Definicja pojęcia:

dwutlenek węgla

Dwutlenek węgla, CO2, ditlenek węgla, tlenek węgla(IV) – jest to nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym węgiel występuje na IV stopniu utlenienia
  1. Podstawowe właściwości fizyczne dwutlenku węgla
  2. Praktyczne zastosowanie dwutlenku węgla
  3. Zatrucie dwutlenkiem węgla
  4. Postępowanie z osobą która, została wystawiona na nadmierne stężenie dwutlenku węgla
  5. Prosty sposób na wykrycie CO2
  6. Występowanie Efektu Cieplarnianego

W środowisku naturalnym dwutlenek węgla występuje w stanie związanym oraz w atmosferze w stanie wolnym. Jest to gaz bezbarwny i bezzapachowy. Cechuje się on bardzo dobrym stopniem rozpuszczalności w wodzie, jego roztwór posiada kwaskowaty smak. Wobec dwutlenku węgla można zastosować proces skraplania poddając go ciśnieniu 34 atm w temperaturze 0°C oraz wytworzyć z niego suchy lód, który ma liczne zastosowania np. transporcie, laboratoriach, chłodniach.

Dwutlenek węgla powstaje podczas procesów spalania i oddychania. Jest on niezbędny roślinom do przeprowadzania procesu fotosyntezy. Gaz ten łatwo jest wytworzyć za pomocą procesu fermentacji czy utleniania. Dwutlenek węgla jest efektem ubocznym powstającym w trakcie wyrobu napojów alkoholowych. Z tego powodu jego stężenie jest większe w gorzelniach, wytwórniach win, cukrowniach. Duże stężenie CO2  w kopalniach stanowi ogromne niebezpieczeństwo, zwłaszcza gdy jego znaczna ilość uwalnia się w skutek procesów górotwórczych lub prac kopalnianych. W związku z faktem, iż dwutlenek węgla jest lżejszy od powietrza, często występuje on w studzienkach kanalizacyjnych, starych studniach.

Podstawowe właściwości fizyczne dwutlenku węgla

Dwutlenek węgla rozpuszczony w cieczy. Fot. pixabay.com

Praktyczne zastosowanie dwutlenku węgla

Dwutlenek węgla pod postacią suchego lodu jest wykorzystywany w bardzo szerokim spektrum, szczególnie w transporcie, laboratoriach, chłodniach, a nawet w rozrywce. Fakt jego przydatności do użycia jest ściśle powiązany ze zjawiskiem sublimacji. Proces ten zachodzi w trakcie zmiany stanu skupienia suchego lodu ze stanu stałego w gazowy, z pominięciem stanu ciekłego. Suchy lód, nie pozostawiając po sobie żadnego widzianego śladu, od razu zamienia się w gaz.

W budownictwie CO2 przyczynia się do twardnienia zaprawy wapiennej, zaś w przemyśle spożywczym jego obecność wykorzystywana jest do przyśpieszania procesu dojrzewania owoców i warzyw. Fotosynteza jest naturalnym procesem, w którym rośliny przy udziale światła wykorzystują CO2 do tworzenia związków organicznych, służących im jako materiał budulcowy. Zjawisko to pozwala uprawiać rośliny i uzyskiwać płody rolne. Ubocznym produktem procesu fotosyntezy jest tlen, który zostaje uwolniony do atmosfery. To z kolei umożliwia przetrwanie na ziemi wszystkich żywych organizmów oddychających tlenem. W rolnictwie dwutlenek węgla stosuje się również w celu przyśpieszenia wegetacji w cieplarniach oraz jako pożywkę dla glonów produkujących bio olej.

CO2 jest bardzo dobrym chłodziwem w obiegach nadkrytycznych. Znalazł on praktyczne zastosowanie w gaśnicach śniegowych oraz w instalacjach gaśniczych, szeroko wykorzystywany jest również w przemyśle zbrojeniowym jako gaz napędzający broń pneumatyczną. Stanowi on doskonały czynnik zobojętniający podczas spawania stali miękkiej. Dwutlenek węgla stosuje się także w przemyśle spożywczym jako składnik napojów gazowanych (znany pod skrótem E290), umożliwia on konserwację wina oraz używany jest przy pakowaniu pożywienia.
Sublimujący suchy lód. Richard Wheeler (Zephyris) at en.wikipedia [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons
 

Zatrucie dwutlenkiem węgla

Najczęściej przypadki zatrucia dwutlenkiem węgla mają miejsce w zakładach przemysłowych, głównie kopalniach. Zjawisko to jest związane z uwalnianiem zamkniętych złóż dwutlenku węgla przez procesy górotwórcze czy prace kopalniane. Zatrucia zdarzają się również w zamkniętych pomieszczeniach. W procesie fermentacji dwutlenek węgla jest wydzielany do powietrza wdechowego. Przebywanie czy też wejście do pomieszczeń bez uprzedniego sprawdzenia składu powietrza lub bez odpowiednich aparatów tlenowych zagraża zatruciem bądź nawet śmiercią.

Do zatrucia dochodzi wówczas, gdy człowiek oddycha powietrzem, w którym stężenie CO2 wynosi poniżej 5%. Pojawia się wtedy uczucie duszności, uczucie zwiększającego się niepokoju, częstotliwość oddechów wzrasta. Objawy te powstają na skutek wzrostu parcjalnego ciśnienia krwi. Zjawisko to nosi nazwę hiperkapnii. Kiedy stężenie dwutlenku węgla zaczyna rosnąć, dołączają się inne objawy, takie jak zawroty i bóle głowy, zaburzenia percepcji, szumy w uszach, przyśpieszone bicie serca, wzrost potliwości, zaczerwienienie spojówek. Wraz z osiągnięciem stężenia CO2 powyżej 10% nasilają się trudności w oddychaniu, pojawia się uczucie osłabienia. Dołączają także inne objawy, w postaci drgawek, halucynacji oraz zaburzeń świadomości, czy nawet śpiączki. Jeżeli stężenie dwutlenku węgla osiąga powyżej 20%, dochodzi do zgonu w ciągu zaledwie kilkunastu minut, zaś w stężeniu 30% śmierć następuje natychmiast. W wyniku wdychania dwutlenku węgla może dochodzić do obrzęku i niedotlenienia mózgu, które stanowią przyczynę nieodwracalnej degradacji układu nerwowego. Z tego też powodu bardzo często pomoc osobie zatrutej może okazać się nieskuteczna. 
Kominy przemysłowe, fot. pixabay.com

Postępowanie z osobą która, została wystawiona na nadmierne stężenie dwutlenku węgla

W przypadku, gdy mamy do czynienia z osobą, która podtruła się dwutlenkiem węgla należy ją  przenieść w miejsce z dostępem do świeżego powietrza. Gdy stwierdzamy brak oddechu należy niezwłocznie przystąpić do resuscytacji w celu przywrócenia krążenia. Osobę podtrutą traktować trzeba jak topielca i w taki sposób udzielać jej pomocy, a więc najpierw wykonać 5 wdechów i następnie przystąpić do 30 ucisków. W momencie, odzyskania oddechu należy ułożyć osobę w pozycji bezpiecznej– bocznej ustalonej i oczekiwać przyjazdu karetki. W szpitalu ofiary zatrucia poddaje się tlenoterapii, a w szczególnych wypadkach zastosowany może zostać oddech kontrolowany lub wspomagany.

Prosty sposób na wykrycie CO2

Występowanie dwutlenku węgla można sprawdzić za pomocą wykorzystania wody wapiennej. W trakcie kontaktu tej cieczy z dwutlenkiem węgla zachodzi reakcja polegająca na wytrącaniu się węglanu wapnia. W wyniku tego procesu zaobserwować można zmętnienie wody wapiennej.

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

Występowanie Efektu Cieplarnianego

Dwutlenek węgla jest gazem, którego nadmierne stężenie w atmosferze może skutkować ociepleniem klimatu. Główną przyczyną występowania efektu cieplarnianego jest emitowanie do atmosfery różnego rodzaju związków m.in.: dwutlenku węgla, ozonu, freonu, metanu, pary wodnej. Do powstawania nadmiernej ilości tych gazów przyczyniają się zarówno procesy naturalne, jak również działalność człowieka. Gazem biorącym największy udział w powstawaniu efektu cieplarnianego jest CO2 (około 50%). Za główną emisję dwutlenku węgla do atmosfery jest odpowiedzialne wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła za pośrednictwem spalania paliw. Wraz ze spalinami powstającymi w procesie spalania oprócz dwutlenku węgla dostarczane są również H2O, CO, SOx, N2, S. Spalanie węgla kamiennego także skutkuje wysoką emocją CO2. Jedną z metod pozwalających na ograniczenie emisji CO2 do atmosfery jest wychwytywanie go z paliw przed lub w trakcie procesu spalania.
Uproszczony bilans energetyczny Ziemi. Pflatau, vector: Adam Rędzikowski [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons

Bibliografia

  1. D. R. Lide; “CRC Handbook of Chemistry and Physics”; wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009;
  2. Toshiyasu Sakakura, Jun-Chul Choi, and Hiroyuki Yasuda; “Transformation of Carbon Dioxide”; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. 2007,107,2365−2387;
  3. Meisen A., Shuai X.; “Research and development issues in CO2 capture”; Energy Conversion and Manag-ment 1997, vol. 38, str. S37 - S42.;
  4. Chmielniak T.J., Chmielniak T.; “Separacja CO2 z procesów energetycznego przetwórstwa paliw. Rozdział 11 z pracy zbiorowej pod redakcją Sciążko M., Zieliński H.”; Termochemiczne przetwórstwo węgla i biomasy. Wydawnictwo IChPW i IGSMiE PAN, Zabrze - Kraków 2003;
  5. Kotowicz J., Kotowicz R.; “Analiza efektywności elektrowni gazowo - parowych”; Rynek Energii 2004, nr 3;
  6. Janusz Kotowicz, Katarzyna Janusz; “SPOSOBY REDUKCJI EMISJI CO2 Z PROCESÓW ENERGETYCZNYCH”; Rynek Energii- nr 1/2007;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.7
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy