פחמן דו חמצני: מאפיינים, שימושים וסכנות - כִּימִיָה - 2025

פחמן דו חמצני הוא חסר צבע, חסר ריח בטמפרטורות ולחצים אטמוספרי גז. זוהי מולקולה המורכבת מאטום פחמן (C) ושני אטומי חמצן (O). יוצר חומצה פחמנית (חומצה קלה) כאשר מומסים במים. זה יחסית לא רעיל ואטום אש.

הוא כבד יותר מאוויר, ולכן הוא עלול לגרום לחנק בעת מעבר. תחת חשיפה ממושכת לחום או אש, המכולה שלו עשויה להיקרע באלימות ולגרש טילים.

הוא משמש להקפאת מזון, לשליטה בתגובות כימיות וככיבוי אש.

• נוסחה : CO2
• מספר CAS : 124-38-9
• האו"ם : 1013

מבנה דו-ממדי

מאפיינים

תכונות פיזיקליות וכימיות

משקל מולקולרי:	44.009 גרם / מול
נקודת סובלימציה:	-79 מעלות צלזיוס
מסיסות במים, מ"ל / 100 מ"ל בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס:	88
לחץ אדי, kPa ב 20 מעלות צלזיוס:	תשכ"ב
צפיפות אדים יחסית (אוויר = 1):	1.5
מקדם מחיצת אוקטנול / מים ככניסה ביומן:	0.83

דו תחמוצת הפחמן שייכת לקבוצת החומרים שאינם מגיבים כימית (יחד עם ארגון, הליום, קריפטון, ניאון, חנקן, הקספלואוריד גופרית וקסנון, למשל).

דלקות

פחמן דו חמצני, כמו קבוצת החומרים שאינם מגיבים כימית, אינו דליק (אם כי הם יכולים להיות כאלה בטמפרטורות גבוהות מאוד).

תגובתיות

חומרים כימיים שאינם מגיבים כימי נחשבים ללא תגובתי בתנאים סביבתיים אופייניים (אם כי הם יכולים להגיב בנסיבות קיצוניות יחסית או תחת קטליזה). הם עמידים בפני חמצון והפחתה (למעט בתנאים קיצוניים).

כאשר הם הושעו בפחמן דו חמצני (במיוחד בנוכחות חמצון חזק כמו פרוקסיד) אבקות של מגנזיום, ליתיום, אשלגן, נתרן, זירקוניום, טיטניום, מעט סגסוגות מגנזיום ואלומיניום, ואלומיניום מחומם, כרום ומגנזיום הם דליק ונפיץ.

נוכחות פחמן דו חמצני עלולה לגרום לפירוק אלים בתמיסות של אלומיניום הידריד באתר, כאשר השאריות מחוממות.

כעת נבדקים הסכנות הנובעות משימוש בפחמן דו חמצני במערכות למניעה וכיבוי אש בכמויות אוויר מוגבלות ואדים דליקים.

הסיכון הכרוך בשימושו מתרכז בכך שניתן ליצור פריקות אלקטרוסטטיות גדולות שיוזמות את הפיצוץ.

מגע של פחמן דו חמצני נוזלי או מוצק עם מים קרים מאוד יכול להוביל לרתיחה נמרצת או אלימה של המוצר ולאידוי מהיר במיוחד בגלל הבדלי הטמפרטורה הגדולים הכרוכים בכך.

אם המים חמים, ישנה אפשרות לפיצוץ נוזלי עקב "התחממות יתר". לחצים יכולים להגיע לרמות מסוכנות אם גז נוזלי בא במגע עם מים במיכל סגור. חומצה פחמנית חלשה נוצרת בתגובה לא מסוכנת עם מים.

רַעֲלָנוּת

חומרים כימיים שאינם מגיבים כימית נחשבים לא רעילים (אם כי חומרים גזים בקבוצה זו יכולים לפעול כמגדילים).

שאיפה ממושכת של ריכוזים השווים או פחות מ- 5% מפחמן דו חמצני גורמת לעלייה בשיעור הנשימה, כאבי ראש ולשינויים פיזיולוגיים עדינים.

עם זאת, חשיפה לריכוזים גבוהים יותר עלולה לגרום לאובדן הכרה ומוות.

גז נוזלי או קר יכול לגרום לפגיעות כוויות קור בעור או בעיניים הדומות לכוויה. מוצק עלול לגרום לכוויות במגע קר.

יישומים

שימושים בגז פחמן דו חמצני. חלק גדול (כ- 50%) מכל הפחמן הדו-חמצני המוחזר משמש בנקודת הייצור לייצור כימיקלים חשובים מסחריים אחרים, בעיקר אוריאה ומתנול.

שימוש חשוב נוסף בפחמן דו חמצני בקרבת מקור הגז הוא בהתאוששות משופרת של נפט.

יתרת שארית הפחמן הדו-חמצני שנוצר ברחבי העולם מומר לצורתו הנוזלית או המוצקה לשימוש במקום אחר, או מאוורר לאטמוספרה, מכיוון שהובלת גז פחמן דו-חמצני אינה כדאית כלכלית.

שימושים בפחמן דו חמצני מוצק

במקור, קרח יבש היה החשוב יותר מבין שתי הצורות הלא-גזיות של פחמן דו חמצני.

השימוש בו הפך לראשונה לפופולרי בארצות הברית באמצע שנות העשרים כקרור לשימור מזון, ובשנות השלושים של המאה הקודמת הוא הפך לגורם מרכזי בצמיחת ענף הגלידה.

לאחר מלחמת העולם השנייה, שינויים בתכנון המדחס והזמינות של פלדות מיוחדות בטמפרטורה נמוכה אפשרו להפיג את הפחמן הדו חמצני בקנה מידה גדול. לכן, פחמן דו חמצני נוזלי החל להחליף קרח יבש ביישומים רבים.

שימושים בפחמן דו חמצני נוזלי

השימושים לפחמן דו חמצני נוזלי הם רבים. בחלק מההרכב הכימי שלה חשוב ובאחרים זה לא.

בין אלה שיש לנו: שימוש כמדיום אינרטי, לקידום צמיחת צמחים, כאמצעי העברת חום בתחנות כוח גרעיניות, כקרר, שימושים המבוססים על מסיסות פחמן דו חמצני, שימושים כימיים ושימושים אחרים.

השתמש כמדיום אינרטי

הפחמן הדו-חמצני משמש במקום אווירה אווירית כאשר נוכחות של האוויר תגרום לתופעות לא רצויות.

בטיפול ובהובלה של מוצרי מזון ניתן להימנע מחמצון של אותו הדבר (מה שמוביל לאובדן טעם, או גידול של חיידקים) על ידי שימוש בפחמן דו חמצני.

השתמש בכדי לקדם צמיחת צמחים

טכניקה זו מיושמת על ידי מגדלי הפירות והירקות, שמכניסים את הגז לחממות שלהם כדי לתת לצמחים רמות של פחמן דו חמצני גבוה יותר מאלה שנמצאים בדרך כלל באוויר. צמחים מגיבים בעלייה בשיעור ההטמעה של הפחמן הדו-חמצני שלהם, ועם עלייה בייצור של כ -15%.

השתמש כמדיום העברת חום בתחנות כוח גרעיניות

פחמן דו חמצני משמש בכורים גרעיניים מסוימים כאמצעי העברת חום ביניים. זה מעביר את החום מתהליכי ביקוע לאדים או מים רותחים במחליפי חום.

השתמש כחומר קירור

דו תחמוצת הפחמן הנוזלית נמצאת בשימוש נרחב להקפאת מזון וגם לאחסון ולהובלה מאוחרים יותר.

שימושים המבוססים על מסיסות פחמן דו חמצני

לפחמן דו חמצני יש מסיסות בינונית במים, ונכס זה משמש לייצור משקאות אלכוהוליים מתוסרים ולא אלכוהוליים. זה היה היישום העיקרי הראשון של פחמן דו חמצני. השימוש בפחמן דו חמצני בתעשיית התרסיס הולך וגובר.

שימושים כימיים

בייצור תבניות ליבת ויציקה, משתמשים בתגובה הכימית בין פחמן דו חמצני לסיליקה המשמשת לחיבור גרגרי החול.

נתרן סליצילאט, אחד הביניים בייצור אספירין, מיוצר על ידי תגובת פחמן דו חמצני עם נתרן פנולאט.

פחמן של מים מרוככים מתבצע באמצעות פחמן דו חמצני להסרת המשקעים של תרכובות סיד בלתי מסיסות.

דו תחמוצת הפחמן משמשת גם לייצור פחמימת עופרת בסיסית, נתרן, אשלגן ו אמוניום פחמתי, ופחמימות מימן.
הוא משמש כחומר מנטרל בפעולות mercerization בתעשיית הטקסטיל מכיוון שהוא נוח יותר לשימוש מאשר חומצה גופרתית.

שימושים אחרים

דו תחמוצת הפחמן הנוזלית משמשת בתהליך חילוץ פחם, ניתן להשתמש בה כדי לבודד ניחוחות וריחות מסוימים, הרדמה של בעלי חיים לפני שחיטה, מיתוג קריו של בעלי חיים, יצירת ערפל להפקות תיאטרליות, דוגמאות לשימושים כאלה הם הקפאת גידולים ושפלים שפירים, לייזרים, ייצור תוספי שמן סיכה, עיבוד טבק ותברואה לפני הקבורה.

השפעות קליניות

חשיפה למכרסמים מתרחשת בעיקר במסגרות תעשייתיות, לעיתים בהקשר של אסונות טבע או תעשייה.

חסרים חסרים פשוטים כוללים, אך אינם מוגבלים, לפחמן דו חמצני (CO2), הליום (He) ופחמימנים גזים (מתאן (CH4), אתאן (C2H6), פרופאן (C3H8) ובוטאן (C4H10).

הם פועלים על ידי עקירת חמצן מהאטמוספרה, ומובילים לירידה בלחץ החלקי של חמצן alveolar וכתוצאה מכך היפוקסמיה.

היפוקסמיה מייצרת תמונה של אופוריה ראשונית, שיכולה לפגוע ביכולתו של המטופל להימלט מהסביבה הרעילה.

תפקוד לקוי של מערכת העצבים המרכזית ומטבוליזם אנאירובי מעידים על רעילות קשה.

שיכרון קל עד בינוני

הרוויה בחמצן יכולה להיות מתחת ל 90%, אפילו בקרב חולים אסימפטומטיים או סימפטומטיים קלים. זה מתרחש עם ירידה בראיית הלילה, כאב ראש, בחילה, עלייה מפצה בנשימה ובדופק.

הרעלה קשה

הרוויה בחמצן יכולה להיות 80% או פחות. יש ירידה בערנות, נמנום, סחרחורת, עייפות, אופוריה, אובדן זיכרון, ירידה בחדות הראייה, ציאנוזה, אובדן הכרה, הפרעות קצב, איסכמיה שריר הלב, בצקת ריאות, פרכוסים ומוות.

בטיחות וסיכונים

הצהרות סכנה של מערכת ההרמוניה העולמית לסיווג ותיוג של מוצרים כימיים (GHS).

מערכת ההרמוניה הגלובלית לסיווג ותיוג כימיקלים (GHS) היא מערכת מוסכמת בינלאומית, שנוצרה על ידי האומות המאוחדות שנועדה להחליף את תקני הסיווג והתיוג השונים המשמשים במדינות שונות על ידי שימוש בקריטריונים עקביים ברמה הגלובלית (אומות) אומות, 2015).

שיעורי הסיכון (והפרק המקביל להם ב- GHS), תקני הסיווג והתיוג וההמלצות לגבי פחמן דו חמצני הם כדלקמן (סוכנות הכימיקלים האירופית, 2017; האו"ם, 2015; PubChem, 2017):

(האו"ם, 2015, p.345).

(האו"ם, 2015, עמ '466).

הפניות

1. מתוך Jacek FH, (2006). פחמן דו חמצני-3D-vdW התאושש מ- wikipedia.org.
2. אנון, (2017). נשלח מ- nih.gov.
3. סוכנות הכימיקלים האירופית (ECHA). (2017). סיכום סיווג ותיוג.
4. סיווג ותיוג הודיעו. פחמן דו חמצני. הוחזר ב- 16 בינואר 2017.
5. בנק נתונים של חומרים מסוכנים (HSDB). TOXNET. (2017). פחמן דו חמצני. Bethesda, MD, האיחוד האירופי: הספרייה הלאומית לרפואה.
6. המכון הלאומי לבטיחות בעבודה (INSHT). (2010). כרטיסים בינלאומיים לבטיחות כימית פחמן דו חמצני. משרד התעסוקה והביטחון. מדריד. זה.
7. האו"ם (2015). מערכת מהווה הרמוניה גלובלית לסיווג ותיוג כימיקלים (GHS) המהדורה השישית המתוקנת. ניו יורק, האיחוד האירופי: פרסום האומות המאוחדות.
8. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. מסד הנתונים של מתחם PubChem. (2017). פחמן דו חמצני. Bethesda, MD, האיחוד האירופי: הספרייה הלאומית לרפואה.
9. המינהל האוקיאני האטמוספרי הלאומי (NOAA). CAMEO כימיקלים. (2017). גיליון נתונים תגובתי של הקבוצה. לא מגיב כימית. אביב הכסף, ד"ר. אירופה.
10. המינהל האוקיאני האטמוספרי הלאומי (NOAA). CAMEO כימיקלים. (2017). גיליון נתונים כימי. פחמן דו חמצני. אביב הכסף, ד"ר. אירופה.
11. טופאם, ש., בזאנלה, א., שיבחן, ש., לוהר, ש., ג'או, ל., אוטו, א., ושטולטן, ד. (2000). פחמן דו חמצני. באנציקלופדיה של אולמן לכימיה תעשייתית. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
12. ויקיפדיה. (2017). פחמן דו חמצני. הוחזר ב- 17 בינואר 2017 מ- wikipedia.org.