گاز دی اکسید کربن
دی‌اکسید کربن یا گاز کربنیک با فرمول شیمیایی CO2 اولین بار توسط شیمیدانی به نام جان باتبسیت وان هلمونت در قرن هفدهم کشف شد. این گاز یک گاز گلخانه‌ای، بی رنگ با بوی تند ضعیف و طعمی ترش و مایل به اسیدی است. دی اکسید کربن گازی است که از یک قسمت کربن و دو قسمت اکسیژن تشکیل شده است و ۳/۰٪ از هوا را تشکیل می‌دهد. یکی از مهمترین گازهای روی کره زمین است، البته علاوه بر سیاره زمین، دی اکسید کربن فراوان ترین گاز در جو زمین و مریخ و زهره نیز است.
گاز CO2 در اثر سوختن سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ، نفت و گاز، سوختن مواد آلی در مجاورت اکسیژن، تخمیر مایعات، تنفس گیاهان و جانوران و… در جو ما ایجاد می شود. این گاز با وزن مخصوص ۵۲ /۱ سنگین‌تر از هوا می‌باشد و به همین دلیل همیشه در طبقهٔ پایین‌تر جو محیطی و نزدیک به زمین تولید و پخش می‌شود.
شکل اتمی گاز دی اکسید کربن:
مولکول‌های این گاز شامل دو پیوند دوگانه بین یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن می‌باشند. شکل فضایی آن به صورت خطی است و مولکولی غیر قطبی می‌باشد که اگر آن را در دمای پایین‌تر از ۷۸- درجه سانتی‌گراد قرار دهید متراکم می‌شود و جسم سفید رنگ جامدی به‌وجود می‌آورد که یخ خشک نامیده می‌شود. بیشتر مواقع به حالت گازی است و تنها تحت فشار خاصی دی‌اکسید کربن مایع ایجاد می‌شود. این گاز به میزان کمی در آب حل می‌شود و هنگامی که در آب حل شود یک اسید ضعیف به نام اسید کربنیک تولید می‌کند، که اگر این اسید را تجزیه کنند مقدار کمی بی‌کربنات و کربنات تفکیک شده از آن حاصل می‌شود.
یک گاز غیر قابل اشتعال در دما و فشار طبیعی است. اگرچه مقدار بسیار کمتری از نیتروژن و اکسیژن در جو زمین وجود دارد، اما دی اکسید کربن یکی از ترکیبات مهم هوای سیاره ماست. این گاز که یک گاز مهم گلخانه‌ای است در به دام انداختن گرما در جو زمین کمک می‌کند و نقش سپر حرارتی ایفا می‌کند که بدون آن، سیاره ما بسیار سرد خواهد بود. با این حال، افزایش تدریجی غلظت CO2 در جو به گرم شدن کره زمین می‌انجامد و با افزایش تدریجی دمای جهانی، آب و هوای سیاره ما را گرم و بسیاری از عوامل طبیعی را مختل می‌کند.
آیا این گاز برای ما مزایا و کاربردی دارد؟ کاربردهای گاز دی اکسید کربن چیست؟ و کاربردها و مزایای گاز دی اکسید کربن کدامند؟
این گاز کاربردهای بسیار زیادی در طبیعت، صنعت و… دارد. از جمله این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
در فتوسنتز که یک فرآیند بیوشیمیایی در گیاهان و برخی از موجودات میکروسکوپی است و باعث ایجاد غذا می‌شود، از دی اکسید کربن استفاده می‌شود. ارگانیسم‌های فتوسنتزی با ترکیب CO2 و آب (H2O) کربوهیدرات تولید می کنند (مانند قندها) و به عنوان محصول جانبی از خود اکسیژن ساطع می‌کنند، که اکسیژن در تنفس انسان و جانوران و تنفس سلولی گیاهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین مکان‌هایی مانند جنگل‌ها و مناطقی از اقیانوس که موجودات میکروسکوپی فتوسنتزکننده دارد مانند دام‌های عظیم کربن عمل می‌کنند و از طریق فتوسنتز دی اکسید کربن را از جو می‌گیرند، کربن آن را جذب و اکسیژنش را آزاد می‌کنند. جو اولیه زمین در ابتدا میزان CO2 بسیار بالاتری داشت و تقریبا اکسیژن نداشت اما ظهور ارگانیسم‌های فتوسنتزی منجر به افزایش اکسیژن می‌شود که رشد موجودات تنفس کننده اکسیژن مانند؛ ما انسان‌ها را امکان پذیر می کند!
دیگر مزایای این گاز در صنایع مختلف:
همان‌طور که گفته شد این گاز به صورت یک سپر حرارتی عمل می‌کند و مانع از خروج مقدار مشخصی از گرمای خورشید و سرد شدن کره زمین می‌شود.از قوطی‌های کوچک حاوی CO2 تحت فشار برای باد کردن لاستیک دوچرخه و جلیقه نجات و تأمین انرژی اسلحه‌های پینت بال استفاده می‌شود. گاز موجود در نوشابه گازدار توسط دی اکسید کربن تأمین می‌شود.
این گاز در طی تخمیر توسط مخمر آزاد می‌شود و باعث ورآمدن خمیر نان می‌شود. دی اکسید کربن سنگین است و بر روی آتش قرار می‌گیرد در نتیجه باعث خفگی آتش می‌شود و از این نظر برعکس اکسیژن عمل می‌کند، به همین دلیل از گاز CO2 در برخی از کپسول‌های آتش نشانی استفاده می‌شود.
هنگام حل شدن در آب، اسید ضعیفی تشکیل به وجود می‌آورد که اسید کربنیک (H2CO3) نامیده می‌شود، این اسید کاربردهای بسیاری دارد. برای بی حرکت کردن حیوانات قبل از ذبح کردن از این گاز استفاده می‌شود.آمونیاک تحت فشار با دی اکسید کربن واکنش داده و کاربامات آمونیوم و سپس اوره را که یک جز مهم در تولید کودها و پلاستیک‌هاست را تولید می‌کند.دی اکسید کربن نقشی اساسی در چرخه کربن زمین ایفا می‌کند.
از نظر صنعتی برای بسیاری از برنامه‌های متنوع، گازهای دی اکسید کربن خارج شده از دودکش‌را به عنوان یک محصول جانبی برای تهیه هیدروژن و سنتز آمونیاک بازیافت می‌کنند.در حالت مایع به عنوان یک حلال در کافئین و قهوه استفاده می‌شود.به عنوان یک گاز غیر مستقیم یا بی اثر از دی اکسید کربن در جوشکاری استفاده می‌شود.از این گاز در شرکت‌های نفتی برای بازیابی نفت استفاده می‌شود.
بیشتر بدانید:
از یخ خشک حاصل از این گاز در دمای پایین، می‌توان به عنوان سرمازا برای حمل و نقل مواد منجمد مثل بستنی و گوشت استفاده کرد.در صنایع داروسازی به این دلیل که حلال خوبی برای اکثر ترکیبات است و سمیت کمتری دارد به جای حلال‌های آلی کلر‌دار از این گاز استفاده شود.برای ساخت لیزرهای دی اکسید کربن و ایجاد مه در صحنه‌های نمایشی کاربرد دارد.در اثر حرارت دادن به بکینگ پودر و جوش شیرین CO2 آزاد می‌شود لذا از این مواد برای پخت نان یا کیک استفاده می‌شود که باعث پف کردن و متخلخل شدن نان می‌شود.
به طور خلاصه از دی اکسید کربن به عنوان مبرد، در کپسول‌های آتش نشانی، برای باد کردن قایق‌های نجات و جلیقه‌های نجات، انفجار زغال سنگ، کف لاستیک و پلاستیک، رشد گیاهان در گلخانه‌ها، بی حرکتی حیوانات قبل از ذبح وگاز دار کردن نوشیدنی‌های گازدار استفاده می‌شود.
علائم سمیت گاز دی اکسید کربن عبارتند از؛
فشار خون بالا، سردرد، برافروختگی پوست و کشیدن عضلات و در سطوح بالاتر، انسان به دلیل افزایش غلظت دی اکسید کربن در بدن دچار وحشت، توهم، استفراغ، ضربان قلب نامنظم و بیهوشی یا حتی مرگ می‌شود. افزایش سطح همچنین باعث تحریک سیستم عصبی سمپاتیک می‌شود که ممکن است در بعضی از بیماران که از قبل دچار فشار خون سیستمیک یا ایسکمی میوکارد هستند خطرناک باشد. همین‌طور افزایش درصد گاز CO2 در هوا باعث کاهش غلظت اکسیژن آلوئول و حساسیت قلب به کاتکول آمین‌های تجویز شده خارجی می‌شود.
درصورت تماس با پوست باعث ایجاد حساسیت نمی‌شود اما در صورتی‌که مایع باشد به دلیل دمای پایین آن می‌تواند باعث یخ زدگی و سوختگی پوست شود، همچنین بی حسی و خارش از دیگر عوارض تماس با کربن دی اکسید چه به حالت مایع و چه جامد است. در صورت تماس گاز کربن دی اکسید با چشم حساسیت ایجاد می‌شود که صدمات جبران ناپذیری مثل نابینایی در پی دارد. لذا در هنگام استفاده از این ماده باید احتیاط شود.
