二氧化碳
(IUPAC名:carbon dioxide,分子式:CO2)是空氣中常見的化合物,由兩個氧原子與一個碳原子通過共價鍵連接而成。空氣中有微量的二氧化碳,約佔0.04%。二氧化碳略溶於水中,形成碳酸,碳酸是一種弱酸。
二氧化碳平均約占大氣體積的400ppm,不過每年因為人為的排放增加,比率還在逐步上升。大氣中的二氧化碳含量隨季節變化,這主要是由於植物生長的季節性變化而導致的。當春夏季來臨時,植物由於光合作用消耗二氧化碳,其含量隨之減少;反之,當秋冬季來臨時,植物不但不進行光合作用,反而製造二氧化碳,其含量隨之上升。
CO2工業製照過程
在實驗室中通常以碳酸鹽加酸製備二氧化碳,例如以碳酸鈣(一般使用大理石或石灰石,因為純碳酸鈣與鹽酸反應太過劇烈,不便於收集)與稀鹽酸(避免鹽酸中的HCl揮發出來影響CO2的純度)反應,並以向上排空氣法收集
工業上是以高溫加熱灰石(主要成分為碳酸鈣)分解產生二氧化碳:(1atm,攝氏700度以上)
將二氧化碳通入澄清的石灰水,會產生白色的碳酸鈣沉澱,使石灰水變渾濁:
如先加熱水並收集產生的氣體,然後用澄清的石灰水檢驗,這樣效果更好。其他氣體(如二氧化硫)也會使澄清石灰水變渾濁,從而干擾檢測。
但二氧化硫氣體有刺激性氣味,而二氧化碳氣體則不具有氣味,籍此可通過物理方法鑑別二氧化硫與二氧化碳氣體。二氧化碳水溶液呈弱酸性,能夠讓紅色的酚酞試液變成無色。
二氧化碳CO2安全性
因為二氧化碳比空氣重,所以在低漥處的濃度較高。以人工鑿井或挖孔樁時,若通風不良則會造成井底的人員窒息。CO2的正常含量是0.03%,當CO2的濃度達1%會使人感到氣悶、頭昏、心悸,達到4%~5%時人會感到氣喘、頭痛、眩暈,而達到10%的時候,會使人體機能嚴重混亂,使人喪失知覺、神志不清、呼吸停止而死亡。
二氧化碳常壓下為無色、無臭、不會助燃為低壓氣體除非遇上金屬類粉塵才有可能形成在空氣中引發助燃情形。
物理與化學性質:
二氧化碳是無色的。在低濃度時,二氧化碳氣體是無味的,但在較高濃度時會有酸性氣味,它可造成窒息和刺激。
當吸入濃度比大氣層平常濃度高很多的二氧化碳時,它可以產生一種酸的味道和鼻子和喉嚨產生刺痛感,氣體溶解在黏膜和唾液中,產生了碳酸。這種感覺像喝下碳酸飲料。
不過當二氧化碳高於5,000 ppm的時候,會影響人體健康,而高於約50,000 ppm的濃度(相當於空氣中5%的體積)被認為是有危險性的。在標準的溫度和壓力下,二氧化碳的密度大約是1.98公斤/米3,是空氣的1.5倍。
二氧化碳用兩個氧原子與一個碳原子以雙鍵組成。-78.51 °C或-109.3 °F時,二氧化碳會凝華,固態二氧化碳俗稱「乾冰」,是十分普遍的,一般用途於冷凍
另外二氧化碳亦是溫室氣體之一,它允許可見光自由通過,但會吸收紅外線與紫外線,這可以把來自太陽的熱能鎖起來,不讓其流失,如果大氣中的二氧化碳含量過多,熱量更難流失,地球的平均氣溫也會隨之上升,這種情況稱為溫室效應。
二氧化碳的固體狀態是乾冰。乾冰在室溫下會直接昇華為氣體。二氧化碳需加壓到5.1倍大氣壓力才會以液態存在。
二氧化碳CO2用途:
1.二氧化碳CO2可注入飲料中,增加壓力,使飲料中帶有氣泡,增加飲用時的口感,像汽水、啤酒均為此類的例子。
2.固態的二氧化碳CO2(或乾冰)在常溫下會氣化,吸收大量的熱,因此可用在急速的食品冷凍。
3.二氧化碳CO2的重量比空氣重,不助燃,因此許多滅火器都透過產生二氧化碳,利用其特性滅火。二氧化碳滅火器是直接用液化的二氧化碳滅火其滅火方式尤以個人為宜因氣體屬低壓滅火後不會留下固體殘留物的優點但近距離接觸於身體則可能造成凍傷所以現今在全台各地舉辦活動舞台上所噴發做為表演者演唱氣體就是小支迷你型二氧化碳CO2鋼瓶為多在公司所灌被水電行拿來用在通水管不通為多。
4.二氧化碳CO2也可用作焊接捷運車廂與大型涵洞接縫,雖其保護效果不如其他惰性氣體(如氬氣),但價格相對便宜許多。
5.二氧化碳雷射是一種重要的工業雷射來源焊接大型鋼鐵鐵塊接縫。
6.二氧化碳CO2是植物光合作用的主要碳源,可以用作植物溫室的氣體肥料和水草缸水族箱的肥料。
7.二氧化碳CO2可用來釀酒,二氧化碳氣體創造一個缺氧的環境,有助於防止細菌在葡萄生長。
8.二氧化碳CO2可控制pH值,游泳池加入二氧化碳以控制pH值,加入二氧化碳從而保持pH值不上升。
9.二氧化碳CO2可用於製鹼工業和製糖工業。
二氧化碳CO2可用於塑料行業的發泡劑。
10.二氧化碳CO2可用於殺菌、滅菌,填充於密封罐用以保存食物。
11.二氧化碳CO2可用於動力能源:輪胎(汽車重機車自行車)充氣;BB彈空氣槍拋繩槍;穿線器(管子樂)。
12.乾冰可以用於人造雨、舞台的煙霧效果、食品行業、美食和清理核工業設備及印刷工業的版輥用於汽車、輪船、航空、太空與電子工業等。
二氧化碳中毒現象:
二氧化碳中毒是人吸入高濃度的二氧化碳所出現的昏迷及腦缺氧情況,一般大氣中二氧化碳含量超過1%時,人即有輕度中毒反應;當超過3%時,開始出現呼吸困難;超過6%時,就會重度中毒甚至死亡。
於密閉不透風空間使用危機:
中毒主要症狀有:頭暈(痛)、如情況持續,出現嗜睡、長時間昏迷情形一旦無人援救瞳孔放大、胸悶乏力心跳加快、血壓下降呼吸困難可導致死亡