ثاني أكسيد الكربون أوالغاز الفحمي (بالإنگليزية: carbon dioxide) هومركب كيميائي وأحد مكونات الغلاف الجوي، يتكون من ذرة كربون مرتبطة بذرتي أكسجين. يرمز له بالرمز CO₂.قد يكون على شكل غاز في الحالة الطبيعية، ولكنه يستخدم أيضا في حالته الصلبة ويـُعهد في هذا الارتباط باسم الثلج الجاف.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية

ينتج ثاني أكسيد الكربون طبيعيا كناتج احتراق المواد العضوية، وناتج من عمليات التخمر. كما ينتج كناتج ثانوي للعديد من الصناعات الكيميائية. ويشتهر هذا المركب بتسببه في ظاهرة الاحتباس الحراري والتي تؤدي إلى ازدياد درجة حرارة الأرض.

وفي السنوات الأخيرة، لقي ثنائي أكسيد الكربون اهتماما خاصا وذلك لإمكانية استخدامه في الصناعات المتنوعة كبديل عن المذيبات العضوية ذات التأثير السلبي على البيئة والتي يصعب التخلص منها. والآن يعتبر هذا الغاز مضرا بالبيئة والإنسان لما له من مضار حيث يخرج الغاز من المصانع. وقدأظهرت دراسة قام بها باحثون من الولايات المتحدة الأمريكية حتى طبقة "الثيرموسفير"، وهي الطبقة الخارجية للغلاف الجوي، مهددة بالانكماش نتيجة زيادة انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون الناجم عن احتراق الوقود الأحفوري، والذي يضم النفط والغاز.

وتشير نتائج الدراسة التي نشرتها دورية "رسائل في البحوث الجيوفيزيائية"، والصادرة عن الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي، في عددها الأخير إلى تسقط انخفاض كثافة طبقة "الثرموسفير"، بمقدار ثلاثة في المائة وذلك بحلول العام 2017.

وكان فريق الباحثين الذي ضم فهماء من جامعة بنسلفانيا الأمريكية والمركز القومي لبحوث الغلاف الجوي في الولايات المتحدة الأمريكية، قد استعرض نتائج الدراسة يوم الاثنين، من خلال مؤتمر الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي والذي ينعقد ما بين الحادي عشر والخامس عشر من الشهر الحالي، في مدينة سان فرانسيسكوفي ولاية كاليفورنيا الأمريكية.

وطبقاً للنتائج فإن تأثير التغير المناخي الناجم عن زيادة مستويات غاز ثنائي أكسيد الكربون، لم يعد يقتصر على الطبقات الدنيا من الغلاف الغازي وإنما امتدت آثاره إلى أبعد من ذلك.

وبحسب ما أوضح الباحثون فإنه لدى زيادة هجريز غاز ثنائي أكسيد الكربون فوق سطح الأرض، تصعد تلك الجزيئات إلى طبقة "الثيرموسفير"، لتصطدم بذرات الأوكسجين الموجودة فيها، فتمتص تلك الجزيئات جزءاً من الحرارة الموجودة في هذه الطبقة، لتشعها بعد ذلك إلى الفضاء الخارجي على شكل الأشعة المسماة بتحت الحمراء "Infrared"، وهوما سيؤدي إلى انخفاض الحرارة في "الثيرموسفير" واستقرار جزئياتها ومن ثم انخفاض كثافتها لاحقاً.

يشار إلى حتى طبقة "الثيرموسفير" هي أعلى طبقات الغلاف الجوي، وهي تبدأ من ازدياد 53 ميلاً فوق سطح الأرض وتمتد مسافة 372 ميلاً تقريباً، وتتكون من النيتروجين والأكسجين بشكل رئيسي، وترتفع درجة الحرارة فيها بحسب النشاط الشمسي، فهي تعمل على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الضارة بهدف حماية الأرض.

الاستخدامات

تمهيد للاستخدامات

لثنائي أكسيد الكربون فوائد مهمة في المنزل والصناعة. فثنائي أكسيد الكربون الذي يصدر عن مسحوق التخمير أوالخميرة يستخدم في خلق الكعك. ويستعمل ثنائي أكسيد الكربون في خلق المشروبات الغازية، والجعة، وبعض المشروبات، حيث يضفي عليها أزيزها المميز. يستعمل ثنائي أكسيد الكربون في بعض أجهزة إطفاء الحريق، لأنه لا يحترق، ولأن ثنائي أكسيد الكربون النقي أثقل وزنًا من الهواء. وهذه الخاصية تمكِّن ثنائي أكسيد الكربون من تغليف وتغطية نار الحريق، وتحجب الأكسجين الموجود في الهواء عن الوصول إلى النار، ومعلوم أنَّ النار بحاجة للأكسجين لتستمر في الاحتراق. وخاصية ثقل وزن ثنائي أكسيد الكربون تجعله يتجمع في قاع الكهوف، والمناجم، والصوامع، والآبار. وقد يمنع الأكسجين من الوصول إلى تلك الأماكن مما يشكل خطورة على الناس والحيوانات حيث لا تستطيع التنفس هنالك.

يتجمد ثنائي أكسيد الكربون في درجة حرارة – 78,5°م، ويسمى ثنائي أكسيد الكربون المجمد الجليد الجاف، لأنه لا يتحول في حالة الضغط العادي إلى سائل عند ازدياد درجة الحرارة، بل يتسامى، أي يتحول من حالة الصلابة إلى الحالة الغازية رأسًا.

وتتكون جزيئات ثنائي أكسيد الكربون من ذرة واحدة من الكربون وذرتين من الأكسجين. والصيغة الكيميائية لثنائي أكسيد الكربون هي CO2. وكان الكيميائي جوزيف بلاك أول من حدد خواص الغاز في منتصف القرن الثامن عشر الميلادي، وكان بلاك، الأسكتلندي الجنسية، كيميائيا وطبيبًا.

المشروبات

Carbon dioxide is used to produce carbonated soft drinks and soda water. Traditionally, the carbonation in beer and sparkling wine comes about through natural fermentation, but some manufacturers carbonate these drinks artificially.

الأغذية

A candy called Pop Rocks is pressurized with carbon dioxide gas at about 40 bar (600 psi). When placed in the mouth, it dissolves (just like other hard candy) and releases the gas bubbles with an audible pop.

Leavening agents produce carbon dioxide to cause dough to rise. Baker's yeast produces carbon dioxide by fermentation of sugars within the dough, while chemical leaveners such as baking powder and baking soda release carbon dioxide when heated or if exposed to acids.

اللحام

Carbon dioxide also finds use as an atmosphere for welding, although in the welding arc, it reacts to oxidize most metals. Use in the automotive industry is common despite significant evidence that welds made in carbon dioxide are more brittle than those made in more inert atmospheres, and that such weld joints deteriorate over time because of the formation of carbonic acid. It is used as a welding gas primarily because it is much less expensive than more inert gases such as argon or helium.

إزالة الكافيين

Liquid carbon dioxide is a good solvent for many lipophilic organic compounds, and is used to remove caffeine from coffee. First, the green coffee beans are soaked in water. The beans are placed in the top of a column seventy feet (21 m) high. Then supercritical carbon dioxide in fluid form at about 93 degrees Celsius enters at the bottom of the column. The caffeine diffuses out of the beans and into the carbon dioxide.

عمليات صيدلانية وكيميائية

Carbon dioxide has begun to attract attention in the pharmaceutical and other chemical processing industries as a less toxic alternative to more traditional solvents such as organochlorides. It's used by some dry cleaners for this reason. (See green chemistry.)

In the chemical industry, carbon dioxide is used for the production of urea, carbonates and bicarbonates, and sodium salicylate.

التطبيقات الزراعية/الحيوية

الليزر

A common type of industrial gas laser is the carbon dioxide laser.

الپوليمرات والبلاستيكات

Carbon dioxide can also be combined with limonene oxide from orange peels or other epoxides to create polymers and plastics.

إنعاش النفط

Carbon dioxide is used in enhanced oil recovery where it is injected into or adjacent to producing oil wells, usually under supercritical conditions. It acts as both a pressurizing agent and, when dissolved into the underground crude oil, significantly reduces its viscosity, enabling the oil to flow more rapidly through the earth to the removal well. In mature oil fields, extensive pipe networks are used to carry the carbon dioxide to the injection points.

كمبردات

Liquid and solid carbon dioxide are important refrigerants, especially in the food industry, where they are employed during the transportation and storage of ice cream and other frozen foods. Solid carbon dioxide is called "dry ice" and is used for small shipments where refrigeration equipment is not practical.

By the end of 2007, the global car industry is expected to decide on the next-generation refrigerant in car air conditioning. CO₂ is one discussed option.(see The Cool War)

إنعاش غاز الميثان المتسخرج من الفحم

In enhanced coal bed methane recovery, carbon dioxide is pumped into the coal seam to displace methane.

التحكم في نسبة الحموضة

Carbon dioxide can be used as a mean of controlling the pH of swimming pools, by continuously adding gas to the water, thus keeping the pH level from rising. Among the advantages of this is the avoidance of handling (more hazardous) acids.

النظم الهوائية

في الغلاف الجوي للأرض

يوجد ثنائي أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة قليلة نحو0,03% في حين يشكل نحو96.5% من الغلاف الجوي السميك لـكوكب الزهرة ونحو95% من الغلاف الجوي لـكوكب المريخ وبنسب أخرى في أماكن سماوية أخرى.

الدور الحيوي

Carbon dioxide is an end product in organisms that obtain energy from breaking down sugars, fats and amino acids with oxygen as part of their metabolism, in a process known as cellular respiration. This includes all plants, animals, many fungi and some bacteria. In higher animals, the carbon dioxide travels in the blood from the body's tissues to the lungs where it is exhaled. In plants using photosynthesis, carbon dioxide is absorbed from the atmosphere.

دوره في عملية التمثيل الضوئي

السمية

Carbon dioxide content in fresh air (averaged between sea-level andعشرة hPa level, i.e. about 30 km altitude) varies between 0.036% (360 ppm) and 0.039% (390 ppm), depending on the location (see ).

الفسيولوجيا البشرية

CO₂ is carried in blood in three different ways. (The exact percentages vary depending whether it is arterial or venous blood).

• Most of it (about 70% – 80%) is converted to bicarbonate ions HCO₃⁻ by the enzyme carbonic anhydrase in the red blood cells, by the reaction CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃⁻.

• 5% – 10% is dissolved in the plasma

• 5% – 10% is bound to hemoglobin as carbamino compounds

انظر أيضا

المراجع

وصلات خارجية

• الموسوعة المعهدية الكاملة
• بطاقة السلامة الكيميائية العالمية 0021
• CID 280 from PubChem
• Carbon Dioxide Properties, Uses, Applications
• Dry Ice information
• Trends in Atmospheric Carbon Dioxide (NOAA)
• NASA's Orbiting Carbon Observatory
• natural emissions in Italy