موسوعة الكيمياء : ثانى أكسيد الكربون

ثانى أكسيد الكربون

غاز عديم اللون والرائحة يوجد في أجواء كواكب كثيرة بما فيها الأرض. ولابد لجميع النباتات الخضراء التي تنمو على الأرض من الحصول على ثاني أكسيد الكربون من الجو لتستطيع أن تحيا وتنمو. وتفرز الحيوانات والإنسان هذا الغاز عندما تحول غذاءها إلى طاقة وأنسجة حية. وتطلق الحيوانات ثاني أكسيد الكربون في الجو عندما تتنفس. ويتكون ثاني أكسيد الكربون أيضًا عند احتراق أي مادة تحتوي على الكربون مثل الفحم الحجري، والنفط، والحطب. وينتج ثاني أكسيد الكربون أيضًا عند تخمر وتعفن جثث الحيوان والنبات. انظر: التخمر
. وتقل نسبة ثاني أكسيد الكربون في جو الأرض عن 1%.

يساعد ثاني أكسيد الكربون الموجود في جو الأرض في تنظيم درجة الحرارة بها. فعندما يسقط ضوء الشمس على الأرض، يتحول جزء منه إلى حرارة. ويمتص غاز ثاني أكسيد الكربون، جزءاً من هذه الحرارة ويحتفظ بها بالقرب من سطح الأرض. فإذا تسربت كل حرارة ضوء الشمس إلى الفضاء الخارجي، فإن الأرض ستصبح في حالة برودة شديدة لولا ثاني أكسيد الكربون. وقد أخذت كميات ثاني أكسيد الكربون في الجو في الازدياد منذ تسعينيات القرن التاسع عشر الميلادي، بسبب احتراق الوقود الذي يحتوي على الكربون. وقد تسبب هذا في زيادة طفيفة في متوسط درجة حرارة الأرض. انظر: تأثير البيت المحمي
.

ولثاني أكسيد الكربون فوائد مهمة في المنزل والصناعة. فثاني أكسيد الكربون الذي يصدر عن مسحوق التخمير أو الخميرة يستخدم في صنع الكعك. ويستعمل ثاني أكسيد الكربون في صنع المشروبات الغازية، والجعة، وبعض المشروبات، حيث يضفي عليها أزيزها المميز. يستعمل ثاني أكسيد الكربون في بعض أجهزة إطفاء الحريق، لأنه لا يحترق، ولأن ثاني أكسيد الكربون النقي أثقل وزنًا من الهواء. وهذه الخاصية تمكِّن ثاني أكسيد الكربون من تغليف وتغطية نار الحريق، وتحجب الأكسجين الموجود في الهواء عن الوصول إلى النار، ومعلوم أنَّ النار تحتاج للأكسجين لتستمر في الاحتراق. وخاصية ثقل وزن ثاني 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 ثاني أكسيد الكربون في درجة حرارة - 78,5°م، ويسمى ثاني أكسيد الكربون المجمد الجليد الجاف
، لأنه لا يتحول في حالة الضغط العادي إلى سائل عند ارتفاع درجة الحرارة، بل يتسامى
، أي يتحول من حالة الصلابة إلى الحالة الغازية رأسًا.

وتتكون جزيئات ثاني أكسيد الكربون من ذرة واحدة من الكربون وذرتين من الأكسجين. والصيغة الكيميائية لثاني 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.

.

ثاني أكسيد الكربون أو الغاز الفحمي هو مركب كيميائي وأحد مكونات الغلاف الجوي، يتكون من ذرة كربون مرتبطة بذرتي أكسجين. يرمز له بالرمز CO2. يكون على شكل غاز في الحالة الطبيعية، ولكنه يستخدم أيضا في حالته الصلبة ويعرف عادة باسم الثلج الجاف.

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 ارتفاع درجة حرارة الأرض.

وفي السنوات الأخيرة، لقي ثاني أكسيد الكربون اهتماما خاصا وذلك لإمكانية استخدامه في الصناعات المختلفة 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 و قدأظهرت دراسة قام بها باحثون من الولايات المتحدة الأمريكية أن طبقة "الثيرموسفير"، وهي الطبقة الخارجية للغلاف الجوي، مهددة بالانكماش نتيجة زيادة انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون الناجم عن احتراق الوقود الأحفوري، والذي يشمل النفط والغاز.

وتشير نتائج الدراسة التي نشرتها دورية "رسائل في البحوث الجيوفيزيائية" ، والصادرة عن الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي، في عددها الأخير إلى توقع انخفاض كثافة طبقة "الثرموسفير"، بمقدار 3 في المائة وذلك بحلول العام 2017.

وكان فريق الباحثين الذي ضم علماء 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 فرانسيسكو في ولاية كاليفورنيا الأمريكية.

وطبقاً للنتائج فإن تأثير التغير المناخي الناجم عن زيادة مستويات غاز ثاني 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 تركيز غاز ثاني 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 ب تحت الحمراء "Infrared"، وهو ما سيؤدي إلى انخفاض الحرارة في "الثيرموسفير" واستقرار جزيئاتها ومن ثم انخفاض كثافتها لاحقاً.

يشار إلى أن طبقة "الثيرموسفير" هي أعلى طبقات الغلاف الجوي، وهي تبدأ من ارتفاع 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.

استخداماته

يستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون في الصناعات الغذائية، والصناعات النفطية والصناعات الكيميائية. فهو يستخدم في كثير من المنتجات الاستهلاكية التي تتطلب الغاز المضغوط لأنه غير مكلف وغير قابل للاشتعال، ونظراً لأنه يعتبر مرحلة انتقالية من الحالة الغازية إلى السائلة في درجة حرارة الغرفة عند ضغط حوالي 60 بار (870 باوند لكل بوصة مربعة،و 59 ضغط جوي) ، مما يسمح لوعاء معين إستيعاب كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون عن غيره من الغازات.

سترات النجاة غالبا ما تحتوي على عبوات من غاز ثاني أكسيد الكربون المضغوط لتسهيل التمدد السريع للسترة. وتباع أيضا كبسولات من الألومنيوم تحتوي غاز ثاني أكسيد الكربون كامدادات من الغاز المضغوط لبنادق ضغط الهواء، وبنادق كرات الطلاء، وإطارات الدراجات الهوائية، وصناعة المياه المكربنة. يستخدم التبخر السريع لغاز ثاني أكسيد الكربون السائل في تفجيرات مناجم الفحم. ويمكن أيضاً استخدام تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون لقتل الآفات.

ولمزيد من القراءة عن ثانى اكسيد الكربون تجدوه فى القسم الطبى