Vandbehandlingsløsninger

Egenskaber ved kuldioxid

Der er flere fysiske og kemiske egenskaber, som hører til kuldioxid.
Her vil vi opsummere dem i en tabel.

Hvor på jorden finder vi kuldioxid?

Kuldioxid findes hovedsageligt i luft, men også i vand som en del af kulstofkredsløbet. Vi kan vise dig, hvordan kulstofkredsløbet fungerer, ved hjælp af en forklaring og en skematisk fremstilling. –> Gå til kulstofkredsløbet.

Menneskenes anvendelser af kuldioxid

Mennesker bruger kuldioxid på mange forskellige måder. Det mest kendte eksempel er brugen af kuldioxid i sodavand og øl for at gøre dem brusende. Kuldioxid, der frigøres af bagepulver eller gær, får kagedejen til at hæve.
I nogle brandslukkere anvendes kuldioxid, fordi det er tættere end luft. Kuldioxid kan dække en brand, fordi det er tungt. Det forhindrer ilt i at komme til ilden, og som følge heraf fratages det brændende materiale den ilt, det har brug for for at fortsætte med at brænde.
Koldioxid bruges også i en teknologi kaldet superkritisk væskeekstraktion, der bruges til at koffeinfri kaffe. Den faste form af kuldioxid, almindeligvis kendt som tøris, bruges i teatre til at skabe scenemåge og få ting som “trylledrikke” til at boble.

Den rolle, som kuldioxid spiller i miljøprocesser

Kuldioxid er en af de mest almindelige gasser i atmosfæren. Kuldioxid spiller en vigtig rolle i vitale plante- og dyreprocesser, som f.eks. fotosyntese og respiration. Disse processer vil blive forklaret kort her.
Grønne planter omdanner kuldioxid og vand til fødeforbindelser, f.eks. glukose, og ilt. Denne proces kaldes fotosyntese.
Fotosyntesereaktionen er som følger:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Planter og dyr omdanner til gengæld fødevarebestanddelene ved at kombinere dem med ilt for at frigøre energi til vækst og andre livsaktiviteter. Dette er respirationsprocessen, der er det omvendte af fotosyntesen.
A respirationsreaktionen er som følger:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
Fotosyntese og respiration spiller en vigtig rolle i kulstofkredsløbet og er i ligevægt med hinanden.
Fotosyntesen dominerer i den varmere del af året, og respirationen dominerer i den koldere del af året. Begge processer forekommer dog hele året. Samlet set falder kuldioxiden i atmosfæren altså i vækstsæsonen og stiger resten af året.
Da årstiderne på den nordlige og sydlige halvkugle er modsatrettede, stiger kuldioxiden i atmosfæren i nord, mens den falder i syd, og omvendt. Cyklussen er tydeligere til stede på den nordlige halvkugle; fordi den har relativt mere landmasse og terrestrisk vegetation. Oceaner dominerer på den sydlige halvkugle.

Koldioxidens indflydelse på alkalinitet

Koldioxid kan ændre vandets pH-værdi. Sådan virker det:
Koldioxid opløses lidt i vand og danner en svag syre kaldet kulsyre, H2CO3, i henhold til følgende reaktion:
CO2 + H2O –> H2CO3
Dernæst reagerer kulsyre lidt og reversibelt i vand og danner et hydroniumkation, H3O+, og bikarbonat-ionen, HCO3-, i henhold til følgende reaktion:H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
Denne kemiske adfærd forklarer, hvorfor vand, som normalt har en neutral pH-værdi på 7, har en sur pH-værdi på ca. 5.5, når det har været udsat for luft.

Menneskelige CO2-emissioner

Miljøproblemer – drivhuseffekten

Troposfæren er den nederste del af atmosfæren, som er ca. 10-15 kilometer tyk. I troposfæren findes der gasser, der kaldes drivhusgasser. Når sollyset når jorden, bliver noget af det omdannet til varme. Drivhusgasserne absorberer noget af varmen og fanger den nær jordoverfladen, så jorden bliver varmet op. Denne proces, der almindeligvis kaldes drivhuseffekten, blev opdaget for mange år siden og senere bekræftet ved hjælp af laboratorieforsøg og målinger i atmosfæren.
Livet, som vi kender det, eksisterer kun på grund af denne naturlige drivhuseffekt, fordi denne proces regulerer jordens temperatur. Hvis drivhuseffekten ikke fandtes, ville hele jorden være dækket af is.
Mængden af varme, der er indfanget i troposfæren, bestemmer temperaturen på jorden. Mængden af varme i troposfæren afhænger af koncentrationerne af drivhusgasser i atmosfæren og den tid, disse gasser forbliver i atmosfæren. De vigtigste drivhusgasser er kuldioxid, CFC’er (chlorfluorcarboner), nitrogenoxider og metan.
Siden den industrielle revolution i 1850 begyndte, har menneskelige processer forårsaget emissioner af drivhusgasser, såsom CFC’er og kuldioxid. Dette har skabt et miljøproblem: mængderne af drivhusgasser er vokset så meget, at jordens klima er ved at ændre sig, fordi temperaturen stiger. Denne unaturlige forøgelse af drivhuseffekten er kendt som global opvarmning. Man har mistanke om, at den globale opvarmning kan medføre øget stormaktivitet, afsmeltning af iskapperne på polerne, hvilket vil medføre oversvømmelser af de beboede kontinenter, og andre miljøproblemer.
Sammen med brint er kuldioxid den vigtigste drivhusgas. Brint udledes dog ikke under industrielle processer. Mennesker bidrager ikke til mængden af brint i luften, denne ændrer sig kun naturligt under den hydrologiske cyklus, og som følge heraf er det ikke en årsag til den globale opvarmning.
Den stigende udledning af kuldioxid er årsag til ca. 50-60 % af den globale opvarmning. Kuldioxidudledningen er steget fra 280 ppm i 1850 til 364 ppm i 1990’erne.
I det foregående afsnit er der nævnt forskellige menneskelige aktiviteter, der bidrager til udledningen af kuldioxidgas. Af disse aktiviteter er forbrænding af fossile brændstoffer til energiproduktion årsag til ca. 70-75% af kuldioxidemissionerne og er den vigtigste kilde til kuldioxidemissioner. De resterende 20-25% af emissionerne skyldes rydning og afbrænding af jord og emissioner fra udstødning fra motorkøretøjer.
De fleste kuldioxidemissioner stammer fra industrielle processer i de udviklede lande, f.eks. i USA og Europa. Kuldioxidemissionerne fra udviklingslandene er imidlertid stigende. I dette århundrede forventes kuldioxidemissionerne at blive fordoblet, og de forventes at fortsætte med at stige og skabe problemer derefter.
Kuldioxid forbliver i troposfæren i ca. halvtreds til to hundrede år.
Den første person, der forudsagde, at udledningen af kuldioxid fra afbrænding af fossile brændstoffer og andre forbrændingsprocesser ville forårsage global opvarmning, var Svante Arrhenius, der i 1896 offentliggjorde afhandlingen “On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground”.
I begyndelsen af 1930 blev det bekræftet, at atmosfærisk kuldioxid faktisk var stigende. I slutningen af 1950’erne, da der blev udviklet meget nøjagtige måleteknikker, blev der fundet endnu mere bekræftelse. I 1990’erne var teorien om den globale opvarmning bredt accepteret, om end ikke af alle. Det diskuteres stadig, om den globale opvarmning virkelig skyldes den stigende mængde kuldioxid i atmosfæren.

Stigning af kuldioxidkoncentrationen i luften i de seneste årtier

Kyoto-aftalen

Verdensledere samledes i Kyoto, Japan, i december 1997 for at overveje en verdensomspændende traktat om begrænsning af udledningen af drivhusgasser, hovedsagelig kuldioxid, som menes at forårsage den globale opvarmning. Desværre har Kyoto-aftalerne fungeret i et stykke tid, men USA forsøger nu at omgå dem.

Koldioxid og sundhed

Koldioxid er afgørende for den indre vejrtrækning i en menneskekrop. Den indre respiration er en proces, hvorved ilt transporteres til kroppens væv, og kuldioxid transporteres væk fra dem.
Kuldioxid er en vogter af blodets pH-værdi, som er afgørende for overlevelse.
Det buffersystem, hvor kuldioxid spiller en vigtig rolle, kaldes karbonatbufferen. Det består af bicarbonat-ioner og opløst kuldioxid med kulsyre. Kulsyre kan neutralisere hydroxidioner, som ville øge blodets pH-værdi, når de tilsættes. Bikarbonat-ionen kan neutralisere hydrogen-ioner, hvilket ville medføre et fald i blodets pH-værdi, når den tilsættes. Både stigende og faldende pH-værdi er livstruende.
Suden at være en vigtig buffer i det menneskelige system er kuldioxid også kendt for at forårsage sundhedsmæssige virkninger, når koncentrationerne overstiger en vis grænse.
De primære sundhedsfarer ved kuldioxid er:
– Kvælning. Forårsages ved frigivelse af kuldioxid i et lukket eller uventileret område. Dette kan sænke koncentrationen af ilt til et niveau, der er umiddelbart farligt for menneskers sundhed.
– Forfrysninger. Fast kuldioxid er altid under -78 oC ved almindeligt atmosfærisk tryk, uanset lufttemperaturen. Håndtering af dette materiale i mere end et sekund eller to uden ordentlig beskyttelse kan forårsage alvorlige vabler og andre uønskede virkninger. Kuldioxidgas, der frigives fra en stålflaske, f.eks. en brandslukker, forårsager lignende virkninger.
– Nyreskader eller koma. Dette skyldes en forstyrrelse i den kemiske ligevægt i karbonatbufferen. Når kuldioxidkoncentrationerne stiger eller falder, hvilket medfører, at ligevægten forstyrres, kan der opstå en livstruende situation.