Veden käsittelyratkaisut

Hiilidioksidin ominaisuudet

Hiilidioksidilla on useita fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, jotka kuuluvat hiilidioksidille.
Tässä tiivistämme ne taulukkoon.

Missä päin maapalloa hiilidioksidia esiintyy?

Hiilidioksidia esiintyy pääasiassa ilmassa, mutta myös vedessä osana hiilen kiertoa. Voimme näyttää sinulle, miten hiilenkierto toimii, selityksen ja kaavamaisen esityksen avulla. –> Siirry hiilen kiertokulkuun.

Hiilidioksidin käyttö ihmisessä

Ihminen käyttää hiilidioksidia monin eri tavoin. Tutuin esimerkki on sen käyttö virvoitusjuomissa ja oluessa, jotta niistä saadaan kuohuvaa. Leivinjauheesta tai hiivasta vapautuva hiilidioksidi saa kakkutaikinan kohoamaan.
Joissain palosammuttimissa käytetään hiilidioksidia, koska se on tiheämpää kuin ilma. Hiilidioksidi voi peittää tulipalon, koska se on raskasta. Se estää happea pääsemästä paloon, minkä seurauksena palava materiaali menettää hapen, jota se tarvitsee jatkaakseen palamistaan.
Hiilidioksidia käytetään myös teknologiassa nimeltä ylikriittinen nesteuutto, jota käytetään kahvin kofeiinittomuuteen. Hiilidioksidin kiinteää muotoa, joka tunnetaan yleisesti nimellä kuivajää, käytetään teattereissa luomaan näyttämön sumua ja saamaan esimerkiksi ”taikajuomat” kuplimaan.

Hiilidioksidin rooli ympäristöprosesseissa

Hiilidioksidi on yksi ilmakehän runsaimmista kaasuista. Hiilidioksidilla on tärkeä rooli kasvien ja eläinten elintärkeissä prosesseissa, kuten fotosynteesissä ja hengityksessä. Nämä prosessit selitetään tässä lyhyesti.
Vihreät kasvit muuttavat hiilidioksidia ja vettä ravintoyhdisteiksi, kuten glukoosiksi, ja hapeksi. Tätä prosessia kutsutaan fotosynteesiksi.
Fotosynteesin reaktio on seuraava:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Kasvit ja eläimet puolestaan muuntavat ruoka-aineyhdisteet yhdistämällä ne hapen kanssa vapauttaakseen energiaa kasvuun ja muuhun elämän toimintaan. Tämä on hengitysprosessi, joka on fotosynteesin kääntöpuoli.
Hengitysreaktio on seuraava:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
Fotosynteesillä ja hengityksellä on tärkeä rooli hiilen kiertokulussa, ja ne ovat tasapainossa keskenään.
Fotosynteesi on hallitsevassa asemassa lämpimämpinä vuodenaikoina ja hengitys hallitsevassa asemassa kylmempinä vuodenaikoina. Molempia prosesseja tapahtuu kuitenkin koko vuoden ajan. Kaiken kaikkiaan ilmakehän hiilidioksidi siis vähenee kasvukauden aikana ja lisääntyy muun vuoden aikana.
Koska pohjoisen ja eteläisen pallonpuoliskon vuodenajat ovat vastakkaiset, ilmakehän hiilidioksidi lisääntyy pohjoisessa ja vähenee etelässä ja päinvastoin. Sykli on selvemmin läsnä pohjoisella pallonpuoliskolla; koska siellä on suhteellisesti enemmän maamassoja ja maanpäällistä kasvillisuutta. Valtameret hallitsevat eteläistä pallonpuoliskoa.

Hiilidioksidin vaikutus emäksisyyteen

Hiilidioksidi voi muuttaa veden pH:ta. Näin se toimii:
Hiilidioksidi liukenee hiukan veteen muodostaen heikon hapon nimeltä hiilihappo, H2CO3, seuraavan reaktion mukaisesti:
CO2 + H2O –> H2CO3
Sen jälkeen hiilihappo reagoi hiukan ja palautuvasti vedessä muodostaen hydroniumkationin, H3O+, ja bikarbonaatti-ionin, HCO3-, seuraavan reaktion mukaisesti:
H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
Tämä kemiallinen käyttäytyminen selittää, miksi vesi, jonka neutraali pH-arvo on normaalisti 7, muuttuu happamaksi pH-arvoltaan noin 5:een.5, kun se on altistunut ilmalle.

Ihmisten hiilidioksidipäästöt

Ympäristöongelmat – kasvihuoneilmiö

Troposfääri on ilmakehän alempi, noin 10-15 kilometrin paksuinen osa. Troposfäärin sisällä on kaasuja, joita kutsutaan kasvihuonekaasuiksi. Kun auringonvalo saavuttaa maapallon, osa siitä muuttuu lämmöksi. Kasvihuonekaasut imevät osan lämmöstä ja sitovat sen lähelle maan pintaa, jolloin maapallo lämpenee. Tämä yleisesti kasvihuoneilmiöksi kutsuttu prosessi on havaittu jo vuosia sitten, ja se on myöhemmin vahvistettu laboratoriokokeiden ja ilmakehämittausten avulla.
Elämä sellaisena kuin me sen tunnemme on olemassa vain tämän luonnollisen kasvihuoneilmiön ansiosta, koska tämä prosessi säätelee maapallon lämpötilaa. Jos kasvihuoneilmiötä ei olisi, koko maapallo olisi jään peitossa.
Troposfääriin sitoutuneen lämmön määrä määrää maapallon lämpötilan. Troposfäärissä olevan lämmön määrä riippuu ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuuksista ja siitä, kuinka kauan nämä kaasut pysyvät ilmakehässä. Tärkeimpiä kasvihuonekaasuja ovat hiilidioksidi, CFC-yhdisteet (kloorifluorihiilivedyt), typen oksidit ja metaani.
Teollisen vallankumouksen alettua vuonna 1850 inhimilliset prosessit ovat aiheuttaneet kasvihuonekaasupäästöjä, kuten CFC-yhdisteitä ja hiilidioksidia. Tämä on aiheuttanut ympäristöongelman: kasvihuonekaasujen määrät kasvoivat niin suureksi, että maapallon ilmasto muuttuu, koska lämpötilat nousevat. Tätä kasvihuoneilmiön luonnotonta lisääntymistä kutsutaan ilmaston lämpenemiseksi. On epäilty, että ilmaston lämpeneminen voi aiheuttaa myrskyjen lisääntymistä, napojen jääpeitteiden sulamista, mikä aiheuttaa tulvia asutuille mantereille, ja muita ympäristöongelmia.
Hiilidioksidi on vedyn ohella tärkein kasvihuonekaasu. Vetyä ei kuitenkaan synny teollisuusprosesseissa. Ihminen ei vaikuta ilmassa olevan vedyn määrään, se vain muuttuu luonnollisesti hydrologisen kierron aikana, joten se ei ole syy ilmaston lämpenemiseen.
Hiilidioksidipäästöjen lisääntyminen aiheuttaa noin 50-60 prosenttia ilmaston lämpenemisestä. Hiilidioksidipäästöt ovat nousseet 280 ppm:stä vuonna 1850 364 ppm:ään 1990-luvulla.
Edellisessä kappaleessa on mainittu erilaisia ihmisen toimintoja, jotka edistävät hiilidioksidikaasun päästöjä. Näistä toiminnoista fossiilisten polttoaineiden polttaminen energiantuotannossa aiheuttaa noin 70-75 prosenttia hiilidioksidipäästöistä

, ja se on tärkein hiilidioksidipäästöjen lähde. Loput 20-25 % päästöistä aiheutuu maan raivauksesta ja poltosta sekä moottoriajoneuvojen pakokaasupäästöistä.
Suurin osa hiilidioksidipäästöistä on peräisin teollisuusprosesseista kehittyneissä maissa, kuten Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Kehitysmaiden hiilidioksidipäästöt ovat kuitenkin kasvussa. Tällä vuosisadalla hiilidioksidipäästöjen odotetaan kaksinkertaistuvan, ja niiden odotetaan jatkavan kasvuaan ja aiheuttavan ongelmia myös sen jälkeen.
Hiilidioksidi säilyy troposfäärissä noin viisikymmentä jopa kaksisataa vuotta.
Ensimmäinen henkilö, joka ennusti fossiilisten polttoaineiden poltosta ja muista polttoprosesseista aiheutuvien hiilidioksidipäästöjen aiheuttavan ilmaston lämpenemistä, oli Svante Arrhenius, joka julkaisi vuonna 1896 artikkelin ”Ilmassa olevan hiilihapon vaikutuksesta maan lämpötilaan”.
1930-luvun alussa varmistui, että ilmakehän hiilidioksidi todella lisääntyi. Kun 1950-luvun lopulla kehitettiin erittäin tarkkoja mittaustekniikoita, saatiin vielä enemmän vahvistusta. 1990-luvulle tultaessa ilmaston lämpenemisteoria hyväksyttiin laajalti, vaikkakaan eivät kaikki. Siitä, johtuuko ilmaston lämpeneminen todella ilmakehän hiilidioksidin lisääntymisestä, kiistellään edelleen.

Hiilidioksidipitoisuuksien nousu ilmassa viime vuosikymmeninä

Kioton sopimus

Maailman johtajat kokoontuivat Kiotossa, Japanissa joulukuussa 1997 pohtimaan maailmanlaajuista sopimusta kasvihuonekaasupäästöjen, etupäässä ilmaston lämpenemistä aiheuttavaksi uskottujen kasvihuonekaasupäästöjen, lähinnä hiilidioksidin, rajoittamisesta. Valitettavasti, vaikka Kioton sopimukset ovat toimineet jonkin aikaa, Amerikka yrittää nyt kiertää niitä.

Hiilidioksidi ja terveys

Hiilidioksidi on välttämätöntä ihmiskehon sisäiselle hengitykselle. Sisäinen hengitys on prosessi, jossa happea kuljetetaan elimistön kudoksiin ja hiilidioksidia niistä pois.
Hiilidioksidi on veren pH:n vartija, joka on eloonjäämisen kannalta välttämätön.
Puskurijärjestelmää, jossa hiilidioksidilla on tärkeä rooli, kutsutaan karbonaattipuskuriksi. Se koostuu bikarbonaatti-ioneista ja liuenneesta hiilidioksidista sekä hiilihaposta. Hiilihappo voi neutralisoida hydroksidi-ioneja, joiden lisääminen nostaisi veren pH:ta. Bikarbonaatti-ionit voivat neutraloida vetyioneja, mikä aiheuttaisi veren pH:n laskua, kun niitä lisätään. Sekä pH:n nousu että lasku on hengenvaarallista.
Sen lisäksi, että hiilidioksidi on välttämätön puskuri ihmisen elimistössä, sen tiedetään myös aiheuttavan terveyshaittoja, kun pitoisuudet ylittävät tietyn rajan.
Hiilidioksidin ensisijaiset terveysvaarat ovat:
– Tukehtuminen. Aiheutuu hiilidioksidin vapautumisesta suljetussa tai tuulettamattomassa tilassa. Tämä voi laskea happipitoisuuden tasolle, joka on välittömästi vaarallinen ihmisen terveydelle.
– Paleltumat. Kiinteä hiilidioksidi on aina alle -78 oC normaalissa ilmanpaineessa ilman lämpötilasta riippumatta. Tämän materiaalin käsittely yli sekunnin tai kahden ajan ilman asianmukaista suojausta voi aiheuttaa vakavia rakkuloita ja muita ei-toivottuja vaikutuksia. Teräspullosta, kuten sammuttimesta, vapautuva hiilidioksidikaasu aiheuttaa samanlaisia vaikutuksia.
– Munuaisvaurio tai kooma. Tämä johtuu karbonaattipuskurin kemiallisen tasapainon häiriöstä. Kun hiilidioksidipitoisuus nousee tai laskee, jolloin tasapaino häiriintyy, voi syntyä hengenvaarallinen tilanne.

Mikäli hiilidioksidipitoisuus nousee tai laskee, voi syntyä hengenvaarallinen tilanne.