів, а значить має електронно-донорні можливості. При з'єднанні цих двох атомів окрім двох ковалентних зв'язків з'являється ще й третя - донорно-акцепторні ковалентний зв'язок.
Існують різні способи отримання CO. Одним з найпростіших є пропускання вуглекислого газу над розпеченим вугіллям. У лабораторних умовах чадний газ отримують за допомогою наступної реакції: мурашину кислоту нагрівають з сірчаною кислотою, яка розділяє мурашину кислоту на воду і чадний газ.
Також CO виділяється при нагріванні щавлевої і сірчаної кислоти.
Фізичні властивості CO
Оксид вуглецю (2) володіє наступними фізичними властивостями - це безбарвний газ, який не має яскраво вираженого запаху. Всі сторонні запахи, що з'являються при витоку чадного газу, є продуктами розпаду органічних домішок. Він набагато легший за повітря, надзвичайно токсичний, дуже погано розчиняється у воді і відрізняється високим ступенем горючості.
Найголовніше властивість CO - його негативний вплив на організм людини. Отруєння чадним газом може призвести до летального результату. Більш докладно про вплив оксиду вуглецю на організм людини буде розказано нижче.
Хімічні властивості CO
Основні хімічні реакції, в яких можуть застосовуватися оксиди вуглецю (2) - це окислювально-відновна реакція, а також реакція приєднання. Окислювально-відновна реакція виражається у здатності CO відновлювати метал з оксидів за допомогою їх змішування з подальшим нагріванням.
При взаємодії з киснем відбувається утворення вуглекислого газу з виділенням значної кількості теплоти. Чадний газ горить синюватим полум'ям. Дуже важлива функція оксиду вуглецю - його взаємодія з металами. В результаті подібних реакцій утворюються карбоніли металів, переважна більшість яких є кристалічними речовинами. Вони застосовуються для виготовлення надчистих металів, а також для нанесення металевого покриття. До речі, карбоніли непогано себе зарекомендували в якості каталізаторів хімічних реакцій.
Хімічна формула і спосіб отримання вуглекислого газу
Вуглекислий газ, або двоокис вуглецю, має хімічну формулу CO2. Структура молекули дещо відрізняється від структури CO. У даному освіті вуглець має ступінь окислення, рівну +4. Структура молекули лінійна, а значить, неполярная. Молекула CO2 не володіє такою сильною міцністю, як CO. У земній атмосфері міститься близько 0,03% вуглекислоти за загальним обсягом. Збільшення цього показника руйнує озоновий шар Землі. У науці це явище називається парниковим ефектом.
Отримати вуглекислий газ можна різними шляхами. У промисловості він утворюється в результаті горіння димових газів. Може бути побічним продуктом в процесі виготовлення алкоголю. Його можна отримати в процесі розкладання повітря на основні складові, такі як азот, кисень, аргон та інші. У лабораторних умовах оксид вуглецю (4) можна отримати в процесі випалу вапняку, а в домашніх умовах добути вуглекислий газ можна за допомогою реакції лимонної кислоти і харчової соди. До речі, саме таким чином виготовлялися газовані напої на самому початку їх виробництва.
Фізичні властивості CO2
Вуглекислий газ являє собою безбарвне газоподібна речовина без характерного різкого запаху. Через високий числа окислення даний газ володіє злегка кислуватим присмаком. Даний продукт не підтримує процес горіння, так як сам є результатом горіння. При підвищеній концентрації вуглекислого газу людина втрачає здатність дихати, що призводить до летального результату. Більш докладно про вплив вуглекислого газу на організм людини буде розказано далі. CO2 набагато важче повітря і прекрасно розчиняється у воді навіть при кімнатній температурі.
Одним з найцікавіших властивостей вуглекислого газу є те, що у нього немає рідкого агрегатного стану при нормальному атмосферному тиску. Однак якщо впливати на структуру вуглекислого газу вплив температурою в -56,6 ° С і тиском близько 519 кПа, то він трансформується в безбарвну рідину.
При істотному зниженні температури газ знаходиться в стані так званого «сухого льоду» і випаровується при температурі вище ніж -78 проС.
Хімічні властивості CO2
За своїми хімічними властивостями оксид вуглецю (4), формула якого CO2, є типовим кислотним оксидом і володіє всіма його властивостями.
1. При взаємодії з водою утворюється вугільна кислота, що володіє слабкою кислотністю і малою стійкістю в розчинах.
2. При взаємодії з лугами вуглекислий газ утворює відповідну сіль і воду.
3. Під час взаємодії з оксидами активного металу сприяє утворенню солей.
4. Не підтримує процес горіння. Активувати даний процес можуть тільки деякі активні метали, такі як літій, калій, натрій.
Вплив чадного газу на організм людини
Повернемося до основної проблеми всіх газів - впливу на організм людини. Чадний газ відноситься до групи вкрай небезпечних для життя газів. Для людини і тварини він є надзвичайно сильним отруйною речовиною, що при попаданні в організм серйозно вражає кров, нервову систему організму і м'язи (в тому числі і серце).
Оксид вуглецю в повітрі неможливо розпізнати, оскільки цей газ не має ніякого яскраво вираженого запаху. Саме цим він і небезпечний. Потрапляючи через легені в організм людини, чадний газ активізує свою руйнівну діяльність в крові і в сотні разів швидше кисню починає взаємодіяти з гемоглобіном. В результаті цього з'являється дуже стійке з'єднання під назвою карбоксигемоглобін. Воно перешкоджає доставці кисню з легенів до м'язів, що призводить до м'язового голодування тканин. Особливо серйозно страждає від цього головний мозок.
Через відсутність можливості розпізнати отруєння чадним газом через нюх, слід знати деякі основні ознаки, які проявляються на ранніх етапах:
- запаморочення, що супроводжується головним болем;
- шум у вухах і мерехтіння перед очима;
- сильне серцебиття і задишка;
- почервоніння обличчя.
Надалі у жертви отруєння з'являється сильна слабкість, іноді блювота. У важких випадках отруєння можливі мимовільні судоми, що супроводжуються подальшою втратою свідомості і комою. Якщо ж пацієнту вчасно не буде надана відповідна медична допомога, то можливий летальний результат.
Вплив вуглекислого газу на організм людини
Оксиди вуглецю з кислотністю +4 відносяться до розділу задушливих газів. Іншими словами, вуглекислий газ не є токсичною речовиною, однак може суттєво впливати на приплив кисню до організму. При підвищенні рівня вуглекислого газу до 3-4% у людини виникає серйозна слабкість, його починає хилити в сон. При підвищенні рівня до 10% починають розвиватися сильні головні болі, запаморочення, погіршення слуху, іноді спостерігається втрата свідомості. Якщо концентрація вуглекислого газу піднімається до рівня 20%, то настає смерть від кисневого голодування.
Лікування отруєння вуглекислим газом дуже просте - дати жертві доступ до чистого повітря, при необхідності зробити штучне дихання. В крайньому випадку потрібно підключити потерпілого до апарату штучної вентиляції легенів.
З описів впливу двох даних оксидів вуглецю на організм ми можемо зробити висновок, що велику небезпеку для людини все ж являє чадний газ з його високою токсичністю і спрямованим впливом на організм зсередини.
Вуглекислий газ не відрізняється таким підступом і менш шкідливий для людини, тому саме ця речовина людина активно застосовує навіть в харчовій промисловості.
Застосування оксидів вуглецю в промисловості та їх вплив на різні аспекти життя
Оксиди вуглецю мають дуже широке застосування в різних сферах діяльності людини, причому спектр їх надзвичайно багатий. Так, окис вуглецю щосили застосовується в металургії в процесі виплавки чавуну. Широку популярність CO отримав в якості матеріалу для зберігання продуктів харчування в охолодженому вигляді. Даний оксид застосовують для обробки м'яса і риби, щоб надати їм свіжий вигляд і не змінити смак. Важливо не забувати про токсичність даного газу і пам'ятати, що допустима доза не повинна перевищувати 200 мг на 1 кг продукту. CO останнім часом все частіше застосовують в автомобільній промисловості в якості палива для автомобілів на газу.
Діоксид вуглецю нетоксичний, тому сфера його застосування широко впроваджена в харчову промисловість, де його застосовують як консервант або розпушувача. Також CO2 застосовується при виготовленні мінеральних і газованих вод. У твердому стані («сухий лід») він часто використовується в морозильних установках для підтримки стабільно низької температури в приміщенні або приладі.
Велику популярність придбали вуглекислотні вогнегасники, піна з яких повністю ізолює вогонь від кисню і не дає пожежі розгорітися. Відповідно, ще одна сфера застосування - пожежна безпека. Балони в пневматичних пістолетах також заряджені вуглекислотою. І звичайно ж, практично кожен з нас читав, з чого складається освіжувач повітря для приміщень. Так, однією зі складових є вуглекислий газ.
Як бачимо, через свою мінімальної токсичності вуглекислий газ більше і частіше зустрічається у повсякденному житті людини, тоді як чадний газ знайшов застосування у важкій промисловості.
Існують і інші вуглецеві з'єднання з киснем, благо формула вуглецю і кисню дозволяє застосовувати різні варіанти з'єднань з різною кількістю атомів вуглецю і кисню. Ряд оксидів може різнитися від C2O2 до C32O8. І щоб описати кожен з них, потрібно не одна сторінка.
Оксиди вуглецю в природі
Обидва види розглянутих тут оксидів вуглецю так чи інакше присутні в природному світі. Так, чадний газ може бути продуктом згоряння лісів або результатом життєдіяльності людини (вихлопні гази і шкідливі відходи промислових підприємств).
Вже відомий нам діоксид вуглецю також є частиною складного складу повітря. Його вміст у ньому становить близько 0,03% від усього обсягу. При збільшенні цього показника виникає так званий «парниковий ефект», якого так побоюються сучасні вчені. 
Вуглекислий газ виділяють тварини і людина шляхом видихання. Він є основним джерелом такого корисного для рослин елемента, як вуглець, тому багато вчених і б'ють на сполох, вказуючи на неприпустимість масштабних вирубок лісу. Якщо рослини перестануть поглинати вуглекислий газ, то відсоток його вмісту в повітрі може підвищитися до критичних для людської життєдіяльності показників.
Мабуть, багато можновладці забули пройдений в дитинстві матеріал підручника «Загальна хімія. 8 клас », інакше питання вирубки лісів в багатьох частинах світу приділялася б більш серйозну увагу. Це, до речі, стосується і проблеми наявності чадного газу в навколишньому середовищі. Кількість відходів людської життєдіяльності і відсоток викидів цього надзвичайно токсичного матеріалу в навколишнє середовище зростає з дня на день. І не факт, що не повториться доля світу, описана в прекрасному мультфільмі «Воллі», коли людству довелося покинути загиджену дощенту Землю і відправитися в інші світи на пошуки кращого життя.
