يظهر مركب ثاني أكسيد الكربون على شكل غاز عديم اللون وعديم الرائحة في درجات حرارة وضغوط الغلاف الجوي، وهو غير سام نسبيا وغير قابل للاحتراق أيضا، كما أنه أثقل من الهواء، ويذوب في الماء، ويشكل حمض الكربونيك حمض خفيف، وتحت التعرض الطويل للحرارة أو النار قد تنفجر الحاوية بعنف، علما أنه يستخدم لتجميد الطعام وللتحكم في التفاعلات الكيميائية وكعامل إطفاء.
ثنائي أكسيد الكربون
- إن مركب ثاني أكسيد الكربون هو عبارة عن مركب من كربونة واحدة مع الصيغة الكيميائية التالية (CO2) حيث يرتبط الكربون بكل ذرة أكسجين برابطة مزدوجة، وهو عبارة عن غاز عديم اللون والرائحة في ظل الظروف العادية، ويتم إنتاجه أثناء التنفس من قبل جميع الحيوانات والفطريات والكائنات الحية الدقيقة التي تعتمد بشكل مباشر أو غير مباشر على النباتات الحية أو المتحللة للغذاء.
- يمتلك ثاني أكسيد الكربون دور كمذيب وعامل موسع للأوعية ومخدر ومضاد، وهو عضو في غازات الاحتباس الحراري وهو عضو في غاز تعبئة المواد الغذائية ووقود للغذاء ومبرد، كما أنه عبارة عن غاز عديم اللون له رائحة حادة خافتة وطعم حامض.
- إن ثاني أكسيد الكربون يعد أحد أهم الغازات الدفيئة المرتبطة بالاحتباس الحراري، ولكنه عبارة عن مكون ثانوي من الغلاف الجوي للأرض (حوالي 3 مجلدات في 10000)، كما ويتكون في احتراق المواد المحتوية على الكربون وفي التخمير وفي تنفس الحيوانات والعمل.
- إن وجود غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يمنع بعض الطاقة المشعة التي تتلقاها الأرض من العودة إلى الفضاء، مما ينتج عنه ما يسمى بتأثير الاحتباس الحراري، وصناعيًا يتم استعادته للعديد من التطبيقات المتنوعة من غازات المداخن كمنتج ثانوي لتحضير الهيدروجين ولتخليق الأمونيا من الجير ومن مصادر أخرى.
- لقد تمت معرفة مركب ثاني أكسيد الكربون على أنه عبارة عن غاز مختلف عن غيره من الغازات في بدايات القرن السابع عشر، وذلك تم بواسطة الكيميائي البلجيكي يان بابتيستا فان هيلمونت والذي لاحظه كمنتج لكل من عمليتي التخمير والاحتراق، علما أنه يسيل عند الضغط إلى 75 كجم لكل سنتيمتر مربع عند 31 درجة مئوية (87.4 درجة فهرنهايت) أو إلى 16-24 كجم لكل سم مربع عند −23 إلى – 12 درجة مئوية (من -10 إلى 10 درجات فهرنهايت).
- في أثناء منتصف القرن العشرين لقد تم بيع أغلب مادة ثاني أكسيد الكربون على شكل سائل، علما أنه إذا تم السماح للسائل بالتمدد إلى الضغط الجوي فإنه يبرد، وبالتالي يتجمد بشكل جزئي ويصبح على شكل مادة صلبة شبيهة بالثلج تسمى الجليد الجاف الذي يتسامى (يمر مباشرة في البخار دون أن يذوب) عند -78.5 درجة مئوية (-109.3 درجة فهرنهايت) عند الضغط الطبيعي في الغلاف الجوي.
- في درجات الحرارة العادية يكون هذا المركب غير نشط تمامًا، أما عند درجة حرارة أعلى من 1700 درجة مئوية يتحلل بشكل جزئي إلى أول أكسيد الكربون وأكسجين، كما ويقوم الهيدروجين أو الكربون أيضًا بتحويله إلى أول أكسيد الكربون عند درجات حرارة عالية.
- تتفاعل الأمونيا مع ثاني أكسيد الكربون تحت الضغط من أجل تكوين كربامات الأمونيوم ثم اليوريا، وهو مكون مهم للأسمدة والبلاستيك، علما أن ثاني أكسيد الكربون قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء (1.79 حجمًا لكل حجم عند 0 درجة مئوية مكونًا محلول حمضي ضعيف، ويحتوي هذا المحلول على حمض ثنائي القاعدة يسمى حمض الكربونيك (H2CO3).
ثاني أكسيد الكربون ودوره في الحياة
- يستخدم ثاني أكسيد الكربون كمبرد وفي طفايات الحريق ولتضخيم أطواف النجاة وسترات النجاة وتفجير الفحم، كما ويستخدم لتعزيز نمو النباتات في الدفيئات وشل حركة الحيوانات قبل الذبح وفي المشروبات الغازية، وعلى الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون أقل وفرة من النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي للأرض إلا أنه عنصر مهم في هواء كوكبنا.
- إن ثاني أكسيد الكربون من الغازات الدفيئة المهمة التي تساعد على حبس الحرارة في غلافنا الجوي، وبدونها سيكون كوكبنا باردًا بشكل قاسٍ، ومع ذلك فإن الزيادة التدريجية في تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض تساعد في زيادة الاحتباس الحراري مما يهدد بتعطيل مناخ كوكبنا مع ارتفاع متوسط درجات الحرارة العالمية تدريجياً.
- ثاني أكسيد الكربون يعد رابع أكثر مكونات الهواء الجاف وفرة، ويمتلك تركيز حوالي 400 جزء في المليون (أجزاء في المليون بالحجم) في الغلاف الجوي للأرض، كما ويقدر العلماء أنه قبل النشاط الصناعي البشري كان تركيز ثاني أكسيد الكربون حوالي 270 جزءًا في المليون، وهكذا ارتفعت مستويات ثاني أكسيد الكربون في غلافنا الجوي بنحو 40٪ منذ بداية التصنيع البشري ومن المتوقع أن تلعب دورًا مقلقًا في رفع درجة الحرارة العالمية.
- تباينت تراكيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل كبير في تاريخ كوكبنا ما قبل الإنسان، وكان لها تأثيرات عميقة على درجات الحرارة العالمية في الماضي، إن لثاني أكسيد الكربون دور أساسي في دورة الكربون للأرض، وهي مجموعة العمليات التي تدور الكربون بأشكال عديدة في جميع أنحاء بيئتنا.
- إن إطلاق الغازات البركانية وحرائق الغابات يعدان عبارة عن مصدران طبيعيان مهمان لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض، والتنفس العملية التي تحرر بها الكائنات الحية الطاقة من الغذاء ينبعث منها ثاني أكسيد الكربون، وعندما تقوم بالزفير فإن ثاني أكسيد الكربون (من بين الغازات الأخرى) هو ما تزفره.
- ينتج عن الاحتراق بغض النظر إن كان ضمن حرائق الغابات نتيجة ممارسات القطع والحرق الزراعية أو في محركات الاحتراق الداخلي ثاني أكسيد الكربون، على الرغم من أن الاحتراق غير الكامل بسبب محدودية إمدادات الأكسجين أو زيادة الكربون يمكن أن ينتج أيضًا أول أكسيد الكربون (CO)، ويتأكسد أول أكسيد الكربون وهو ملوث خطير في النهاية إلى ثاني أكسيد الكربون.
- البناء الضوئي وهي العملية الكيميائية الحيوية التي تنتج بها النباتات وبعض الميكروبات الغذاء تستهلك ثاني أكسيد الكربون، حيث تجمع كائنات التمثيل الضوئي بين ثاني أكسيد الكربون والماء (H2O) من أجل إنتاج الكربوهيدرات (مثل السكريات) كما وينبعث الأكسجين كمنتج ثانوي، وبالتالي الأماكن مثل الغابات وغيرها التي تدعم ميكروبات التمثيل الضوئي تكون كأنها “أحواض” ضخمة للكربون، تعمل على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي عبر عملية التمثيل الضوئي.
- تُستخدم العلب الصغيرة التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون المضغوط لنفخ إطارات الدراجات وسترات النجاة ولتشغيل مسدسات كرات الطلاء، كما ويتم توفير “الفوران” الموجود في الصودا عن طريق ثاني أكسيد الكربون، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أيضًا عن طريق الخميرة أثناء التخمير، ولأنه غير قابل للاشتعال يستخدم ثاني أكسيد الكربون في بعض طفايات الحريق.
- ثاني أكسيد الكربون هو الغاز الأكثر وفرة في الغلاف الجوي للمريخ والزهرة، ويسمى ثاني أكسيد الكربون الصلب والمجمد “بالجليد الجاف”، علما أن القمم الجليدية القطبية للمريخ هي مزيج من جليد الماء العادي والجليد الجاف، ويتشكل ثاني أكسيد الكربون السائل فقط عند ضغوط أعلى من حوالي 5 أضعاف الضغط الجوي على الأرض عند مستوى سطح البحر، ولذلك في كثير من الحالات لا يذوب الجليد الجاف في صورة سائلة، وبدلاً من ذلك ينتقل مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية في عملية تسمى التسامي.
