Wydrukuj Zapisz jako PDF Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał

Co wiemy o gazie będącym składnikiem powietrza, biorącym udział w procesie fotosyntezy, stosowanym do nasycenia napojów gazowanych, a także jako środek gaśniczy? Czy gaz, który wydychamy z płuc, może okazać się zabójczy?

R1ZQ0BDiULiit1
Dwutlenek węgla to gaz powstający jako produkt całkowitego spalania substancji, których głównym składnikiem jest węgiel. Nie podtrzymuje palenia, jego wysoka obecność w powietrzu powoduje szybkie gaśnięcie ognia
Już wiesz
  • w jaki sposób można dowieść, że powietrze istnieje;

  • co to jest powietrze i jaki jest jego skład;

  • w jaki sposób można doświadczalnie potwierdzić, że powietrze jest mieszaniną;

  • jakie kryteria przyjmuje się do klasyfikacji typów reakcji chemicznych;

  • jak zapisuje się równania reakcji chemicznych;

  • co to są tlenki i jak można zaplanować ich otrzymywanie na drodze spalania;

  • jak domowym sposobem można otrzymać tlenek węgla(IV);

  • jak rozpoznaje się podstawowy sprzęt laboratoryjny i jak należy się nim posługiwać oraz jakich zasad bezpieczeństwa trzeba przestrzegać w szkolnej pracowni chemicznej.

Nauczysz się
  • wymieniać źródła tlenku węgla(IV);

  • omawiać obieg tlenku węgla(IV) w przyrodzie;

  • przedstawiać wzór sumaryczny i strukturalny tlenku węgla(IV);

  • planować i wykonywać doświadczenie pozwalające na otrzymanie i identyfikację tlenku węgla(IV);

  • projektować i przeprowadzać doświadczenie pozwalające zbadać podstawowe właściwości tlenku węgla(IV);

  • oceniać znaczenie tlenku węgla(IV) i podawać przykłady jego zastosowania w życiu codziennym;

  • bezpiecznie posługiwać się sprzętem laboratoryjnym oraz odczynnikami chemicznymi.

iUL7oCP7xY_d5e262

1. Jedna z najbardziej tajemniczych katastrof w historii

Rankiem 22 sierpnia 1986 r. w Kamerunie obszar otaczający jezioro Nyos, położone na zboczu nieczynnego wulkanu (900 m n.p.m.), wyglądał na zupełnie wymarły. Z siedmiuset mieszkańców jednej z wiosek, którzy jeszcze dzień wcześniej oddawali się codziennym czynnościom, przeżyło zaledwie sześciu. Ich oczom ukazał się przerażający widok. W obrębie 30 km od jeziora życie straciło 1746 osób i wiele tysięcy sztuk zwierząt. Zagadkowy był brak jakichkolwiek zewnętrznych obrażeń. Osoby przybyłe nad jezioro zdziwiło obniżenie tafli o około metr, zmiana koloru wody z niebieskiej na czerwoną oraz drzewa leżące przy brzegu drzewa jak po przejściu tsunami. Ci, którzy przeżyli, mieli kłopoty ze zdrowiem, mówili, że wszystkiemu winien jest duch jeziora. A jak było naprawdę?

R19LDcw37sx9R1
Kamerun (Afryka) (1), Jezioro Nyos przed katastrofą (2) i po niej (3)

Przyjmuje się, iż nagromadzone pod dnem jeziora potężne ilości gazu wydostały się ponad jego powierzchnię. Dwutlenek węgla ma gęstość ok. 1,5 razy większą od gęstości powietrza. Wypełniając dolinę, wyparł z niej powietrze, zawierające niezbędny do życia tlen. Chociaż CO2 nie jest gazem toksycznym, może powodować zgon przez uduszenie. Gdy jego zawartość w powietrzu przekroczy 10%, mogą pojawić się omamy i śpiączka, a przy 20% śmierć następuje w ciągu kilkunastu minut.

iUL7oCP7xY_d5e305

2. Obieg dwutlenku węgla w przyrodzie

Dwutlenek węgla jest ważnym składnikiem powietrza atmosferycznego (0,03% objętości). Stanowi niezbędny substrat w procesie fotosyntezy.

REsdTEe5c9PeY1
Fotosynteza
6CO+ 6H2O energia, chlorofil C6H12O6 + 6O2
R100RuByBUu3Z1
3_Obieg / Obieg dwutlenku węgla w przyrodzie
iUL7oCP7xY_d5e350

3. Otrzymywanie i właściwości tlenku węgla(IV)

Otrzymywanie i badanie właściwości dwutlenku węgla
Doświadczenie 1
Problem badawczy

Czy dwutlenek węgla otrzymany z sody oczyszczonej i octu podtrzymuje palenie się świeczki?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

Dwutlenek węgla jest gazem, który podtrzymuje palenie się świeczki.
Dwutlenek węgla jest gazem, który nie podtrzymuje palenia się świeczki.

Co będzie potrzebne
  • plastikowa butelka,

  • soda oczyszczona,

  • ocet,

  • balon,

  • świeczka typu podgrzewacz,

  • dwie zlewki,

  • lejek.

Instrukcja
  1. Do butelki wlej niewielką ilość octu (maksymalnie 1/3 objętości butelki).

  2. Do balonu za pomocą lejka wsyp 1 łyżeczkę sody oczyszczonej.

  3. Zapal umieszczoną we wnętrzu zlewki świeczkę.

  4. Wylot balonu nałóż na szyjkę butelki, a następnie dodaj do octu sodę.

  5. Zebranym w balonie gazem napełnij drugą zlewkę.

  6. „Przelej” dwutlenek węgla do zlewki z zapaloną świeczką.

  7. Obserwuj zachodzące zmiany.

    RFKDhRzzzExU91
    Otrzymywanie dwutlenku węgla i badanie jego właściwości

Podsumowanie

W wyniku zmieszania sody z octem wydziela się bezbarwny gaz, który wypełnia balon. Przeniesiony z balonu do zlewki, a następnie przelany do zlewki z palącą się świeczką, gaz powoduje jej zgaśnięcie.
Gazowy produkt reakcji kwasu z sodą to tlenek węgla(IV). Jest to substancja bezbarwna, bezwonna, ma gęstość większą od gęstości powietrza, nie pali się i nie podtrzymuje palenia.

Polecenie 1

Odszukaj w tablicach chemicznych gęstość dwutlenku węgla i porównaj ją z gęstością powietrza. Zapisz odczytane wartości gęstości w zeszycie.

Polecenie 2

Określ położenie tlenu i węgla w układzie okresowym oraz ich stan skupienia w temperaturze pokojowej.

Dwutlenek węgla to zwyczajowa nazwa tlenku węgla(IV). Jest on ważnym składnikiem powietrza. Jego zawartość w powietrzu jest zmienna. W odróżnieniu od azotu, tlenu, argonu i pozostałych gazów szlachetnych tlenek węgla(IV) jest związkiem chemicznym. Jego cząsteczka jest zbudowana z atomów dwóch pierwiastków: węgla i tlenu.

RYN0jS8plrFnU1
Wzór sumaryczny i strukturalny oraz model cząsteczki tlenku węgla(IV)
Otrzymywanie i badanie właściwości tlenku węgla(IV)
Doświadczenie 2
Problem badawczy

W jakiej kolejności tlenek węgla(IV) będzie gasił świeczki umieszczone w zlewce na różnych wysokościach?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

Zbierany w zlewce tlenek węgla(IV) wywoła gaśnięcie świeczek, zaczynając od tej znajdującej się najniżej.
Zbierany w zlewce tlenek węgla(IV) wywoła gaśnięcie świeczek, zaczynając od tej znajdującej się najwyżej.

Co będzie potrzebne
  • węglan wapnia,

  • kwas solny,

  • kolba stożkowa,

  • zlewka ze świeczkami umieszczonymi na różnych wysokościach,

  • korek z wkraplaczem i rurką odprowadzającą.

Instrukcja
  1. Do kolby z węglanem wapnia wlej rozcieńczony kwas solny.

  2. Zamknij kolbę korkiem z rurką odprowadzającą.

  3. Ostrożnie zapal świeczki, a następnie końcówkę rurki odprowadzającej umieść w zlewce.

  4. Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie
RCFO1bwQqo7Or1
Przed reakcją (1) oraz w trakcie reakcji (2)

W wyniku reakcji węglanu wapnia z kwasem solnym wydzielają się pęcherzyki gazu.
Przebieg reakcji opisuje równanie

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

Zlewka stopniowo wypełnia się gazem, który gromadzi się na jej dnie, powodując gaszenie świeczek. Najpierw gaśnie świeczka znajdująca się najniżej, a na końcu – znajdująca się najwyżej. Wydzielającym się gazem jest tlenek węgla(IV), który nie podtrzymuje palenia i jest cięższy od powietrza.

R8uPdpbOoOhXC1
Animacja prezentująca otzynywanie tlenku węgla IV). Demonstrator wsypuje do kolby stożkowej węglan wapnia i zamyka ją korkiem z wkraplaczem i rurką odprowadzającą. W kolejnym kroku Następnie wlewa do wkraplacza rozcieńczonego roztworu kwasu solnego. Koniec rurki umieszcza w zlewce ze świeczkami umieszczonymi na różnych wysokościach oraz otwiera kranik wkraplacza
Polecenie 3

Zaproponuj sposób wykrywania obecności tlenku węgla(IV).

Wykrywanie tlenku węgla(IV)
Doświadczenie 3
Problem badawczy

W jaki sposób można wykryć obecność tlenku węgla(IV)?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

Tlenek węgla(IV) po wprowadzeniu do wody wapiennej powoduje reakcję barwną.
Tlenek węgla(IV) po wprowadzeniu do wody wapiennej powoduje jej zmętnienie.

Co będzie potrzebne
  • dwie probówki lub małe zlewki,

  • słomka do napojów,

  • woda wapienna.

Instrukcja
  1. Do probówek lub małych zlewek wlej taką samą ilość wody wapiennej.

  2. Do jednej z nich włóż koniec rurki lub słomki i wdmuchuj przez nią powietrze z płuc.

  3. Obserwuj zachodzące zmiany.

    Rctw5eGtMUczA1
    Wykrywanie tlenku węgla(IV) – zlewka z wodą wapienną przed doświadczeniem (1) i w trakcie doświadczenia (2)

Podsumowanie

Gaz wydychany z płuc po wprowadzeniu do wody wapiennejwoda wapiennawody wapiennej powoduje jej zmętnienie.
Mętnienie wody wapiennej pod wpływem tlenku węgla(IV) jest reakcją charakterystycznąreakcja charakterystycznareakcją charakterystyczną, pozwalającą na identyfikację tej substancji. Powietrze wydychane z płuc zawiera dwutlenek węgla.

Polecenie 4

Czy już wiesz, jaki związek chemiczny wydychamy z płuc oraz jak można go zidentyfikować?

*Metodę wykrywania dwutlenku węgla z użyciem wody wapiennej zaproponował szkocki chemik Joseph Black (1728–1799).

Polecenie 5

Zaplanuj eksperyment, postaw hipotezę i zbadaj jaki gaz:

  1. znajduje się w wodzie gazowanej,

  2. wydziela się w wyniku rozpuszczania tabletki musującej w wodzie.

Zapisz obserwacje i wnioski.

Wskazówka

Wskazówka do eksperymentu 1.

Ra1eDuXWxFkhs1
Wykrywanie tlenku węgla(IV) w wodzie gazowanej
Ciekawostka

Suchy lódsuchy lódSuchy lódsublimacjasublimacjasublimacja
Dwutlenek węgla pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze –78°C zamienia swój stan skupienia w ciało stałe, tzw. suchy lód. Stały CO2 wyglądem przypomina lód, jednak zamiast topić się, sublimuje, tworząc gazowy tlenek węgla(IV), stąd nazwa suchy lód.

RXCxyOzfOul8a1
Suchy lód. Sublimacja suchego lodu
Ciekawostka

Czad to zwyczajowa nazwa tlenku węgla(II), który powstaje przy niecałkowitym spalaniu paliw (drewno, olej, gaz) przy ograniczonym dostępie tlenu. Tlenek węgla(II) jest toksycznym, bezbarwnym, bezwonnym gazem, zwanym cichym zabójcą. Dostaje się do organizmu przez układ oddechowy i jest wchłaniany do krwioobiegu, blokując dopływ tlenu, gdyż tlenek węgla(II) wiąże się z hemoglobiną 210 razy szybciej niż tlen. Stwarza to poważne zagrożenie zdrowia i życia człowieka. Każdego roku blisko dwa tysiące osób ulega zatruciu czadem, a ponad sto z tego powodu umiera.

RMzQTg1NDOMUM1
Czujnik czadu
iUL7oCP7xY_d5e657

4. Zastosowanie tlenku węgla(IV)

Tlenek węgla(IV) jest gazem dobrze rozpuszczalnym w wodzie, dlatego znalazł zastosowanie w przemyśle spożywczym do produkcji napojów gazowanych. Dwutlenek węgla nie podtrzymuje palenia i gasi ogień, dlatego wykorzystuje się go w gaśnicach pianowych (jako gaz nośny) oraz w gaśnicach śniegowych (jako środek gaśniczy).

Zestalony tlenek węgla(IV) jest środkiem chłodzącym stosowanym podczas transportu i przechowywania produktów spożywczych, w szczególności owoców i warzyw. Dzięki niskiej temperaturze przyczynia się do zahamowania rozwoju bakterii i grzybów. Suchy lód jest także stosowany w medycynie do przechowywania preparatów i szczepionek oraz w krioterapii (leczeniu zimnem).

*Gaśnica domowa1
Doświadczenie 4

Doświadczenie należy przeprowadzać pod nadzorem osób dorosłych, najlepiej na świeżym powietrzu (ze względu na duży strumień piany).

Problem badawczy

W jakim celu w doświadczeniu używa się płynu do mycia naczyń?

Hipoteza

Płyn do mycia naczyń powoduje powstawanie tlenku węgla(IV).
Dodanie płynu do mycia naczyń powoduje powstanie piany.

Co będzie potrzebne
  • plastikowa butelka z dozownikiem,

  • soda oczyszczona,

  • kwasek cytrynowy,

  • płyn do mycia naczyń,

  • zlewka,

  • świeczka.

Instrukcja
  1. Do pustej butelki wlej 200 ml wody.

  2. Dodaj dwie łyżeczki sody oczyszczonej i wstrząśnij.

  3. Dodaj około 30 ml płynu do mycia naczyń i ponownie wstrząśnij.

  4. Przy użyciu lejka szybko dodaj trzy czubate łyżeczki kwasku cytrynowego.

  5. Bardzo szybko zatkaj butelkę.

  6. Na folii, np. malarskiej, ustaw palącą się w zlewce świeczkę, a następnie wstrząśnij zawartością butelki, skieruj wylot domowej gaśnicy nad świeczkę i pociągnij zatyczkę, żeby ją otworzyć.

Podsumowanie

W wyniku reakcji sody z kwaskiem cytrynowym w zamkniętej butelce powstaje tlenek węgla(IV), który zostaje uwolniony po otwarciu dyfuzora, tworząc w połączeniu z płynem do mycia naczyń fontannę z piany.

Ciekawostka

Woda nasycona dwutlenkiem węgla – woda sodowa. W 1767 r. John Priestley (czyt. Dżon Pristlej), zawieszając miskę wody nad kadzią piwa, odkrył sposób nasycenia wody dwutlenkiem węgla. Przygotowana w ten sposób woda miała przyjemny smak, a Priestley ogłosił swoje odkrycie w prasie. W artykule opisał produkcję wody gazowanej, polegającą na dodawaniu kwasu do kredy w celu wytworzenia dwutlenku węgla, a następnie nasycania nim wody.

Pod koniec XVIII w. Johann J. Schweppe (czyt. Johan Schłepe)udoskonalił tę technologię i woda gazowana wytwarzana była poprzez nasycenie wody dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem. Wyższe ciśnienie zwiększa rozpuszczalność tlenku węgla(IV) w porównaniu z warunkami ciśnienia atmosferycznego. Po otwarciu butelki ciśnienie zostaje wyrównane, co sprawia, że gaz uwalnia się z roztworu, tworząc charakterystyczne pęcherzyki (Pyrmont water).

RNR2lsxThrpIM1
iUL7oCP7xY_d5e774

Podsumowanie

  • Dwutlenek węgla to zwyczajowa nazwa tlenku węgla(IV). Jest on składnikiem powietrza. Jego zawartość w powietrzu jest zmienna. Powstaje w procesach oddychania, fermentacji i spalania.

  • Pod wpływem światła słonecznego, w obecności chlorofilu znajdującego się w komórkach, tlenek węgla(IV) z udziałem wody przekształca się w tlen oraz glukozę. Proces ten nazywany jest fotosyntezą.

  • Tlenek węgla(IV) jest bezbarwnym gazem, dobrze rozpuszczalnym w wodzie, o gęstości około 1,5 razy większej od gęstości powietrza. Nie pali się i nie podtrzymuje palenia.

  • Tlenek węgla(IV) stosowany jest jako materiał chłodniczy, środek gaśniczy, gaz do napełniania kamizelek i pontonów ratunkowych.

  • Tlenek węgla(IV) nie jest gazem toksycznym, jednak jego duże stężenie może nawet powodować śmierć.

Praca domowa
Polecenie 6.1

Człowiek wydycha z płuc około 416 kg dwutlenku węgla rocznie. Oblicz, ile kilogramów CO2 wydycha w ciągu tygodnia.

Polecenie 6.2

Korzystając z dostępnych źródeł, przygotuj wykres ilustrujący emisję tlenku węgla(IV) w Polsce (w tonach na 1 mieszkańca) dla trzech lub czterech wartości od roku 1990 do dziś. Porównaj i zinterpretuj zebrane dane.

Polecenie 6.3

Przygotuj infografikę ilustrującą otrzymywanie i wykrywanie tlenku węgla(IV).

Polecenie 6.4

Przygotuj ulotkę ostrzegającą przed niebezpieczeństwem wynikającym z obecności tlenku węgla(II) (czadu) w pomieszczeniach.

iUL7oCP7xY_d5e848

Słowniczek

reakcja charakterystyczna
reakcja charakterystyczna

reakcja umożliwiająca wykrycie (identyfikację) danej substancji

sublimacja
sublimacja

przemiana fazowa polegająca na bezpośrednim przejściu substancji z fazy stałej do stanu gazowego z pominięciem fazy ciekłej

suchy lód
suchy lód

zestalony tlenek węgla(IV)

woda wapienna
woda wapienna

nasycony roztwór wodorotlenku wapnia w wodzie, odczynnik laboratoryjny, który umożliwia identyfikację tlenku węgla(IV)

iUL7oCP7xY_d5e1077

Zadania

Wykorzystaj przygotowane naczynia laboratoryjne do zbudowania zestawu, w którym można będzie otrzymać tlenek węgla(IV).

Ćwiczenie 1.1
RKHqChJgN7pFG1
Aplikacja interaktywna w formie układanki, polega na przeciągnięciu do właściwych miejsc trzech z widocznych po bokach okna czterech elementów zestawu eksperymentatorskiego: pustej zlewki, kolby trójkątnej, probówki i szklanego naczynia służącego do odmierzania niewielkich ilości płynów lub rozdrobnionych substancji stałych. Korek od tego naczynia wyposażony jest w rurkę służącą do zbierania i odprowadzania powstałych w wyniku reakcji gazów. Przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu okna służy do zweryfikowania poprawności wykonania zadania.
Ćwiczenie 2
R6axKGDpqtrO81
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 3
RpVY6AJ5Xkl8z1
Ćwiczenie 4
R40vsxLyktGEl1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 5
RNQl6Htcr40Ad1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 6
Rhj1OuthFW5TS1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 7
R8r8nt19schbC1
zadanie interaktywne