Lösningar för vattenbehandling

Koldioxidens egenskaper

Det finns flera fysikaliska och kemiska egenskaper, som hör till koldioxiden.
Här kommer vi att sammanfatta dem i en tabell.

Var på jorden hittar vi koldioxid?

Koldioxid finns framför allt i luft, men även i vatten som en del av kolcykeln. Vi kan visa dig hur kolcykeln fungerar med hjälp av en förklaring och en schematisk bild. –> Gå vidare till kolcykeln.

Människors användningsområden för koldioxid

Människor använder koldioxid på många olika sätt. Det mest kända exemplet är dess användning i läskedrycker och öl, för att få dem att bubbla. Koldioxid som frigörs av bakpulver eller jäst får kakdeg att stiga.
I vissa brandsläckare används koldioxid eftersom den är tätare än luft. Koldioxid kan täcka en brand på grund av sin tyngd. Den hindrar syre från att nå elden och därmed berövas det brinnande materialet det syre det behöver för att fortsätta brinna.
Koldioxid används också i en teknik som kallas superkritisk vätskeextraktion och som används för att avkoffeinera kaffe. Den fasta formen av koldioxid, allmänt känd som torris, används på teatrar för att skapa scenmoln och få saker som ”magiska drycker” att bubbla.

Den roll som koldioxid spelar i miljöprocesser

Koldioxid är en av de mest rikliga gaserna i atmosfären. Koldioxid spelar en viktig roll i vitala växt- och djurprocesser, såsom fotosyntes och andning. Dessa processer kommer att förklaras kortfattat här.
Gröna växter omvandlar koldioxid och vatten till matföreningar, t.ex. glukos, och syre. Denna process kallas fotosyntes.
Fotosyntesens reaktion är följande:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Plantor och djur omvandlar i sin tur matföreningarna genom att kombinera dem med syre för att frigöra energi för tillväxt och andra livsaktiviteter. Detta är respirationsprocessen, som är fotosyntesens motsats.
Respirationsreaktionen ser ut på följande sätt:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
Fotosyntes och respiration spelar en viktig roll i kolcykeln och befinner sig i jämvikt med varandra.
Fotosyntesen dominerar under den varmare delen av året och respirationen dominerar under den kallare delen av året. Båda processerna förekommer dock hela året. Sammantaget minskar alltså koldioxiden i atmosfären under växtsäsongen och ökar under resten av året.
Då årstiderna på norra och södra halvklotet är motsatta, ökar koldioxiden i atmosfären i norr medan den minskar i söder, och vice versa. Cykeln är tydligare på det norra halvklotet; eftersom det har relativt sett mer landmassa och landvegetation. Haven dominerar det södra halvklotet.

Koldioxidens inverkan på alkalinitet

Koldioxid kan ändra vattnets pH-värde. Så här fungerar det:
Koldioxid löser sig något i vatten och bildar en svag syra som kallas kolsyra, H2CO3, enligt följande reaktion:
CO2 + H2O –> H2CO3
Därefter reagerar kolsyra svagt och reversibelt i vatten och bildar en hydroniumkatjon, H3O+, och bikarbonatjonen, HCO3-, enligt följande reaktion:
H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
Detta kemiska beteende förklarar varför vatten, som normalt har ett neutralt pH på 7, har ett surt pH på ungefär 5.5 när det har utsatts för luft.

Människans koldioxidutsläpp

Miljöproblem – växthuseffekten

Troposfären är den nedre delen av atmosfären, med en tjocklek på cirka 10-15 kilometer. I troposfären finns gaser som kallas växthusgaser. När solljuset når jorden omvandlas en del av det till värme. Växthusgaserna absorberar en del av värmen och fångar den nära jordytan, så att jorden värms upp. Denna process, allmänt känd som växthuseffekten, har upptäckts för många år sedan och har senare bekräftats med hjälp av laboratorieexperiment och atmosfäriska mätningar.
Det liv som vi känner till existerar endast på grund av denna naturliga växthuseffekt, eftersom denna process reglerar jordens temperatur. När växthuseffekten inte skulle finnas skulle hela jorden vara täckt av is.
Mängden värme som fångas upp i troposfären bestämmer temperaturen på jorden. Mängden värme i troposfären beror på koncentrationerna av atmosfäriska växthusgaser och hur länge dessa gaser finns kvar i atmosfären. De viktigaste växthusgaserna är koldioxid, CFC (klorfluorkarboner), kväveoxider och metan.
Sedan den industriella revolutionen 1850 inleddes har mänskliga processer orsakat utsläpp av växthusgaser som CFC och koldioxid. Detta har orsakat ett miljöproblem: mängderna växthusgaser har ökat så mycket att jordens klimat håller på att förändras eftersom temperaturen stiger. Denna onaturliga ökning av växthuseffekten kallas global uppvärmning. Man misstänker att den globala uppvärmningen kan leda till ökad stormaktivitet, smältning av isarna på polerna, vilket kommer att leda till översvämningar av de bebodda kontinenterna, och andra miljöproblem.
Samman med väte är koldioxid den viktigaste växthusgasen. Vätgas släpps dock inte ut under industriella processer. Människor bidrar inte till vätgasmängden i luften, denna förändras bara naturligt under den hydrologiska cykeln, och därför är den inte en orsak till den globala uppvärmningen.
De ökande koldioxidutsläppen orsakar cirka 50-60 procent av den globala uppvärmningen. Koldioxidutsläppen har ökat från 280 ppm år 1850 till 364 ppm på 1990-talet.
I föregående stycke har olika mänskliga aktiviteter som bidrar till utsläpp av koldioxidgas nämnts. Av dessa verksamheter orsakar förbränning av fossila bränslen för energiproduktion cirka 70-75 % av koldioxidutsläppen och är den viktigaste källan till koldioxidutsläpp. Resterande 20-25 % av utsläppen orsakas av röjning och förbränning av mark samt av utsläpp från motorfordons avgaser.
De flesta koldioxidutsläppen härrör från industriella processer i utvecklade länder, t.ex. i USA och Europa. Koldioxidutsläppen från utvecklingsländerna ökar dock. Under detta århundrade förväntas koldioxidutsläppen fördubblas och de förväntas fortsätta att öka och orsaka problem efter det.
Koldioxid stannar kvar i troposfären i ungefär femtio upp till tvåhundra år.
Den första som förutspådde att utsläpp av koldioxid från förbränning av fossila bränslen och andra förbränningsprocesser skulle orsaka global uppvärmning var Svante Arrhenius, som publicerade uppsatsen ”On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground” år 1896.
I början av 1930-talet bekräftades det att den atmosfäriska koldioxiden faktiskt ökade. I slutet av 1950-talet, när mycket noggranna mättekniker utvecklades, fann man ännu fler bekräftelser. På 1990-talet var teorin om den globala uppvärmningen allmänt accepterad, även om den inte var accepterad av alla. Huruvida den globala uppvärmningen verkligen orsakas av den ökande koldioxidhalten i atmosfären debatteras fortfarande.

Stigande koldioxidhalter i luften under de senaste decennierna

Kyotoavtalet

Världens ledare samlades i Kyoto i Japan i december 1997 för att överväga ett världsomspännande avtal om begränsning av utsläppen av växthusgaser, främst av koldioxid, som tros orsaka den globala uppvärmningen. Tyvärr, även om Kyotoavtalen har fungerat ett tag försöker Amerika nu att kringgå dem.

Koldioxid och hälsa

Koldioxid är nödvändig för den inre andningen i en människokropp. Den inre andningen är en process, genom vilken syre transporteras till kroppens vävnader och koldioxid transporteras bort från dem.
Koldioxid är en väktare av blodets pH-värde, vilket är viktigt för överlevnad.
Buffersystemet där koldioxid spelar en viktig roll kallas karbonatbufferten. Det består av bikarbonatjoner och löst koldioxid med kolsyra. Kolsyra kan neutralisera hydroxidjoner, som skulle öka blodets pH när de tillsätts. Bikarbonatjonen kan neutralisera vätejoner, vilket skulle sänka blodets pH när den tillsätts. Både en ökning och en minskning av pH är livshotande.
Förutom att vara en viktig buffert i det mänskliga systemet är koldioxid också känd för att orsaka hälsoeffekter när koncentrationerna överskrider en viss gräns.
De primära hälsoriskerna med koldioxid är:
– Kvävning. Orsakas av utsläpp av koldioxid i ett slutet eller oventilerat område. Detta kan sänka syrekoncentrationen till en nivå som är omedelbart farlig för människors hälsa.
– Frostskador. Fast koldioxid är alltid under -78 oC vid normalt atmosfäriskt tryck, oavsett lufttemperatur. Att hantera detta material i mer än en sekund eller två utan lämpligt skydd kan orsaka allvarliga blåsor och andra oönskade effekter. Koldioxidgas som frigörs från en stålflaska, t.ex. en brandsläckare, orsakar liknande effekter.
– Njurskador eller koma. Detta orsakas av en störning i den kemiska jämvikten i karbonatbufferten. När koldioxidkoncentrationerna ökar eller minskar, vilket gör att jämvikten störs, kan en livshotande situation uppstå.