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 GPa (ok. 400 000–480 000 atm), stałego dwutlenku węgla o charakterze
amorficznym
[1]. Podobny charakter mają tlenki pierwiastków tej samej grupy
układu okresowego
:
SiO2
(→
szkło
) i
GeO
2.
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
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 | |
Właściwości dla temperatury nasycenia -20 °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 (
Na2CO3
) lub wodorowęglan (
NaHCO3
) sodu i in. (→
aparat Kippa
):
- Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O
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 w przemyśle
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.
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:
- CO2 + Ca(OH)2 → H2O + CaCO3
Wytrącenie się węglanu wapnia powoduje zmętnienie wody wapiennej.
Zobacz też
Przypisy