Dwutlenek węgla


Dwutlenek węgla (CO2, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV)) – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

W temperaturze pokojowej jest to bezbarwny, bezwonny i niepalny gaz, dobrze rozpuszczalny w wodzie i cięższy od powietrza (ok. 1,5 raza). Pod normalnym ciśnieniem przechodzi ze stanu stałego do gazowego (sublimuje) z pominięciem fazy ciekłej w temperaturze -78,5 °C. Pod zwiększonym ciśnieniem (5,1 atm) można go jednak skroplić w temperaturze -57 °C.

W czerwcu 2006 francusko-włoska grupa badawcza pod kierownictwem Mario Santoro opublikowała w Nature informację o uzyskaniu, dzięki ciśnieniu rzędu 40–48&nbsp;GPa (ok.&nbsp;400&nbsp;000–480&nbsp;000&nbsp;atm), stałego dwutlenku węgla o charakterze amorficznym<ref>Streszczenie informacji w "Nature" o uzyskaniu dwutlenku węgla w stanie stałym bezpostaciowym</ref>. Podobny charakter mają tlenki pierwiastków tej samej grupy układu okresowego: SiO<sub>2</sub> (→szkło) i GeO2.

W naturze występuje w stanie wolnym w atmosferze i związanym (np. jako składnik CaCO3).

Dwutlenek węgla jest produktem spalania i oddychania. Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie fotosyntezy. Tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych. Występuje w kopalniach, cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach i studzienkach kanalizacyjnych. W małych stężeniach nie jest trujący, w większych stężeniach dwutlenek węgla jest szkodliwy dla zdrowia a nawet zabójczy, a jego działanie powoduje powstawanie hiperkapni, a co za tym idzie kwasicy oddechowej i w następstwie obrzęku mózgu.

Właściwości fizyczne

{ style="width: 60%;"
Indywidualna stała gazowa
0,18892
kJ/kgK

Temperatura krytyczna
31,05
°C

Ciśnienie krytyczne
73,771
bar

Gęstość krytyczna
467,9
kg/m³

Ciśnienie punktu potrójnego
5,18
bar

Temperatura punktu potrójnego
-56,6
°C

Potencjał niszczenia warstwy ozonowej ODP
0

Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego GWP
1
style="text-align: center; height: 4em;"
Właściwości dla temperatury nasycenia -20&nbsp;°C:

Ciśnienie nasycenia
16,831
bar

Gęstość właściwa cieczy
1057,29
kg/m³

Gęstość właściwa pary
44,31
kg/m³

Entalpia parowania
(Ciepło parowania)
289,75
kJ/kg

Ciepło właściwe cp cieczy
2,154
kJ/kgK

Ciepło właściwe cp pary
1,292
kJ/kgK

Współczynnik przewodności cieplnej cieczy
0,0394
W/(m·K)

Współczynnik przewodności cieplnej pary
0,0164
W/(m·K)

Lepkość dynamiczna cieczy
124,4
μPas

Lepkość dynamiczna pary
13,64
μPas

Lepkość kinematyczna cieczy
0,1202
μm²/s

Lepkość kinematyczna pary
0,261
μm²/s

Liczba Prandtla cieczy
6,808

Liczba Prandtla pary
1,073

Stała Poissona
1,725

Wykładnik izentropy
1,292


Napięcie powierzchniowe
8,81
mN/m

}

Wytwarzanie

W laboratorium najłatwiej wytworzyć dwutlenek węgla poprzez prażenie węglanu wapnia CaCO3:
CaCO3 → CaO + CO2↑
lub działając praktycznie dowolnym kwasem (np. octowym, solnym, cytrynowym) na węglany, np. węglan wapnia, węglan (Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) lub wodorowęglan (NaH</sub>CO<sub>3</sub>) sodu i in.
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O

Najdogodniej przeprowadza się takie reakcje chemiczne w aparacie Kippa.

W przemyśle dwutlenek węgla otrzymuje się podczas spalania węglowodorów lub jako produkt uboczny fermentacji alkoholowej.

Dwutlenek węgla w atmosferze

Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej wynosi ok. 385 ppm (wg krzywej Keelinga), czyli 0,0385% składu chemicznego atmosfery.

Dwutlenek węgla jest jednym z gazów cieplarnianych.

Zastosowanie

Zatrucie dwutlenkiem węgla

Do zatruć dwutlenkiem węgla dochodzi przede wszystkim w różnych zakładach przemysłowych, głównie kopalniach, jednak zatrucia są także możliwe w zamkniętych pomieszczeniach, gdzie wydzielany w wyniku fermentacji dwutlenek węgla zwiększa stężenie tego gazu w powietrzu wdechowym. Wejście do takich pomieszczeń bez sprawdzenia składu powietrza lub bez aparatów tlenowych zagraża zatruciem, a nawet śmiercią.

CO2 tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych – powietrze zostaje zubożone w tlen, a zwiększa się w nim procentowa zawartość dwutlenku węgla. Dzieje się tak w cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach, studzienkach kanalizacyjnych i innych podobnych. Odmienna sytuacja ma miejsce w kopalniach, gdzie nagle na skutek prac górniczych lub ruchów górotworu zostają uwolnione znaczne ilości gazów, w tym najczęściej dwutlenku węgla.

Zatrucie CO2 ma nieco odmienny charakter od zatruć innymi gazami takimi jak tlenek węgla, siarkowodór czy cyjanowodór. Polega zwykle na połączeniu zagrażającego życiu niedotlenienia (hipoksja) i hiperkapnii, a co za tym idzie powstającej kwasicy oddechowej. Przy znacznej hiperkapnii dochodzi do obrzęku mózgu i porażenia ośrodka oddechowego.

Przy oddychaniu powietrzem zawierającym dwutlenek węgla w małych stężeniach (poniżej 5% w powietrzu wdechowym) zwiększa się jego ciśnienie parcjalne we krwi (hiperkapnia), co powoduje uczucie duszności, niepokój, pobudzenie ośrodka oddechowego i zwiększenie częstości oddechów. Przy zwiększaniu się jego stężenia dochodzi do bólów i zawrotów głowy, szumu w uszach, zaburzeń postrzegania, tachykardii, nadmiernej potliwości i przekrwienia spojówek. Przy stężeniach powyżej 10% narasta duszność i osłabienie, pojawiają się omamy i zaburzenia świadomości do śpiączki włącznie oraz drgawki. Stężenia powyżej 20% powodują śmierć w ciągu kilkunastu minut, a powyżej 30% śmierć natychmiastową. Niedotlenienie i obrzęk mózgu mogą spowodować nieodwracalne zmiany w mózgu, mimo uratowania zatrutej osoby.

Mieszanka dwutlenku węgla i tlenu (tzw. "mikstura Meduny" lub "karbogen") była stosowana przez węgierskiego lekarza Ladislasa Medunę jako jedna z wstrząsowych terapii chorób psychicznych, podobnie jak ceniony przez Medunę pentetrazol. Stężenie dwutlenku było zawarte w przedziale od 1,5%[1] do 50%<ref>Erowid Carbogen Vault: Basics</ref>.

Postępowanie

Przedszpitalne postępowanie z osobą zatrutą: usunięcie z miejsca o dużym stężeniu CO2 bez narażania osób ratujących na niebezpieczeństwo, ułożenie nieprzytomnych w pozycji bezpiecznej – bocznej ustalonej, transport do szpitala. W szpitalu stosuje się intensywną tlenoterapię, a także w razie potrzeby oddech kontrolowany lub wspomagany.

Wykrywanie

Obecność dwutlenku węgla można stwierdzić za pomocą wody wapiennej.
W zetknięciu się wody wapiennej z dwutlenkiem węgla następuje reakcja:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

Wytrącenie się węglanu wapnia powoduje zmętnienie wody wapiennej.

Zobacz też




Kohlenstoffdioxid
Carbon dioxide
Dioxyde de carbone