2024/12/26
产品简介:
二氧化碳是空气中常见的化合物,碳与氧反应生成其化学式为CO2,一个二氧化碳分子由两个氧原子与一个碳原子通过共价键构成,常温下是一种无色无味气体,密度比空气大,能溶于水,与水反应生成碳酸,不支持燃烧。固态二氧化碳压缩后俗称为干冰。二氧化碳被认为是加剧温室效应的主要来源。工业上可由碳酸钙强热下分解制取。
组成结构:
C原子以sp杂化轨道形成δ键。分子形状为直线形。非极性分子。在CO₂分子中,碳原子采用sp杂化轨道与氧原子成键。C原子的两个sp杂化轨道分别与两个O原子生成两个σ键。
二氧化碳在常温常压下为无色无嗅的气体。CO₂分子有16个价电子,基态为线性分子,属D∞h 点群。CO₂分子中碳氧键键长为116pm,介于碳氧双键(乙醛中C=O键长为124pm)和碳氧三键(CO分子中C≡O键长为112.8pm)之间,说明它已具有一定程度的叁键特性。因此,有人认为在CO₂分子中可能存在着离域的大π键,即碳原子除了与氧原子形成两个键外,还形成两个三中心四电子的大π键。
C原子上两个未参加杂化的p轨道与sp杂化轨道成直角,并且从侧面同氧原子的p轨道分别肩并肩地发生重叠,生成两个∏三中心四电子的离域键。因此,缩短了碳—氧原子间地距离,使CO₂中碳氧键具有一定程度的叁键特征。决定分子形状的是sp杂化轨道,CO₂为直线型分子式。
空气中有微量的二氧化碳,约占0.039%。二氧化碳略溶于水中,形成碳酸,碳酸是一种弱酸。
产生途径:
在自然界中二氧化碳含量丰富,为大气组成的一部分。二氧化碳也包含在某些天然气或油田伴生气中以及碳酸盐形成的矿石中。大气里含二氧化碳为0.03~0.04%(体积比),总量约2.75×1012t,主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢产生。
所占比重:
二氧化碳CO2平均约占大气体积的387ppm。大气中的二氧化碳含量随季节变化,这主要是由于植物生长的季节性变化而导致的。当春夏季来临时,植物由于光合作用消耗二氧化碳,其含量随之减少;反之,当秋冬季来临时,植物不但不进行光合作用,反而制造二氧化碳,其含量随之上升。二氧化碳常压下为无色、无味、不支持燃烧[1]、不可燃的气体,二氧化碳不供给呼吸。是一种温室气体因为它发送可见光,但在强烈吸收红外线。二氧化碳的浓度于2009年增长了约二百万分之一。
海洋是地表最重要的储水库,也是全球碳的第二大循环系统。通过对海洋循环以及CO₂溶于海水的系统模拟证实,化石燃料燃烧产生的约40%的CO₂会被海洋吸收。海洋中吸收与释放的CO₂的量旗鼓相当。因此,海洋可被视为地球上最大的CO₂水池,其循环回路见图。海洋不仅从大气中吸收CO₂,同时将其自身储存的CO₂释放至大气中,海洋能作为CO₂的存储池也是因为其吸收CO₂的量略大于释放的量。同样由上文所述,海洋中的碳循环系统巨大,是由许多次级系统组成,容易受环境、人类活动和火山喷发等行为影响。该系统也是也是一个耗能结构,通过消耗太阳能使其能耗维持在一个很高的水平。 海洋可被视作从大气中吸收CO₂同时释放出有机碳和碳酸盐沉淀的非线性的动力系统。由于海洋可以储存CO₂并输出CO₂及其盐类,同时缓冲由于大气中CO₂浓度的增加所带来的影响,所以其输入及输出关系是非线性的。该系统是自发循环的,生物处理在这样一个自主的系统中不可或缺。海洋对于CO₂的反馈作用利弊都有,它可以调整大气的CO₂浓度及热平衡。因此研究海洋中CO₂的反应过程至关重要。 如果海洋碳库可被作为一个独立的系统,土地和大气看做是环境,河道和大气中的CO₂及其盐类,以往由于人类活动造成的污染带入的碳类以及化石燃料燃烧和森林砍伐所促成的CO₂及其盐类可认为是系统的碳输入量。因为该系统规模巨大,成分复杂,很难用传统的方法来描述其中的过程。
主要危害:
人体危害
二氧化碳密度较空气大,当二氧化碳少时对人体无危害,但其超过一定量时会影响人(其他生物也是)的呼吸,原因是血液中的碳酸浓度增大,酸性增强,并产生酸中毒。空气中二氧化碳的体积分数为1%时,感到气闷,头昏,心悸;4%-5%时感到眩晕。6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。
因为二氧化碳比空气重,所以在低洼处的浓度较高。以人工凿井或挖孔桩时,若通风不良则会造成井底的人员窒息。CO₂的正常含量是0.04%,当CO₂的浓度达1%会使人感到气闷、头昏、心悸,达到4%~5%时人会感到气喘、头痛、眩晕,而达到10%的时候,会使人体机能严重混乱,使人丧失知觉、神志不清、呼吸停止而死亡。
中毒反应
主要征状有:头痛、头愫晕、耳鸣、气急、胸闷、乏力、心跳加快,面颊发绀、烦躁、谵妄、呼吸困难,如情况持续,就会出现嗜睡、淡漠、昏迷、反射消失、瞳孔散大、大小便失禁、血压下降甚至死亡。
二氧化碳的浓度达到1%以上,就会使人头晕目眩。达到4~5%,人便会恶心呕吐,呼吸不畅。超过10%,人便会死亡。
二氧化碳在室外是全球暖化;全球变暖的元凶之一,在室内对人体健康影响及行车安全顾虑更是不容忽视的主因之一。生活当中二氧化碳是人类无时无刻 在制造却经常被忽略的气体,21新世纪大众生活型态的改变,尤其现代人害怕噪音再加上户外空气质量不佳,人们为求隔绝噪音并享受居住空间或办公室空间空调系统带来的舒适便利,长时间将室内窗户密闭以致于室内二氧化碳浓度含量远高于室外平均值,更有医学报导在冷气房内睡觉连续八小时,由于空气有适足对流 有助尘螨滋生,早上会出现鼻塞、皮肤红痒等「病态建筑物症候群」(Sick Building Syndrome)的症状。
应用领域:
在国民经济各部门,二氧化碳有着十分广泛的用途。二氧化碳产品主要是从合成氨制氢气过程气、发酵气、石灰窑气、酸中和气、乙烯氧化副反应气和烟道气等气体中提取和回收,商用产品的纯度不低于99%(体积)。
二氧化碳可注入饮料中,增加压力,使饮料中带有气泡,增加饮用时的口感,像汽水、啤酒均为此类的例子。
固态的二氧化碳(或干冰)在常温下会气化,吸收大量的热,因此可用在急速的食品冷冻。
二氧化碳的重量比空气重,不助燃,因此许多灭火器都通过产生二氧化碳,利用其特性灭火。而二氧化碳灭火器是直接用液化的二氧化碳灭火,除上述特性外,更有灭火后不会留下固体残留物的优点。
二氧化碳也可用作焊接用的保护气体,其保护效果不如其他稀有气体(如氩),但价格相对便宜许多。
二氧化碳激光是一种重要的工业激光来源。
二氧化碳可用来酿酒,二氧化碳气体创造一个缺氧的环境,有助于防止细菌在葡萄生长。
二氧化碳可控制pH值,游泳池加入二氧化碳以控制pH值,加入二氧化碳从而保持pH值不上升。
二氧化碳可用于制碱工业和制糖工业。
二氧化碳可用于塑料行业的发泡剂。
干冰可以用于人造雨、舞台的烟雾效果、食品行业、美食的特殊效果等。
干冰可以用于清理核工业设备及印刷工业的版辊等。
干冰可以用于汽车、轮船、航空、太空与电子工业。液体二氧化碳通过减压变成气体很容积和织物分离,完全省去了用传统溶剂带来的复杂后处理过程。液体CO₂和超临界CO₂均可作为溶剂,尽管超临界CO₂具有比液体CO₂更高的溶解性(具有与液体相近的密度和高溶解性,并兼备气体的低粘度和高渗透力)。但它对设备的要求比液体CO₂高。综合考虑机器成本与作CO₂为溶剂,温度控制在15℃左右,压力在5MPa左右。
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