CO2, tlenek węgla (IV) - nazwa zwyczajowa tego gazu brzmi ”dwutlenek węgla”. Jest bezbarwny, bezwonny oraz niepalny i około 1,5 razy cięższy od powietrza, ponieważ w temperaturze 0*C oraz pod ciśnieniem 1 atm, 1 dm³ tego gazu waży 1,977g. Dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie. Na codzień obcujemy z tym gazem, ponieważ wydychamy go z płuc gdzie następuje wymiana gazowa. W większych stężeniach dwutlenek węgla jest trujący (30-40%) - porażenie ośrodka oddechowego. Rozpoznaje się go przez wprowadzenie do wody wapiennej (nasycony, klarowny roztwór wodorotlenku wapnia) - wskutek czego woda ta mętnieje.

 

Wykonanie doświadczenia

Doświadczenie pierwsze na wykrywanie dwutlenku węgla

Do jego wykonania potrzebne będzie albo wapno palone (tlenek wapnia, CaO), albo wapno gaszone (wodorotlenek wapnia, Ca(OH)₂). Rozpuszczamy jedną z tych substancji w wodzie i wlewamy do jakiegoś przezroczystego pojemnika (np. cylinder szklany). Przez rurkę dmuchamy z płuc pewien gaz, oczywiście jest to dwutlenek węgla. Przy dłuższym czasie wdmuchiwania woda wapienna mętnieje. Dzieje się to na skutek powstawania najpierw węglanu wapnia, który jest nierozpuszczalny w wodzie, i dalej reaguje on z wodą i dwutlenkiem węgla dając wodorowęglan wapnia, który z kolei jest już rozpuszczalny w wodzie przypadkiem czego woda staje się mętna. Wszystko dzieje się wedle reakcji:

Powstawanie węglanu wapnia:

Ca(OH)₂ + CO₂ -> CaCO₃ + H₂O

Powstawanie wodorowęglanu wapnia:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ -> Ca(HCO₃)₂

Bezpieczeństwo

Przy rozpuszczaniu wapna palonego włoży okulary ochronne i powoli zalewać go wodą, gdyż rozpuszcza się on burzliwie.

Doświadczenie drugie - gaszenie ognia

Doświadczenie te jest bardzo efektowne na przeróżnych pokazach chemicznych itd. Polega one na gaszeniu np. świeczki, zapałki, zapalniczki przy pomocy tego gazu. Co w tym doświadczenie takiego ciekawego? No więc dwutlenek węgla jest bezbarwny i można go przechowywać w otwartej zlewce, przelewać ze zlewki do zlewki, gdyż jest on cięższy od powietrza, więc będzie się zbierać na dnie zlewki. Najpierw musimy otrzymać trochę dwutlenku węgla.
Do tego celu montujemy jedną z poniższych aparatur, w zależności od tego jakim szkłem laboratoryjnym dysponujemy.

Na pierwszej rysunku widzimy najprostsze urządzenie do wytwarzania gazówz zagiętą szklaną rurką przyłączoną do gumowego węża, który wprowadzamy na samo dno zlewki.
Na drugim rysunku jest najprostsza wytwornica gazów jak wyżej z tym że dodatkowo jest wkraplacz, przez którego będziemy wkraplać kwas. Umożliwia to regulowanie wydzielania gazu. Zamiast korka z dwoma otworami można użyć kolby destylacyjnej lub ssawkowej, wtedy rurkę podłączamy do jej bocznego ramienia.

Dwutlenek węgla możemy otrzymać z dowolnego węglanu (np. CaCO₃, Na₂CO₃, NaHCO₃) działając na nie rozcieńczonym kwasem. Dla przykładu możemy użyć rozcieńczonego kwasu: solnego (HCl) siarkowego (H₂SO₄), azotowego (HNO₃), octowego (popularny ocet wystarczy, CH₃COOH). Ja wybrałem rozcieńczony kwas solny (około 20%) i sodę oczyszczoną (wodorowęglan sodu, soda oczyszczona, NaHCO₃). Wybrałem też aparaturę nr. 1, ponieważ nie miałem pod ręką korka z dwoma otworami. Węglan wapnia to zwykła kreda, jednak uwaga - kreda może również innym związkiem, który nie reaguje z kwasem. Z taką miałem do czynienia w szkole. Prawdopodobnie jest to sprasowany krzemian lub siarczan wapnia. W związku z tym zamiast kredy lepiej użyć sody oczyszczonej lub węglanu wapnia "odczynnikowego", gdyż w większości szkolnych pracowni jest go nadmiar.

Na początek wrzucamy trochę jakiegoś węglanu do kolby i rozcieńczamy kwas. Wlewamy jednym ruchem kwas do kolby i zatykamy jak najszybciej korkiem z wygięta rurką i wężem gumowym wprowadzonym na dno zlewki lub innego naczynia.



Natychmiast zacznie się reakcja w której jednym z produktów będzie właśnie dwutlenek węgla.




Jeśli wybierzemy aparaturę drugą, to cały dwutlenek węgla doprowadzimy do zlewki. W przypadku pierwszej aparatury część dwutlenku węgla uleci z kolby podczas zatykania korkiem, ponadto nie będziemy mieć kontroli nad procesem. Jeśli chcemy użyć drugiej aparatury to podobnie wrzucamy trochę węglanu do kolby, a do rozdzielacza nalewamy rozcieńczonego kwasu i odkręcamy kranik. Zacznie się wywiązywać dwutlenek węgla.

Kiedy mamy już nazbierany dwutlenek węgla w zlewce, przechodzimy do doświadczenia. Pierwszym sposobem na wykonanie doświadczenia jest zapalenie zapałki i włożenie jej do zlewki. Zapałka zgaśnie. Drugim bardziej efektownym doświadczeniem jest zgaszenie świeczki za pomocą "niczego". Zapalamy  świeczkę, a następnie powoli podnosimy zlewkę i wolnym ruchem około 5 cm nad płomieniem przechylamy zlewkę, jak gdybyśmy wylewali z niej wodę. Świeczka zgaśnie. Możemy tak gasić też inne przedmioty uzyskując bardzo efektowne kombinacje.
Jak wiadomo dwutlenek węgla podczas tych doświadczeń jest niewidoczny. Jeśli chcemy aby doświadczenie było bardziej obrazowe, to do zlewki z CO₂ wkraplamy 2 krople stężonego kwasu solnego, a obok nich 2 krople stężonego roztworu amoniaku w wodzie. Powstający dym salmiaku (NH₄Cl, chlorek amonu) ostrożnie mieszamy bagietką z dwutlenkiem węgla i wykonujemy doświadczenie. Świeczka gaśnie na skutek tego, że dwutlenek węgla "wylany" na świeczkę lub inny płonący przedmiot uniemożliwia dostęp tlenu podtrzymującego palenie, wskutek czego płomień gaśnie.

Bezpieczeństwo

Doświadczenie ogólnie rzecz biorąc jest bezpieczne, ale wiadomo - trzeba uważać z ogniem i nie wdychać bardzo dużych ilości CO₂, ponieważ jak już napisałem jest on w stężeniach 30-40% zabójczy dla człowieka. Trzeba też uważać przy rozcieńczaniu mocnych kwasów (włożyć gogle i rękawice kwasoodporne!) oraz nie wdychać amoniaku.

Doświadczenie trzecie - unoszące się bańki mydlane

W tym doświadczeniu chodzi o to, że bańki mydlane unoszą się w powietrzu tak jakby po wodzie. Wykonujemy doświadczenie w ten sposób, ze do szerokiego naczynia napełnionego dwutlenkiem węgla, "puszczamy" bańki wodne (roztwór na bańki wodne przygotowujmy z szarego mydła i zimnej wody destylowanej, do którego po kilku godzinach dodajemy kilka kropli gliceryny C₃H₈O₃). Okaże się, że bańki wodne "pływają" ;)