تفاعل الكربون مع ثاني أكسيد الكربون يستمر حسب التفاعل
يتكون النظام قيد النظر من مرحلتين - الكربون الصلب والغاز (f = 2). ترتبط ثلاث مواد متفاعلة بمعادلة تفاعل واحدة، وبالتالي فإن عدد المكونات المستقلة k = 2. وفقًا لقاعدة طور جيبس، فإن عدد درجات حرية النظام سيكون مساويًا لـ
ج = 2 + 2 - 2 = 2.
وهذا يعني أن تركيزات التوازن لثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون هي دالة لدرجة الحرارة والضغط.
التفاعل (2.1) ماص للحرارة. لذلك، وفقًا لمبدأ لو شاتيليه، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى إزاحة توازن التفاعل في اتجاه تكوين كمية إضافية من ثاني أكسيد الكربون.
عند حدوث التفاعل (2.1)، يتم استهلاك 1 مول من ثاني أكسيد الكربون، والذي يبلغ حجمه في الظروف العادية 22400 سم3، و1 مول من الكربون الصلب حجمه 5.5 سم3. نتيجة للتفاعل، يتم تشكيل 2 مول من ثاني أكسيد الكربون، وحجمها في الظروف العادية هو 44800 سم 3.
من البيانات المذكورة أعلاه حول التغير في حجم الكواشف أثناء التفاعل (2.1)، يتضح ما يلي:
- ويصاحب التحول قيد النظر زيادة في حجم المواد المتفاعلة. لذلك، وفقًا لمبدأ لو شاتيليه، فإن زيادة الضغط ستعزز التفاعل في اتجاه تكوين ثاني أكسيد الكربون.
- التغير في حجم الطور الصلب لا يكاد يذكر مقارنة بالتغير في حجم الغاز. لذلك، بالنسبة للتفاعلات غير المتجانسة التي تتضمن مواد غازية، يمكننا أن نفترض بدقة كافية أن التغير في حجم المواد المتفاعلة يتم تحديده فقط من خلال عدد مولات المواد الغازية على الجانبين الأيمن والأيسر من معادلة التفاعل.
يتم تحديد ثابت توازن التفاعل (2.1) من التعبير
إذا أخذنا الجرافيت كحالة قياسية عند تحديد نشاط الكربون، فإن C = 1
يمكن تحديد القيمة العددية لثابت توازن التفاعل (2.1) من المعادلة
وترد في الجدول 2.1 البيانات المتعلقة بتأثير درجة الحرارة على قيمة ثابت توازن التفاعل.
الجدول 2.1– قيم ثابت اتزان التفاعل (2.1) عند درجات حرارة مختلفة
يتضح من البيانات المقدمة أنه عند درجة حرارة حوالي 1000 كلفن (700 درجة مئوية) يكون ثابت توازن التفاعل قريبًا من الوحدة. وهذا يعني أنه في منطقة درجات الحرارة المعتدلة، يكون التفاعل (2.1) قابلاً للعكس تمامًا تقريبًا. عند درجات الحرارة المرتفعة يستمر التفاعل بشكل لا رجعة فيه نحو تكوين ثاني أكسيد الكربون، وعند درجات حرارة منخفضة في الاتجاه المعاكس.
إذا كان الطور الغازي يتكون فقط من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، معبرًا عن الضغوط الجزئية للمواد المتفاعلة من خلال تركيزاتها الحجمية، فيمكن اختزال المعادلة (2.4) إلى الصورة
في الظروف الصناعية، يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون نتيجة لتفاعل الكربون مع الأكسجين الموجود في الهواء أو الانفجار المخصب بالأكسجين. في الوقت نفسه، يظهر عنصر آخر في النظام - النيتروجين. يؤثر إدخال النيتروجين في خليط الغاز على نسبة تركيزات التوازن لثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون بطريقة مشابهة لانخفاض الضغط.
ومن المعادلة (2.6) يتضح أن تركيبة التوازن خليط الغازهي وظيفة درجة الحرارة والضغط. لذلك، تم تفسير حل المعادلة (2.6) بيانياً باستخدام سطح في فضاء ثلاثي الأبعاد بالإحداثيات T وPtot و(%CO). إن تصور مثل هذا الاعتماد أمر صعب. إنه أكثر ملاءمة لتصويره في شكل اعتماد على أحد المتغيرات لتكوين خليط متوازن من الغازات، مع ثبات معلمات النظام الثانية. على سبيل المثال، يوضح الشكل 2.1 بيانات عن تأثير درجة الحرارة على تكوين خليط الغاز المتوازن عند Ptot = 10 5 Pa.
وبالنظر إلى التركيب الأولي المعروف لخليط الغاز، يمكن الحكم على اتجاه التفاعل (2.1) باستخدام المعادلة
إذا ظل الضغط في النظام دون تغيير، فيمكن تقليل العلاقة (2.7) إلى النموذج
الشكل 2.1– اعتماد تركيبة التوازن للطور الغازي للتفاعل C + CO 2 = 2CO على درجة الحرارة عند P CO + P CO 2 = 10 5 Pa.
بالنسبة لخليط الغاز الذي يتوافق تكوينه مع النقطة a في الشكل 2.1، . في نفس الوقت
و G > 0. وبالتالي، فإن النقاط الموجودة فوق منحنى التوازن تميز الأنظمة التي يستمر نهجها في حالة التوازن الديناميكي الحراري من خلال التفاعل
وبالمثل، يمكن إثبات أن النقاط الموجودة أسفل منحنى التوازن تميز الأنظمة التي تقترب من حالة التوازن عن طريق التفاعل
العمليات الأكثر شيوعًا لتكوين هذا المركب هي تعفن بقايا الحيوانات والنباتات، واحتراق أنواع مختلفة من الوقود، وتنفس الحيوانات والنباتات. على سبيل المثال، ينبعث شخص واحد حوالي كيلوغرام إلى الغلاف الجوي يوميًا ثاني أكسيد الكربون. يمكن أيضًا أن يتشكل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في الطبيعة غير الحية. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أثناء النشاط البركاني ويمكن إنتاجه أيضًا من مصادر المياه المعدنية. يوجد ثاني أكسيد الكربون بكميات صغيرة في الغلاف الجوي للأرض.
إن خصوصيات التركيب الكيميائي لهذا المركب تسمح له بالمشاركة في العديد من التفاعلات الكيميائية التي أساسها ثاني أكسيد الكربون.
صيغة
وفي مركب هذه المادة تشكل ذرة الكربون رباعية التكافؤ رابطة خطية مع جزيئين من الأكسجين. يمكن تمثيل مظهر مثل هذا الجزيء على النحو التالي:
تشرح نظرية التهجين بنية جزيء ثاني أكسيد الكربون على النحو التالي: يتم تشكيل رابطتي سيجما الموجودتين بين المدارات sp لذرات الكربون والمدارين 2p للأكسجين؛ ترتبط المدارات p للكربون، التي لا تشارك في التهجين، بالتزامن مع مدارات الأكسجين المماثلة. في التفاعلات الكيميائيةيتم كتابة ثاني أكسيد الكربون على النحو التالي: CO 2.
الخصائص الفيزيائية
في الظروف العادية، ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون والرائحة. وهو أثقل من الهواء، ولهذا السبب يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يتصرف كالسائل. على سبيل المثال، يمكن سكبه من حاوية إلى أخرى. هذه المادة قابلة للذوبان قليلاً في الماء - حوالي 0.88 لتر من ثاني أكسيد الكربون تذوب في لتر واحد من الماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. يؤدي الانخفاض الطفيف في درجة الحرارة إلى تغيير الوضع بشكل جذري - حيث يمكن أن يذوب 1.7 لتر من ثاني أكسيد الكربون في نفس لتر الماء عند درجة حرارة 17 درجة مئوية. مع التبريد القوي، تترسب هذه المادة على شكل رقائق ثلجية - ويتشكل ما يسمى "الثلج الجاف". يأتي هذا الاسم من حقيقة أنه عند الضغط الطبيعي، تتحول المادة، متجاوزة الطور السائل، إلى غاز على الفور. يتشكل ثاني أكسيد الكربون السائل عند ضغط يزيد قليلاً عن 0.6 ميجا باسكال وفي درجة حرارة الغرفة.
الخصائص الكيميائية
عند التفاعل مع عوامل مؤكسدة قوية، يُظهر ثاني أكسيد الكربون 4 خصائص مؤكسدة. رد فعل نموذجيهذا التفاعل:
ج + ثاني أكسيد الكربون 2 = 2CO.
وهكذا، بمساعدة الفحم، يتم تقليل ثاني أكسيد الكربون إلى تعديله ثنائي التكافؤ - أول أكسيد الكربون.
في الظروف العادية، ثاني أكسيد الكربون خامل. لكن بعض المعادن النشطة يمكن أن تحترق فيه، مما يؤدي إلى إزالة الأكسجين من المركب وإطلاق غاز الكربون. رد الفعل النموذجي هو احتراق المغنيسيوم:
2Mg + CO 2 = 2MgO + C.
أثناء التفاعل، يتم تشكيل أكسيد المغنيسيوم والكربون الحر.
في المركبات الكيميائية، يُظهر ثاني أكسيد الكربون غالبًا خصائص أكسيد الحمض النموذجي. على سبيل المثال، يتفاعل مع القواعد والأكاسيد الأساسية. نتيجة التفاعل هي الأملاح حمض الكربونيك.
على سبيل المثال يمكن تمثيل تفاعل مركب أكسيد الصوديوم مع ثاني أكسيد الكربون كما يلي:
نا 2 O + CO 2 = نا 2 CO 3؛
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O؛
هيدروكسيد الصوديوم + CO2 = NaHCO3.
حمض الكربونيك ومحلول ثاني أكسيد الكربون
يشكل ثاني أكسيد الكربون في الماء محلولاً بدرجة صغيرة من التفكك. يسمى محلول ثاني أكسيد الكربون هذا بحمض الكربونيك. إنه عديم اللون، ضعيف التعبير وله طعم حامض.
تسجيل التفاعل الكيميائي:
CO 2 + H2 O ↔ H2 CO 3.
ينزاح التوازن بقوة إلى اليسار - حيث يتم تحويل حوالي 1٪ فقط من ثاني أكسيد الكربون الأولي إلى حمض الكربونيك. كلما ارتفعت درجة الحرارة، قل عدد جزيئات حمض الكربونيك في المحلول. وعندما يغلي المركب يختفي تماماً، ويتحلل المحلول إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. يتم عرض الصيغة الهيكلية لحمض الكربونيك أدناه.
خصائص حمض الكربونيك
حمض الكربونيك ضعيف جدا. في المحاليل، يتحلل إلى أيونات الهيدروجين H + ومركبات HCO 3 -. CO 3 - تتشكل الأيونات بكميات صغيرة جدًا.
حمض الكربونيك ثنائي القاعدة، وبالتالي فإن الأملاح التي يتكون منها يمكن أن تكون متوسطة وحمضية. في التقليد الكيميائي الروسي، تسمى الأملاح المتوسطة كربونات، والأملاح القوية تسمى بيكربونات.
رد فعل نوعي
إحدى الطرق الممكنة للكشف عن غاز ثاني أكسيد الكربون هي تغيير درجة نقاء الملاط الجيري.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
هذه التجربة معروفة أيضًا من دورة المدرسةكيمياء. في بداية التفاعل، تتشكل كمية صغيرة من الراسب الأبيض، والذي يختفي بعد ذلك عند مرور ثاني أكسيد الكربون عبر الماء. يحدث التغير في الشفافية لأنه أثناء عملية التفاعل يتحول مركب غير قابل للذوبان - كربونات الكالسيوم - إلى مادة قابلة للذوبان - بيكربونات الكالسيوم. يستمر التفاعل على هذا المسار:
كربونات الكالسيوم 3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3) 2.
إنتاج ثاني أكسيد الكربون
إذا كنت بحاجة للحصول على كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون، يمكنك البدء في تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع كربونات الكالسيوم (الرخام). يبدو الترميز الكيميائي لهذا التفاعل كما يلي:
CaCO 3 + حمض الهيدروكلوريك = CaCl 2 + H2 O + CO 2.
ولهذا الغرض أيضًا، تُستخدم تفاعلات احتراق المواد المحتوية على الكربون، مثل الأسيتيلين:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.
يتم استخدام جهاز Kipp لجمع وتخزين المادة الغازية الناتجة.
لتلبية احتياجات الصناعة والزراعة، يجب أن يكون حجم إنتاج ثاني أكسيد الكربون كبيرًا. إحدى الطرق الشائعة لهذا التفاعل واسع النطاق هي حرق الحجر الجيري، الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون. صيغة التفاعل موضحة أدناه:
كربونات الكالسيوم 3 = كربونات الكالسيوم + ثاني أكسيد الكربون 2.
تطبيقات ثاني أكسيد الكربون
تحولت صناعة المواد الغذائية، بعد إنتاج "الثلج الجاف" على نطاق واسع، إلى طريقة جديدة بشكل أساسي لتخزين المواد الغذائية. لا غنى عنه في إنتاج المشروبات الغازية والمياه المعدنية. إن محتوى ثاني أكسيد الكربون الموجود في المشروبات يمنحها نضارة ويزيد بشكل كبير من مدة صلاحيتها. وتسمح لك كربنة المياه المعدنية بتجنب العفن والطعم غير السار.
في الطبخ غالبا ما تستخدم طريقة إطفاء حامض الستريك بالخل. يضفي ثاني أكسيد الكربون المنطلق خلال هذه العملية رقة وخفة على منتجات الحلويات.
غالبًا ما يستخدم هذا المركب كمضاف غذائي لزيادة العمر الافتراضي للمنتجات الغذائية. وفقاً للمعايير الدولية لتصنيف المواد الكيميائية المضافة في المنتجات فهي ذات رمز E 290،
يعد ثاني أكسيد الكربون المسحوق أحد أكثر المواد شيوعًا الموجودة في مخاليط إطفاء الحرائق. وتوجد هذه المادة أيضًا في رغوة طفاية الحريق.
من الأفضل نقل وتخزين ثاني أكسيد الكربون في أسطوانات معدنية. عند درجات حرارة أعلى من 31 درجة مئوية، يمكن أن يصل الضغط في الأسطوانة إلى مستوى حرج ويتحول إلى ثاني أكسيد الكربون السائل حالة فوق الحرجةمع ارتفاع حاد في ضغط التشغيل إلى 7.35 ميجا باسكال. يمكن للأسطوانة المعدنية أن تتحمل ضغطًا داخليًا يصل إلى 22 ميجا باسكال، لذا فإن نطاق الضغط عند درجات حرارة أعلى من ثلاثين درجة يعتبر آمنًا.
قبل أن تفكر الخصائص الكيميائيةثاني أكسيد الكربون، فلنتعرف على بعض خصائص هذا المركب.
معلومات عامة
وهو العنصر الأكثر أهمية في الماء الفوار. وهذا هو ما يمنح المشروبات نضارة وجودة متألقة. هذا المركب عبارة عن أكسيد حمضي مكون للملح. ثاني أكسيد الكربون 44 جم / مول. وهذا الغاز أثقل من الهواء، ولذلك يتراكم في الجزء السفلي من الغرفة. هذا المركب قابل للذوبان بشكل سيئ في الماء.
الخصائص الكيميائية
دعونا نفكر بإيجاز في الخواص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون. عند التفاعل مع الماء، يتكون حمض الكربونيك الضعيف. بعد التكوين مباشرة تقريبًا، يتفكك إلى كاتيونات الهيدروجين وأنيونات الكربونات أو البيكربونات. يتفاعل المركب الناتج مع المعادن النشطة والأكاسيد والقلويات أيضًا.
ما هي الخصائص الكيميائية الأساسية لثاني أكسيد الكربون؟ تؤكد معادلات التفاعل الطبيعة الحمضية لهذا المركب. (4) قادرة على تكوين الكربونات مع الأكاسيد الأساسية.
الخصائص الفيزيائية
في الظروف العادية، يكون هذا المركب في حالة غازية. ومع زيادة الضغط، يمكن تحويله إلى الحالة السائلة. هذا الغاز عديم اللون والرائحة وله طعم حامض طفيف. ثاني أكسيد الكربون المسال هو حمض عديم اللون وشفاف وشديد الحركة، يشبه في معالمه الخارجية الأثير أو الكحول.
الوزن الجزيئي النسبي لثاني أكسيد الكربون هو 44 جم / مول. هذا هو ما يقرب من 1.5 مرة أكثر من الهواء.
إذا انخفضت درجة الحرارة إلى -78.5 درجة مئوية، يحدث التكوين وهو يشبه في صلابة الطباشير. وعندما تتبخر هذه المادة يتكون غاز أول أكسيد الكربون (4).
رد فعل نوعي
عند النظر في الخواص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون، من الضروري تسليط الضوء على تفاعله النوعي. عندما تتفاعل هذه المادة الكيميائية مع ماء الجير، يتكون راسب غائم من كربونات الكالسيوم.
تمكن كافنديش من اكتشاف هذه الخاصية الخصائص الفيزيائيةأول أكسيد الكربون (4)، قابلية الذوبان في الماء، كما تتميز بثقلها النوعي العالي.
أجرى لافوازييه دراسة حاول فيها عزل المعدن النقي من أكسيد الرصاص.
أصبحت الخواص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون التي تم الكشف عنها نتيجة لهذه الدراسات تأكيدًا لخصائص الاختزال لهذا المركب. تمكن لافوازييه من الحصول على المعدن عن طريق تكليس أكسيد الرصاص بأول أكسيد الكربون (4). وللتأكد من أن المادة الثانية هي أول أكسيد الكربون (4)، مرر ماء الجير عبر الغاز.
جميع الخصائص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون تؤكد الطبيعة الحمضية لهذا المركب. في الغلاف الجوي للأرضويتوفر هذا المركب بكميات كافية. مع النمو المنهجي لهذا المركب في الغلاف الجوي للأرض، من الممكن حدوث تغير مناخي خطير (الاحتباس الحراري).
إنه ثاني أكسيد الكربون الذي يلعب دور مهمفي الطبيعة الحية، لأن هذه المادة الكيميائية تقوم بدور فعال في عملية التمثيل الغذائي للخلايا الحية. هذا المركب الكيميائي هو نتيجة عمليات الأكسدة المختلفة المرتبطة بتنفس الكائنات الحية.
ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي للأرض هو المصدر الرئيسي للكربون للنباتات الحية. أثناء عملية التمثيل الضوئي (في الضوء)، تحدث عملية التمثيل الضوئي، والتي يصاحبها تكوين الجلوكوز وإطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي.
ثاني أكسيد الكربون ليس سامًا ولا يدعم التنفس. مع زيادة تركيز هذه المادة في الغلاف الجوي، يعاني الشخص من حبس أنفاسه وصداع شديد. في الكائنات الحية، لثاني أكسيد الكربون أهمية فسيولوجية مهمة، على سبيل المثال، فهو ضروري لتنظيم نشاط الأوعية الدموية.
مميزات الاستلام
على المستوى الصناعي، يمكن فصل ثاني أكسيد الكربون عن غاز المداخن. وبالإضافة إلى ذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون هو منتج ثانوي لتحلل الدولوميت والحجر الجيري. المنشآت الحديثة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون تنطوي على استخدام محلول مائيالإيثانامين، الذي يمتص الغاز الموجود في غاز المداخن.
في المختبر، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون عن طريق تفاعل الكربونات أو البيكربونات مع الأحماض.
تطبيق ثاني أكسيد الكربون
يستخدم هذا الأكسيد الحمضي في الصناعة كعامل تخمير أو مادة حافظة. يُشار إلى هذا المركب على عبوة المنتج باسم E290. ويستخدم ثاني أكسيد الكربون بشكله السائل في طفايات الحريق لإطفاء الحرائق. ويستخدم أول أكسيد الكربون (4) في إنتاج المياه الغازية ومشروبات عصير الليمون.
ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون - كل هذه أسماء لمادة واحدة معروفة لدينا باسم ثاني أكسيد الكربون. فما هي خصائص هذا الغاز، وما هي مجالات تطبيقه؟
ثاني أكسيد الكربون وخصائصه الفيزيائية
يتكون ثاني أكسيد الكربون من الكربون والأكسجين. تبدو صيغة ثاني أكسيد الكربون كما يلي – CO₂. في الطبيعة، يتم تشكيلها أثناء احتراق أو تحلل المواد العضوية. في الهواء و الينابيع المعدنيةمحتوى الغاز مرتفع أيضًا. بالإضافة إلى ذلك، يصدر البشر والحيوانات أيضًا ثاني أكسيد الكربون عند الزفير.
أرز. 1. جزيء ثاني أكسيد الكربون.
ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون تمامًا ولا يمكن رؤيته. كما أنه ليس له رائحة. ومع ذلك، مع تركيزات عالية، قد يصاب الشخص بفرط ثنائي أكسيد الكربون في الدم، أي الاختناق. يمكن أن يسبب نقص ثاني أكسيد الكربون أيضًا مشاكل صحية. ونتيجة لنقص هذا الغاز، يمكن أن تتطور الحالة المعاكسة للاختناق - نقص ثنائي أكسيد الكربون في الدم.
إذا وضعت ثاني أكسيد الكربون في ظروف درجة حرارة منخفضة، فإنه عند -72 درجة يتبلور ويصبح مثل الثلج. ولذلك فإن ثاني أكسيد الكربون في الحالة الصلبة يسمى "الثلج الجاف".
أرز. 2. الثلج الجاف – ثاني أكسيد الكربون.
ثاني أكسيد الكربون أكثر كثافة بمقدار 1.5 مرة من الهواء. كثافته 1.98 كجم/م3 الرابطة الكيميائيةوفي جزيء ثاني أكسيد الكربون، يكون التساهمي قطبيًا. وهو قطبي بسبب حقيقة أن الأكسجين له قيمة كهربية أعلى.
من المفاهيم المهمة في دراسة المواد الكتلة الجزيئية والمولية. الكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون هي 44. ويتكون هذا الرقم من مجموع الكتل الذرية النسبية للذرات التي يتكون منها الجزيء. يتم أخذ قيم الكتل الذرية النسبية من جدول D.I. Mendeleev ويتم تقريبها إلى أعداد صحيحة. وعليه، فإن الكتلة المولية لـ CO₂ = 12+2*16.
لحساب الكسور الكتلية للعناصر الموجودة في ثاني أكسيد الكربون، يجب عليك اتباع صيغة حساب الكسور الكتلية لكل منها عنصر كيميائيفي المسألة.
ن– عدد الذرات أو الجزيئات .
أ ص- الكتلة الذرية النسبية للعنصر الكيميائي.
السيد- الكتلة الجزيئية النسبية للمادة.
دعونا نحسب الكتلة الجزيئية النسبية لثاني أكسيد الكربون.
Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0.27 أو 27% بما أن صيغة ثاني أكسيد الكربون تتضمن ذرتي أكسجين، فإن n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0.73 أو 73%
الجواب: ث(ج) = 0.27 أو 27%؛ ث(س) = 0.73 أو 73%
الخصائص الكيميائية والبيولوجية لثاني أكسيد الكربون
يمتلك ثاني أكسيد الكربون خصائص حمضية لأنه أكسيد حمضي، وعندما يذوب في الماء فإنه يشكل حمض الكربونيك:
CO₂+H₂O=H₂CO₃
يتفاعل مع القلويات وينتج عنه تكوين الكربونات والبيكربونات. هذا الغاز لا يحترق. فقط بعض المعادن النشطة، مثل المغنيسيوم، تحترق فيه.
عند تسخينه، يتحلل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون والأكسجين:
2CO₃=2CO+O₃.
مثل الآخرين أكاسيد الحمضيتفاعل هذا الغاز بسهولة مع الأكاسيد الأخرى:
СaO+Co₃=CaCO₃.
ثاني أكسيد الكربون جزء من جميع المواد العضوية. يتم تداول هذا الغاز في الطبيعة بمساعدة المنتجين والمستهلكين والمحللين. في عملية الحياة، ينتج الشخص ما يقرب من 1 كجم من ثاني أكسيد الكربون يوميا. عندما نستنشق، نتلقى الأكسجين، ولكن في هذه اللحظة يتكون ثاني أكسيد الكربون في الحويصلات الهوائية. في هذه اللحظة يحدث التبادل: يدخل الأكسجين إلى الدم، ويخرج ثاني أكسيد الكربون.
يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاج الكحول. وهذا الغاز هو أيضًا منتج ثانوي لإنتاج النيتروجين والأكسجين والأرجون. يعد استخدام ثاني أكسيد الكربون ضروريًا في الصناعات الغذائية، حيث يعمل ثاني أكسيد الكربون كمادة حافظة، كما يوجد ثاني أكسيد الكربون بشكله السائل في طفايات الحريق.
دعونا نتخيل هذا الموقف:
أنت تعمل في أحد المختبرات وقررت إجراء تجربة. للقيام بذلك، قمت بفتح خزانة الكواشف ورأيت فجأة الصورة التالية على أحد الرفوف. تم نزع الملصقات الخاصة بجرتين من الكواشف وبقيتا بأمان في مكان قريب. في الوقت نفسه، لم يعد من الممكن تحديد الجرة التي تتوافق مع أي تسمية بالضبط، والعلامات الخارجية للمواد التي يمكن تمييزها هي نفسها.
في هذه الحالة، يمكن حل المشكلة باستخدام ما يسمى ردود الفعل النوعية.
ردود الفعل النوعيةهذه هي ردود الفعل التي تجعل من الممكن التمييز بين مادة واحدة من أخرى، وكذلك معرفة التركيب النوعي للمواد غير المعروفة.
فمثلاً من المعروف أن كاتيونات بعض المعادن عند إضافة أملاحها إلى لهب الموقد تلون لوناً معيناً:
لا يمكن لهذه الطريقة أن تنجح إلا إذا تغير لون المواد التي يتم تمييزها من لون اللهب بشكل مختلف، أو لم يتغير لون إحداها على الإطلاق.
ولكن لنفترض، لحسن الحظ، أن المواد التي يتم تحديدها لا تلون اللهب، أو تلونه بنفس اللون.
في هذه الحالات، سيكون من الضروري التمييز بين المواد باستخدام الكواشف الأخرى.
في أي حالة يمكننا تمييز مادة عن أخرى باستخدام أي كاشف؟
هناك خياران:
- تتفاعل إحدى المواد مع الكاشف المضاف، لكن المادة الثانية لا تتفاعل. في هذه الحالة، يجب أن يكون واضحًا أن تفاعل إحدى المواد الأولية مع الكاشف المضاف قد حدث بالفعل، أي أنه تمت ملاحظة بعض العلامات الخارجية له - تشكل راسب، وإطلاق غاز، وحدث تغير في اللون ، إلخ.
على سبيل المثال، من المستحيل تمييز الماء عن محلول هيدروكسيد الصوديوم باستخدام حمض الهيدروكلوريك، على الرغم من أن القلويات تتفاعل بشكل جيد مع الأحماض:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
ويرجع ذلك إلى عدم وجود أي علامات خارجية للتفاعل. عند خلط محلول حمض الهيدروكلوريك الشفاف عديم اللون مع محلول هيدروكسيد عديم اللون فإنه يشكل نفس المحلول الواضح:
لكن من ناحية أخرى، يمكنك تمييز الماء عن المحلول المائي القلوي، على سبيل المثال، باستخدام محلول كلوريد المغنيسيوم - في هذا التفاعل يتكون راسب أبيض:
2NaOH + MgCl 2 = Mg(OH) 2 ↓+ 2NaCl
2) يمكن أيضًا تمييز المواد عن بعضها البعض إذا تفاعلت مع الكاشف المضاف، ولكن يتم ذلك بطرق مختلفة.
على سبيل المثال، يمكنك تمييز محلول كربونات الصوديوم عن محلول نترات الفضة باستخدام محلول حمض الهيدروكلوريك.
يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع كربونات الصوديوم لينتج غاز عديم اللون والرائحة - ثاني أكسيد الكربون (CO 2):
2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2
ومع نترات الفضة لتكوين راسب أبيض جبني AgCl
حمض الهيدروكلوريك + AgNO 3 = HNO 3 + AgCl↓
تعرض الجداول أدناه خيارات متنوعة لاكتشاف أيونات محددة:
ردود الفعل النوعية على الكاتيونات
| كاتيون | كاشف | علامة رد الفعل |
| با 2+ | الهدف الاستراتيجي 4 2- |
با 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ |
| النحاس 2+ | 1) هطول اللون الأزرق: Cu 2+ + 2OH − = Cu(OH) 2 ↓ 2) الراسب الأسود : Cu 2+ + S 2- = CuS↓ |
|
| الرصاص 2+ | س 2- | الراسب الأسود: Pb 2+ + S 2- = PbS↓ |
| حج+ | الكلورين - |
ترسيب راسب أبيض، غير قابل للذوبان في HNO 3، ولكنه قابل للذوبان في الأمونيا NH 3 · H 2 O: Ag + + Cl − → AgCl↓ |
| الحديد 2+ |
2) هيكسسيانوفيرات البوتاسيوم (III) (ملح الدم الأحمر) K3 |
1) ترسيب راسب أبيض يتحول إلى اللون الأخضر في الهواء: Fe 2+ + 2OH − = Fe(OH) 2 ↓ 2) ترسيب راسب أزرق (أزرق تيرنبول): ك + + الحديد 2+ + 3- = KFe↓ |
| الحديد 3+ |
2) هيكسسيانوفيرات البوتاسيوم (II) (ملح الدم الأصفر) K4 3) رودانيد أيون SCN - |
1) الراسب البني : Fe 3+ + 3OH − = Fe(OH) 3 ↓ 2) هطول الراسب الأزرق (الأزرق البروسي): ك + + الحديد 3+ + 4- = KFe↓ 3) ظهور اللون الأحمر الشديد (الأحمر الدموي): الحديد 3+ + 3SCN - = الحديد(SCN) 3 |
| آل 3+ | القلويات (الخصائص المذبذبة للهيدروكسيد) |
ترسيب راسب أبيض من هيدروكسيد الألومنيوم عند إضافة كمية قليلة من القلويات: OH − + آل 3+ = آل(OH) 3 وحلها عند صب المزيد: آل(OH) 3 + هيدروكسيد الصوديوم = نا |
| NH4+ | أوه - التدفئة | انبعاث غاز ذو رائحة نفاذة: NH 4 + + OH − = NH 3 + H 2 O تحول ورقة عباد الشمس الرطبة إلى اللون الأزرق |
| ح+ (البيئة الحمضية) |
المؤشرات: - عباد الشمس – برتقال الميثيل |
تلطيخ أحمر |
