dom » Literatura » Dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla, znany również jako dwutlenek węgla, znany również jako dwutlenek węgla...

Dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla, znany również jako dwutlenek węgla, znany również jako dwutlenek węgla...

Tlenek węgla (dwutlenek węgla, dwutlenek węgla, dwutlenek węgla, bezwodnik węglowy) - CO 2, gaz bezbarwny (w normalnych warunkach), bezwonny, o lekko kwaśnym smaku.

Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej wynosi średnio 0,0395%.

Dwutlenek węgla ma także znaczenie fizjologiczne w organizmach zwierzęcych, bierze udział m.in. w regulacji napięcia naczyń (patrz Tętniczki).

Paragon

Dwutlenek węgla powstaje także w instalacjach separacji powietrza jako produkt uboczny przy produkcji czystego tlenu, azotu i argonu.

W laboratorium przygotowuje się małe ilości w reakcji węglanów i wodorowęglanów z kwasami, takimi jak marmur, kreda lub soda, z kwasem solnym. W wyniku reakcji kwasu siarkowego z kredą lub marmurem powstaje słabo rozpuszczalny siarczan wapnia, który zakłóca reakcję i który jest usuwany przy znacznym nadmiarze kwasu.

Do przygotowania napojów można zastosować reakcję sody oczyszczonej z kwaskiem cytrynowym lub kwaśnym sokiem z cytryny. To właśnie w tej formie pojawiły się pierwsze napoje gazowane. Ich produkcją i sprzedażą zajmowali się farmaceuci.

Aplikacja

W przemyśle spożywczym dwutlenek węgla stosowany jest jako środek konserwujący i spulchniający i jest oznaczony na opakowaniu kodem E290.

Ciekły dwutlenek węgla jest szeroko stosowany w instalacjach gaśniczych, w gaśnicach oraz do produkcji wody gazowanej i lemoniady.

Dwutlenek węgla stosowany jest jako środek ochronny podczas spawania drutowego, ale w wysokich temperaturach dysocjuje i uwalnia tlen. Uwolniony tlen utlenia metal. W związku z tym konieczne jest wprowadzenie do drutu spawalniczego środków odtleniających, takich jak mangan i krzem. Inną konsekwencją działania tlenu, związaną także z utlenianiem, jest gwałtowny spadek napięcia powierzchniowego, co prowadzi między innymi do intensywniejszego rozpryskiwania metalu niż przy spawaniu w argonie czy helu.

Gdy dwutlenek węgla stosuje się w fazie gazowej, jest on przechowywany pod ciśnieniem, podobnie jak gaz skroplony, w fazie ciekłej. Magazynowanie dwutlenku węgla w butli w stanie skroplonym jest znacznie bardziej opłacalne niż w postaci gazu. Dwutlenek węgla ma stosunkowo niską temperaturę krytyczną wynoszącą 31°C. Gdy do 40-litrowej butli o normalnym ciśnieniu 100 kgf/cm² wleje się 30 kg skroplonego dwutlenku węgla, to w temperaturze 31°C w butli będzie znajdować się tylko faza ciekła o ciśnieniu 100 kgf/cm². cm². Jeżeli temperatura jest wyższa, należy zmniejszyć napełnienie butli lub zastosować butle o wyższym ciśnieniu roboczym. Jeśli dwutlenek węgla zostanie schłodzony, to w temperaturze 21°C przy normalnym napełnieniu w butli pojawi się faza gazowa.

Stały dwutlenek węgla – „suchy lód” – jest stosowany jako czynnik chłodniczy w badaniach laboratoryjnych, w handlu detalicznym itp.

Metody rejestracji

Pomiar ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla jest wymagany w procesach technologicznych, w zastosowaniach medycznych - analiza mieszanin oddechowych podczas sztucznej wentylacji oraz w zamkniętych systemach podtrzymywania życia. Analiza stężenia CO 2 w atmosferze wykorzystywana jest w badaniach środowiskowych i naukowych, do badania efektu cieplarnianego. Rejestracja dwutlenku węgla odbywa się za pomocą analizatorów gazów opartych na zasadzie spektroskopii w podczerwieni oraz innych systemów pomiaru gazów. Analizator gazów medycznych służący do rejestracji zawartości dwutlenku węgla w wydychanym powietrzu nazywa się kapnografem.

Dwutlenek węgla w przyrodzie

Roczne wahania stężenia atmosferycznego dwutlenku węgla na planecie determinowane są głównie przez roślinność średnich szerokości geograficznych (40-70°) półkuli północnej.

Duża ilość dwutlenku węgla rozpuszcza się w oceanie.

Dwutlenek węgla stanowi znaczną część atmosfer niektórych planet Układu Słonecznego: Wenus, Mars.

Toksyczność

Dwutlenek węgla jest gazem ciężkim, bezbarwnym i bezwonnym w porównaniu do powietrza. Wpływ jego zwiększonych stężeń na organizmy żywe klasyfikuje go jako gaz duszący. (Język angielski) Rosyjski . Nieznaczny wzrost stężenia do 2-4% w niewentylowanych pomieszczeniach prowadzi do rozwoju senności i osłabienia. Za niebezpieczne stężenia uważa się poziomy 7-10%, przy których dochodzi do uduszenia, objawiającego się bólem głowy, zawrotami głowy, utratą słuchu i utratą przytomności trwającą od kilku minut do jednej godziny. Zatrucie tym gazem nie powoduje długotrwałych skutków, a po jego zakończeniu organizm zostaje całkowicie odnowiony.

Zobacz też

Notatki

Literatura

Vukalovich M.P., Altunin V.V., Termofizyczne właściwości dwutlenku węgla, Atomizdat, Moskwa, 1965. 456 s.
Tezikov A.D., Produkcja i wykorzystanie suchego lodu, Gostorgizdat, Moskwa, 1960. 86 s.
Grodnik M.G., Velichansky A.Ya., Projektowanie i eksploatacja zakładów węglowych, „Przemysł spożywczy”, Moskwa, 1966. 275 s.
Talyanker Yu.E., Cechy przechowywania butli ze skroplonym gazem, Magazyn „Produkcja spawalnicza”, nr 11, 1972, Moskwa.

Spinki do mankietów

Międzynarodowa Karta Bezpieczeństwa Chemicznego 0021 (j. angielski)
CID 280 ze strony PubChem
CO 2 Dwutlenek węgla, właściwości, zastosowanie (angielski)
Diagram fazowy (ciśnienie-temperatura) dla dwutlenku węgla
Molview z bluerhinos.co.uk Dwutlenek węgla w 3D
Informacje o suchym lodzie

Treść artykułu

DWUTLENEK WĘGLA(tlenek węgla(IV), bezwodnik węgla, dwutlenek węgla) CO 2 , dobrze znany musujący składnik gazowanych napojów bezalkoholowych. O leczniczych właściwościach „gazowanej wody” pochodzącej z naturalnych źródeł człowiek wiedział od niepamiętnych czasów, ale dopiero w XIX wieku. Nauczyłam się sama to zdobywać. Jednocześnie zidentyfikowano substancję powodującą musowanie wody – dwutlenek węgla. Po raz pierwszy do celów karbonizacji gaz ten otrzymano w 1887 r. podczas reakcji kruszonego marmuru z kwasem siarkowym; został również wyizolowany ze źródeł naturalnych. Później zaczęto wytwarzać CO 2 na skalę przemysłową poprzez spalanie koksu, kalcynację wapienia i fermentację alkoholu. Przez ponad ćwierć wieku dwutlenek węgla przechowywano w ciśnieniowych stalowych butlach i wykorzystywano go niemal wyłącznie do gazowania napojów. W 1923 roku zaczęto produkować stały CO 2 (suchy lód) jako produkt handlowy, a około 1940 roku wytwarzano ciekły CO 2, który wlewano do specjalnych szczelnych zbiorników pod wysokim ciśnieniem.

Właściwości fizyczne.

W normalnych temperaturach i ciśnieniach dwutlenek węgla jest bezbarwnym gazem o lekko kwaśnym smaku i zapachu. Jest o 50% cięższy od powietrza, dlatego można go przelewać z jednego pojemnika do drugiego. CO 2 jest produktem większości procesów spalania i w odpowiednio dużych ilościach może ugasić płomienie wypierając tlen z powietrza. Kiedy w słabo wentylowanym pomieszczeniu wzrasta stężenie CO 2, zawartość tlenu w powietrzu spada tak bardzo, że człowiek może się udusić. CO 2 rozpuszcza się w wielu cieczach; rozpuszczalność zależy od właściwości cieczy, temperatury i prężności pary CO2. Zdolność dwutlenku węgla do rozpuszczania się w wodzie determinuje jego szerokie zastosowanie w produkcji napojów bezalkoholowych. CO2 jest dobrze rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak alkohol, aceton i benzen.

Wraz ze wzrostem ciśnienia i ochłodzeniem dwutlenek węgla łatwo ulega skropleniu i przechodzi w stan ciekły w temperaturach od +31 do –57°C (w zależności od ciśnienia). Poniżej –57°C przechodzi w stan stały (suchy lód). Ciśnienie potrzebne do upłynnienia zależy od temperatury: przy +21°C wynosi 60 atm, a przy –18°C tylko 20 atm. Ciekły CO 2 przechowywany jest w szczelnych pojemnikach pod odpowiednim ciśnieniem. Kiedy przedostanie się do atmosfery, część zamienia się w gaz, a część w „śnieg węglowy”, a jego temperatura spada do –84°C.

Pochłaniając ciepło z otoczenia, suchy lód przechodzi w stan gazowy z pominięciem fazy ciekłej – sublimuje. Aby ograniczyć straty sublimacyjne, przechowuje się go i transportuje w szczelnych pojemnikach, które są wystarczająco mocne, aby wytrzymać wzrost ciśnienia wraz ze wzrostem temperatury.

Właściwości chemiczne.

CO 2 jest związkiem o niskiej aktywności. Po rozpuszczeniu w wodzie tworzy słaby kwas węglowy, który zabarwia papierek lakmusowy na czerwono. Kwas węglowy poprawia smak napojów gazowanych i zapobiega rozwojowi bakterii. Reagując z metalami alkalicznymi i ziem alkalicznych, a także z amoniakiem, CO 2 tworzy węglany i wodorowęglany.

Występowanie w przyrodzie i produkcji.

CO 2 powstaje podczas spalania substancji zawierających węgiel, fermentacji alkoholowej oraz gnicia pozostałości roślinnych i zwierzęcych; jest uwalniany, gdy zwierzęta oddychają, i jest uwalniany przez rośliny w ciemności. Przeciwnie, w świetle rośliny pochłaniają CO 2 i uwalniają tlen, co utrzymuje naturalną równowagę tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu, którym oddychamy. Zawartość CO 2 w nim nie przekracza 0,03% (objętościowo).

Istnieje pięć głównych sposobów produkcji CO 2: spalanie substancji zawierających węgiel (koks, gaz ziemny, paliwo płynne); powstawanie jako produkt uboczny podczas syntezy amoniaku; kalcynacja wapienia; fermentacja; pompowanie ze studni. W dwóch ostatnich przypadkach otrzymuje się prawie czysty dwutlenek węgla, a podczas spalania substancji zawierających węgiel lub kalcynacji wapienia powstaje mieszanina CO 2 z azotem i śladami innych gazów. Mieszaninę tę przepuszcza się przez roztwór pochłaniający tylko CO2. Następnie roztwór podgrzewa się i otrzymuje się prawie czysty CO2, który oddziela się od pozostałych zanieczyszczeń. Para wodna jest usuwana poprzez zamrażanie i suszenie chemiczne.

Oczyszczony CO 2 skrapla się poprzez chłodzenie pod wysokim ciśnieniem i przechowuje w dużych pojemnikach. Aby wyprodukować suchy lód, ciekły CO 2 wprowadza się do zamkniętej komory prasy hydraulicznej, gdzie ciśnienie zostaje zredukowane do ciśnienia atmosferycznego. Przy gwałtownym spadku ciśnienia z CO 2 powstaje luźny śnieg i bardzo zimny gaz. Śnieg jest ściskany i uzyskuje się suchy lód. Gazowy CO 2 jest wypompowywany, skroplony i zawracany do zbiornika magazynowego.

APLIKACJA

Odbieranie niskich temperatur.

W postaci ciekłej i stałej CO 2 stosowany jest głównie jako czynnik chłodniczy. Suchy lód to materiał zwarty, łatwy w obsłudze i umożliwiający tworzenie różnych warunków temperaturowych. Przy tej samej masie jest ponad dwukrotnie chłodniejszy od zwykłego lodu, zajmując połowę objętości. Do przechowywania żywności wykorzystuje się suchy lód. Służy do chłodzenia szampana, napojów bezalkoholowych i lodów. Jest szeroko stosowany w „mieleniu na zimno” materiałów wrażliwych na ciepło (produkty mięsne, żywice, polimery, barwniki, środki owadobójcze, farby, przyprawy); podczas przewracania (czyszczenia z zadziorów) tłoczonych wyrobów gumowych i plastikowych; podczas testów niskotemperaturowych samolotów i urządzeń elektronicznych w specjalnych komorach; do „mieszania na zimno” półproduktów muffinów i ciast, tak aby podczas pieczenia zachowały jednorodność; do szybkiego chłodzenia pojemników z przewożonymi produktami poprzez przedmuchanie ich strumieniem kruszonego suchego lodu; przy hartowaniu stali stopowych i nierdzewnych, aluminium itp. w celu poprawy ich właściwości fizycznych; do szczelnego dopasowania części maszyn podczas ich montażu; do chłodzenia frezów podczas obróbki detali ze stali o wysokiej wytrzymałości.

Zwęglenie.

Głównym zastosowaniem gazu CO 2 jest nasycanie wodą i napojami bezalkoholowymi. Najpierw miesza się wodę i syrop w wymaganych proporcjach, a następnie mieszaninę nasyca się gazowym CO 2 pod ciśnieniem. Karbonatyzacja w piwach i winach następuje najczęściej w wyniku zachodzących w nich reakcji chemicznych.

Zastosowania oparte na bezwładności.

CO 2 stosowany jest jako przeciwutleniacz podczas długotrwałego przechowywania wielu produktów spożywczych: serów, mięsa, mleka w proszku, orzechów, herbat rozpuszczalnych, kawy, kakao itp. Jako środek tłumiący spalanie, CO 2 stosuje się podczas przechowywania i transportu materiałów łatwopalnych, takich jak paliwo rakietowe, oleje, benzyna, farby, lakiery i rozpuszczalniki. Stosowany jest jako środek ochronny przy spawaniu elektrycznym stali węglowych w celu uzyskania jednolitej, mocnej spoiny, a prace spawalnicze są tańsze niż przy zastosowaniu gazów obojętnych.

CO 2 jest jednym z najskuteczniejszych środków gaszenia pożarów powstających w wyniku zapalenia się łatwopalnych cieczy i awarii instalacji elektrycznej. Produkowane są różne gaśnice na dwutlenek węgla: od przenośnych o pojemności nie większej niż 2 kg, po stacjonarne automatyczne jednostki zasilające o łącznej pojemności butli do 45 kg lub niskociśnieniowe zbiorniki gazowe o pojemności do 60 ton CO2. Ciekły CO2 znajdujący się pod ciśnieniem w takich gaśnicach po uwolnieniu tworzy mieszaninę śniegu i zimnego gazu; ten ostatni ma większą gęstość niż powietrze i wypiera go ze strefy spalania. Efekt potęguje także chłodzące działanie śniegu, który parując zamienia się w gazowy CO2.

Aspekty chemiczne.

Dwutlenek węgla wykorzystywany jest do produkcji aspiryny, białego ołowiu, mocznika, nadboranów i chemicznie czystych węglanów. Kwas węglowy powstający podczas rozpuszczania CO2 w wodzie jest niedrogim odczynnikiem do neutralizacji zasad. W odlewniach dwutlenek węgla wykorzystuje się do utwardzania form piaskowych w drodze reakcji CO 2 z krzemianem sodu zmieszanym z piaskiem. Pozwala to uzyskać odlewy wyższej jakości. Cegły ogniotrwałe stosowane do wyłożenia pieców do wytapiania stali, szkła i aluminium stają się trwalsze po obróbce dwutlenkiem węgla. CO 2 stosowany jest także w systemach zmiękczania wody miejskiej wykorzystujących wapno sodowane.

Wytworzenie zwiększonego ciśnienia.

CO 2 wykorzystuje się do prób ciśnieniowych i szczelności różnych pojemników, a także do kalibracji manometrów, zaworów i świec zapłonowych. Służy do napełniania przenośnych pojemników do pompowania pasów ratunkowych i pontonów. Do zwiększania ciśnienia w puszkach aerozolowych od dawna stosuje się mieszaninę dwutlenku węgla i podtlenku azotu. CO 2 wtryskuje się pod ciśnieniem do szczelnych pojemników z eterem (w urządzeniach do szybkiego rozruchu silnika), rozpuszczalnikami, farbami, środkami owadobójczymi w celu późniejszego opryskiwania tymi substancjami.

Zastosowanie w medycynie.

CO 2 dodaje się w małych ilościach do tlenu (w celu pobudzenia oddychania) oraz podczas znieczulenia. W dużych stężeniach stosowany jest do humanitarnego uśmiercania zwierząt.

Wszyscy wiemy ze szkoły, że dwutlenek węgla emitowany jest do atmosfery jako produkt życia ludzi i zwierząt, czyli jest tym, co wydychamy. W dość małych ilościach jest wchłaniany przez rośliny i przekształcany w tlen. Jedną z przyczyn globalnego ocieplenia jest dwutlenek węgla, czyli inaczej dwutlenek węgla.

Ale nie wszystko jest tak złe, jak się wydaje na pierwszy rzut oka, ponieważ ludzkość nauczyła się wykorzystywać to w szerokim obszarze swojej działalności dla dobrych celów. Przykładowo dwutlenek węgla stosowany jest w wodach gazowanych, a w przemyśle spożywczym można go znaleźć na etykiecie pod kodem E290 jako środek konserwujący. Dość często dwutlenek węgla działa jako środek spulchniający w produktach mącznych, dokąd przedostaje się podczas przygotowywania ciasta. Najczęściej dwutlenek węgla magazynowany jest w stanie ciekłym w specjalnych butlach, które są wielokrotnie używane i można je ponownie napełniać. Więcej na ten temat można dowiedzieć się na stronie https://wice24.ru/product/uglekislota-co2. Można go spotkać zarówno w stanie gazowym, jak i w postaci suchego lodu, jednak znacznie bardziej opłacalne jest przechowywanie w stanie skroplonym.

Biochemicy udowodnili, że nawożenie powietrza gazem węglowym jest bardzo dobrym sposobem na uzyskanie dużych plonów z różnych upraw. Teoria ta od dawna znalazła swoje praktyczne zastosowanie. Tak więc w Holandii hodowcy kwiatów skutecznie wykorzystują dwutlenek węgla do nawożenia różnych kwiatów (gerbery, tulipany, róże) w warunkach szklarniowych. A jeśli wcześniej niezbędny klimat tworzono poprzez spalanie gazu ziemnego (technologię tę uznawano za nieefektywną i szkodliwą dla środowiska), dziś gaz węglowy dociera do roślin specjalnymi rurkami z otworami i jest wykorzystywany w wymaganej ilości, głównie zimą.

Dwutlenek węgla jest również szeroko stosowany w przemyśle przeciwpożarowym jako uzupełnienie gaśnic. Dwutlenek węgla w puszkach trafił do wiatrówek, a w modelowaniu samolotów służy jako źródło energii dla silników.

W stanie stałym CO2, jak już wspomniano, nosi nazwę suchego lodu i jest stosowany w przemyśle spożywczym do przechowywania żywności. Warto zaznaczyć, że w porównaniu do zwykłego lodu, suchy lód posiada szereg zalet, m.in. dużą wydajność chłodniczą (2 razy większą niż zwykle), a po odparowaniu nie pozostają żadne produkty uboczne.

A to nie wszystkie obszary, w których efektywnie i wydajnie wykorzystuje się dwutlenek węgla.

Słowa kluczowe: Gdzie wykorzystuje się dwutlenek węgla, wykorzystanie dwutlenku węgla, przemysł, w życiu codziennym, napełnianie butli, magazynowanie dwutlenku węgla, E290

Soda, wulkan, Wenus, lodówka – co je łączy? Dwutlenek węgla. Zebraliśmy dla Was najciekawsze informacje na temat jednego z najważniejszych związków chemicznych na Ziemi.

Co to jest dwutlenek węgla

Dwutlenek węgla znany jest głównie w stanie gazowym, tj. jako dwutlenek węgla o prostym wzorze chemicznym CO2. W tej formie istnieje w normalnych warunkach - pod ciśnieniem atmosferycznym i „zwykłymi” temperaturami. Jednak przy podwyższonym ciśnieniu, powyżej 5850 kPa (takim jak np. ciśnienie na głębokości morza około 600 m), gaz ten zamienia się w ciecz. Natomiast po mocnym schłodzeniu (minus 78,5°C) krystalizuje i staje się tzw. suchym lodem, który jest szeroko stosowany w handlu do przechowywania mrożonek w lodówkach.

Ciekły dwutlenek węgla i suchy lód są produkowane i wykorzystywane w działalności człowieka, ale formy te są niestabilne i łatwo się rozpadają.

Jednak dwutlenek węgla jest wszechobecny: uwalnia się podczas oddychania zwierząt i roślin i stanowi ważną część składu chemicznego atmosfery i oceanów.

Właściwości dwutlenku węgla

Dwutlenek węgla CO2 jest bezbarwny i bezwonny. W normalnych warunkach nie ma smaku. Jeśli jednak wdychasz duże stężenia dwutlenku węgla, możesz odczuwać kwaśny smak w ustach, spowodowany rozpuszczaniem się dwutlenku węgla na błonach śluzowych i ślinie, tworząc słaby roztwór kwasu węglowego.

Nawiasem mówiąc, to zdolność dwutlenku węgla do rozpuszczania się w wodzie jest wykorzystywana do produkcji wody gazowanej. Bąbelki lemoniady to ten sam dwutlenek węgla. Pierwsze urządzenie do nasycania wody CO2 wynaleziono już w 1770 roku, a już w 1783 roku przedsiębiorczy Szwajcar Jacob Schweppes rozpoczął przemysłową produkcję sody (marka Schweppes istnieje do dziś).

Dwutlenek węgla jest 1,5 razy cięższy od powietrza, dlatego przy złej wentylacji pomieszczenia ma tendencję do „osiadania” w dolnych warstwach. Znany jest efekt „psiej jaskini”, gdzie CO2 uwalnia się bezpośrednio z ziemi i gromadzi się na wysokości około pół metra. Osoba dorosła wchodząc do takiej jaskini, w szczytowym okresie swojego wzrostu, nie odczuwa nadmiaru dwutlenku węgla, natomiast psy znajdują się bezpośrednio w grubej warstwie dwutlenku węgla i zostają zatrute.

CO2 nie wspomaga spalania, dlatego wykorzystuje się go w gaśnicach i systemach przeciwpożarowych. Sztuczka zgaszenia płonącej świecy zawartością rzekomo pustej szklanki (ale w rzeczywistości dwutlenkiem węgla) opiera się właśnie na tej właściwości dwutlenku węgla.

Dwutlenek węgla w przyrodzie: źródła naturalne

Dwutlenek węgla powstaje w przyrodzie z różnych źródeł:

Oddychanie zwierząt i roślin.
Każdy uczeń wie, że rośliny pochłaniają dwutlenek węgla CO2 z powietrza i wykorzystują go w procesach fotosyntezy. Niektóre gospodynie domowe próbują nadrobić niedociągnięcia dużą ilością roślin domowych. Jednak rośliny nie tylko pochłaniają, ale także uwalniają dwutlenek węgla przy braku światła - jest to część procesu oddychania. Dlatego dżungla w słabo wentylowanej sypialni nie jest dobrym pomysłem: w nocy poziom CO2 wzrośnie jeszcze bardziej.
Aktywność wulkaniczna.
Dwutlenek węgla jest częścią gazów wulkanicznych. Na obszarach o dużej aktywności wulkanicznej CO2 może być uwalniany bezpośrednio z gruntu – poprzez pęknięcia i szczeliny zwane mofetami. Stężenie dwutlenku węgla w dolinach z mofetami jest tak wysokie, że wiele małych zwierząt umiera, gdy tam dotrą.
Rozkład materii organicznej.
Dwutlenek węgla powstaje podczas spalania i rozkładu materii organicznej. Pożarom lasów towarzyszą duże naturalne emisje dwutlenku węgla.

Dwutlenek węgla jest „magazynowany” w przyrodzie w postaci związków węgla w minerałach: węglu, ropie, torfie, wapieniu. Ogromne rezerwy CO2 występują w postaci rozpuszczonej w oceanach świata.

Uwolnienie dwutlenku węgla z otwartego zbiornika może doprowadzić do katastrofy limnologicznej, jak miało to miejsce na przykład w latach 1984 i 1986. w jeziorach Manoun i Nyos w Kamerunie. Obydwa jeziora powstały na miejscu kraterów wulkanicznych - obecnie wymarły, ale w głębinach magma wulkaniczna nadal uwalnia dwutlenek węgla, który unosi się do wód jezior i rozpuszcza się w nich. W wyniku szeregu procesów klimatycznych i geologicznych stężenie dwutlenku węgla w wodach przekroczyło wartość krytyczną. Do atmosfery wyemitowano ogromną ilość dwutlenku węgla, który niczym lawina spłynęła po zboczach gór. Około 1800 osób stało się ofiarami katastrof limnologicznych na jeziorach kameruńskich.

Sztuczne źródła dwutlenku węgla

Głównymi antropogenicznymi źródłami dwutlenku węgla są:

emisje przemysłowe związane z procesami spalania;
transport samochodowy.

Pomimo tego, że udział transportu przyjaznego dla środowiska na świecie rośnie, zdecydowana większość ludności świata nie będzie miała wkrótce możliwości (ani chęci) przesiadki na nowe samochody.

Aktywne wylesianie na cele przemysłowe prowadzi także do wzrostu stężenia dwutlenku węgla CO2 w powietrzu.

CO2 jest jednym z końcowych produktów metabolizmu (rozkładu glukozy i tłuszczów). Jest wydzielany w tkankach i transportowany przez hemoglobinę do płuc, przez które jest wydychany. Powietrze wydychane przez człowieka zawiera około 4,5% dwutlenku węgla (45 000 ppm) – 60-110 razy więcej niż powietrze wdychane.

Dwutlenek węgla odgrywa dużą rolę w regulacji przepływu krwi i oddychania. Wzrost poziomu CO2 we krwi powoduje rozszerzenie naczyń włosowatych, co umożliwia przepływ większej ilości krwi, która dostarcza tlen do tkanek i usuwa dwutlenek węgla.

Układ oddechowy jest również pobudzany przez wzrost dwutlenku węgla, a nie przez brak tlenu, jak mogłoby się wydawać. W rzeczywistości organizm długo nie odczuwa braku tlenu i jest całkiem możliwe, że w rozrzedzonym powietrzu człowiek straci przytomność, zanim poczuje brak powietrza. Pobudzającą właściwość CO2 wykorzystuje się w urządzeniach do sztucznego oddychania: gdzie dwutlenek węgla miesza się z tlenem, aby „uruchomić” układ oddechowy.

Dwutlenek węgla i my: dlaczego CO2 jest niebezpieczny

Dwutlenek węgla jest niezbędny dla organizmu człowieka tak samo jak tlen. Jednak podobnie jak w przypadku tlenu, nadmiar dwutlenku węgla szkodzi naszemu samopoczuciu.

Wysokie stężenie CO2 w powietrzu prowadzi do zatrucia organizmu i powoduje stan hiperkapnii. W przypadku hiperkapnii osoba doświadcza trudności w oddychaniu, nudności, bólu głowy, a nawet może stracić przytomność. Jeśli zawartość dwutlenku węgla nie spadnie, nastąpi głód tlenu. Faktem jest, że zarówno dwutlenek węgla, jak i tlen przemieszczają się po organizmie w tym samym „transporcie” – hemoglobinie. Zwykle „podróżują” razem, przyłączając się do różnych miejsc cząsteczki hemoglobiny. Jednakże zwiększone stężenie dwutlenku węgla we krwi zmniejsza zdolność tlenu do wiązania się z hemoglobiną. Ilość tlenu we krwi zmniejsza się i następuje niedotlenienie.

Takie niezdrowe skutki dla organizmu powstają przy wdychaniu powietrza o zawartości CO2 przekraczającej 5000 ppm (może to być np. powietrze w kopalniach). Prawdę mówiąc, w codziennym życiu praktycznie nigdy nie spotykamy się z takim powietrzem. Jednak znacznie niższe stężenie dwutlenku węgla nie wpływa najlepiej na zdrowie.

Według niektórych wyników nawet 1000 ppm CO2 powoduje zmęczenie i bóle głowy u połowy badanych. Wiele osób zaczyna odczuwać duszność i dyskomfort jeszcze wcześniej. Przy dalszym wzroście stężenia dwutlenku węgla do krytycznego poziomu 1500 – 2500 ppm mózg staje się „leniwy” w przejmowaniu inicjatywy, przetwarzaniu informacji i podejmowaniu decyzji.

A jeśli poziom 5000 ppm jest prawie niemożliwy w życiu codziennym, to 1000, a nawet 2500 ppm może z łatwością stać się częścią rzeczywistości współczesnego człowieka. Nasze badanie wykazało, że w rzadko wentylowanych salach lekcyjnych poziom CO2 przez większość czasu utrzymuje się na poziomie powyżej 1500 ppm, a czasami przekracza 2000 ppm. Są podstawy sądzić, że podobnie jest w wielu biurach, a nawet mieszkaniach.

Fizjolodzy uważają, że 800 ppm jest bezpiecznym poziomem dwutlenku węgla dla dobrego samopoczucia człowieka.

Inne badanie wykazało związek między poziomem CO2 a stresem oksydacyjnym: im wyższy poziom dwutlenku węgla, tym bardziej cierpimy na stres oksydacyjny, który uszkadza komórki naszego organizmu.

Dwutlenek węgla w atmosferze ziemskiej

W atmosferze naszej planety znajduje się zaledwie około 0,04% CO2 (jest to około 400 ppm), a ostatnio było jeszcze mniej: poziom dwutlenku węgla przekroczył granicę 400 ppm dopiero jesienią 2016 roku. Naukowcy przypisują wzrost poziomu CO2 w atmosferze industrializacji: w połowie XVIII wieku, w przededniu rewolucji przemysłowej, było to zaledwie około 270 ppm.

Formuła strukturalna

Prawdziwa, empiryczna lub ogólna formuła: CO2

Skład chemiczny dwutlenku węgla

Masa cząsteczkowa: 44,009

Dwutlenek węgla (dwutlenek węgla, dwutlenek węgla, tlenek węgla (IV), bezwodnik węgla) to gaz bezbarwny (w normalnych warunkach), bezwonny, o wzorze chemicznym CO2. Gęstość w normalnych warunkach wynosi 1,98 kg/m3 (jest cięższa od powietrza). Pod ciśnieniem atmosferycznym dwutlenek węgla nie występuje w stanie ciekłym, przechodząc bezpośrednio ze stanu stałego w stan gazowy. Stały dwutlenek węgla nazywany jest suchym lodem. Pod podwyższonym ciśnieniem i w normalnej temperaturze dwutlenek węgla zamienia się w ciecz, która służy do jego magazynowania. Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej wynosi średnio 0,04%. Dwutlenek węgla z łatwością przepuszcza promienie ultrafioletowe i promienie widzialnej części widma, które docierają do Ziemi ze Słońca i ją ogrzewają. Jednocześnie pochłania promienie podczerwone emitowane przez Ziemię i jest jednym z gazów cieplarnianych, przez co bierze udział w procesie globalnego ocieplenia. Od początków ery przemysłowej obserwuje się stały wzrost stężenia tego gazu w atmosferze.

Tlenek węgla (IV) - dwutlenek węgla, bezwonny i bezbarwny gaz, cięższy od powietrza, po silnym ochłodzeniu krystalizuje w postaci białej masy przypominającej śnieg - „suchy lód”. Pod ciśnieniem atmosferycznym nie topi się, lecz odparowuje, a temperatura sublimacji wynosi -78°C. Dwutlenek węgla powstaje, gdy materia organiczna gnije i spala się. Zawarte w powietrzu i źródłach mineralnych, uwalniane podczas oddychania zwierząt i roślin. Rozpuszczalny w wodzie (1 objętość dwutlenku węgla w jednej objętości wody o temperaturze 15°C).

Ze względu na właściwości chemiczne dwutlenek węgla zalicza się do tlenków kwasowych. Po rozpuszczeniu w wodzie tworzy kwas węglowy. Reaguje z zasadami tworząc węglany i wodorowęglany. Podlega reakcjom podstawienia elektrofilowego (np. fenolem) i addycji nukleofilowej (np. związkami magnezoorganicznymi). Tlenek węgla (IV) nie podtrzymuje spalania. Spalają się w nim tylko niektóre aktywne metale. Oddziałuje z tlenkami metali aktywnych. Po rozpuszczeniu w wodzie tworzy kwas węglowy. Reaguje z zasadami tworząc węglany i wodorowęglany.

Organizm ludzki wytwarza około 1 kg (2,3 funta) dwutlenku węgla dziennie. Dwutlenek węgla ten transportowany jest z tkanek, gdzie powstaje jako jeden z końcowych produktów metabolizmu, poprzez układ żylny, a następnie jest wydalany z wydychanym powietrzem przez płuca. Zatem zawartość dwutlenku węgla we krwi jest wysoka w układzie żylnym, zmniejsza się w sieci naczyń włosowatych płuc i jest niska we krwi tętniczej. Zawartość dwutlenku węgla w próbce krwi często wyraża się jako ciśnienie cząstkowe, to znaczy ciśnienie, jakie miałaby dana ilość dwutlenku węgla zawarta w próbce krwi, gdyby zajmował on całą objętość próbki krwi. Dwutlenek węgla ( CO2) jest transportowany we krwi na trzy różne sposoby (dokładna proporcja każdego z tych trzech sposobów transportu zależy od tego, czy krew jest tętnicza czy żylna).

Większość dwutlenku węgla (70% do 80%) jest przekształcana przez enzym anhydrazę węglanową w czerwonych krwinkach w jony wodorowęglanowe.
Około 5% - 10% dwutlenku węgla rozpuszcza się w osoczu krwi.
Około 5% - 10% dwutlenku węgla wiąże się z hemoglobiną w postaci związków karbaminy (karbohemoglobiny).

Hemoglobina, główne białko transportujące tlen w czerwonych krwinkach, jest w stanie transportować zarówno tlen, jak i dwutlenek węgla. Jednakże dwutlenek węgla wiąże się z hemoglobiną w innym miejscu niż tlen. Wiąże się z N-końcowymi końcami łańcuchów globiny, a nie z hemem. Jednakże ze względu na efekty allosteryczne, które prowadzą do zmiany konfiguracji cząsteczki hemoglobiny po związaniu, wiązanie dwutlenku węgla zmniejsza zdolność tlenu do wiązania się z nim przy danym ciśnieniu parcjalnym tlenu i odwrotnie – wiązanie tlenu z hemoglobiną zmniejsza zdolność dwutlenku węgla do wiązania się z nią przy danym ciśnieniu cząstkowym dwutlenku węgla. Ponadto zdolność hemoglobiny do preferencyjnego wiązania tlenu lub dwutlenku węgla zależy również od pH środowiska. Cechy te są bardzo ważne dla pomyślnego pobierania i transportu tlenu z płuc do tkanek i jego pomyślnego uwalniania do tkanek, a także dla pomyślnego pobierania i transportu dwutlenku węgla z tkanek do płuc i tam jego uwalniania. Dwutlenek węgla jest jednym z najważniejszych mediatorów autoregulacji przepływu krwi. Jest to silny środek rozszerzający naczynia krwionośne. Odpowiednio, jeśli poziom dwutlenku węgla w tkankach lub krwi wzrasta (na przykład na skutek intensywnego metabolizmu – spowodowanego np. wysiłkiem fizycznym, stanem zapalnym, uszkodzeniem tkanek lub z powodu utrudnienia przepływu krwi, niedokrwienia tkanki), wówczas naczynia włosowate rozszerzają się co prowadzi do zwiększonego przepływu krwi, a co za tym idzie, do zwiększenia dostarczania tlenu do tkanek i transportu zakumulowanego dwutlenku węgla z tkanek. Ponadto dwutlenek węgla w określonych stężeniach (zwiększonych, ale jeszcze nie osiągających wartości toksycznych) działa dodatnio inotropowo i chronotropowo na mięsień sercowy oraz zwiększa jego wrażliwość na adrenalinę, co prowadzi do wzrostu siły i częstotliwości skurczów serca, rzut, a co za tym idzie, udar i minutową objętość krwi. Pomaga to również skorygować niedotlenienie tkanek i hiperkapnię (podwyższony poziom dwutlenku węgla). Jony wodorowęglanowe są bardzo ważne dla regulacji pH krwi i utrzymania prawidłowej równowagi kwasowo-zasadowej. Częstotliwość oddychania wpływa na zawartość dwutlenku węgla we krwi. Słaby lub powolny oddech powoduje kwasicę oddechową, natomiast szybki i nadmiernie głęboki oddech prowadzi do hiperwentylacji i rozwoju zasadowicy oddechowej. Ponadto dwutlenek węgla odgrywa również ważną rolę w regulacji oddychania. Chociaż nasz organizm potrzebuje tlenu do metabolizmu, niski poziom tlenu we krwi lub tkankach zwykle nie stymuluje oddychania (a raczej stymulujący wpływ niskiego poziomu tlenu na oddychanie jest zbyt słaby i „włącza się” późno, przy bardzo niskim poziomie tlenu w organizmie). krew, przy której często człowiek już traci przytomność). Zwykle oddychanie jest stymulowane przez wzrost poziomu dwutlenku węgla we krwi. Ośrodek oddechowy jest znacznie bardziej wrażliwy na podwyższony poziom dwutlenku węgla niż na brak tlenu. W konsekwencji wdychanie bardzo rozrzedzonego powietrza (o niskim ciśnieniu cząstkowym tlenu) lub mieszaniny gazów w ogóle niezawierającej tlenu (np. 100% azotu lub 100% podtlenku azotu) może szybko doprowadzić do utraty przytomności, nie wywołując uczucia braku powietrza (ponieważ poziom dwutlenku węgla we krwi nie wzrasta, bo nic nie stoi na przeszkodzie jego wydychaniu). Jest to szczególnie niebezpieczne dla pilotów samolotów wojskowych lecących na dużych wysokościach (jeżeli wrogi pocisk trafi w kokpit i w kokpicie nastąpi rozhermetyzowanie, piloci mogą szybko stracić przytomność). Ta cecha układu regulacji oddychania jest również powodem, dla którego stewardessy w samolotach instruują pasażerów, aby w przypadku obniżenia ciśnienia w kabinie samolotu przede wszystkim sami zakładali maskę tlenową, zanim spróbują w ten sposób pomóc komukolwiek innemu pomocnik sam ryzykuje szybką utratą przytomności, a nawet do ostatniej chwili nie odczuwając dyskomfortu ani potrzeby tlenu. Ośrodek oddechowy człowieka stara się utrzymać ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla we krwi tętniczej nie wyższe niż 40 mmHg. Przy świadomej hiperwentylacji zawartość dwutlenku węgla we krwi tętniczej może spaść do 10-20 mmHg, natomiast zawartość tlenu we krwi pozostanie praktycznie niezmieniona lub nieznacznie wzrośnie, a potrzeba wzięcia kolejnego oddechu zmniejszy się w wyniku spadku w stymulującym działaniu dwutlenku węgla na czynność ośrodka oddechowego. Z tego powodu po okresie świadomej hiperwentylacji łatwiej jest wstrzymać oddech na dłuższy czas, niż bez wcześniejszej hiperwentylacji. Ta celowa hiperwentylacja, po której następuje wstrzymanie oddechu, może prowadzić do utraty przytomności, zanim dana osoba poczuje potrzebę wzięcia oddechu. W bezpiecznym środowisku taka utrata przytomności nie zagraża niczemu szczególnemu (po utracie przytomności osoba straci kontrolę nad sobą, przestanie wstrzymywać oddech i weźmie oddech, oddycha, a wraz z nim dopływ tlenu do mózgu będzie przywrócona, a następnie świadomość zostanie przywrócona). Jednak w innych sytuacjach, np. przed nurkowaniem, może to być niebezpieczne (na głębokości nastąpi utrata przytomności i konieczność wzięcia oddechu, a bez świadomej kontroli woda przedostanie się do dróg oddechowych, co może doprowadzić do utonięcia). Dlatego hiperwentylacja przed nurkowaniem jest niebezpieczna i niezalecana.

W ilościach przemysłowych dwutlenek węgla wydziela się ze spalin lub jako produkt uboczny procesów chemicznych, np. podczas rozkładu naturalnych węglanów (wapień, dolomit) lub podczas produkcji alkoholu (fermentacja alkoholowa). Mieszaninę powstałych gazów przemywa się roztworem węglanu potasu, który pochłania dwutlenek węgla, zamieniając się w wodorowęglan. Roztwór wodorowęglanu rozkłada się po podgrzaniu lub pod zmniejszonym ciśnieniem, uwalniając dwutlenek węgla. W nowoczesnych instalacjach do produkcji dwutlenku węgla zamiast wodorowęglanu coraz częściej stosuje się wodny roztwór monoetanoloaminy, który w określonych warunkach może absorbować CO2 zawarte w spalinach i uwalniane po podgrzaniu; Oddziela to gotowy produkt od innych substancji. Dwutlenek węgla powstaje także w instalacjach separacji powietrza jako produkt uboczny przy produkcji czystego tlenu, azotu i argonu. W laboratorium niewielkie ilości otrzymuje się w drodze reakcji węglanów i wodorowęglanów z kwasami takimi jak marmur, kreda czy soda z kwasem solnym, stosując np. aparat Kippa. W wyniku reakcji kwasu siarkowego z kredą lub marmurem powstaje słabo rozpuszczalny siarczan wapnia, który zakłóca reakcję i który jest usuwany przy znacznym nadmiarze kwasu. Do przygotowania napojów można zastosować reakcję sody oczyszczonej z kwaskiem cytrynowym lub kwaśnym sokiem z cytryny. To właśnie w tej formie pojawiły się pierwsze napoje gazowane. Ich produkcją i sprzedażą zajmowali się farmaceuci.

W przemyśle spożywczym dwutlenek węgla stosowany jest jako środek konserwujący i spulchniający i jest oznaczony na opakowaniu kodem E290. Ciekły dwutlenek węgla jest szeroko stosowany w systemach gaśniczych i gaśnicach. Automatyczne systemy gaśnicze na dwutlenek węgla różnią się układami rozruchowymi, które mogą być pneumatyczne, mechaniczne lub elektryczne. Urządzenie do dostarczania dwutlenku węgla do akwarium może zawierać zbiornik gazu. Najprostsza i najczęstsza metoda produkcji dwutlenku węgla opiera się na projekcie przygotowania zacieru napoju alkoholowego. Podczas fermentacji uwolniony dwutlenek węgla może zapewnić pożywienie roślinom akwariowym. Dwutlenek węgla służy do nasycania lemoniady i wody gazowanej. Dwutlenek węgla jest również stosowany jako środek ochronny podczas spawania drutowego, ale w wysokich temperaturach dysocjuje i uwalnia tlen. Uwolniony tlen utlenia metal. W związku z tym konieczne jest wprowadzenie do drutu spawalniczego środków odtleniających, takich jak mangan i krzem. Inną konsekwencją działania tlenu, związaną również z utlenianiem, jest gwałtowny spadek napięcia powierzchniowego, co prowadzi między innymi do intensywniejszego rozpryskiwania metalu niż podczas spawania w środowisku obojętnym. Dwutlenek węgla w puszkach stosowany jest w wiatrówkach (w pneumatyce butli gazowych) oraz jako źródło energii do silników w modelarstwie lotniczym. Magazynowanie dwutlenku węgla w butli stalowej w stanie skroplonym jest bardziej opłacalne niż w postaci gazu. Dwutlenek węgla ma stosunkowo niską temperaturę krytyczną wynoszącą +31°C. Do standardowej 40-litrowej butli wlewa się około 30 kg skroplonego dwutlenku węgla, przy czym w temperaturze pokojowej w butli będzie znajdować się faza ciekła, a ciśnienie będzie wynosić około 6 MPa (60 kgf/cm²). Jeśli temperatura będzie wyższa niż +31°C, wówczas dwutlenek węgla przejdzie w stan nadkrytyczny przy ciśnieniu powyżej 7,36 MPa. Standardowe ciśnienie robocze dla zwykłej 40-litrowej butli wynosi 15 MPa (150 kgf/cm²), ale musi bezpiecznie wytrzymać ciśnienie 1,5 razy wyższe, czyli 22,5 MPa, więc pracę z takimi butlami można uznać za całkiem bezpieczną. Stały dwutlenek węgla – „suchy lód” – stosowany jest jako czynnik chłodniczy w badaniach laboratoryjnych, w handlu detalicznym, podczas naprawy sprzętu (np. chłodzenie jednej z współpracujących części podczas wciskania) itp. Dwutlenek węgla służy do skraplania dwutlenku węgla i produkcji suchego lodu.

Pomiar ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla jest wymagany w procesach technologicznych, w zastosowaniach medycznych - analiza mieszanin oddechowych podczas sztucznej wentylacji oraz w zamkniętych systemach podtrzymywania życia. Analiza stężenia CO2 w atmosferze wykorzystuje się do badań środowiskowych i naukowych, aby zbadać efekt cieplarniany. Rejestracja dwutlenku węgla odbywa się za pomocą analizatorów gazów opartych na zasadzie spektroskopii w podczerwieni oraz innych systemów pomiaru gazów. Analizator gazów medycznych służący do rejestracji zawartości dwutlenku węgla w wydychanym powietrzu nazywa się kapnografem. Do pomiaru niskich stężeń CO2(a także CO) w gazach procesowych lub w powietrzu atmosferycznym można zastosować metodę chromatografii gazowej z metanizatorem i rejestrację za pomocą detektora płomieniowo-jonizacyjnego.

Roczne wahania stężenia atmosferycznego dwutlenku węgla na planecie determinowane są głównie przez roślinność średnich szerokości geograficznych (40-70°) półkuli północnej. Roślinność w tropikach jest praktycznie niezależna od pory roku, suchy pas pustynny o nachyleniu 20-30° (na obu półkulach) w niewielkim stopniu przyczynia się do obiegu dwutlenku węgla, a pasy lądu najbardziej porośnięte roślinnością położone są na Ziemi asymetrycznie ( na półkuli południowej znajduje się ocean na średnich szerokościach geograficznych). Dlatego od marca do września, w wyniku fotosyntezy, zawartość CO2 w atmosferze maleje, a od października do lutego wzrasta. Do wegetacji zimowej przyczynia się zarówno utlenianie drewna (heterotroficzne oddychanie roślin, gnicie, rozkład próchnicy, pożary lasów), jak i spalanie paliw kopalnych (węgiel, ropa naftowa, gaz), którego intensywność zauważalnie wzrasta w sezonie zimowym. Duża ilość dwutlenku węgla rozpuszcza się w oceanie. Dwutlenek węgla stanowi znaczną część atmosfer niektórych planet Układu Słonecznego: Wenus, Mars.

Dwutlenek węgla jest nietoksyczny, jednak ze względu na wpływ jego zwiększonego stężenia w powietrzu na organizmy żywe oddychające powietrzem, zaliczany jest do gazów duszących (ang.) rosyjski. Niewielki wzrost stężenia do 2-4% w pomieszczeniach zamkniętych prowadzi do rozwój senności i osłabienia u ludzi. Za niebezpieczne uważa się stężenia w granicach 7-10%, przy których dochodzi do uduszenia objawiającego się bólem głowy, zawrotami głowy, utratą słuchu i utratą przytomności (objawy podobne do choroby wysokościowej), w zależności od stężenia, przez okres kilka minut do jednej godziny. Wdychanie powietrza o dużym stężeniu gazów powoduje bardzo szybką śmierć w wyniku uduszenia. Choć tak naprawdę już stężenie 5-7% CO2 nie jest śmiertelne, już przy stężeniu 0,1% (taki poziom dwutlenku węgla obserwuje się w powietrzu megamiast) ludzie zaczynają czuć się osłabieni i senni. Pokazuje to, że nawet przy wysokim stężeniu tlenu, wysokie stężenie CO2 ma znaczący wpływ na samopoczucie. Wdychanie powietrza o podwyższonym stężeniu tego gazu nie powoduje długotrwałych problemów zdrowotnych, a po usunięciu poszkodowanego z zanieczyszczonej atmosfery szybko następuje całkowite przywrócenie zdrowia.

Udział: