الصودا، البركان، الزهرة، الثلاجة - ما هو القاسم المشترك بينهم؟ ثاني أكسيد الكربون. لقد جمعنا لك أكثر من غيرها معلومات مثيرة للاهتمامعن أحد أهم المركبات الكيميائية على وجه الأرض.

ما هو ثاني أكسيد الكربون

يُعرف ثاني أكسيد الكربون بشكل رئيسي بـ الحالة الغازية، أي. مثل ثاني أكسيد الكربونمع بسيطة صيغة كيميائيةثاني أكسيد الكربون. في هذا النموذج يوجد في الظروف العادية - متى الضغط الجويودرجات الحرارة "العادية". ولكن عند زيادة الضغط، فوق 5850 كيلو باسكال (مثل الضغط عند عمق البحر حوالي 600 متر)، يتحول هذا الغاز إلى سائل. وعندما يبرد بقوة (-78.5 درجة مئوية)، فإنه يتبلور ويتحول إلى ما يسمى بالثلج الجاف، والذي يستخدم على نطاق واسع في التجارة لتخزين الأطعمة المجمدة في الثلاجات.

يتم إنتاج واستخدام ثاني أكسيد الكربون السائل والثلج الجاف النشاط البشريلكن هذه الأشكال غير مستقرة وتتفكك بسهولة.

لكن غاز ثاني أكسيد الكربون يتوزع في كل مكان: فهو ينطلق أثناء تنفس الحيوانات والنباتات وهو عنصر مهم في التنفس التركيب الكيميائيالجو والمحيط.

خصائص ثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون CO2 عديم اللون وعديم الرائحة. في الظروف العادية ليس له طعم. ومع ذلك، إذا كنت تستنشق تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون، فقد تشعر بطعم حامض في فمك، ناجم عن ذوبان ثاني أكسيد الكربون على الأغشية المخاطية وفي اللعاب، مما يشكل محلول ضعيف من حمض الكربونيك.

بالمناسبة، إن قدرة ثاني أكسيد الكربون على الذوبان في الماء هي التي تستخدم في صنع المياه الغازية. فقاعات عصير الليمون هي نفس ثاني أكسيد الكربون. تم اختراع أول جهاز لتشبع الماء بثاني أكسيد الكربون في عام 1770، وفي عام 1783، بدأ السويسري جاكوب شويبس المغامر الإنتاج الصناعي للصودا (لا تزال علامة شويبس التجارية موجودة).

ثاني أكسيد الكربون أثقل بـ 1.5 مرة من الهواء، لذلك يميل إلى "الاستقرار" في طبقاته السفلية إذا كانت الغرفة سيئة التهوية. ومن المعروف تأثير "كهف الكلاب"، حيث ينطلق ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الأرض ويتراكم على ارتفاع حوالي نصف متر. شخص بالغ، يدخل مثل هذا الكهف، في ذروة نموه، لا يشعر بفائض ثاني أكسيد الكربون، لكن الكلاب تجد نفسها مباشرة في طبقة سميكة من ثاني أكسيد الكربون وتسمم.

لا يدعم ثاني أكسيد الكربون عملية الاحتراق، ولهذا السبب يتم استخدامه في طفايات الحريق وأنظمة إخماد الحرائق. إن خدعة إطفاء شمعة مشتعلة بمحتويات الزجاج الفارغ المفترض (ولكن في الواقع ثاني أكسيد الكربون) تعتمد على خاصية ثاني أكسيد الكربون هذه.

ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة: مصادر طبيعية

يتشكل ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة من مصادر مختلفة:

• تنفس الحيوانات والنباتات.
  يعرف كل تلميذ أن النباتات تمتص ثاني أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتستخدمه في عمليات التمثيل الضوئي. تحاول بعض ربات البيوت تعويض النقص بوفرة النباتات الداخلية. ومع ذلك، فإن النباتات لا تمتص ثاني أكسيد الكربون فحسب، بل تطلقه أيضًا في غياب الضوء - وهذا جزء من عملية التنفس. لذلك، فإن وجود غابة في غرفة نوم سيئة التهوية ليست فكرة جيدة: حيث ترتفع مستويات ثاني أكسيد الكربون أكثر في الليل.
• النشاط البركاني.
  ثاني أكسيد الكربون جزء من الغازات البركانية. في المناطق ذات الارتفاع النشاط البركانييمكن إطلاق ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الأرض - من الشقوق والشقوق التي تسمى mofets. إن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الوديان ذات الموفيت مرتفع جدًا لدرجة أن العديد من الحيوانات الصغيرة تموت عندما تصل إلى هناك.
• تقسيم المواد العضوية.
  يتكون ثاني أكسيد الكربون أثناء احتراق وتحلل المواد العضوية. تصاحب حرائق الغابات انبعاثات طبيعية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.

يتم "تخزين" ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة على شكل مركبات الكربون في المعادن: الفحم والنفط والجفت والحجر الجيري. توجد احتياطيات ضخمة من ثاني أكسيد الكربون في شكل مذاب في محيطات العالم.

يمكن أن يؤدي إطلاق ثاني أكسيد الكربون من خزان مفتوح إلى كارثة ليمنولوجية، كما حدث، على سبيل المثال، في عامي 1984 و1986. في بحيرتي مانون ونيوس في الكاميرون. تشكلت كلتا البحيرتين في موقع الحفر البركانية - والآن انقرضتا، ولكن في الأعماق لا تزال الصهارة البركانية تطلق ثاني أكسيد الكربون، الذي يرتفع إلى مياه البحيرات ويذوب فيها. ونتيجة لعدد من العمليات المناخية والجيولوجية، تجاوز تركيز ثاني أكسيد الكربون في المياه قيمة حرجة. تم إطلاقه في الغلاف الجوي كمية كبيرةثاني أكسيد الكربون، الذي انحدر كالانهيار الجليدي أسفل المنحدرات الجبلية. وقع حوالي 1800 شخص ضحايا للكوارث المناخية على بحيرات الكاميرون.

المصادر الاصطناعية لثاني أكسيد الكربون

المصادر البشرية الرئيسية لثاني أكسيد الكربون هي:

• الانبعاثات الصناعية المرتبطة بعمليات الاحتراق؛
• نقل السيارات.

على الرغم من حقيقة أن حصة وسائل النقل الصديقة للبيئة في العالم آخذة في الازدياد، فإن الغالبية العظمى من سكان العالم لن تتاح لهم الفرصة (أو الرغبة) قريبًا للتحول إلى سيارات جديدة.

تؤدي إزالة الغابات النشطة للأغراض الصناعية أيضًا إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

يعد ثاني أكسيد الكربون أحد المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي (تحلل الجلوكوز والدهون). يتم إفرازه في الأنسجة وينقل عن طريق الهيموجلوبين إلى الرئتين، ومن خلالها يتم إخراجه عن طريق الزفير. يحتوي الهواء الذي يزفره الشخص على حوالي 4.5% من ثاني أكسيد الكربون (45000 جزء في المليون) - أي أكثر بـ 60-110 مرات من الهواء المستنشق.

يلعب ثاني أكسيد الكربون دورًا كبيرًا في تنظيم تدفق الدم والتنفس. تؤدي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم إلى تمدد الشعيرات الدموية، مما يسمح بمرور المزيد من الدم، مما يؤدي إلى توصيل الأكسجين إلى الأنسجة وإزالة ثاني أكسيد الكربون.

يتم تحفيز الجهاز التنفسي أيضًا عن طريق زيادة ثاني أكسيد الكربون، وليس عن طريق نقص الأكسجين، كما قد يبدو. في الواقع، لا يشعر الجسم بنقص الأكسجين لفترة طويلة ومن الممكن أن يفقد الشخص وعيه في الهواء المتخلخل قبل أن يشعر بنقص الهواء. تُستخدم خاصية التحفيز لثاني أكسيد الكربون في أجهزة التنفس الاصطناعي: حيث يتم خلط ثاني أكسيد الكربون مع الأكسجين "لبدء" الجهاز التنفسي.

ثاني أكسيد الكربون ونحن: لماذا يعد ثاني أكسيد الكربون خطيرًا

ثاني أكسيد الكربون ضروري لجسم الإنسان مثل الأكسجين. ولكن كما هو الحال مع الأكسجين، فإن زيادة ثاني أكسيد الكربون تضر بصحتنا.

يؤدي التركيز العالي لثاني أكسيد الكربون في الهواء إلى تسمم الجسم ويسبب حالة من فرط ثنائي أكسيد الكربون في الدم. مع فرط ثنائي أكسيد الكربون في الدم، يعاني الشخص من صعوبة في التنفس والغثيان والصداع، وربما يفقد الوعي. إذا لم ينخفض ​​\u200b\u200bمحتوى ثاني أكسيد الكربون، يحدث مجاعة الأكسجين. الحقيقة هي أن ثاني أكسيد الكربون والأكسجين يتحركان في جميع أنحاء الجسم بنفس "النقل" - الهيموجلوبين. عادةً ما "يسافرون" معًا، ويرتبطون بأماكن مختلفة على جزيء الهيموجلوبين. ومع ذلك، فإن زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الدم تقلل من قدرة الأكسجين على الارتباط بالهيموجلوبين. تنخفض كمية الأكسجين في الدم ويحدث نقص الأكسجة.

تحدث مثل هذه العواقب غير الصحية للجسم عند استنشاق الهواء الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 5000 جزء في المليون (قد يكون هذا الهواء في المناجم، على سبيل المثال). لكي نكون منصفين، في الحياة العاديةنحن عمليا لا نواجه مثل هذا الهواء. ومع ذلك، فإن التركيز الأقل بكثير لثاني أكسيد الكربون ليس له أفضل تأثير على الصحة.

ووفقا لبعض النتائج، حتى 1000 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون تسبب التعب والصداع في نصف المشاركين. يبدأ الكثير من الناس في الشعور بالاختناق والانزعاج حتى قبل ذلك. ومع زيادة أخرى في تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى 1500 - 2500 جزء في المليون بشكل حاسم، يصبح الدماغ "كسولا" لأخذ زمام المبادرة ومعالجة المعلومات واتخاذ القرارات.

وإذا كان مستوى 5000 جزء في المليون يكاد يكون من المستحيل فيه الحياة اليومية، فيمكن أن يكون 1000 وحتى 2500 جزء في المليون جزءًا من الواقع بسهولة الإنسان المعاصر. وقد أظهر بحثنا أن مستويات ثاني أكسيد الكربون في الفصول الدراسية بالمدارس التي نادراً ما يتم تهويتها، تظل أعلى من 1500 جزء في المليون في أغلب الأوقات، وتقفز في بعض الأحيان إلى أكثر من 2000 جزء في المليون. هناك كل الأسباب التي تجعلنا نعتقد أن الوضع مشابه في العديد من المكاتب وحتى الشقق.

يعتبر علماء الفسيولوجيا أن 800 جزء في المليون هو مستوى آمن من ثاني أكسيد الكربون لرفاهية الإنسان.

وجدت دراسة أخرى وجود صلة بين مستويات ثاني أكسيد الكربون والإجهاد التأكسدي: كلما ارتفع مستوى ثاني أكسيد الكربون، زادت معاناتنا من الإجهاد التأكسدي، الذي يدمر خلايا الجسم.

ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض

لا يوجد سوى حوالي 0.04% من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكبنا (أي حوالي 400 جزء في المليون)، وفي الآونة الأخيرة كانت النسبة أقل من ذلك: تجاوز ثاني أكسيد الكربون علامة 400 جزء في المليون فقط في خريف عام 2016. يعزو العلماء ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى التصنيع: ففي منتصف القرن الثامن عشر، عشية الثورة الصناعية، كانت النسبة حوالي 270 جزءًا في المليون فقط.

دعونا نتخيل هذا الموقف:

أنت تعمل في أحد المختبرات وقررت إجراء تجربة. للقيام بذلك، قمت بفتح خزانة الكواشف ورأيت فجأة الصورة التالية على أحد الرفوف. تم نزع الملصقات الخاصة بجرتين من الكواشف وبقيتا بأمان في مكان قريب. في الوقت نفسه، لم يعد من الممكن تحديد الجرة التي تتوافق مع أي تسمية بالضبط، والعلامات الخارجية للمواد التي يمكن تمييزها هي نفسها.

في هذه الحالة، يمكن حل المشكلة باستخدام ما يسمى ردود الفعل النوعية.

ردود الفعل النوعيةتسمى هذه التفاعلات التي تجعل من الممكن تمييز مادة عن أخرى وكذلك اكتشافها تركيبة عالية الجودةمواد غير معروفة.

فمثلاً من المعروف أن كاتيونات بعض المعادن عند إضافة أملاحها إلى لهب الموقد تلون لوناً معيناً:

لا يمكن لهذه الطريقة أن تنجح إلا إذا تغير لون المواد التي يتم تمييزها من لون اللهب بشكل مختلف، أو لم يتغير لون إحداها على الإطلاق.

ولكن لنفترض، لحسن الحظ، أن المواد التي يتم تحديدها لا تلون اللهب، أو تلونه بنفس اللون.

في هذه الحالات، سيكون من الضروري التمييز بين المواد باستخدام الكواشف الأخرى.

في أي حالة يمكننا تمييز مادة عن أخرى باستخدام أي كاشف؟

هناك خياران:

• تتفاعل إحدى المواد مع الكاشف المضاف، لكن المادة الثانية لا تتفاعل. في هذه الحالة، يجب أن يكون واضحًا أن تفاعل إحدى المواد الأولية مع الكاشف المضاف قد حدث بالفعل، أي أنه تمت ملاحظة بعض العلامات الخارجية له - تشكل راسب، وإطلاق غاز، وحدث تغير في اللون ، إلخ.

على سبيل المثال، لا يمكنك التمييز بين الماء ومحلول هيدروكسيد الصوديوم باستخدام من حمض الهيدروكلوريكعلى الرغم من أن القلويات تتفاعل بشكل جيد مع الأحماض:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

ويرجع ذلك إلى عدم وجود أي علامات خارجيةتفاعلات. عند خلط محلول حمض الهيدروكلوريك الشفاف عديم اللون مع محلول هيدروكسيد عديم اللون فإنه يشكل نفس المحلول الواضح:

لكن من ناحية أخرى، يمكنك تمييز الماء عن المحلول المائي القلوي، على سبيل المثال، باستخدام محلول كلوريد المغنيسيوم - في هذا التفاعل يتكون راسب أبيض:

2NaOH + MgCl 2 = Mg(OH) 2 ↓+ 2NaCl

2) يمكن أيضًا تمييز المواد عن بعضها البعض إذا تفاعلت مع الكاشف المضاف، ولكن يتم ذلك بطرق مختلفة.

على سبيل المثال، يمكنك تمييز محلول كربونات الصوديوم عن محلول نترات الفضة باستخدام محلول حمض الهيدروكلوريك.

يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع كربونات الصوديوم لينتج غاز عديم اللون والرائحة - ثاني أكسيد الكربون (CO 2):

2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2

ومع نترات الفضة لتكوين راسب أبيض جبني AgCl

حمض الهيدروكلوريك + AgNO 3 = HNO 3 + AgCl↓

الجداول أدناه موجودة خيارات مختلفةالكشف عن أيونات محددة:

ردود الفعل النوعية على الكاتيونات

ردود الفعل النوعية على الأنيونات