Pin
Send
Share
Send


نشبع هو مركب كيميائي موجود كغاز في الغلاف الجوي للأرض. وهو يتألف من جزيئات بسيطة ، ولكل منها ذرة كربون واثنان من الأكسجين. وبالتالي الصيغة الكيميائية هي CO2. يبلغ تركيزه حاليًا 385 جزءًا في المليون (ppm) من حيث الحجم في الغلاف الجوي للأرض.

إنه عنصر رئيسي في دورة الكربون. بشكل عام ، يتم الزفير بواسطة الحيوانات ويستخدم لعملية التمثيل الضوئي بواسطة النباتات المتنامية. يتم إنشاء ثاني أكسيد الكربون الإضافي عن طريق احتراق الوقود الأحفوري أو الخضروات ، وكذلك العمليات الكيميائية الأخرى. إنه أحد غازات الدفيئة المهمة نظرًا لقدرته على امتصاص العديد من أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء لضوء الشمس وبسبب طول الوقت الذي يبقى فيه في الغلاف الجوي للأرض.

في الحالة الصلبة ، يطلق على ثاني أكسيد الكربون عادة الجليد الجاف. ليس لثاني أكسيد الكربون حالة سائلة عند ضغوط أقل من 4 أجهزة صراف آلي.

الخواص الكيميائية والفيزيائية

الرسم البياني المرحلة ضغط ثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون وعديم الرائحة. عند استنشاقه بتركيزات أعلى من المستويات الجوية المعتادة ، فإنه يمكن أن ينتج طعمًا حامضًا في الفم وإحساسًا لاذعًا في الأنف والحنجرة. هذه الآثار ناتجة عن إذابة الغاز في الأغشية المخاطية واللعاب ، وتشكيل محلول ضعيف من حمض الكربونيك. يمكن أن يحدث هذا الإحساس أيضًا أثناء محاولة لخنق تجشؤ بعد شرب مشروب غازي. تعتبر المبالغ التي تتجاوز 5000 جزء في المليون غير صحية ، وتلك التي تزيد عن 50000 جزء في المليون تعتبر خطرة على الحياة الحيوانية.1

عند درجة الحرارة والضغط المعيارية ، تبلغ كثافة ثاني أكسيد الكربون حوالي 1.98 كجم / متر مكعب ، أي حوالي 1.5 مرة من كثافة الهواء. يحتوي جزيء ثاني أكسيد الكربون (O = C = O) على رابطة مزدوجة وله شكل خطي. لا يوجد لديه ثنائي القطب الكهربائي. نظرًا لأنها مؤكسدة بالكامل ، فهي ليست شديدة التفاعل وغير قابلة للاشتعال.

عند درجة حرارة 78.5 درجة مئوية ، يتغير ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الطور الصلب إلى الطور الغازي من خلال التسامي ، أو من الغازية إلى الصلبة حتى الترسب. عادة ما يسمى الشكل الصلب "الثلج الجاف". يتكون ثاني أكسيد الكربون السائل فقط عند ضغوط أعلى من 4.0-5.1 أجهزة الصراف الآلي ، وهذا يتوقف على درجة الحرارة. على وجه التحديد ، تبلغ النقطة الثلاثية لثاني أكسيد الكربون 416.7 كيلو باسكال عند -56.6 درجة مئوية. النقطة الحرجة هي 7821 كيلو باسكال عند 31.1 درجة مئوية.

الكريات الصغيرة من الجليد الجاف التسامي في الهواء.

يحتوي ثاني أكسيد الكربون الصلب على العلامة التجارية العامة "الجليد الجاف". ولاحظ لأول مرة في عام 1825 من قبل الكيميائي الفرنسي تشارلز ثيلورييه. يشيع استخدام الثلج الجاف كعامل تبريد متنوع ، وهو غير مكلف نسبيًا. أثناء تسخينه ، يتراكم ثاني أكسيد الكربون الصلب مباشرة في مرحلة الغاز ، دون ترك أي سائل. هذا يجعلها مريحة. يمكن العثور عليها غالبًا في محلات البقالة والمختبرات ، كما تستخدم أيضًا في صناعة الشحن.

أكبر استخدام غير التبريد للثلج الجاف هو لتنظيف الانفجار.

هناك شكل بديل لثاني أكسيد الكربون الصلب ، وهو شكل غير متبلور يشبه الزجاج ، وهو أمر ممكن ، وإن لم يكن تحت الضغط الجوي.2 هذا النوع من الزجاج ، ودعا كاربونيا، تم إنتاجه عن طريق التبريد المبرد CO2 في ضغوط شديدة (40-48 GPa أو حوالي 400000 الغلاف الجوي) في سندان الماس. أكد هذا الاكتشاف النظرية القائلة إن ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يوجد في حالة زجاجية مماثلة لأعضاء آخرين من الأسرة الأولية ، مثل السيليكون (زجاج السيليكا) والجرمانيوم. على عكس نظارات أكاسيد السيليكا وأكسيد الجرمانيوم ، فإن زجاج الكربونيا غير مستقر عند الضغوط الطبيعية ويعود إلى الغاز عندما يتحرر الضغط.

تاريخ التحقيق

كان ثاني أكسيد الكربون من أوائل الغازات التي توصف بأنها مادة متميزة عن الهواء. في القرن السابع عشر ، لاحظ الكيميائي الفلمندي يان بابتيست فان هيلمونت أنه عندما أحرق الفحم في وعاء مغلق ، كانت كتلة الرماد الناتج أقل بكثير من كتلة الفحم الأصلي. كان تفسيره هو أن بقية الفحم قد تحولت إلى مادة غير مرئية أطلق عليها "غاز" أو "روح برية" (روحوس سيلفستر).

تمت دراسة خصائص ثاني أكسيد الكربون بشكل أكثر شمولاً في الخمسينيات من القرن العشرين بواسطة الطبيب الاسكتلندي جوزيف بلاك. وجد أن الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) يمكن تسخينه أو معالجته بالأحماض لإنتاج غاز أطلق عليه "الهواء الثابت". ولاحظ أن الهواء الثابت كان أكثر كثافة من الهواء ولم يدعم الحياة باللهب أو الحيوانات. ووجد أيضًا أنه عندما يتم إفقارها عبر محلول مائي من الجير (هيدروكسيد الكالسيوم) ، فإنه يترسب كربونات الكالسيوم. لقد استخدم هذه الظاهرة لتوضيح أن ثاني أكسيد الكربون ينتج عن التنفس الحيواني والتخمير الميكروبي. في عام 1772 ، نشر الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي ورقة بعنوان تشريب المياه بالهواء الثابت حيث وصف عملية تقطر حمض الكبريتيك (أو زيت الفيتريول كما يعرف بريستلي) على الطباشير من أجل إنتاج ثاني أكسيد الكربون ، وإجبار الغاز على الذوبان عن طريق تحريك وعاء من الماء على اتصال مع الغاز.3

تم أولاً تسريب ثاني أكسيد الكربون (في ضغوط مرتفعة) في عام 1823 بواسطة همفري ديفي ومايكل فاراداي.4 قدم تشارلز ثيلير ، أول وصف لثاني أكسيد الكربون الصلب ، الذي افتتح في عام 1834 حاوية مضغوطة من ثاني أكسيد الكربون السائل ، فقط ليجد أن التبريد الناتج عن التبخر السريع للسائل قد أسفر عن "ثلج" من ثاني أكسيد الكربون الصلب.2.5

عزل

يمكن الحصول على ثاني أكسيد الكربون من تقطير الهواء. ومع ذلك ، فإن هذا لا ينتج سوى كميات صغيرة جدًا من ثاني أكسيد الكربون2. تنتج مجموعة كبيرة من التفاعلات الكيميائية ثاني أكسيد الكربون ، مثل التفاعل بين معظم الأحماض ومعظم كربونات المعادن. على سبيل المثال ، يرد وصف التفاعل بين حمض الكبريتيك وكربونات الكالسيوم (الحجر الجيري أو الطباشير) أدناه:

H2وبالتالي4 + CaCO3 → CaSO4 + ح2CO3

ح2CO3 ثم تتحلل إلى الماء وثاني أكسيد الكربون2. تصاحب هذه التفاعلات رغوة أو فقاعات أو كليهما. ردود الفعل في الصناعة واسعة الانتشار لأنه يمكن استخدامها لتحييد تيارات حمض النفايات.

إنتاج الكيكليمي (CaO) وهو مادة كيميائية ذات استخدام واسع النطاق ، من الحجر الجيري عن طريق التدفئة في حوالي 850 سC تنتج أيضا CO2:

كربونات الكالسيوم3 → CaO + CO2

إن احتراق جميع أنواع الوقود المحتوية على الكربون ، مثل الميثان (الغاز الطبيعي) ، نواتج التقطير البترولية (البنزين ، الديزل ، الكيروسين ، البروبان) ، وكذلك الفحم والخشب ، سوف ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون ، وفي معظم الحالات ، الماء. كمثال على التفاعل الكيميائي بين الميثان والأكسجين ويرد أدناه.

CH4 + 2 يا2 → شركة2 + 2 ساعة2O

يتم تقليل الحديد من أكاسيده مع فحم الكوك في فرن الانفجار ، وإنتاج الحديد الخنزير وثاني أكسيد الكربون:

2 الحديد2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2

تنتج الخميرة ثاني أكسيد الكربون والإيثانول ، المعروفان أيضًا بالكحول ، في إنتاج النبيذ والبيرة والمشروبات الروحية الأخرى:

C6H12O6 → 2 CO2 + 2 ج2H5يا

جميع الكائنات الهوائية تنتج CO2 عندما أكسدة الكربوهيدرات والأحماض الدهنية والبروتينات في الميتوكوندريا من الخلايا. CO2 هو مصدر الطاقة الرئيسي والمسار الأيضي الرئيسي في الكائنات غيرية التغذية مثل الحيوانات ، وأيضًا مصدر الطاقة الثانوي في الكائنات الضوئية مثل النباتات عندما لا يتوفر ضوء كافٍ للتمثيل الضوئي. عدد كبير من ردود الفعل المعنية معقدة للغاية ولا يوصف بسهولة. الرجوع إلى (التنفس ، التنفس اللاهوائي والتمثيل الضوئي). تستخدم Photoautotrophs (أي النباتات ، البكتيريا الزرقاء) أخرى طريقة العمل: أنها تمتص CO2 من الهواء ، وإلى جانب الماء ، قم بتفاعله لتكوين الكربوهيدرات:

نCO2 + نH2يا → (CH2O)ن + نO2

ثاني أكسيد الكربون قابل للذوبان في الماء ، حيث يتحول تلقائيًا بين ثاني أكسيد الكربون2 و ح2CO3 (حمض الكربونيك). التركيزات النسبية CO2، ح2CO3، و deprotonated أشكال HCO3- (بيكربونات) وشركاه32-(كربونات) تعتمد على درجة الحموضة. في المياه المحايدة أو القلوية قليلاً (درجة الحموضة> 6.5) ، يغلب شكل البيكربونات (> 50 في المائة) الأكثر انتشارًا (> 95٪) عند درجة الحموضة في مياه البحر ، بينما في المياه القلوية جدًا (درجة الحموضة> 10.4) تكون الغالبة (> 50 ٪) شكل كربونات. تكون أشكال بيكربونات وكربونات قابلة للذوبان بشدة ، مثل أن مياه المحيط المتوازنة بالهواء (القلوية الطفيفة مع الرقم الهيدروجيني العادي = 8.2 - 8.5) تحتوي على حوالي 120 ملغ من بيكربونات لكل لتر.

الإنتاج الصناعي

يتم تصنيع ثاني أكسيد الكربون بشكل أساسي من ست عمليات:6

  1. كمنتج ثانوي في مصانع الأمونيا والهيدروجين ، حيث يتم تحويل الميثان إلى أول أكسيد الكربون2;
  2. من احتراق الوقود الكربوني
  3. كمنتج ثانوي من التخمير.
  4. من التحلل الحراري لل CACO3;
  5. كمنتج ثانوي لتصنيع فوسفات الصوديوم.
  6. مباشرة من آبار غاز ثاني أكسيد الكربون الطبيعي.

الاستخدامات

يستخدم ثاني أكسيد الكربون في صناعة الأغذية وصناعة النفط والصناعة الكيميائية.6

يستخدم ثاني أكسيد الكربون لإنتاج المشروبات الغازية والمياه الغازية. تقليديا ، الكربنة في البيرة والنبيذ الفوار يأتي من خلال التخمير الطبيعي ، ولكن بعض الشركات المصنعة كربونات هذه المشروبات بشكل مصطنع. يتم ضغط الحلوى المسماة Pop Rocks بغاز ثاني أكسيد الكربون عند حوالي 40 بار (600 رطل). عند وضعه في الفم ، يذوب (تمامًا مثل الحلوى الصلبة الأخرى) ويطلق فقاعات الغاز بـ "pop" مسموعة.

عوامل التخمير تنتج ثاني أكسيد الكربون لتسبب ارتفاع العجين. تقوم خميرة بيكر بإنتاج ثاني أكسيد الكربون عن طريق التخمير داخل العجين ، في حين أن الخمائر الكيميائية مثل مسحوق الخبز وصودا الخبز تطلق ثاني أكسيد الكربون عند تسخينه أو إذا تعرضت للأحماض.

ليزر ثاني أكسيد الكربون.

غالبًا ما يستخدم ثاني أكسيد الكربون كغاز مضغوط غير قابل للاشتعال. غالبًا ما تحتوي سترات النجاة على عبوات من ثاني أكسيد الكربون المضغوط للتضخم السريع. كما يتم بيع كبسولات الصلب كإمدادات من الغاز المضغوط للبنادق الهوائية ، وعلامات كرة الطلاء ، وتضخيم إطارات الدراجات ، وصنع سلتزر. تبخير سريع من CO السائل2 يستخدم للتفجير في مناجم الفحم.

ثاني أكسيد الكربون هو الغاز المضغوط الأكثر استخدامًا للأنظمة الهوائية في الروبوتات القتالية. ثاني أكسيد الكربون مثالي لهذا التطبيق لأنه في درجة حرارة الغرفة يصبح سائلاً عند ضغط 60 بار. يوفر خزان ثاني أكسيد الكربون السائل ضغطًا ثابتًا يبلغ 60 بارًا حتى يصبح الخزان فارغًا. من شأن خزان الهواء المضغوط أن يقلل الضغط تدريجياً عند استخدامه.

ثاني أكسيد الكربون يطفئ النيران ، وبعض طفايات الحريق ، وخاصة تلك المصممة للحرائق الكهربائية ، تحتوي على ثاني أكسيد الكربون السائل تحت الضغط. يجد ثاني أكسيد الكربون أيضًا استخدامًا كغلاف للحام ، على الرغم من أنه في قوس اللحام ، يتفاعل مع أكسدة معظم المعادن. يعد الاستخدام في صناعة السيارات أمرًا شائعًا على الرغم من الأدلة المهمة على أن اللحامات المصنوعة في ثاني أكسيد الكربون أكثر هشاشة من تلك المصنوعة في أجواء أكثر خاملة ، وأن مفاصل اللحام هذه تتدهور بمرور الوقت بسبب تكوين حمض الكربونيك. يتم استخدامه كغاز لحام بشكل أساسي لأنه أقل تكلفة من الغازات الخاملة مثل الأرجون أو الهيليوم.

ثاني أكسيد الكربون السائل هو مذيب جيد للعديد من المركبات العضوية ، ويستخدم لإزالة الكافيين من القهوة. أولاً ، غارقة حبوب البن الخضراء في الماء. توضع الحبوب في أعلى عمود يبلغ ارتفاعه سبعين قدمًا (21 مترًا). سائل ثاني أكسيد الكربون عند حوالي 93 درجة مئوية يدخل في أسفل العمود. ينتشر الكافيين من الفول إلى ثاني أكسيد الكربون.

بدأ ثاني أكسيد الكربون في جذب الانتباه في الصناعات الدوائية وغيرها من صناعات المعالجة الكيميائية كبديل أقل سمية للمذيبات التقليدية مثل الكلوريد العضوي. يتم استخدامه من قبل بعض عمال النظافة الجافة لهذا السبب. (انظر الكيمياء الخضراء.)

تحتاج النباتات إلى غاز ثاني أكسيد الكربون لإجراء عملية التمثيل الضوئي ، وقد تؤدي البيوت الزجاجية إلى إثراء أجواءها باستخدام ثاني أكسيد الكربون الإضافي2 لتعزيز نمو النبات. وقد اقترح أن يتم بث ثاني أكسيد الكربون الناتج عن توليد الطاقة في أحواض لتنمية الطحالب التي يمكن بعد ذلك تحويلها إلى وقود الديزل الحيوي 7. إن المستويات العالية من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تقضي فعليًا على العديد من الآفات. سوف الدفيئات رفع مستوى CO2 إلى 10000 جزء في المليون (1٪) لعدة ساعات للتخلص من الآفات مثل الذباب الأبيض وعث العنكبوت وغيرها.

في الطب ، يتم إضافة ما يصل إلى 5 في المائة من ثاني أكسيد الكربون إلى الأكسجين النقي لتنشيط التنفس بعد انقطاع النفس ولتثبيت O2/ CO2 التوازن في الدم.

يستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون ، وهو نوع شائع من ليزر الغاز الصناعي ، ثاني أكسيد الكربون كوسيط.

يمكن أيضًا دمج ثاني أكسيد الكربون مع الليمونين من القشور البرتقالية أو الإيبوكسيدات الأخرى لإنشاء البوليمرات والبلاستيك.

يتم حقن ثاني أكسيد الكربون عادة في آبار النفط أو المجاورة لها. سيكون بمثابة عامل ضغط ، وعندما يذوب في النفط الخام تحت الأرض ، سوف يقلل بشكل كبير من اللزوجة ، مما يتيح للزيت أن يتدفق بسرعة أكبر عبر الأرض إلى بئر الإزالة. في حقول النفط الناضجة ، تُستخدم شبكات الأنابيب الواسعة لنقل ثاني أكسيد الكربون إلى نقاط الحقن.

في الصناعة الكيميائية ، يستخدم ثاني أكسيد الكربون لإنتاج اليوريا والكربونات والبيكربونات وساليسيلات الصوديوم.

يعتبر غاز ثاني أكسيد الكربون السائل والصلب من المبردات المهمة ، خاصة في صناعة الأغذية ، حيث يتم استخدامهم أثناء نقل وتخزين الآيس كريم والأطعمة المجمدة الأخرى. يُطلق على ثاني أكسيد الكربون الصلب "الجليد الجاف" ويستخدم في الشحنات الصغيرة التي لا تكون فيها معدات التبريد عملية.

تم استخدام ثاني أكسيد الكربون السائل (تسمية الصناعة R744 / R-744) كمبرد قبل اكتشاف R-12 ومن المرجح أن يتمتع بنهضة 8 بسبب المخاوف البيئية. خصائصه الفيزيائية مواتية للغاية لأغراض التبريد والتبريد والتدفئة ، ولديها قدرة تبريد عالية الحجم. بسبب تشغيلها في ضغوط تصل إلى 130 بار ، CO2 تتطلب الأنظمة مكونات عالية المقاومة تم تطويرها بالفعل لإنتاج متسلسل في العديد من القطاعات. في تكييف الهواء ، في أكثر من 90 في المائة من جميع ظروف القيادة ، يعمل R744 أكثر كفاءة من الأنظمة التي تستخدم R-134a. يمكن أن تجعل ميزاته البيئية (GWP of 1 ، غير المستنفدة للأوزون وغير السامة وغير القابلة للاشتعال) من سائل العمل في المستقبل ليحل محل مركبات الكربون الهيدروفلورية الحالية في السيارات والسوبر ماركت ومضخات تسخين المياه الساخنة ، من بين أمور أخرى. بعض التطبيقات: قامت Coca-Cola بحقل CO2أعرب مبردات المشروبات القائمة على أساس والجيش الأمريكي وغيرها من الاهتمام 9.

بحلول نهاية عام 2007 ، من المتوقع أن تتخذ صناعة السيارات العالمية قرارًا بشأن الجيل المقبل من سائل التبريد في مكيفات السيارات. CO2 هو أحد الخيارات التي تمت مناقشتها. (انظر The Cool War)

في الغلاف الجوي للأرض

يوجد ثاني أكسيد الكربون في مساحة صغيرة للغاية تبلغ 383 جزءًا في المليون (0.000383) من حجم الغلاف الجوي للأرض ، لكنه غازات دفيئة قوية جدًا وله أيضًا تأثير كبير على المناخ. من الضروري أيضًا التمثيل الضوئي في النباتات والنباتات الضوئية الأخرى.

على الرغم من انخفاض التركيز ، CO2 هو عنصر مهم للغاية في الغلاف الجوي للأرض لأنه يمتص الأشعة تحت الحمراء عند أطوال موجية تبلغ 4.26 ميكرون (وضع الاهتزاز غير المتماثل الممتد) و 14.99 ميكرون (وضع الاهتزاز الانحناء) ويعزز تأثير الدفيئة بدرجة كبيرة.7

على الرغم من أن بخار الماء يمثل جزءًا كبيرًا من تأثير الدفيئة ، إلا أنه لا توجد طريقة حقيقية للتحكم في كمية بخار الماء في نظام مناخ الأرض وهو قصير العمر في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، لا يُعتبر بخار الماء مطلقًا تأثيرًا تقريبًا ، ولكنه دائمًا ما يكون ردود فعل.

من ناحية أخرى ، يُعد ثاني أكسيد الكربون تأثيرًا قويًا للغاية ، كما أنه يدوم لفترة أطول في جو الأرض. مع التأثير الإشعاعي لحوالي 1.5 واط / م2، إنه قوي نسبيًا مثله مثل ثاني أكسيد النيتروجين الذي يجبر الغازات المسببة للاحتباس الحراري ، كما أنه قوي نسبيًا بمقدار عشرة أضعاف قوة أكسيد النيتروز الثالث. ثاني أكسيد الكربون وحده يساهم بنسبة تصل إلى 12 في المئة في تأثير الدفيئة.

تظهر قلوب الجليد D02 DE02 و DE02-2 الملساء على مدار 20 عامًا مستويات ثاني أكسيد الكربون2 أن يكون 284 جزء في المليون في عام 1832.8 اعتبارا من يناير 2007 ، وقياس ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 كان التركيز في مرصد مونا لوا حوالي 383 جزء في المليون.9 من هذه الزيادة البالغة 99 جزءًا في المليون في 175 عامًا ، كانت 70 جزءًا في المليون منها في آخر 47 عامًا.

تم اقتراح طرق مختلفة للحد من أو إزالة كمية ثاني أكسيد الكربون في الجو. يشمل النقاش الحالي حول هذا الموضوع في الغالب مسائل اقتصادية أو سياسية على مستوى السياسة.

الدور البيولوجي

ثاني أكسيد الكربون هو منتج نهائي في الكائنات الحية التي تحصل على الطاقة من تحطيم السكريات والدهون والأحماض الأمينية مع الأكسجين كجزء من عملية التمثيل الغذائي ، في عملية تعرف باسم التنفس الخلوي. وهذا يشمل جميع النباتات والحيوانات والعديد من الفطريات وبعض البكتيريا. في الحيوانات الأعلى ، ينتقل ثاني أكسيد الكربون في الدم من أنسجة الجسم إلى الرئتين حيث يتم الزفير. في النباتات التي تستخدم التمثيل الضوئي ، يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الجو.

دور في التمثيل الضوئي

تقوم النباتات بإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي عن طريق التمثيل الضوئي ، والذي يسمى أيضًا استيعاب الكربون. تستخدم هذه العملية الطاقة الضوئية لإنتاج مواد نباتية عضوية عن طريق الجمع بين ثاني أكسيد الكربون والماء. يتم إطلاق الأكسجين الحر كغاز من تحلل جزيئات الماء ، في حين يتم تقسيم الهيدروجين إلى بروتوناته وإلكتروناته ويستخدم لتوليد الطاقة الكيميائية عبر الفسفرة الضوئية. هذه الطاقة مطلوبة لتثبيت ثاني أكسيد الكربون في دورة كالفين لتشكيل السكريات. يمكن بعد ذلك استخدام هذه السكريات للنمو داخل النبات من خلال التنفس.

يجب إدخال غاز ثاني أكسيد الكربون في البيوت الزجاجية للحفاظ على نمو النباتات ، حيث أنه حتى في البيوت الزجاجية ذات التهوية ، يمكن أن ينخفض ​​تركيز ثاني أكسيد الكربون خلال ساعات النهار إلى 200 جزء في المليون ، حيث يتم تقليل التمثيل الضوئي بمستوى كبير. يمكن للتهوية أن تساعد في تعويض انخفاض ثاني أكسيد الكربون ، لكنه لن يرفعه أبدًا إلى المستويات المحيطة البالغة 340 جزءًا في المليون.

مكملات ثاني أكسيد الكربون هي الطريقة الوحيدة المعروفة للتغلب على هذا النقص. يعتبر الإدخال المباشر لثاني أكسيد الكربون النقي مثاليًا ، ولكن نادرًا ما يتم ذلك بسبب قيود التكلفة. معظم البيوت الزجاجية تحرق الميثان أو البروبان لتزويد ثاني أكسيد الكربون الإضافي2، ولكن يجب توخي الحذر عند وجود نظام حرق نظيف ، حيث تزيد مستويات أكسيد النيتروز (NO2) يؤدي إلى انخفاض نمو النبات.

مجسات لثاني أكسيد الكبريت (SO2) و لا2 غالية وصعبة الصيانة ؛ بناءً على ذلك ، تأتي معظم الأنظمة مع مستشعر أول أكسيد الكربون على افتراض أن المستويات العالية من أول أكسيد الكربون تعني وجود كميات كبيرة من NO2 يتم إنتاجها. يمكن أن تنمو النباتات بمعدل أسرع يصل إلى 50 في المائة بتركيزات تبلغ 1000 جزء من المليون2 بالمقارنة مع الظروف المحيطة.10

النباتات تنبعث منها أيضا CO2 أثناء التنفس ، لذلك فقط خلال مراحل النمو تكون النباتات ماصة للامتصاص. على سبيل المثال سوف تمتص غابة متنامية العديد من الأطنان المترية من ثاني أكسيد الكربون2 كل عام ، ولكن الغابة الناضجة سوف تنتج أكبر قدر من CO2 من التنفس والتحلل من العينات الميتة (على سبيل المثال الفروع الساقطة) كما هو مستخدم في التركيب الحيوي في النباتات النامية. ومع ذلك ، فإن الغابات الناضجة هي مصارف قيمة للكربون ، مما يساعد في الحفاظ على التوازن في الغلاف الجوي للأرض. علاوة على ذلك ، تمتص عملية التمثيل الضوئي للعوالق النباتية ثاني أكسيد الكربون المذاب2 في المحيط العلوي ، وبالتالي يعزز امتصاص ثاني أكسيد الكربون2 من الجو.11 هذه العملية حاسمة للحياة على الأرض.

سمية الحيوان

يتراوح محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء النقي ما بين 0.03 بالمائة (300 جزء في المليون) و 0.06 بالمائة (600 جزء في المليون) ، اعتمادًا على الموقع (انظر الخريطة البيانية لـ CO2 في الوقت الحقيقي). التنفس الزفير للشخص ما يقرب من 4.5 في المئة ثاني أكسيد الكربون. يكون ذلك خطيرًا عند استنشاقه بتركيزات عالية (أكبر من 5٪ من حيث الحجم ، أو 50000 جزء في المليون). تبلغ قيمة حد العتبة الحالية (TLV) أو الحد الأقصى للمستوى الذي يعتبر آمنًا للبالغين الأصحاء لمدة يوم عمل لمدة ثماني ساعات 0.5 في المائة (5000 جزء في المليون). الحد الأقصى لمستوى الأمان للرضع والأطفال والمسنين والأفراد الذين يعانون من مشاكل صحية في القلب والرئة هو أقل بكثير.

هذه الأرقام صالحة لثاني أكسيد الكربون النقي. في الأماكن المغلقة التي يشغلها الأشخاص ، سيصل تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى مستويات أعلى من الهواء النقي النقي. تركيزات أعلى من 1000 جزء في المليون ستسبب عدم ارتياح في أكثر من 20 في المائة من الركاب ، وسيزداد الانزعاج مع زيادة ثاني أكسيد الكربون2 تركيز. سيحدث الانزعاج نتيجة للغازات المتنوعة الناتجة عن التنفس البشري والعرق وليس بسبب ثاني أكسيد الكربون2 بحد ذاتها. عند مستوى 2000 جزء في المليون ، سيشعر غالبية الركاب بدرجة كبيرة من عدم الراحة ، وسيصاب الكثير منهم بالغثيان والصداع. CO2 يستخدم التركيز بين 300 و 2500 جزء في المليون كمؤشر لجودة الهواء الداخلي.

تعرف سمية ثاني أكسيد الكربون الحاد في بعض الأحيان بالأسماء التي يطلق عليها عمال المناجم: خنق رطبة ، رطبة سوداء ، أو منجدة. سيحاول عمال المناجم تنبيه أنفسهم إلى مستويات خطيرة من ثاني أكسيد الكربون في عمود منجم عن طريق جلب الكناري المحبوس معهم أثناء عملهم. فإن الكناري سيموت حتما قبل أول أكسيد الكربون2 وصلت مستويات سامة للناس. تسبب خنق الرطوبة في خسارة كبيرة في الأرواح في بحيرة نيوس في الكاميرون في عام 1986 ، عندما تضخم ثاني أكسيد الكربون2غمرت مياه بحيرة-لادن بسرعة منطقة كبيرة مأهولة بالسكان. أجبر ثاني أكسيد الكربون الأثقل الأكسجين الذي يحافظ على الحياة بالقرب من السطح ، مما أسفر عن مقتل ما يقرب من ألفي.

تعد مستويات جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون (CDPL) بديلاً لقياس الملوثات في الأماكن المغلقة التي قد تتسبب في إصابة الركاب بالنعاس أو الإصابة بالصداع أو العمل بمستويات نشاط أقل. للتخلص من معظم شكاوى جودة الهواء الداخلي ، يجب تخفيض إجمالي CDPL الداخلي إلى أقل من 600. تعتبر NIOSH أن تركيزات الهواء الداخلي التي تزيد عن 1000 تمثل علامة تشير إلى عدم وجود تهوية كافية. يوصي ASHRAE ألا يتجاوز عددهم 1000 داخل الفضاء. يحد OSHA من التركيزات في مكان العمل إلى 5000 لفترات طويلة. يحد المعهد القومي الأمريكي للسلامة والصحة المهنية من التعرضات القصيرة (حتى عشر دقائق) إلى 30،000 ويعتبر CDPL الذي يتجاوز 40،000 "خطيرًا على الحياة والصحة على الفور". يُظهر الأشخاص الذين يتنفسون أكثر من 50000 لأكثر من نصف ساعة علامات فرط حاد في التنفس ، في حين أن التنفس من 70.000 إلى 100000 شخص يمكن أن يسبب فقدان الوعي في دقائق معدودة فقط. وفقًا لذلك ، يجب معالجة ثاني أكسيد الكربون ، إما كغاز أو كثلج جاف ، فقط في المناطق جيدة التهوية.

فسيولوجيا الإنسان

CO2 يتم بالدم بثلاث طرق مختلفة. (تختلف النسب المئوية الدقيقة اعتمادًا على ما إذا كانت تتم في الدم الشرياني أو الوريدي).

  • يتم تحويل معظمها (حوالي 80-90 ٪) إلى أيونات بيكربونات أيونات الكربون3 بواسطة الانزيم الأنهيدراز الكربوني في خلايا الدم الحمراء.12
  • يذوب 5-10 في المئة في البلازما12
  • يرتبط 5-10 في المئة إلى الهيموغلوبين كمركبات كربامينو12

CO2 منضم إلى الهيموغلوبين لا يرتبط بنفس موقع الأكسجين. بدلاً من ذلك ، يتم دمجها مع مجموعات N-terminal على سلاسل globin الأربعة. ومع ذلك ، بسبب تأثيرات allosteric على جزيء الهيموغلوبين ، ربط ثاني أكسيد الكربون2 يقلل من كمية الأكسجين المرتبطة بضغط جزئي معين من الأكسجين.

يمكن للهيموغلوبين ، وهو جزيء يحمل الأكسجين الرئيسي في خلايا الدم الحمراء ، حمل كل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ، على الرغم من بطرق مختلفة تمامًا. يُعرف انخفاض ارتباط ثاني أكسيد الكربون في الدم بسبب زيادة مستويات الأكسجين باسم تأثير هالدين ، وهو مهم في نقل ثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الرئتين. على العكس ، ارتفاع الضغط الجزئي لـ CO2 أو سيؤدي انخفاض درجة الحموضة إلى تفريغ الأكسجين من الهيموغلوبين. هذا هو المعروف باسم تأثير بوهر.

قد يكون ثاني أكسيد الكربون أحد الوسطاء في التنظيم الذاتي المحلي لإمدادات الدم. إذا كانت مستوياته مرتفعة ، فإن الشعيرات الدموية تتسع للسماح بتدفق دم أكبر إلى هذا النسيج.12

أيونات بيكربونات ضرورية لتنظيم درجة الحموضة في الدم. يؤثر معدل تنفس الشخص على مستوى ثاني أكسيد الكربون2 في دمائهم. يمكن أن يتسبب التنفس البطيء أو الضحل في حدوث الحماض التنفسي ، في حين أن التنفس السريع للغاية قد يؤدي إلى فرط التنفس ، مما قد يؤدي إلى قلاء التنفس.

على الرغم من أن الجسم يحتاج إلى أكسجين لعملية التمثيل الغذائي ، إلا أن انخفاض مستويات الأكسجين لا يحفز التنفس. بدلا من ذلك ، يتم تحفيز التنفس عن طريق ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون. نتيجة لذلك ، قد يؤدي استنشاق هواء منخفض الضغط أو خليط غازي بدون أكسجين على الإطلاق (مثل النيتروجين النقي) إلى فقدان الوعي. هذا أمر محفوف بالمخاطر خاصة بالنسبة للطيارين المقاتلين على ارتفاعات عالية. وهذا أيضًا هو السبب وراء قيام القائمين على الرحلة بتوجيه المسافرين ، في حالة فقدان ضغط المقصورة ، إلى تطبيق قناع الأكسجين على أنفسهم أولاً قبل مساعدة الآخرين - وإلا فإن المرء يخاطر بأن يفقد الوعي دون أن يدرك الخطر الوشيك.

وفقا لدراسة أجرتها وزارة الزراعة الأمريكية ،13 يولد تنفس الشخص العادي حوالي 450 لترًا (حوالي 900 جرام) من ثاني أكسيد الكربون يوميًا.

أنظر أيضا

  • دورة الكربون
  • أول أكسيد الكربون
  • الاحتباس الحراري
  • غاز الدفيئة
  • أكسيد
  • البناء الضوئي
  • السوائل فوق الحرجة

ملاحظات

  1. d ثاني أكسيد الكربون: وثائق IDLH 16 أغسطس 2006. المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية. 20 يوليو 2007.
  2. م. سانتورو وآخرون. 2006. "غير متبلور ثاني أكسيد الكربون يشبه السيليكا." طبيعة 441 (7095): 857-860 اصدار 0028-0836
  3. ↑ جوزيف بريستلي. ملاحظات على أنواع مختلفة من الهواء. المعاملات الفلسفية 62 (1772): 147-264 إصدار = 0260-7085 1 تم استرجاعه في 20 يوليو 2007.
  4. ph همفري ديفي. حول تطبيق السوائل التي تشكلها تكثيف الغازات كوكلاء ميكانيكيين. المعاملات الفلسفية 113 (1823): 199-205 issn = 0261-0523 2 Retrieved 20 July 2007.
  5. دوان اتش دي رولر وم. تيلورييه. Thilorier والتصلب الأول للغاز "الدائم" (1835). مشاكل 43 (2) (1952): 109-113 issn = 0021-1753 3 Retrieved 20 July 2007.
  6. 6.0 6.1 رونالد بييرانتوزي. نشبع. موسوعة كيرك أوتمر للتكنولوجيا الكيميائية. (Wiley، 2001) 10.1002 / 0471238961.0301180216090518.a01.pub2 Retrieved July 20، 2007.
  7. ↑ G.W. تافه. دورة أولى في الإشعاع الجوي. (Madison، WI: Sundog Publishing، 004. ISBN 0972903313)، 229-251
  8. record سجل CO2 التاريخي المستمد من احتواء الشريحة (قطع 20 سنة) لقانون الجليد DE08 و DE08-2 الجليدي. 4 تاريخ الوصول 20 يوليو 2007.
  9. in الاتجاهات في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي - مونا لوا 5 مختبر أبحاث نظم الأرض. الوصول إلى 20 يوليو 2007.
  10. ↑ T.J. Blom و W.A Stra Stra و F.J. Ingratta و Shalin Khosla و Wayne Brown. ثاني أكسيد الكربون في الدفيئات 6 ، 2002-12 تاريخ الوصول 20 يوليو 2007.
  11. alk Falkowski، P. and Scholes، R.J .؛ بويل ، هـ. كاناديل ، ي. كانفيلد ، د. إلسر ، ي. غروبر ، ن. هيبارد ، ك. هوجبرج ، ص. ليندر ، إس. ماكنزي ، ف. مور ، ب 3 ؛ بيدرسن ، ت. روزنتال ، ي. سيتزنجر ، د. Smetacek V .؛ ستيفن دبليو (2000). دورة الكربون العالمية: اختبار معرفتنا بالأرض كنظام. علم 290 (5490): 291-296.
  12. 12.0 12.1 12.2 12.3 المستكشف الشمسي على ثاني أكسيد الكربون. استرجاع 20 يوليو 2007.
  13. ↑ جيري حنان دورك في "تأثير الاحتباس الحراري" الوصول 20 يوليو 2007.

المراجع

  • بتلر ، جيمس نيوتن. عام 1991. توازن ثاني أكسيد الكربون وتطبيقاتها. تشيلسي ، ميشيل: ناشرون لويس. ISBN 0873716248.
  • تشانغ ، ريموند. 2006. كيمياء، 9th ed. نيويورك: مكجراو هيل للعلوم / الهندسة / الرياضيات. ISBN 0073221031
  • Cotton، F. Albert، Geoffrey Wilkinson، Carlos A. Murillo، Manfred Bochmann. عام 1999. كيمياء غير عضوية متقدمة ، الطبعة السادسة. نيويورك: وايلي. ISBN 0471199575
  • DeSimone، Joseph M.، and William Tumas، eds. 2003. الكيمياء الخضراء باستخدام ثاني أكسيد الكربون السائل وفوق الحرج. الكيمياء الخضراء. نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 0195154835.
  • ليد ، ديفيد ر. 2006. دليل CRC للكيمياء والفيزياء ، 87th ed. بوكا راتون ، فلوريدا: CRC Press. ISBN 0849304873
  • موكوبادهياي ، ماماتا. 2000. المستخلصات الطبيعية باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج. بوكا راتون ، فلوريدا: CRC Press. ISBN 0849308194.
  • ترابالكا ، جون ر. 1985. ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ودورة الكربون العالمية. واشنطن ، العاصمة: قسم الطاقة الأمريكي ، مكتب أبحاث الطاقة ، مكتب علوم الطاقة الأساسية ، قسم أبحاث ثاني أكسيد الكربون. ISBN 1410223744.

روابط خارجية

تم استرداد جميع الروابط في 10 يناير 2017.

  • CID 280 من PubChem
  • CO2 خصائص ثاني أكسيد الكربون ، الاستخدامات ، التطبيقات. الغازات الصناعية العالمية.
  • الرسم البياني المرحلة درجة حرارة الضغط لثاني أكسيد الكربون
  • معلومات الجليد الجاف
  • الاتجاهات في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي - مونا لوا. NOAA.

شاهد الفيديو: مطلوبة دبكات تعال تعال. خلينا نشبع دلال 2019 (يونيو 2020).

Pin
Send
Share
Send