二氧化碳

二氧化碳 （通常是二氧化碳在正常使用 ，但也经常错误地碳酸 简称）是碳和氧的化合物，因此与一氧化碳（也称一氧化碳）、低氧化碳和不稳定的三氧化碳同属一氧化碳。

二氧化碳是一种无色无味的气体。它的浓度约为 0.04%（目前为 381 ppm，相当于 0.0381%），是空气的天然成分。它既是在含碳物质与足够氧气完全燃烧时形成的，也是在生物体中作为细胞呼吸的副产品而形成的。 CO₂ 通过呼吸释放。相反，植物、一些细菌和古细菌能够产生CO₂ 通过固定二氧化碳转化为生物质。例如，植物在光合作用过程中由无机 CO₂ 产生 CO₂ 葡萄糖。

制造

能源工业的废品

燃烧含碳燃料时会产生二氧化碳，包括所有化石燃料。对于给定的能源，产生的 CO 量为₂ 直接取决于燃料的量，因此也取决于转换的能量。尽管现代系统和操作流程可以比过去更好地利用燃料中所含的能量，但它们无法阻止气体的形成。

全世界每年的产量约为 360 亿吨。在没有有效且经济的碳捕获过程的情况下，该数量会逸出到大气中并导致全球变暖（见下文）。

技术

从技术上讲，二氧化碳是通过用过量空气燃烧焦炭或作为石灰燃烧的副产品（每年约 5.3 亿吨）和随后的提纯（例如与碳酸钾结合形成碳酸氢并随后通过加热释放）而获得的。

天然气资源（矿泉水）也用于提取。

在实验室规模

在实验室中，二氧化碳是由酸释放碳酸盐产生的。

证明

使用氢氧化钙水溶液（石灰水）可以简单地检测二氧化碳。为此，将待检查的气体引入溶液中。含有气体CO₂ ，然后碳酸钙（石灰）沉淀为白色固体，溶液变得浑浊。 （见 石灰水样）

二氧化碳与氢氧化钙反应生成水和碳酸钙。

物理性质

二氧化碳分子具有线性结构。碳氧键虽然是极性的，但由于分子对称性，它们的电偶极矩相互抵消，所以分子本身没有电偶极矩。然而，由于内部偶极矩，二氧化碳极易溶于水，吸收了红外区电磁波谱的一些窄部分。

二氧化碳在技术上以干冰的名义以固态聚集状态使用。它不会熔化，但在 -78 °C 时会升华。但在31℃的临界温度以下，通过增加压力可以冷凝成无色液体。室温下需要约 60 bar 的压力，临界温度下的临界压力约为 73.7 bar。以液态形式，二氧化碳在压力瓶中进行交易。

化学性质

二氧化碳溶于水形成碳酸，H₂ 一氧化碳₃ ，但超过 99% 的二氧化碳只是物理溶解。碳酸本身与其解离产物（种类）碳酸氢盐（“碳酸氢盐”，HCO₃ ) 和碳酸盐 (CO₃ )，它们之间的比例取决于 pH 值。如果捕捉到解离过程中形成的氧鎓离子（H，实际上是 H₃ O) 通过加入一个带有氢氧根离子（OH）的碱，比例向有利于碳酸盐的方向移动。

用法

当干冰升华时，冷的CO₂会形成白雾 -空气混合和冷凝湿气，这是早期在舞台技术中使用的效果。例如，今天有用于使用液态 CO₂ 的普通蒸发器造雾机的雾冷却附件 操作。

许多饮料都含有二氧化碳，以便在饮用时达到更好的提神效果。在一些饮料中，它是通过发酵生产的（啤酒、起泡酒），在另一些饮料中，它是人工添加的（柠檬水、苏打水）或使用含有二氧化碳的天然矿泉水。作为一种食品添加剂，它的名称为 E 290。在生产过程中，二氧化碳在高压下被泵入饮料中，其中约 0.2% 与水反应形成碳酸；它的大部分以气体的形式溶解在水中。如果容器打开时压力下降，就会发生成核，从而使多余的溶解气体以气泡的形式逸出并上升。饮用时气体的气泡形成和碳酸在舌头上的酸味刺激味蕾，产生提神醒脑的效果。

二氧化碳也用于灭火器，因为它可以置换火源中的氧气（另见 CO2灭火器、消防、灭火剂）。

二氧化碳在温室中用作肥料。原因是光合消耗产生的CO₂ -新鲜空气供应不足，尤其是在封闭通风的冬季，因为植物CO₂ 需要作为基本物质。二氧化碳作为纯气体直接引入（相对昂贵）或作为丙烷或天然气的燃烧产物（施肥和加热的耦合）引入。可能的产量增加取决于缺乏 CO₂ 的严重程度 以及植物的光照强度。二氧化碳在水族养殖中也被用作水生植物的肥料（CO₂ -扩散器）。 CO₂ - 水中的含量可以增加（呼吸作用，但以氧气含量为代价）。 （另见： 二氧化碳施肥）

超临界二氧化碳对非极性物质有很高的溶解度，可以代替有毒的有机溶剂。它用作提取剂，例如提取咖啡因等天然物质（生产无咖啡因 咖啡因脱咖啡因），以及用作清洁和脱脂的溶剂，例如半导体工业中的晶片以及最近的纺织品（干洗）。目前正在进行深入研究，以使用超临界二氧化碳作为生产精细化学品（例如用于生产调味剂）的反应介质，因为分离的酶通常在其中保持活性并且没有溶剂残留（与有机溶剂相比）留在产品中。

二氧化碳在车辆和固定式空调系统、工业制冷技术、超市和运输制冷以及自动售货机中用作制冷剂，名称为 R744 或 R-744。它具有大容积制冷能力（在给定体积内效率更高）、高环境兼容性（与当今使用的制冷剂相比，全球变暖潜势约为每公斤 1/1000；无臭氧消耗潜势；从工业废气中回收）和同时可用于热循环，可用于热水泵和车辆加热器。

二氧化碳也被用作焊接技术中的保护气体——无论是纯净形式，还是更经常地作为氩气和/或氦气的添加剂。由于二氧化碳在高温下热力学不稳定，因此不称其为惰性气体，而是称其为活性气体。

一氧化碳₂ 也用于泻药（栓剂）。通过栓剂溶解过程中的化学反应，CO₂ 释放并拉伸肠道，从而触发肠道反射。

越来越多的 CO₂ 与自动喷砂工艺结合使用以产生高纯度表面。 CO₂ 结合了机械、热和化学性质， - 雪可以去除和去除各种各样的表面污染物，而不会留下任何残留物。

在所谓的 CO₂ -最近还使用设施在屠宰前将猪击晕。为了做到这一点，他们被分组放入一个包含至少 90% CO₂ 的坑中。 包含并失去意识。

CO₂ 在大气和温室效应中

主条目：温室效应

二氧化碳吸收部分热辐射（红外辐射），而短波辐射，即。 H。大部分太阳辐射，都可以通过。这一特性使二氧化碳成为所谓的温室气体。在水蒸气之后，就其比例而言，二氧化碳是最有效的温室气体，尽管甲烷和臭氧的比效率更高。所有温室气体共同将地球表面的平均温度从大约 -18 °C 提高到 +15 °C（自然温室效应）。二氧化碳约占这一总体影响的 9% 至 26%，因此是地球上宜居气候的主要原因。

CO₂ - 地球大气中的百分比在地球历史进程中经历了相当大的波动，这有各种生物、化学和物理原因。然而，至少在 650,000 年中，该比例始终低于 280 ppm。 CO₂ 过去 10,000 年的浓度一直保持在 280 ppm 的相对稳定水平。因此，二氧化碳循环的平衡在此期间基本平衡。随着 19 世纪工业化的开始，CO₂ 到目前为止（2006 年）在大气中的比例达到 381 ppm，并且正在增加，例如目前平均每年增加 1.5 到 2 ppm。

这种增加是由于人为因素，即。 H。人造，CO₂ - 每年排放约 36.3 Gt 或约 9.9 Gt 的碳（化石燃料燃烧产生 8.4 GtC，土地使用产生 1.5 ± 0.5 GtC）。这仅占每年约 550 Gt CO₂ 的二氧化碳的一小部分，主要来自天然来源 或 150 Gt 碳 出，但由于自然 CO₂ 的平衡而导致净流入 周期为零。人为CO₂ -排放的部分被天然二氧化碳汇吸收，因此只有大约 45% 的人为二氧化碳在大气中积累。

绝大多数科学家认为，人为造成的大气中温室气体的增加会导致导致全球变暖的人为温室效应。 CO₂ 对气候变暖有重要贡献 ，通过化石燃料石油、天然气和煤的燃烧释放，而生物质及其衍生燃料的燃烧仅排放CO₂ - 释放以前通过光合作用结合的量。应该通过气候保护来减少全球变暖的后果。

一般而言，至少从 1990 年代开始，科学就已经认识到存在统计上显着的气候变化，其原因之一是大气中二氧化碳浓度的增加。这种怀疑最初与更大的不确定性有关，但在研究过程中以及对全球变暖的激烈争论之后，这种怀疑越来越得到证实，现在基本上已成为科学共识。不考虑温室气体就无法解释观测到的温度数据。

生理影响和危害

一氧化碳₂ -空气中的浓度（Vol%）和对人体的影响：

• 0.038%：当前空气传播浓度
• 0.15%：室内空气卫生指南 呼吸新鲜空气
• 0.3%：MIC 水平低于该水平，长时间接触不会造成健康问题
• 0.5% (9 g/m³)：每天接触 8 小时的 TLV
• 1.5%：呼吸时间量增加 40% 以上。
• 4%：呼气
• 5%：出现头痛、头晕和意识不清
• 8%：失去知觉，30-60 分钟后死亡

CO₂ 的事故一再发生 .在酒窖、饲料筒仓、水井和化粪池中，发酵过程会积累大量的 CO₂ 形式。在发酵一升葡萄汁的过程中，最多会产生 50 升发酵气体。如果没有提供足够的通风，由于 CO₂ 的密度较高，将形成危险水平 与空气相比，尤其是在地面附近（二氧化碳湖 ）。

在个别情况下，对动物和人类的直接有害影响可能基于空气中氧气的置换。流行的观点，CO₂ 它本身是无害的，只能通过置换生命所需的氧气来起作用，但这是错误的。因此旧的蜡烛测试 不适用于检测危险的氧气短缺。由于空气的置换（O₂ 分压低于 130 毫巴）由于二氧化碳较重，它可以另外 CO₂的有害影响 也会因缺氧而导致窒息。

CO₂溶解在血液中 在生理（自然）和略微增加的浓度下激活大脑的呼吸中枢，但在显着更高的浓度下，它会导致反射性呼吸刺激（呼吸抑制，呼吸停止）减少甚至消除。这些效果比窒息来得快。

约 5% 的 CO₂ 吸入空气时会出现头痛和头晕，在较高浓度下会出现心跳加速（心动过速）、血压升高、呼吸急促和意识不清（所谓的 CO₂ -麻醉）。一氧化碳₂ - 8% 或更高的浓度会在 30 到 60 分钟内导致死亡。

此外，二氧化碳对血液的氧平衡有间接影响。如果空气或淡水中有更多的二氧化碳，血液中的 pH 值会通过碳酸的解离平衡降低 - 血液变得“更酸”。血红蛋白会受到这种 pH 值下降的影响。在较低的 pH 值下，其 O₂ 降低 -绑定能力。这意味着使用相同的 O₂ - 空气中的氧气量可以被血红蛋白束缚和运输。玻尔效应和霍尔丹效应描述了这一事实。在要释放氧气的组织中，CO₂的浓度 更高（=更低的 pH 值，更低的 O₂ -结合能力），从而促进 O₂ -征收。在肺部，情况正好相反，有利于血红蛋白“负载”氧气。

这种通过血液 pH 值产生的间接影响必须与强得多的一氧化碳毒性区分开来。作为一种络合剂，一氧化碳不可逆地掩盖了血红蛋白的铁核，从而阻止了氧与红细胞中的结合。这是与二氧化碳不同（更有效）的分子机制。

一次又一次，整个家庭成为发酵气体中毒的受害者，因为有几个人在营救家庭成员时吸入二氧化碳并失去知觉。第一响应者在试图营救时只会将自己置于危险之中——没有人可以屏住呼吸将失去知觉的人从地下室抬出来。相反，打开通风设备（如果有）并拨打紧急电话。

从 CO₂ 营救一名伤员 - 可疑情况（酒窖等）只能由配备自给式呼吸器的专业应急服务（消防队）处理。

在极少数情况下，还会发生与二氧化碳有关的自然灾害；最著名的发生在 1986 年喀麦隆的尼奥斯湖。

• 布杜尔天平
• CO₂ - 中立
• CO₂ -分压见分压
• CO₂ -隔离
• 排放交易
• 全球变暖及其后果
• 空气
• 巴斯德效应
• 油耗（CO₂ 分享）
• 发电厂清单（排放）
• 海洋酸化

参考文献

• Eike Roth：全球环境问题 - 原因和解决方案。 弗里德曼，慕尼黑 2004 年。（温室效应，包括其原因和人为影响的讨论。）ISBN 3-933431-31-X
• Pörtner：CO₂ 的影响 -海洋生物圈的进入和温度升高（pdf 1.3 MB，85 页）
• Bauer, Kurt：关于碳酸在鲤鱼池中的重要性。奥地利渔业 44/1991 p.49-64

来源

1. ↑ 关于二氧化碳的条目 在 BGIA 的 GESTIS 物质数据库中，于 2007 年 8 月 31 日检索 （需要 JavaScript）
2. ↑ 天然制冷剂 R744 (CO₂ )
3. ↑ Siegenthaler、Urs、Thomas F. Stocker、Eric Monnin、Dieter Lüthi、Jakob Schwander、Bernhard Stauffer、Dominique Raynaud、Jean-Marc Barnola、Hubertus Fischer、Valérie Masson-Delmotte 和 Jean Jouzel（2005 年）：稳定碳循环–晚更新世气候关系 ，在：科学，卷。 5752，第 1313-1317 页，11 月 25 日，请参阅在线摘要
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5. ↑ 政府间气候变化专门委员会 (2001)：2001 年气候变化 – IPCC 第三次评估报告 一氧化碳₂ -电路
6. ↑ Oreskes, Naomi (2004)：气候变化的科学共识 , in:Science Vol. 306 of December 4 (PDF)
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