پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت گروه صنعت و مدیریت شیمی
کربن دی‌اکسید یا گازکربنیک (با فرمول شیمیایی CO۲)، از ترکیب کربُن با اکسیژن به دست می‌آید. گاز کربنیک بر اثر سوختن زغال و مواد آلی در مجاورت اکسیژن، تخمیر مایعات، تنفس جانوران و گیاهان و غیره به دست می‌آید. (به‌طور بسیار ساده‌تر می‌توان گفت زمانی که کربن می‌سوزد-یا به عبارت دیگر سوختن کامل صورت می‌گیرد-گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌شود) کربن دی‌اکسید دارای دو پیوند دوگانه o=c=o می‌باشد تعداد پیوندهای کووالانسی در آن ۴ می‌باشد و دو قلمرو الکترونی دارد.
گاز دی اکسید کربن گازی است بی‌رنگ، بی‌بو، دارای طعمی مایل به اسید. وزن مخصوص آن ۱/۵۲ است. چون این گاز سنگین‌تر از هواست، همیشه در طبقهٔ پایین محیطی که حاصل می‌شود، پخش می‌گردد. (این گاز۰۳\۰٪ از هوا را تشکیل می‌دهد)
گیاهان از آن در فرایند فتوسنتز برای فرآوری کربوهیدرات‌ها بهره می‌برند و با گرفتن آن، از خود اکسیژن بیرون می‌دهند. CO۲ حاضر در اتمسفر در نقش یک سپر حرارتی برای زمین کار می‌کند و با اثر گلخانه‌ای طبیعی خود، از سرما در زمین جلوگیری می‌کند. اگرچه تراکم‌های بالای کربن دی‌اکسید در جو زمین، که با سوختن سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود، به عنوان آلاینده جوی شناخته می‌شود.
گازهای گلخانه‌ای که کربن دی‌اکسید نیز یکی از آنهاست باعث می‌شود که اشعه‌های خورشید با طول موج پایین و از ابرها که آن‌ها نیز جز گازهای گلخانه‌ای هستند بگذرند و بعد از برخورد به سطح زمین بازتاب شده و طول موج آن افزایش می‌یابد و از پرتوهای فرابنفش به فروسرخ تبدیل می‌گردد.
پرتوهای فروسرخ خطرناک نیستند و بعد از برخورد به گازهای گلخانه‌ای بازمی‌گردند و نمی‌توانند از آنجا عبور کنند و باعث گرم شدن می‌شوند.
در صورت تنفس این گاز انسان ابتدا احساس تنگی نفس کرده و پس از مدت بسیار طولانی ممکن است خفه شود. دی‌اکسید کربن برخلاف اکسیژن که باعث شعله‌ور تر شدن آتش می‌شود، باعث خفگی آتش می‌شود، به همین خاطر است که در کپسول‌های آتش‌نشانی گاز دی‌اکسید کربن وجود دارد.
به‌طور طبیعی در جو زمین به عنوان گاز ردیابی در غلظت حدود ۰٫۰۴ درصد (400 ppm) در حجم اتفاق می‌افتد. منابع طبیعی شامل آتشفشان، چشمه‌های آب گرم و گیزرها هستند و از طریق انحلال در آب و اسیدها از سنگ‌های کربنات آزاد می‌شوند. از آنجا که دی‌اکسید کربن محلول در آب است، به‌طور طبیعی در آب‌های زیرزمینی، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها، یخ پوشیده شده، یخچال‌ها و آب دریا رخ می‌دهد. این موجود در ذخایر نفت و گاز طبیعی است. دی‌اکسید کربن در غلظت‌های معمول مواجهه بی‌بو است، با این حال در غلظت‌های بالا بوی تند و اسیدی است.
به عنوان منبع کربن موجود در چرخه کربن، دی‌اکسید کربن جوی منبع اصلی کربن برای زندگی در زمین است و غلظت آن در فضای صنعتی قبل از صنعت زمین از زمان دیر شدن پرکامبرین توسط موجودات فتوسنتز و پدیده‌های زمین‌شناسی تنظیم شده‌است. گیاهان، جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها از انرژی نور برای فتوسنتز کربوهیدرات از دی‌اکسید کربن و آب استفاده می‌کنند، با اکسیژن به عنوان یک ماده زباله تولید می‌شود.
دی‌اکسید کربن (CO2) توسط تمام موجودات هوازی تولید می‌شود زمانی که آن‌ها متابولیزه کربوهیدرات و چربی برای تولید انرژی توسط تنفس. از طریق غرقابی ماهی و به هوا از طریق ریه‌های حیوانات سرزنده هوا تنفس، از جمله انسان، به آب منتقل می‌شود. دی‌اکسید کربن در طول فرایند فروپاشی مواد آلی و تخمیر قند در نان، آبجو و آبزی تولید می‌شود. این تولید توسط احتراق چوب و دیگر مواد آلی و سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ، زغال سنگ، زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تولید می‌شود. از سوی دیگر، در بسیاری از فرایندهای اکسیداسیون در مقیاس بزرگ، به عنوان محصول جانبی ناخواسته، به عنوان مثال تولید اسید اکریلیک (بیش از ۵ میلیون تن در سال) است.
این یک ماده صنعتی چند منظوره است که برای مثال، به عنوان یک گاز غیرمستقیم در جوشکاری و آتش خاموش، به عنوان یک گاز فشار در اسلحه هوایی و بازیابی نفت، به عنوان یک ماده شیمیایی و در فرم مایع به عنوان یک حلال در کافئین قهوه و فوق بحرانی خشک کردن. این افزودنی به آب آشامیدنی و نوشابه‌های گازدار شامل آبجو و شراب‌های گازدار اضافه می‌شود تا اضافه شود. شکل جامد یخ زده از CO2، به نام یخ خشک شناخته شده به عنوان یک مبرد و به عنوان ساینده در انفجار خشک یخ استفاده می‌شود.
دی‌اکسید کربن مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای طولانی مدت در جو زمین است. از آنجاییکه انتشارات انسان‌شناسی انقلاب صنعتی، عمدتاً از استفاده از سوخت‌های فسیلی و جنگل زدایی، غلظت آن در جو به سرعت در حال افزایش است و منجر به گرم شدن کره زمین می‌شود. CO2 که در نتیجه استفاده از سوخت‌های فسیلی به اتمسفر وارد شده‌است “نشان دهنده [۴/۹۹ درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای در سال ۲۰۱۳]” است. دی‌اکسید کربن همچنین باعث اسیدی شدن اقیانوس‌ها می‌شود، زیرا در آب برای تشکیل اسید کربنیک حل می‌شود.
گاز دي اكسيد كربن اثراتي را نيز بر بدن مي گذارد، تحقيقات نـشان داده اسـت كـه قـرار گـرفتن
طولاني مدت در معرض مقادير متوسط و مشخصي از گاز دي اكسيدكربن مي تواند اثرات سوئي بـر
سلامتي داشته باشد زيرا بر متابوليسم كلسيم- فسفر در بدن اثر گذاشته و باعث رسوب كلـسيم در
بافت ها مي گردد، همچنين مشخص شده است كه دي اكسيد كربن براي قلب نيز سمي مـي باشـد
زيرا نيروي انقباضي را در قلب كاهش داده و اين اثر با افزايش غلظت دي اكسيدكربن افـزايش مـي
يابد. از اين رو براي آن استانداردهايي تعريف شده است.
اهميت دي اكسيد كربن در چرخه حيات:
اهميت گاز دي اكسيد كربن در چرخه حيات از آنجايي كه اين گاز به عنوان يكي از تر كيبات هواي
تازه مي باشد مشخص است. در ارتفاع 30 كيلومتري از سطح دريا و فشار kPa ١٠ غلظت گـاز دي
اكسيدكربن (ppm ٣٦٠٪ (٠٫٠٣٦ تا ,(ppm ٣٩٠٪ (٠٫٠٣٩ )متغير است اين گاز به عنوان يكـي
از گاز هاي مهم و يك عامل اساسي در چرخه حيات موجودات زنده محسوب مي گردد و در چ رخـه
فتوسنتز گياهان نقش اساسي بازي مي كند ، دي اكسيدكربن در طـي تـنفس گياهـان ، حيوانـات،
قارچ ها و ميكروارگانيسم ها توليد مي گردد وسپس به صورت مستقيم و غير مستقيم در توليد غـذا
در گياهان استفاده شده و بدين ترتيب زنجيره كربن شكل مي گيرد،
دي اكسيد كربن در سيستم بافري بدن نقش بسيار مهمي برعهده دارد و تنظيم كننده و نگهدارنده
pH خون است، به همين دليل در بدن به آن بافركربنات ميگويند كه تشكيل شده است از يونهاي
بيكربنات و دي اكسيد كربن محلول به همراه اسيد كربونيك. اسيد كربونيك ميتواند يونهاي
هيدروكسيد را در بدن خنثي كرده و از اين طريق از بالا رفتن pH خون جلوگيري مي كند و در
زمان كاهش pH خون يون بيكربنات وارد عمل شده و يونهاي هيدروژن را كه باعث كاهش pH
خون شده خنثي كرده و در نهايت باعث ثابت نگه داشتن آن مي شود. افزايش و ياكاهش pH براي
حيات انسان خطرناك است، از اين رو ميتوان گفت دي اكسيد كربن با تنظيم pH خون در بدن
1 نقش حياتي دارد و براي ادامه حيات ضروري است.
خطرات سلامتي ناشي از دي اكسيد كربن:
در سال 2000يك سازمان تحقيقـاتي در آمريكـا مطالعـاتي را بـر روي گـازCO2 كـه مربـوط بـه
گزارشات حوادث آتش سـوزي از سـال 1975بـود انجـام داد، در ايـن تحقيقـات 51 مـورد حادثـه
درخصوص انتشار گاز CO2 از تجهيزات اطفاء حريق گزارش شده بود كه منجر به 72 مورد مـرگ و
145 مورد جراحت شده بود.
با توجه به اينكه CO2 گازي تقريبا بي بو و بي رنگ است تشخيص آن در محيط در مقادير كمتر از
40 % مشكل بوده و همچنين تشخيص مسموميت با آن نيز دشوار است، زيرا علائـم مـسموميت بـا
دي اكسيد كربن مشابه مسمويت با تعداد زيادي از آلاينده ها است و داراي اثر اختصاصي نيست.
همانطور كه گفته شد دي اكسيدكربن يك خفگي آور ساده است، مكانيسم خفگي به اين ترتيب
است كه افزايش ميزان CO2 باعث كاهش غلظت اكسيژن تا سطح خطرناك براي انسان ميگردد.
هرچند مطالعات بر روي حيوانات نشان ميدهد تركيب گاز CO2 با مونواكسيد كربن ميتواند باعث
افزايش سرعت اتصال مونواكسيد كربن به هموگلوبين شده و اثر خفه كنندگي آن را نشديد نمايد
.[3]
تحقيقات و ارزيابي ريسك بهداشتي ناشي از تماس با دي اكسيدكربن نشان مي دهـد كـه در زمـان
كوتاه حداكثر دوز قابل تحمل 3 %و در زمان طولاني 1 %است و بالاتر از اين مقادير بر روي سلامتي
در افراد عادي اثر خواهد داشت[4 .[
در ادامه اثرات حاصل از دي اكسيدكربن در غلظت هاي مختلف آمده است:
• قرارگيري در مدت طولاني در مقدار 1 %باعث ايجاد خواب آلودگي مي گردد.
• در غلظت 2 %اثراتي مانند مواد مخدر بر بدن داشته و باعث بالا رفتن ضـربان قلـب و فـشار
خون مي گردد و باعث مي شود كه ميزان شنوايي كاهش يابد [1 .[
• در 5 %باعث تحريك مركز تنفس، سرگيجه، گيجي و سختي تنفس همـراه بـا سـردرد مـي
گردد، حالت هاي اضطراب و آشفتگي هم مي تواند در اين غلظت ها ايجاد شود [5 .[
• در غلظت هاي حدود 8 %باعث سردرد، تعرق، تاري ديد، رعشه و كاهش هوشياري بعد از 5
تا 10 دقيقه درمعرض قرار گيري، مي گردد. [
پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت گروه صنعت و مدیریت شیمی
هايپركاپنيا (Hypercapnia (يا افزايش غلظت دي اكسيدكربن در خون
هايپر كاپنيا يا هايپركاپني از واژه يوناني hyper به معني بالا و kapnos به معني دود استخراج شده
است و به حالتي گفته مي شود كه غلظت دي اكسيدكربن در خون بالا است، زماني كـه ايـن اتفـاق
در بدن مي افتد بر اثر يك واكنش طبيعي، بدن در شرايط تامين اكـسيژن بيـشتر قـرار مـي گيـرد،
مانند جابجايي ناگهاني سر در هنگام خواب.اگر در اين واكـنش شكـستي رخ دهـد و بخـوبي انجـام
نشود مي تواند به مرگ منجر شود و كشنده باشد، مانند سندرم مرگ ناگهاني نـوزادان . هايپركاپنيـا
در كل به دليل تنفس كم ( زماني كه نفس ها عميق نيست)، ناراحتي هاي ريه و يـا در زمـاني كـه
هوشياري فرد كم است اتفاق مي افتد، همچنين مي تواند در زماني كه مقادير دي اكسيد كـربن در
محيط بيشتر از حد نرمال است( مانند فوران آتش فشان و پديده هاي زمين گرمايي) دربعـد وسـيع
زيست محيطي اتفاق افتد و يا مي تواند به دليل تنفس مجدد دي اكسيدكربني كه از بازدم مي آيد
ايجاد شود
پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت گروه صنعت و مدیریت شیمی