ثاني أكسيد الكربون: الخصائص والاستخدامات والمخاطر - كيمياء - 2025

و ثاني أكسيد الكربون هو عديم اللون، عديم الرائحة درجات الحرارة والضغوط الجوية الغاز. إنه جزيء مكون من ذرة كربون (C) وذرتين من الأكسجين (O). يشكل حمض الكربونيك (حمض خفيف) عندما يذوب في الماء. إنه غير سام نسبيًا ومقاوم للحريق.

إنه أثقل من الهواء ، لذلك يمكن أن يسبب الاختناق عند تحريكه. تحت التعرض الطويل للحرارة أو النار ، قد تنفجر الحاوية بعنف وتطرد المقذوفات.

يتم استخدامه لتجميد الطعام وللتحكم في التفاعلات الكيميائية وكعامل إطفاء.

• الصيغة: CO2
• رقم كاس: 124-38-9
• الأمم المتحدة: 1013

هيكل ثنائي الأبعاد

مميزات

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

الوزن الجزيئي الغرامي:	44.009 جم / مول
نقطة التسامي:	-79 درجة مئوية
الذوبان في الماء ، مل / 100 مل عند 20 درجة مئوية:	88
ضغط البخار ، كيلو باسكال عند 20 درجة مئوية:	5720
كثافة البخار النسبية (الهواء = 1):	1.5
معامل تقسيم أوكتانول / الماء مثل سجل الأسرى:	0.83

ينتمي ثاني أكسيد الكربون إلى مجموعة المواد غير التفاعلية كيميائياً (إلى جانب الأرجون والهيليوم والكريبتون والنيون والنيتروجين وسداسي فلوريد الكبريت والزينون ، على سبيل المثال).

القابلية للاشتعال

ثاني أكسيد الكربون ، مثل مجموعة المواد غير المتفاعلة كيميائيًا ، غير قابل للاشتعال (على الرغم من أنه يمكن أن يصبح كذلك في درجات حرارة عالية جدًا).

التفاعلية

تعتبر المواد غير المتفاعلة كيميائيًا غير تفاعلية في ظل الظروف البيئية النموذجية (على الرغم من أنها يمكن أن تتفاعل في ظل ظروف قصوى نسبيًا أو تحت التحفيز). إنها مقاومة للأكسدة والاختزال (إلا في الظروف القاسية).

عند تعليقها في ثاني أكسيد الكربون (خاصة في وجود مؤكسدات قوية مثل البيروكسيدات) ، فإن مساحيق المغنيسيوم والليثيوم والبوتاسيوم والصوديوم والزركونيوم والتيتانيوم وبعض سبائك المغنيسيوم والألمنيوم والألمنيوم المسخن والكروم والمغنيسيوم قابل للاشتعال والانفجار.

يمكن أن يتسبب وجود ثاني أكسيد الكربون في تحلل شديد في محاليل هيدريد الألومنيوم في الأثير ، عند تسخين البقايا.

يجري حاليًا تقييم المخاطر الناشئة عن استخدام ثاني أكسيد الكربون في أنظمة منع وإطفاء الحرائق لأحجام الهواء المحصورة والأبخرة القابلة للاشتعال.

تتركز المخاطر المرتبطة باستخدامه على حقيقة أنه يمكن إنشاء تصريفات إلكتروستاتيكية كبيرة تؤدي إلى حدوث الانفجار.

يمكن أن يؤدي ملامسة ثاني أكسيد الكربون السائل أو الصلب مع الماء شديد البرودة إلى غليان قوي أو عنيف للمنتج وتبخر سريع للغاية بسبب الاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة.

إذا كان الماء ساخنًا ، فهناك احتمال أن يحدث انفجار سائل بسبب "ارتفاع درجة الحرارة". يمكن أن تصل الضغوط إلى مستويات خطيرة إذا لامس الغاز السائل الماء في حاوية مغلقة. يتكون حمض الكربونيك الضعيف في تفاعل غير خطير مع الماء.

تسمم

تعتبر المواد غير المتفاعلة كيميائياً غير سامة (على الرغم من أن المواد الغازية في هذه المجموعة يمكن أن تكون بمثابة مواد خانقة).

يؤدي الاستنشاق المطول لتركيزات تعادل أو تقل عن 5٪ من ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة معدل التنفس والصداع والتغيرات الفسيولوجية الدقيقة.

ومع ذلك ، فإن التعرض لتركيزات أعلى يمكن أن يسبب فقدان الوعي والموت.

يمكن أن تسبب الغازات السائلة أو الباردة إصابات قضمة الصقيع للجلد أو العينين مشابهة للحروق. يمكن أن تسبب المواد الصلبة حروقًا تلامسية باردة.

التطبيقات

استخدامات غاز ثاني أكسيد الكربون. يتم استخدام نسبة كبيرة (حوالي 50٪) من ثاني أكسيد الكربون المستعاد عند نقطة الإنتاج لصنع مواد كيميائية أخرى مهمة تجاريًا ، وخاصة اليوريا والميثانول.

استخدام آخر مهم لثاني أكسيد الكربون بالقرب من مصدر الغاز هو في الاستخلاص المعزز للنفط.

يتم تحويل ما تبقى من ثاني أكسيد الكربون المتولد في جميع أنحاء العالم إلى شكله السائل أو الصلب لاستخدامه في مكان آخر ، أو يتم تنفيسه في الغلاف الجوي ، لأن نقل غاز ثاني أكسيد الكربون ليس مجديًا اقتصاديًا.

استخدامات ثاني أكسيد الكربون الصلب

كان الجليد الجاف في الأصل هو الأكثر أهمية بين الشكلين غير الغازيين لثاني أكسيد الكربون.

أصبح استخدامه شائعًا لأول مرة في الولايات المتحدة في منتصف عشرينيات القرن الماضي كمبرد لحفظ الطعام ، وفي الثلاثينيات أصبح عاملاً رئيسياً في نمو صناعة الآيس كريم.

بعد الحرب العالمية الثانية ، أدت التغييرات في تصميم الضاغط وتوافر الفولاذ الخاص ذي درجات الحرارة المنخفضة إلى إمكانية تسييل ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع. لذلك ، بدأ ثاني أكسيد الكربون السائل في استبدال الثلج الجاف في العديد من التطبيقات.

استخدامات ثاني أكسيد الكربون السائل

استخدامات ثاني أكسيد الكربون السائل كثيرة. في بعض الحالات يكون الأمر مهمًا في تركيبته الكيميائية وفي حالات أخرى لا يهم.

من بينها: الاستخدام كوسيط خامل ، لتعزيز نمو النبات ، كوسيط لنقل الحرارة في محطات الطاقة النووية ، كمبرد ، الاستخدامات القائمة على قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون ، والاستخدامات الكيميائية والاستخدامات الأخرى.

استخدم كوسيط خامل

يستخدم ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الغلاف الجوي عندما يتسبب وجود الهواء في حدوث تأثيرات غير مرغوب فيها.

في مناولة ونقل المنتجات الغذائية ، يمكن تجنب أكسدة نفس الشيء (مما يؤدي إلى فقدان الطعم ، أو نمو البكتيريا) باستخدام ثاني أكسيد الكربون.

تستخدم لتعزيز نمو النبات

يتم تطبيق هذه التقنية من قبل مزارعي الفاكهة والخضروات ، الذين يدخلون الغاز في دفيئاتهم لإعطاء النباتات مستويات من ثاني أكسيد الكربون أعلى من تلك الموجودة عادة في الهواء. تستجيب النباتات بزيادة معدل امتصاص ثاني أكسيد الكربون لديها ، وبزيادة في الإنتاج تبلغ حوالي 15٪.

استخدم كوسيط لنقل الحرارة في محطات الطاقة النووية

يستخدم ثاني أكسيد الكربون في بعض المفاعلات النووية كوسيط وسيط لنقل الحرارة. ينقل الحرارة من عمليات الانشطار إلى البخار أو الماء المغلي في المبادلات الحرارية.

استخدم كمبرد

يستخدم ثاني أكسيد الكربون السائل على نطاق واسع لتجميد الطعام وأيضًا لتخزينه ونقله لاحقًا.

يستخدم على أساس قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون

لثاني أكسيد الكربون قابلية ذوبان معتدلة في الماء ، وتستخدم هذه الخاصية في إنتاج المشروبات الكحولية وغير الكحولية الفوارة. كان هذا أول تطبيق رئيسي لثاني أكسيد الكربون. يتزايد استخدام ثاني أكسيد الكربون في صناعة الهباء الجوي باستمرار.

الاستخدامات الكيميائية

في إنتاج قوالب المسابك واللباب ، يتم استخدام التفاعل الكيميائي بين ثاني أكسيد الكربون والسيليكا ، والذي يعمل على ربط حبيبات الرمل.

ساليسيلات الصوديوم ، أحد المركبات الوسيطة في تصنيع الأسبرين ، يتم تصنيعه عن طريق تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع فينولات الصوديوم.

يتم كربنة المياه المخففة باستخدام ثاني أكسيد الكربون لإزالة ترسب مركبات الجير غير القابلة للذوبان.

يستخدم ثاني أكسيد الكربون أيضًا في إنتاج كربونات الرصاص الأساسية والصوديوم والبوتاسيوم وكربونات الأمونيوم وكربونات الهيدروجين.

يتم استخدامه كعامل معادل في عمليات المرسرة في صناعة النسيج لأنه أكثر ملاءمة للاستخدام من حمض الكبريتيك.

استخدامات اخرى

يستخدم ثاني أكسيد الكربون السائل في عملية استخراج الفحم ، ويمكن استخدامه لعزل بعض الروائح والعطور ، وتخدير الحيوانات قبل الذبح ، والعلامات التجارية بالتبريد للحيوانات ، وتوليد الضباب للإنتاج المسرحي ، ومن الأمثلة على هذه الاستخدامات تجميد الأورام والثآليل الحميدة ، والليزر ، وإنتاج إضافات زيت التشحيم ، ومعالجة التبغ ، والصرف الصحي قبل الدفن.

التأثيرات السريرية

يحدث التعرض للمختنق في المقام الأول في البيئات الصناعية ، وأحيانًا في سياق الكوارث الطبيعية أو الصناعية.

تشمل المواد الخانقة البسيطة ، على سبيل المثال لا الحصر ، ثاني أكسيد الكربون (CO2) والهيليوم (He) والهيدروكربونات الغازية (الميثان (CH4) والإيثان (C2H6) والبروبان (C3H8) والبيوتان (C4H10)).

تعمل عن طريق إزاحة الأكسجين من الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجزئي للأكسجين السنخي وبالتالي نقص الأكسجة في الدم.

ينتج نقص الأكسجة في الدم صورة للنشوة الأولية ، والتي يمكن أن تضر بقدرة المريض على الهروب من البيئة السامة.

يشير ضعف الجهاز العصبي المركزي والتمثيل الغذائي اللاهوائي إلى سمية شديدة.

تسمم خفيف إلى معتدل

يمكن أن يكون التشبع بالأكسجين أقل من 90٪ ، حتى في المرضى الذين لا يعانون من أعراض أو أعراض خفيفة. يحدث مع انخفاض الرؤية الليلية والصداع والغثيان وزيادة تعويضية في التنفس والنبض.

تسمم شديد

يمكن أن يكون تشبع الأكسجين 80٪ أو أقل. هناك نقص في اليقظة ، والنعاس ، والدوخة ، والتعب ، والنشوة ، وفقدان الذاكرة ، وانخفاض حدة البصر ، والزرقة ، وفقدان الوعي ، واضطراب نظم القلب ، ونقص تروية عضلة القلب ، والوذمة الرئوية ، والنوبات ، والموت.

السلامة والمخاطر

بيانات المخاطر الخاصة بالنظام المنسق عالميًا لتصنيف المنتجات الكيميائية ووسمها (GHS).

النظام المنسق عالميًا لتصنيف المواد الكيميائية ووسمها (GHS) هو نظام متفق عليه دوليًا ، أنشأته الأمم المتحدة ، وهو مصمم ليحل محل معايير التصنيف والتوسيم المختلفة المستخدمة في مختلف البلدان من خلال استخدام معايير متسقة عالميًا (الدول الأمم ، 2015).

فئات المخاطر (والفصل المقابل في GHS) ، ومعايير التصنيف والتوسيم ، والتوصيات الخاصة بثاني أكسيد الكربون هي كما يلي (European Chemicals Agency، 2017؛ United Nations، 2015؛ PubChem، 2017):

(الأمم المتحدة ، 2015 ، ص 345).

(الأمم المتحدة ، 2015 ، ص 346).

المراجع

1. من Jacek FH ، (2006). ثاني أكسيد الكربون - 3D-vdW المسترجع من wikipedia.org.
2. أنون (2017). تم الاسترجاع من nih.gov.
3. الوكالة الأوروبية للكيماويات (ECHA). (2017). ملخص التصنيف والتوسيم.
4. التصنيف والتسمية المبلغ عنها. نشبع. تم الاسترداد في 16 كانون الثاني 2017.
5. بنك بيانات المواد الخطرة (HSDB). TOXNET. (2017). نشبع. بيثيسدا ، دكتوراه في الطب ، الاتحاد الأوروبي: المكتبة الوطنية للطب.
6. المعهد الوطني لسلامة العمل (INSHT). (2010). بطاقات السلامة الكيميائية الدولية ثاني أكسيد الكربون. وزارة العمل والأمن. مدريد. أنه.
7. الأمم المتحدة (2015). النظام المنسق عالميًا لتصنيف المواد الكيميائية ووسمها (GHS) الإصدار السادس المنقح. نيويورك ، الاتحاد الأوروبي: منشورات الأمم المتحدة.
8. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. قاعدة بيانات PubChem المركبة. (2017). نشبع. بيثيسدا ، دكتوراه في الطب ، الاتحاد الأوروبي: المكتبة الوطنية للطب.
9. الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA). كيماويات كاميو. (2017). ورقة بيانات المجموعة التفاعلية. غير متفاعل كيميائيا. سيلفر سبرينج ، دكتوراه في الطب. الاتحاد الأوروبي.
10. الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA). كيماويات كاميو. (2017). ورقة البيانات الكيميائية. نشبع. سيلفر سبرينج ، دكتوراه في الطب. الاتحاد الأوروبي.
11. Topham، S.، Bazzanella، A.، Schiebahn، S.، Luhr، S.، Zhao، L.، Otto، A.، & Stolten، D. (2000). نشبع. في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
12. ويكيبيديا. (2017). نشبع. تم الاسترجاع في 17 يناير 2017 ، من wikipedia.org.