Для удобства использования в реактив добавляют хлорид кобальта, чтобы окрасить влагопоглотитель в синий цвет. Когда цвет изменится с голубого на розовый, влагопоглотитель следует заменить.
Адсорбция
Как упоминалось ранее, древесный уголь обладает способностью поглощать на своей поверхности широкий спектр веществ. Поглощение газов, паров и растворителей из поверхностного слоя других веществ известно как адсорбция. Поглотители, или адсорбенты, могут быть как твердыми, так и жидкими, но лучшие адсорбенты — это твердые вещества.
Явление адсорбции объясняется тем, что частицы на поверхности вещества находятся в иных условиях, чем внутри. Внутри вещества все силы, действующие между частицами, уравновешены, тогда как на поверхности вещества уравновешены только силы, направленные на уровне внутренней части вещества и самой поверхности. Поэтому поверхностный слой может притягивать частицы из жидкой или газообразной фазы при контакте с ним. Во многих случаях слой адсорбированных частиц представляет собой одну молекулу. То есть, толщина его составляет одну молекулу.
Адсорбированные молекулы вибрируют определенным образом. Некоторые молекулы отделяются и возвращаются в окружающую среду, новые молекулы занимают их место, и достигается специфическое адсорбционное равновесие, когда с поверхности поглощается столько же молекул, сколько покидает поверхность в единицу времени.
Состояние адсорбционного равновесия зависит как от концентрации поглощаемого вещества в фазе, контактирующей с адсорбентом, так и от температуры. По мере увеличения концентрации абсолютное число адсорбированных молекул увеличивается, но доля адсорбированных молекул ниже, чем при более низких концентрациях.
Смещение равновесия с температурой определяется тем, что адсорбция сопровождается выделением тепла. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, повышение температуры смещает адсорбционное равновесие, вызывая десорбцию, т.е. высвобождение адсорбированных молекул. С другой стороны, снижение температуры увеличивает количество адсорбированного материала.
Увеличение поверхности вещества при его дроблении
| Длина ребра куба | Число кубиков в см 3 | Общая поверхность | Длина ребра куба | Число кубиков в 1 см 3 | Общая поверхность |
| 1 с м |
Поскольку адсорбция — это явление, которое происходит только на поверхности вещества, очевидно, что чем больше общая площадь поверхности адсорбента, тем больше молекул может быть поглощено. Поэтому пористые и измельченные вещества обычно обладают более высокой адсорбционной способностью, чем непористые вещества. Наглядное представление о том, насколько увеличивается площадь поверхности вещества при его измельчении, приведено в таблице 23. Он показывает, что площадь поверхности куба с ребром 1 см увеличивается при непрерывном делении на кубы. 1 мм кромка, 0,1 мм кромка и т.д. Древесный уголь обладает особенно высокой адсорбционной способностью, в основном благодаря своей пористой структуре.
Для наблюдения поглощения газов углеродом проведите следующий эксперимент. Наполните стеклянный цилиндр аммиаком и опустите открытый конец в ртутную чашку (рис. 105). Затем сожгите уголь на горелке, погрузите его в ртуть, дайте остыть, а затем поместите нашатырь под отверстие в цилиндре. Углерод плавает на поверхности ртути в цилиндре, и ртуть немедленно начинает подниматься из-за поглощения аммиака углеродом.
Количество газа, поглощенного адсорбентом, зависит как от свойств адсорбента, так и от природы газа. Наблюдается определенная закономерность. Это означает, что чем выше газ, тем легче он поглощается.
Чем выше критическая температура, тем легче происходит сжижение и тем лучше поглощается газ.
В таблице 24 приведены миллилитровые количества различных газов, адаптированных при 1 г углерода и нормальном давлении при 15°.
Адсорбция газов углем
Активированный уголь очень хорошо поглощает газы. Один из лучших способов получения активированного угля — подвергнуть обычный белый уголь сильному нагреванию в паре. Этот процесс делает уголь очень пористым и значительно увеличивает его поглощающую способность.
Активированный уголь используется для поглощения паров жидкости из смеси воздуха и газа. Например, бензин связывается с активированным углем из природного газа, который в больших количествах выделяется в богатых нефтью районах. Поглощение летучих жидкостей углеродом и другими адсорбентами с последующей выдачей поглощенного материала широко используется в промышленности и позволяет сэкономить значительное количество ценных растворителей.
Сильно охлажденный активированный уголь действует как отличное средство для достижения высокой степени разбавления и поглощает последние следы газа, которые иначе невозможно было бы удалить из вакуумного насоса. Активированный уголь также используется в качестве катализатора в некоторых химических отраслях.
Во время Первой мировой войны, между 1914 и 1918 годами, активированный уголь использовался по предложению Н. Д. Зелинского для защиты дыхательной системы от токсичных веществ. Зелинский противогаз», наполненный активированным углем, спас десятки тысяч русских солдат от мучительной смерти во время Первой мировой войны. Активированный уголь также используется в современных противогазах (рис. 106).
Николай Дмитриевич Зелинский родился в Тирасполе в 1861 году. Окончив Новороссийский (Одесский) университет в 1884 году, он был принят в научный кружок. В 1891 году Зелинский поддержал докторскую диссертацию, посвященную изучению стереоизомеров. В 1893 году он получил место преподавателя органической и аналитической химии в Московском университете, где работал до конца жизни. В 1929 году Зелинский был избран действительным членом Академии наук СССР.
Спектр научных интересов Н. Д. Зелинского был необычайно широк. Работы Зелинского и его учеников в области органической абстракции заняли ведущее место в мировой науке. Особый интерес представляет работа Зелинского в области масла в белковых соединениях и первые указания на белковые молекулы.
Адсорбция растворенных веществ углеродом была открыта русским академиком Т.Е. в конце 18 века. С тех пор винокуры очищают алкогольные напитки от содержащихся в них примесей (SO -COLCLED SIVUSH OILS), фильтруя их через уголь. На сахарорафинадных заводах используется тот же процесс для удаления веществ, придающих сахару желтоватый цвет.
Помимо углерода, сильной адсорбционной способностью обладают и другие вещества. Так, например, адсорбция растворенных веществ растительными и животными волокнами является основой для окрашивания тканей, дубления кожи и т.д.
Различные вещества по-разному декорируются одним и тем же адсорбирующим материалом. Используя это явление, русский ученый и ботаник М.С. ЦВЕТ (1872-1919) разработал метод хроматографического («цветного») анализа, который был успешно применен для разделения хлорофилла, пигмента зеленых листьев трав, состоящего из двух веществ с очень похожими структурами. Хлорофилл из листьев бензоина истекал и проходил через раствор в стеклянную колонку, заполненную карбонатом кальция. Окрашенный бензин обесцвечивается после прохождения через колонку, а отдельные пигменты, представляющие собой солнечные лучи карбоната кальция, образуют ряд цветных колец на цилиндрической колонке. После удаления из колонки карбоната кальция, цвет разделяли на цветные кольца, получая из каждого кольца адсорбированный материал в соответствующем растворителе и химически чистые виды хлорофилла.
В свободном состоянии уголь известен в трех гомологичных модификациях. Алмаз кристаллизуется в графит — нормальную систему.
Основные поглотители и источники углекислого газа в атмосфере нашей планеты
Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере Земли. Он участвует в возникновении и распаде всех живых организмов и в образовании органических соединений из неорганических В биосфере ко2 Он поддерживает фотосинтез, который является растительной жизнью поверхности суши и океана. Вместе с водой, метаном и озоном молекулы образуют «парниковый эффект».
Углекислый газ — это парниковый газ, который влияет на теплообмен в воздухе Земли и является важным компонентом в формировании климата Земли. Сегодня концентрация углекислого газа в атмосфере увеличивается из-за появления новых антропогенных и природных источников углекислого газа. Это означает, что климат планеты меняется.
Источники углекислоты
Большая часть углекислого газа на планете имеет естественное происхождение. Но также является соисполнителем.2 Он выбрасывает в атмосферу углекислый газ, выделяемый промышленностью и транспортом.
Природные источники
При разложении деревьев и травы ежегодно выделяется 220 миллиардов тонн углекислого газа. Океаны выделяют 33 миллиарда тонн. Пожары, вызванные естественными причинами, выделяют2выбросы, равные количеству антропогенных выбросов.
Природные источники углекислого газа включают
- Дыхание флоры и фауны. Растения и животные поглощают и вырабатывают СО2, так устроено их дыхание.
- Извержение вулканов. Вулканические газы содержат двуокись углерода. В тех регионах, где есть активные вулканы, углекислый газ способен выходить из земных трещин и разломов.
- Разложение органических элементов. Когда органические элементы горят и перегнивают появляется СО2.
Углекислый газ хранится в комбинации углерода, торфа, нефти и известняка. Постоянные слои океана и льда, содержащие большие запасы углекислого газа, могут быть использованы в качестве резервного хранилища. Однако постоянные слои льда начинают таять. Об этом свидетельствует уменьшение количества снега на самых высоких горах мира. По мере распада органических компонентов увеличиваются выбросы углекислого газа в атмосферу. В результате резервуар превращается в источник.
Северные регионы Аляски, Сибири и Канады состоят в основном из постоянного льда. Она содержит много органических веществ. Потепление в арктическом регионе вызывает таяние постоянных льдов и разложение их содержимого.
Антропогенные источники
Основным антропогенным источником ко2 Считается, что:.
- Выбросы предприятий, которые происходят в процессе сгорания. Результатом является значительное повышение концентрации углекислого газа в атмосфере планеты.
- Транспорт.
- Превращение хозяйственных земель из лесов в пастбища и пахотные земли.
В мире растет число экологических автомобилей, но доля автомобилей внутреннего сгорания очень мала. Электромобили стоят дороже обычных автомобилей, и у многих нет финансовых средств, чтобы их себе позволить.
Интенсивная нехватка лесов для промышленности и сельского хозяйства относится к антропогенным источникам CO2Это не означает буквального смысла. Деятельность, сокращающая площадь лесов, позволяет углекислому газу улетучиваться в процессе фотосинтеза. Это приводит к его накоплению в атмосфере.
Поглотители двуокиси углерода
Вытяжки — это искусственные или природные системы, которые поглощают углекислый газ из воздуха. Абсорберы — это структуры, которые поглощают больше CO2 чем выбрасывает в воздух.
Природные поглотители
Леса могут влиять на количество углекислого газа в воздухе. Они могут быть как поглотителями, так и источниками выбросов (если их сократить). По мере роста деревьев и увеличения лесов происходит поглощение углекислого газа. Этот процесс считается основой для роста биомассы. Было установлено, что прогрессирующие леса действуют как карстовые воронки.
Когда лес сжигается и уничтожается, большая часть накопленного углерода превращается обратно в CO В результате лес снова становится источником CO2. Фитопланктон также является получателем углекислого газа Земли. Однако большая часть поглощенного углерода остается в океанах через пищевую цепь.
Искусственные поглотители
Наиболее известные CO2 поглотителями являются растворы каустической соды, известковой соды, асбеста и каустической соды. Эти соединения химически связывают углекислый газ и преобразуют его в другие соединения. Некоторые предприятия улавливают углекислый газ из выбросов электростанций и преобразуют его в жидкие или твердые вещества для использования в промышленности. Были проведены опыты по закачке углекислого газа, растворенного в воде, в подземный базальт. В ходе реакции образуются твердые минералы.
Подземная станция закачки углекислого газа
Нет необходимости говорить о том, что плодородие и качество почвы зависит исключительно от углекислого газа, а другие факторы влияют на него. Чтобы регулировать динамику CO2 в почве и увеличить его до количества, необходимого для хорошего урожая, необходимо
Свойства углекислого газа
Диоксид углерода CO2 бесцветен и не имеет запаха. Он также не имеет вкуса при нормальных условиях. Однако вдыхание высоких концентраций углекислого газа может вызвать кислый вкус во рту, поскольку CO2 растворяется в слизистых оболочках и слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.
Кстати, способность углекислого газа растворяться в воде используется для производства газированной воды. Пузырьки в лимонаде — это тот же углекислый газ. Первое устройство для насыщения воды CO2 было изобретено еще в 1770 году, а уже в 1783 году деятельный швейцарец Якоб Швеппес начал промышленное производство газированной воды (бренд Schweppes существует и сегодня).
Углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому при недостаточной вентиляции помещения углекислый газ стремится «осесть» в нижних слоях. В известном феномене «собачьей пещеры» CO2 выделяется прямо из земли и скапливается на высоте около 0,5 метра. Взрослые люди, входящие в пещеру на такой высоте, не ощущают избытка CO2, но собака находится в толстом слое CO2 и подвергается интоксикации.
CO2 не поддерживает горение и поэтому используется в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением зажженной свечи якобы пустым стеклянным (на самом деле углекислым) содержимым основан именно на этом свойстве углекислого газа.
Углекислый газ в природе: естественные источники
Углекислый газ поступает из различных природных источников.
- Дыхание животных и растений. Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
- Вулканическая деятельность. Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
- Разложение органических веществ. Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.
Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в углероде, нефти, торфе и известняковых минералах. Большое количество CO2 растворяется в океанах планеты.
Выброс углекислого газа из открытых водоемов может вызвать катастрофы озер, как это произошло в 1984 и 1986 годах в озерах Манон и Ньос в Камеруне. Оба озера были образованы вулканическими кратерами, которые сейчас исчезли, но по-прежнему выделяют углекислый газ из вулканической магмы, которая тает и растворяется в озерах. Вследствие ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислого газа в воде превышает значительную величину. В атмосферу было выброшено большое количество углекислого газа, который подобно лавине обрушился на горные склоны. Около 1800 человек погибли в результате катастрофы на озере в Камеруне.
Искусственные источники углекислого газа
Основными антропогенными источниками углекислого газа являются
Растет доля экологически чистых автомобилей, но большинство населения планеты не скоро пересядет на новые транспортные средства.
Активная вырубка лесов в промышленных целях также увеличивает концентрацию CO2 в воздухе.
Нет необходимости говорить о том, что плодородие и качество почвы зависит исключительно от углекислого газа, а другие факторы влияют на него. Чтобы регулировать динамику CO2 в почве и увеличить его до количества, необходимого для хорошего урожая, необходимо
Перхлораты бария и магния
Хлорная кислота и безводные соли бария BA (CLO4)2 и магния Mg (CLO4)2 активно поглощают воду из газа и образуют кристаллогидраты. Хлорид магния обладает высокой высушивающей способностью и может поглощать до 60% воды, содержащейся в массе тела, и часто используется при обезвоживании. Оба адсорбента более эффективны, чем серная кислота, и могут быть регенерированы.
Оксид фосфора (V) считается наиболее эффективным осушителем и используется для окончательной сушки газов и органических растворителей. Например, после использования хлорида кальция в 1 литре воздуха остается 0,36 мг воды. После использования оксида алюминия, 0,003 мг, 0,3 мг, 0,3 мг, 0,3 мг, 0,3 мг.
и после пентоксида фосфора, 0,00002 мг воды.
Адсорбирующий материал следует заменить, когда он начинает растекаться и превращаться в жидкость.
