Физико-химические свойства диоксида углерода

Из статьи Краснокутского Сергея Геннадиевича "Исследование объемного поведения жидкой фазы системы g -бутиролактон - диоксид углерода в околокритической области диоксида углерода."

      Диоксид углерода (углекислый газ, угольный ангидрид, углекислота) CO₂ - соединение углерода с кислородом, конечный продукт окисления углерода; бесцветный, обладающий слегка кисловатым вкусом и запахом, газ [8]. Свойства диоксида углерода приведены в таблице 2.
      С водой реагирует с образованием угольной кислоты. Термически диоксид углерода устойчив, диссоциирует на окись углерода и кислород при высокой температуре, процент диссоциации при 2000^o, 2900^o, 5000^oС соответственно 2, 50 и 99.
      Химически диоксид углерода инертен. С сильными основаниями он как ангидрид угольной кислоты энергично реагирует, образуя карбонаты. При высокой температуре реагирует с сильно электроположительными металлами, отдавая полностью или частично свой кислород. Диоксид углерода образуется при разложении органических углеродсодержащих веществ в процессах брожения, при сжигании топлив, является продуктом обмена веществ в организме и играет важную роль в процессе фотосинтеза. Получают диоксид углерода обжигом известняка или мела.

Таблица 2 - Физико-химические свойства CO₂.

№ п/п	Наименование показателя	Ед.изм.	Значение
1	Молярная масса, M	г/моль	44,011
2	Температура плавления, tпл.	oС	- 56,65,2 ат
3	Температура сублимации, tвозг.	oС	- 78,47
4	Плотность: -rг. -rтв. -rж.	г/л	1,9770 1,560-79 1,101-37
5	Критические параметры: -tкр. -pкр. -rкр.	oC МПа г/см3	31,05 7,383 0,468
6	Растворимость в воде	мл/ 100 г воды	8820 2475
7	Газовая постоянная, R	кДж/ (кг*К)	0,188915

      Применяется диоксид углерода в пищевой промышленности, для изготовления "сухого льда". В химической промышленности применяют при производстве соды, мочевины, оксикарбоновых кислот, при проведении реакций в инертной среде, применяется как теплоноситель в графитовом реакторе. Используют в качестве нагнетающего газа при перекачке легковоспламеняющихся жидкостей.
      Для описания термодинамических свойств диоксида углерода в жидком состоянии очень важно знать уравнение состояния. В силу специфических особенностей жидкостей, которые занимают промежуточное положение между газами и кристаллами не только по структуре и интенсивности межмолекулярного взаимодействия, но и по способу теплового движения частиц, теория жидкостей заметно отстает в своем развитии от теории газового и кристаллического состояния вещества. Но хотя статистическая теория газов достигла высокого уровня развития, она дает возможность получить практически ценные результаты пока лишь в ограниченной области плотностей. Развитие вириального представления уравнения состояния на область жидкости или плотного газа позволяет получить во многих случаях удовлетворительные результаты с теоретической точки зрения, но для проведения практических числовых расчетов при высоких плотностях в настоящее время не имеет значения. Эти причины обусловили широкое распространение эмпирических и полуэмпирических форм, как для локальных, так и для единых уравнений состояния.
      Известно несколько уравнений, описывающих состояние жидкого диоксида углерода. Наиболее пригодным из них является уравнение Путилова, которое в отличие от остальных, дает горизонтальную касательную к критической изотерме в критической точке, и по результатам расчетов [10] пригодно для определения p,n, T-зависимостей вплоть до T_кр.
     Уравнение Путилова для жидкого диоксида углерода:
     где А и В - функции температуры.
     Так же интерес представляют единые уравнения состояния диоксида углерода. В работе [11] единое уравнение разработано на основании статистической обработки разнородных опытных данных.
      Уравнение содержит 50 коэффициентов, область его применения достигает p_max=250 МПа и оно получено в следующей форме:
      где t_o=1, r_o=r_кр.;r -плотность диоксида углерода; r, s - степени полинома.
      По этому уравнению проведен расчет многих термодинамических характеристик диоксида углерода [12]. Зависимости плотности жидкого диоксида углерода в широком диапазоне температур и давлений, линия равновесия жидкость - пар приведены на рис.5.