Kolik plynu je obsaženo v 1 kilogramu oxidu uhličitého – fyzikální vlastnosti, výpočty a aplikace

Oxid uhličitý (CO2) je jedním z hlavních antropogenních plynů přispívajících ke globálnímu oteplování a změně klimatu. Pochopení jeho fyzikálních a chemických vlastností je proto v současné době obzvláště důležité. Jednou z hlavních otázek, kterým čelíme, je, kolik plynu je obsaženo v jednom kilogramu oxidu uhličitého.

Hmotnost a objem plynů spolu úzce souvisí. Přitom přítomnost látky v plynném stavu je dána koncentrací částic na jednotku objemu. Hmotnost oxidu uhličitého tedy závisí na jeho objemu a hustotě.

Oxid uhličitý (CO2) je vazba mezi atomy uhlíku a kyslíku. Jeho molekulová hmotnost je přibližně 44 atomových jednotek (g/mol). To znamená, že jedna molekula oxidu uhličitého obsahuje 44 atomů. Obvykle se pro usnadnění měření používají také gramy, takže hmotnost jedné molekuly je asi 44 g/mol.

Hmotnost plynu a oxidu uhličitého

Hmotnost plynu, včetně oxidu uhličitého, lze určit pomocí zákonů o plynu, které definují vztah mezi objemem, tlakem a teplotou plynu. V případě oxidu uhličitého (CO2) lze jeho hmotnost vypočítat z poměru mezi molární hmotností uhlíku a kyslíku.

Molární hmotnost uhlíku (C) je přibližně 12,01 g/mol a molární hmotnost kyslíku (O) je přibližně 15,99 g/mol. Oxid uhličitý CO2 se skládá z jedné molekuly uhlíku a dvou molekul kyslíku.

Proto je molární hmotnost oxidu uhličitého (CO2) rovna součtu hmotností uhlíku a kyslíku: 12,01 g/mol + (2 * 15,99 g/mol) = 44,01 g/mol. To znamená, že hmotnost jedné molekuly oxidu uhličitého je 44,01 g.

Při známé hmotnosti oxidu uhličitého lze tedy vypočítat počet molekul a naopak, při znalosti počtu molekul lze určit jeho hmotnost.

Hmotnost oxidu uhličitého

Oxid uhličitý (CO2) je chemická sloučenina skládající se z jedné molekuly uhlíku a dvou molekul kyslíku.

Interakcí mezi nimi vzniká molekula plynu o hmotnosti přibližně 44 g/mol.

Molekula oxidu uhličitého tedy váží asi 44 g.

Hmotnost 1 kg oxidu uhličitého je 1000 g.

Pro určení množství plynu v této hmotě je nutné vydělit hmotu hmotností jedné molekuly plynu.

1 kg oxidu uhličitého tedy obsahuje přibližně 22 727 molekul oxidu uhličitého.

Hmotnost oxidu uhličitého se může měnit v závislosti na jeho objemu a tlaku. Může se také změnit, když se oxid uhličitý rozpadne nebo se přemění na jiné sloučeniny.

Obvykle se však hmotnost oxidu uhličitého rovná jeho molekulové hmotnosti vynásobené počtem molekul.

Poměr hmotnosti plynu a oxidu uhličitého

Hmotnost plynu se měří v kilogramech (kg) a vztah mezi hmotností a objemem plynu lze určit pomocí jeho hustoty. U oxidu uhličitého je hustota za normálních podmínek (teplota 1,98°C, tlak 3 atmosféra) přibližně 0 kg/m1.

Proto 1 kg oxidu uhličitého (CO₂) má objem cca 0,505 m3. Tento poměr nám umožňuje odhadnout množství CO₂, spojené s různými procesy a zdroji emisí a vyvinout opatření ke snížení jejich dopadu na klima.

Kolik plynu váží 1 kg CO2?

Molekulová hmotnost oxidu uhličitého je přibližně 44 g/mol. Přesněji řečeno, molární hmotnost CO2 je 44,01 g/mol. To znamená, že jeden mol CO2 má hmotnost 44,01 g.

Jeden kilogram CO2 obsahuje 1000 g/44,01 g/mol ≈ 22,72 mol. To znamená, že jeden kilogram CO2 obsahuje přibližně 22,72 molu oxidu uhličitého.

Každý mol oxidu uhličitého se skládá z jedné molekuly CO2, tedy přibližně 6,022 x 10^23 molekul.

Pokud tedy vezmete 1 kilogram CO2, bude obsahovat přibližně 22,72 molů oxidu uhličitého, což odpovídá přibližně 1,363 x 10^25 molekulám CO2.

Nyní víme, kolik plynu (molekul) je obsaženo v 1 kg CO2.

Vezměte prosím na vědomí: Tento výpočet je přibližný a bere v úvahu průměrné hodnoty molární hmotnosti a Avogadrova čísla.

Zdroje oxidu uhličitého

1. Energie: Hlavním zdrojem emisí oxidu uhličitého je spalování fosilních paliv, jako je uhlí, ropa a plyn, za účelem výroby elektřiny a tepla. Tepelné elektrárny, vozidla a průmyslové závody jsou hlavními zdroji oxidu uhličitého v energetice.

2. Průmysl: Zdrojem emisí oxidu uhličitého jsou také různé procesy a průmyslová odvětví, jako je výroba cementu, železárny a ocelárny, reaktory na výrobu hnojiv a chemický průmysl.

3. Doprava: Auta, nákladní auta, vlaky, letadla a lodě jsou poháněny fosilními palivy, která při spalování uvolňují oxid uhličitý. Zvláště velké množství oxidu uhličitého je vypouštěno do atmosféry v důsledku používání vozidel s vnitřním spalováním.

4. Сельское хозяйство: Zemědělská výroba, zejména živočišná výroba, rostlinná výroba a používání pesticidů, produkuje emise oxidu uhličitého. Rostliny a půda mohou také uvolňovat oxid uhličitý do atmosféry.

5. Likvidace odpadu: Když se organický odpad rozkládá na skládkách a otevřených vodních plochách, uvolňuje se oxid uhličitý. K tvorbě oxidu uhličitého v odpadech mohou přispívat i zvířata a lidská činnost.

Všechny tyto zdroje oxidu uhličitého přispívají ke změně klimatu, zvýšenému skleníkovému efektu a oteplování planety. Je proto nutné snížit emise oxidu uhličitého a přejít k čistším zdrojům energie.

Za normálních podmínek je oxid uhličitý bezbarvý plyn, přibližně 1.5krát těžší než vzduch, což znamená, že jej lze přelévat jako kapalinu z jedné nádoby do druhé. Hmotnost jednoho litru oxidu uhličitého při 0 stupních Celsia a 760 mm Hg. Umění. je 1.98 g Voda rozpouští značné množství oxidu uhličitého; 1 objem vody při 20 stupních Celsia rozpustí 0.88 objemu CO2 a při 0 stupních Celsia – 1.7 objemu. Pod tlakem asi 60 atmosfér se oxid uhličitý za běžné teploty mění na kapalinu. Kapalný oxid uhličitý je skladován v ocelových lahvích. Při rychlém vylití z válce se odpařováním pohltí tolik tepla, že se oxid uhličitý promění v pevnou bílou hmotu podobnou sněhu, která bez tání sublimuje při -78.5 stupních Celsia.

V průmyslovém množství se oxid uhličitý uvolňuje ze spalin, nebo jako vedlejší produkt chemických procesů např. při rozkladu přírodních uhličitanů (vápenec, dolomit) nebo při výrobě lihu. Směs výsledných plynů se promyje roztokem uhličitanu draselného, ​​který absorbuje oxid uhličitý a přemění ho na hydrouhličitan. Při zahřívání nebo za sníženého tlaku se roztok hydrogenuhličitanu rozkládá a uvolňuje oxid uhličitý. V moderních zařízeních na výrobu oxidu uhličitého se místo hydrokarbonátu často používá vodný roztok monoethanolaminu, který je za určitých podmínek schopen absorbovat CO₂ obsažený ve spalinách a při zahřátí ho uvolňovat; Tímto způsobem se odděluje hotový produkt od ostatních látek také v zařízeních na separaci vzduchu jako vedlejší produkt při získávání čistého kyslíku, dusíku a argonu.

Oxid uhličitý v lahvích

V potravinářském průmyslu se oxid uhličitý používá jako konzervační a kypřící prostředek a na obalech je označen kódem E290. Oxid uhličitý se používá k sycení limonád a perlivé vody.

Oxid uhličitý ve válcích se používá v pneumatických zbraních (v pneumatice plynových válců) a jako zdroj energie pro motory v leteckém modelářství.

Kapalný oxid uhličitý je široce používán v hasicích systémech a hasicích přístrojích. Automatické hasicí systémy s oxidem uhličitým se liší svými startovacími systémy, které mohou být pneumatické, mechanické nebo elektrické.

Oxid uhličitý se také používá jako ochranné prostředí při svařování drátem, ale při vysokých teplotách disociuje a uvolňuje kyslík. Uvolněný kyslík oxiduje kov. V tomto ohledu je nutné zavést do svařovacího drátu deoxidanty, jako je mangan a křemík. Dalším důsledkem vlivu kyslíku, spojeného také s oxidací, je prudké snížení povrchového napětí, které vede mimo jiné k intenzivnějšímu rozstřiku kovu než při svařování v argonu nebo heliu.

Když se oxid uhličitý používá v plynné fázi, je skladován pod tlakem jako zkapalněný plyn ve formě kapalné fáze. Skladování oxidu uhličitého v ocelové láhvi ve zkapalněném stavu je mnohem výhodnější než ve formě plynu. Oxid uhličitý má relativně nízkou kritickou teplotu +31 °C. Když se 40 kg zkapalněného oxidu uhličitého nalije do 100litrového válce s normálním tlakem 20 kgf/cm², pak při teplotě +31 °C bude ve válci pouze kapalná fáze o tlaku 100 kgf/cm². Pokud je teplota vyšší, je třeba snížit plnění lahví nebo použít lahve s vyšším pracovním tlakem. Pokud se oxid uhličitý ochladí, pak při teplotě +21 °C při normálním plnění se v láhvi objeví plynná fáze.

Pevný oxid uhličitý – „suchý led“ – se používá jako chladivo v laboratorním výzkumu, v maloobchodě, při opravách zařízení (například: chlazení jedné z protilehlých částí při těsném uložení) atd. Jednotky oxidu uhličitého se používají ke zkapalňování oxidu uhličitého a získávání suchého ledu.

Oxid uhličitý GOST 8050-85 je dodáván klientovi v lahvích o objemu 40, 30, 20,10,7, 5 a 150 litrů. NEDOPORUČUJE SE používat ke svařování potravinářský oxid uhličitý vyrobený v lihovarech kvůli vysokému obsahu vlhkosti v takovém produktu. Lahve s oxidem uhličitým jsou akceptovány pro plnění jak pracovním tlakem 125, tak 40 atmosfér, s výjimkou 24 litrových lahví pro plnění 150 kg – to je pouze pro 86 atmosfér. Válce jsou vybaveny ventily VK-94 a VK-XNUMX technická kontrola láhve se provádí jednou za pět let.