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二氧化碳

產品簡介:

  二氧化碳是空氣中常見的化合物,碳與氧反應生成其化學式為CO2,一個二氧化碳分子由兩個氧原子與一個碳原子通過共價鍵構成,常溫下是一種無色無味氣體,密度比空氣大,能溶于水,與水反應生成碳酸,不支持燃燒。固態二氧化碳壓縮后俗稱為干冰。二氧化碳被認為是加劇溫室效應的主要來源。工業上可由碳酸鈣強熱下分解制取。

組成結構:
  C原子以sp雜化軌道形成δ鍵。分子形狀為直線形。非極性分子。在CO?分子中,碳原子采用sp雜化軌道與氧原子成鍵。C原子的兩個sp雜化軌道分別與兩個O原子生成兩個σ鍵。
  二氧化碳在常溫常壓下為無色無嗅的氣體。CO?分子有16個價電子,基態為線性分子,屬D∞h 點群。CO?分子中碳氧鍵鍵長為116pm,介于碳氧雙鍵(乙醛中C=O鍵長為124pm)和碳氧三鍵(CO分子中C≡O鍵長為112.8pm)之間,說明它已具有一定程度的叁鍵特性。因此,有人認為在CO?分子中可能存在著離域的大π鍵,即碳原子除了與氧原子形成兩個鍵外,還形成兩個三中心四電子的大π鍵。
  C原子上兩個未參加雜化的p軌道與sp雜化軌道成直角,并且從側面同氧原子的p軌道分別肩并肩地發生重疊,生成兩個∏三中心四電子的離域鍵。因此,縮短了碳—氧原子間地距離,使CO?中碳氧鍵具有一定程度的叁鍵特征。決定分子形狀的是sp雜化軌道,CO?為直線型分子式。
  空氣中有微量的二氧化碳,約占0.039%。二氧化碳略溶于水中,形成碳酸,碳酸是一種弱酸。

產生途徑:
  在自然界中二氧化碳含量豐富,為大氣組成的一部分。二氧化碳也包含在某些天然氣或油田伴生氣中以及碳酸鹽形成的礦石中。大氣里含二氧化碳為0.03~0.04%(體積比),總量約2.75×1012t,主要由含碳物質燃燒和動物的新陳代謝產生。

所占比重:
  二氧化碳CO2平均約占大氣體積的387ppm。大氣中的二氧化碳含量隨季節變化,這主要是由于植物生長的季節性變化而導致的。當春夏季來臨時,植物由于光合作用消耗二氧化碳,其含量隨之減少;反之,當秋冬季來臨時,植物不但不進行光合作用,反而制造二氧化碳,其含量隨之上升。二氧化碳常壓下為無色、無味、不支持燃燒[1]、不可燃的氣體,二氧化碳不供給呼吸。是一種溫室氣體因為它發送可見光,但在強烈吸收紅外線。二氧化碳的濃度于2009年增長了約二百萬分之一。 
  海洋是地表最重要的儲水庫,也是全球碳的第二大循環系統。通過對海洋循環以及CO?溶于海水的系統模擬證實,化石燃料燃燒產生的約40%的CO?會被海洋吸收。海洋中吸收與釋放的CO?的量旗鼓相當。因此,海洋可被視為地球上最大的CO?水池,其循環回路見圖。海洋不僅從大氣中吸收CO?,同時將其自身儲存的CO?釋放至大氣中,海洋能作為CO?的存儲池也是因為其吸收CO?的量略大于釋放的量。同樣由上文所述,海洋中的碳循環系統巨大,是由許多次級系統組成,容易受環境、人類活動和火山噴發等行為影響。該系統也是也是一個耗能結構,通過消耗太陽能使其能耗維持在一個很高的水平。 海洋可被視作從大氣中吸收CO?同時釋放出有機碳和碳酸鹽沉淀的非線性的動力系統。由于海洋可以儲存CO?并輸出CO?及其鹽類,同時緩沖由于大氣中CO?濃度的增加所帶來的影響,所以其輸入及輸出關系是非線性的。該系統是自發循環的,生物處理在這樣一個自主的系統中不可或缺。海洋對于CO?的反饋作用利弊都有,它可以調整大氣的CO?濃度及熱平衡。因此研究海洋中CO?的反應過程至關重要。 如果海洋碳庫可被作為一個獨立的系統,土地和大氣看做是環境,河道和大氣中的CO?及其鹽類,以往由于人類活動造成的污染帶入的碳類以及化石燃料燃燒和森林砍伐所促成的CO?及其鹽類可認為是系統的碳輸入量。因為該系統規模巨大,成分復雜,很難用傳統的方法來描述其中的過程。
主要危害:
人體危害
  二氧化碳密度較空氣大,當二氧化碳少時對人體無危害,但其超過一定量時會影響人(其他生物也是)的呼吸,原因是血液中的碳酸濃度增大,酸性增強,并產生酸中毒??諝庵卸趸嫉捏w積分數為1%時,感到氣悶,頭昏,心悸;4%-5%時感到眩暈。6%以上時使人神志不清、呼吸逐漸停止以致死亡?!?nbsp;
  因為二氧化碳比空氣重,所以在低洼處的濃度較高。以人工鑿井或挖孔樁時,若通風不良則會造成井底的人員窒息。CO?的正常含量是0.04%,當CO?的濃度達1%會使人感到氣悶、頭昏、心悸,達到4%~5%時人會感到氣喘、頭痛、眩暈,而達到10%的時候,會使人體機能嚴重混亂,使人喪失知覺、神志不清、呼吸停止而死亡。

中毒反應
  主要征狀有:頭痛、頭愫暈、耳鳴、氣急、胸悶、乏力、心跳加快,面頰發紺、煩躁、譫妄、呼吸困難,如情況持續,就會出現嗜睡、淡漠、昏迷、反射消失、瞳孔散大、大小便失禁、血壓下降甚至死亡。
二氧化碳的濃度達到1%以上,就會使人頭暈目眩。達到4~5%,人便會惡心嘔吐,呼吸不暢。超過10%,人便會死亡。
二氧化碳在室外是全球暖化;全球變暖的元兇之一,在室內對人體健康影響及行車安全顧慮更是不容忽視的主因之一。生活當中二氧化碳是人類無時無刻 在制造卻經常被忽略的氣體,21新世紀大眾生活型態的改變,尤其現代人害怕噪音再加上戶外空氣質量不佳,人們為求隔絕噪音并享受居住空間或辦公室空間空調系統帶來的舒適便利,長時間將室內窗戶密閉以致于室內二氧化碳濃度含量遠高于室外平均值,更有醫學報導在冷氣房內睡覺連續八小時,由于空氣有適足對流 有助塵螨滋生,早上會出現鼻塞、皮膚紅癢等「病態建筑物癥候群」(Sick Building Syndrome)的癥狀。
應用領域:
  在國民經濟各部門,二氧化碳有著十分廣泛的用途。二氧化碳產品主要是從合成氨制氫氣過程氣、發酵氣、石灰窯氣、酸中和氣、乙烯氧化副反應氣和煙道氣等氣體中提取和回收,商用產品的純度不低于99%(體積)。
二氧化碳可注入飲料中,增加壓力,使飲料中帶有氣泡,增加飲用時的口感,像汽水、啤酒均為此類的例子。
固態的二氧化碳(或干冰)在常溫下會氣化,吸收大量的熱,因此可用在急速的食品冷凍。
  二氧化碳的重量比空氣重,不助燃,因此許多滅火器都通過產生二氧化碳,利用其特性滅火。而二氧化碳滅火器是直接用液化的二氧化碳滅火,除上述特性外,更有滅火后不會留下固體殘留物的優點。
  二氧化碳也可用作焊接用的保護氣體,其保護效果不如其他稀有氣體(如氬),但價格相對便宜許多。
  二氧化碳激光是一種重要的工業激光來源。
  二氧化碳可用來釀酒,二氧化碳氣體創造一個缺氧的環境,有助于防止細菌在葡萄生長。
  二氧化碳可控制pH值,游泳池加入二氧化碳以控制pH值,加入二氧化碳從而保持pH值不上升。
  二氧化碳可用于制堿工業和制糖工業。
  二氧化碳可用于塑料行業的發泡劑。
  干冰可以用于人造雨、舞臺的煙霧效果、食品行業、美食的特殊效果等。
  干冰可以用于清理核工業設備及印刷工業的版輥等。
  干冰可以用于汽車、輪船、航空、太空與電子工業。液體二氧化碳通過減壓變成氣體很容積和織物分離,完全省去了用傳統溶劑帶來的復雜后處理過程。液體CO?和超臨界CO?均可作為溶劑,盡管超臨界CO?具有比液體CO?更高的溶解性(具有與液體相近的密度和高溶解性,并兼備氣體的低粘度和高滲透力)。但它對設備的要求比液體CO?高。綜合考慮機器成本與作CO?為溶劑,溫度控制在15℃左右,壓力在5MPa左右。

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