Rozwiązania w zakresie uzdatniania wody

Właściwości dwutlenku węgla

Istnieje kilka właściwości fizycznych i chemicznych, które należą do dwutlenku węgla.
Podsumujemy je tutaj w tabeli.

Gdzie na Ziemi znajdziemy dwutlenek węgla?

Dwutlenek węgla można znaleźć głównie w powietrzu, ale także w wodzie jako część cyklu węglowego. Możemy pokazać, jak działa cykl węglowy, za pomocą wyjaśnienia i schematycznego przedstawienia. –> Przejdź do cyklu węglowego.

Zastosowanie dwutlenku węgla przez ludzi

Ludzie wykorzystują dwutlenek węgla na wiele różnych sposobów. Najbardziej znanym przykładem jest jego użycie w napojach bezalkoholowych i piwie, aby nadać im smak gazowany. Dwutlenek węgla uwalniany przez proszek do pieczenia lub drożdże sprawia, że ciasto rośnie.
Niektóre gaśnice wykorzystują dwutlenek węgla, ponieważ jest on gęstszy od powietrza. Dwutlenek węgla może otulić ogień, ze względu na swoją ciężkość. Zapobiega on przedostawaniu się tlenu do ognia, w wyniku czego płonący materiał jest pozbawiony tlenu, którego potrzebuje do dalszego spalania.
Dwutlenek węgla jest również stosowany w technologii zwanej ekstrakcją cieczy w stanie nadkrytycznym, która jest używana do dekofeinizacji kawy. Stała forma dwutlenku węgla, powszechnie znana jako suchy lód, jest używana w teatrach do tworzenia mgieł scenicznych i tworzenia baniek w takich rzeczach jak „magiczne eliksiry”.

Rola, jaką odgrywa dwutlenek węgla w procesach środowiskowych

Dwutlenek węgla jest jednym z najobficiej występujących gazów w atmosferze. Dwutlenek węgla odgrywa ważną rolę w procesach życiowych roślin i zwierząt, takich jak fotosynteza i oddychanie. Procesy te zostaną tu pokrótce wyjaśnione.
Rośliny zielone przekształcają dwutlenek węgla i wodę w związki pokarmowe, takie jak glukoza, i tlen. Proces ten nazywa się fotosyntezą.
Reakcja fotosyntezy jest następująca:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Rośliny i zwierzęta z kolei przekształcają związki pokarmowe, łącząc je z tlenem, aby uwolnić energię potrzebną do wzrostu i innych czynności życiowych. Jest to proces oddychania, odwrotny do fotosyntezy.
Reakcja oddychania przebiega następująco:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
Fotosynteza i oddychanie odgrywają ważną rolę w cyklu węglowym i pozostają ze sobą w równowadze.
Fotosynteza dominuje w cieplejszej części roku, a oddychanie w chłodniejszej. Jednak oba procesy zachodzą przez cały rok. Ogólnie więc dwutlenek węgla w atmosferze maleje w okresie wegetacji, a wzrasta w pozostałej części roku.
Ponieważ pory roku na półkuli północnej i południowej są przeciwne, dwutlenek węgla w atmosferze wzrasta na północy, a maleje na południu, i odwrotnie. Cykl ten jest wyraźniej obecny na półkuli północnej, ponieważ ma ona stosunkowo więcej masy lądowej i roślinności lądowej. Na półkuli południowej dominują oceany.

Wpływ dwutlenku węgla na zasadowość

Dwutlenek węgla może zmieniać pH wody. Oto jak to działa:
Dwutlenek węgla rozpuszcza się lekko w wodzie tworząc słaby kwas zwany kwasem węglowym, H2CO3, zgodnie z następującą reakcją:
CO2 + H2O –> H2CO3
Potem kwas węglowy reaguje lekko i odwracalnie w wodzie tworząc kation hydroniowy, H3O+, i jon wodorowęglanowy, HCO3-, zgodnie z następującą reakcją:
H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
To zachowanie chemiczne wyjaśnia, dlaczego woda, która normalnie ma neutralne pH 7 ma kwaśne pH około 5.5, gdy została wystawiona na działanie powietrza.

Emisja dwutlenku węgla przez ludzi

Problemy środowiskowe – efekt cieplarniany

Troposfera to dolna część atmosfery, o grubości około 10-15 kilometrów. Wewnątrz troposfery znajdują się gazy zwane gazami cieplarnianymi. Kiedy światło słoneczne dociera do Ziemi, część z niego zamieniana jest na ciepło. Gazy cieplarniane pochłaniają część tego ciepła i zatrzymują je przy powierzchni Ziemi, dzięki czemu Ziemia się ogrzewa. Proces ten, powszechnie znany jako efekt cieplarniany, został odkryty wiele lat temu, a następnie potwierdzony za pomocą eksperymentów laboratoryjnych i pomiarów atmosferycznych.
Życie, jakie znamy, istnieje tylko dzięki temu naturalnemu efektowi cieplarnianemu, ponieważ proces ten reguluje temperaturę Ziemi. Gdyby efekt cieplarniany nie istniał, cała Ziemia byłaby pokryta lodem.
Ilość ciepła uwięzionego w troposferze decyduje o temperaturze na Ziemi. Ilość ciepła w troposferze zależy od stężenia atmosferycznych gazów cieplarnianych i czasu, przez jaki te gazy pozostają w atmosferze. Najważniejsze gazy cieplarniane to dwutlenek węgla, CFC’s (Chlor-Fluoro-Carbons), tlenki azotu i metan.
Od czasu rozpoczęcia rewolucji przemysłowej w 1850 r. procesy zachodzące w organizmie człowieka powodują emisję gazów cieplarnianych, takich jak CFC’s i dwutlenek węgla. Spowodowało to problem środowiskowy: ilość gazów cieplarnianych wzrosła tak znacznie, że klimat Ziemi zmienia się, ponieważ temperatury rosną. Ten nienaturalny dodatek do efektu cieplarnianego znany jest jako globalne ocieplenie. Podejrzewa się, że globalne ocieplenie może spowodować wzrost aktywności burzowej, topnienie czap lodowych na biegunach, co spowoduje zalanie zamieszkałych kontynentów i inne problemy środowiskowe.
Dwutlenek węgla jest wraz z wodorem głównym gazem cieplarnianym. Jednak wodór nie jest emitowany podczas procesów przemysłowych. Ludzie nie przyczyniają się do zwiększenia ilości wodoru w powietrzu, zmienia się on jedynie w sposób naturalny podczas cyklu hydrologicznego, w związku z czym nie jest przyczyną globalnego ocieplenia.
Zwiększająca się emisja dwutlenku węgla powoduje około 50-60% globalnego ocieplenia. Emisja dwutlenku węgla wzrosła z 280 ppm w 1850 roku do 364 ppm w latach 90-tych.
W poprzednim akapicie wymieniono różne działania człowieka, które przyczyniają się do emisji dwutlenku węgla. Spośród tych działań spalanie paliw kopalnych do produkcji energii powoduje około 70-75% emisji dwutlenku węgla

, będąc głównym źródłem emisji dwutlenku węgla. Pozostałe 20-25% emisji jest spowodowane karczowaniem i wypalaniem ziemi oraz emisją spalin z pojazdów silnikowych.
Większość emisji dwutlenku węgla pochodzi z procesów przemysłowych w krajach rozwiniętych, takich jak Stany Zjednoczone i Europa. Wzrasta jednak emisja dwutlenku węgla z krajów rozwijających się. Oczekuje się, że w tym stuleciu emisje dwutlenku węgla podwoją się i będą nadal rosły, powodując problemy po tym stuleciu.
Dwutlenek węgla pozostaje w troposferze około pięćdziesięciu do dwustu lat.
Pierwszą osobą, która przewidziała, że emisje dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych i innych procesów spalania spowodują globalne ocieplenie był Svante Arrhenius, który opublikował pracę „O wpływie kwasu węglowego w powietrzu na temperaturę ziemi” w 1896 roku.
Na początku 1930 roku potwierdzono, że atmosferyczny dwutlenek węgla rzeczywiście wzrasta. Pod koniec lat 50-tych, kiedy opracowano bardzo dokładne techniki pomiarowe, znaleziono jeszcze więcej potwierdzeń. Do lat 90-tych teoria globalnego ocieplenia była powszechnie akceptowana, choć nie przez wszystkich. To, czy globalne ocieplenie jest rzeczywiście spowodowane wzrostem stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, jest nadal przedmiotem debaty.

Wzrost stężenia dwutlenku węgla w powietrzu w ostatnich dziesięcioleciach

Traktat z Kioto

W grudniu 1997 r. przywódcy światowi zebrali się w Kioto w Japonii, aby rozważyć zawarcie światowego traktatu ograniczającego emisję gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla, które uważa się za przyczynę globalnego ocieplenia. Niestety, podczas gdy traktaty z Kioto działały przez jakiś czas, Ameryka teraz próbuje się od nich uchylić.

Dwutlenek węgla i zdrowie

Dwutlenek węgla jest niezbędny do oddychania wewnętrznego w organizmie człowieka. Oddychanie wewnętrzne jest procesem, w którym tlen jest transportowany do tkanek ciała, a dwutlenek węgla jest z nich odprowadzany.
Dwutlenek węgla jest strażnikiem pH krwi, które jest niezbędne do przeżycia.
System buforowy, w którym dwutlenek węgla odgrywa ważną rolę, nazywa się buforem węglanowym. Składa się on z jonów wodorowęglanowych i rozpuszczonego dwutlenku węgla, z kwasem węglowym. Kwas węglowy może neutralizować jony wodorotlenkowe, które po dodaniu zwiększyłyby pH krwi. Jony wodorowęglanowe mogą neutralizować jony wodorowe, co spowodowałoby spadek pH krwi po ich dodaniu. Zarówno zwiększenie, jak i zmniejszenie pH zagraża życiu.
Oprócz tego, że dwutlenek węgla jest niezbędnym buforem w systemie człowieka, wiadomo również, że powoduje skutki zdrowotne, gdy jego stężenie przekracza pewien limit.
Główne zagrożenia zdrowotne związane z dwutlenkiem węgla to:
– Uduszenie. Spowodowane przez uwolnienie dwutlenku węgla w zamkniętym lub niewentylowanym obszarze. Może to spowodować obniżenie stężenia tlenu do poziomu, który jest bezpośrednio niebezpieczny dla zdrowia ludzkiego.
– Odmrożenia. Stały dwutlenek węgla ma zawsze temperaturę poniżej -78 oC przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, niezależnie od temperatury powietrza. Obcowanie z tym materiałem przez dłużej niż sekundę lub dwie bez odpowiedniej ochrony może spowodować poważne pęcherze i inne niepożądane skutki. Gazowy dwutlenek węgla uwolniony ze stalowej butli, takiej jak gaśnica, powoduje podobne skutki.
– Uszkodzenie nerek lub śpiączka. Jest to spowodowane zaburzeniem równowagi chemicznej buforu węglanowego. Gdy stężenie dwutlenku węgla wzrasta lub maleje, powodując zaburzenie tej równowagi, może dojść do sytuacji zagrożenia życia.

.