Интересные факты о углекислом газе кратко

Обновлено: 28.06.2024

Без цвета и запаха. Важнейший регулятор кровообращения и дыхания.

Не токсичен. Без него не было бы сдобных булочек и приятно колких газированных напитков.

Из этой статьи вы узнаете, что такое углекислый газ и как он влияет на организм человека.

Большинство из нас плохо помнят школьный курс физики и химии, но знают: газы невидимы и, как правило, неосязаемы, а потому коварны. Поэтому, прежде чем ответить на вопрос, вреден ли углекислый газ для организма, давайте вспомним, что он собой представляет.

Одеяло Земли

CO2 — двуокись углерода. Он же — углекислый газ, оксид углерода (IV) или угольный ангидрид. В нормальных условиях это бесцветный не имеющий запаха газ с кисловатым вкусом.

В условиях атмосферного давления двуокись углерода имеет два агрегатных состояния: газообразное (углекислый газ тяжелее воздуха, плохо растворяется в воде) и твёрдое (при –78 ºС превращается в сухой лёд).

Углекислый газ — один из главных составляющих окружающей среды. Он содержится в воздухе и подземных минеральных водах, выделяется при дыхании человека и животных, участвует в фотосинтезе растений.

Двуокись углерода активно влияет на климат. Она регулирует теплообмен планеты: пропускает ультрафиолет и блокирует инфракрасное излучение. В связи с этим углекислый газ порой называют одеялом Земли.

O2 — энергия. CO2 — искра

Двуокись углерода сопровождает человека на протяжении всей жизни. Будучи естественным регулятором дыхания и кровообращения, углекислый газ является неотъемлемым компонентом обмена веществ.

Делая вдох, человек наполняет лёгкие кислородом.

Человек выдыхает. CO2 — один из конечных продуктов метаболизма.

Говоря образно, кислород — это энергия, а углекислый газ — искра, разжигающая её.

Вдыхая около 30 литров кислорода в час, человек выделяет 20–25 литров углекислого газа.

Углекислый газ не менее важен для организма, чем кислород. Он является физиологическим стимулятором дыхания: влияет на кору головного мозга и стимулирует дыхательный центр. Сигналом для очередного вдоха служит не недостаток кислорода, а избыток углекислого газа. Ведь обмен веществ в клетках и тканях непрерывен, и нужно постоянно удалять его конечные продукты.

Кроме того, углекислый газ влияет на секрецию гормонов, активность ферментов и скорость биохимических процессов.

Равновесие газообмена

Углекислый газ не токсичен, не взрывоопасен и абсолютно безвреден для людей. Однако для нормальной жизнедеятельности крайне важен баланс двуокиси углерода и кислорода. Недостаток и избыток углекислого газа в организме приводит к гипокапнии и гиперкапнии соответственно.

Гипокапния — недостаток СО2 в крови. Возникает в результате глубокого учащённого дыхания, когда в организм поступает больше кислорода, чем нужно. Например, во время слишком интенсивных физических нагрузок. Последствия могут быть различными: от лёгкого головокружения до потери сознания.

Гиперкапния — избыток СО2 в крови. Человек вдыхает (вместе с кислородом, азотом, водяными парами и инертными газами) 0,04% углекислого газа, а выдыхает 4,4%. Если находиться в небольшом помещении с плохой вентиляцией, концентрация двуокиси углерода может превысить норму. Как следствие, может возникнуть головная боль, тошнота, сонливость. Но чаще всего гиперкапния сопутствует экстремальным ситуациям: неисправность дыхательного аппарата, задержка дыхания под водой и другим.

Таким образом, вопреки мнению большинства людей, углекислый газ в количествах, предусмотренных природой, необходим для жизни и здоровья человека. Кроме того, он нашёл широкое промышленное применение и приносит людям немало практической пользы.

Игристые пузырьки на службе поваров

СО2 используется во многих сферах. Но, пожалуй, наиболее востребован углекислый газ в пищевой промышленности и кулинарии.

Углекислый газ образуется в дрожжевом тесте под влиянием брожения. Именно его пузырьки разрыхляют тесто, делая его воздушным и увеличивая его объём.

С помощью углекислого газа делают различные освежающие напитки: квас, минеральную воду и другие любимые детьми и взрослыми газировки.

Может ли углекислый газ, содержащийся в газированных напитках, способствовать гиперкапнии или нанести любой другой вред здоровому организму? Конечно, нет!

Во-первых, углекислый газ, который используется при приготовлении газированных напитков, специально подготовлен для применения в пищевой промышленности. В тех количествах, в которых он содержится в газировках, он абсолютно безвреден для организма здоровых людей.

Здоровый же человек без проблем может включить в свой рацион умеренное количество газированных напитков и время от времени позволять себе стаканчик той же колы.

Вывод

Углекислый газ необходим для поддержания жизни как планеты, так и отдельно взятого организма. СО2 влияет на климат, являясь своеобразным одеялом. Без него невозможен метаболизм: с углекислым газом из организма выходят продукты обмена. А ещё это незаменимый компонент любимых всеми газированных напитков. Именно углекислый газ создаёт игривые пузырьки, щекочущие в носу. При этом для здорового человека он абсолютно безопасен.

Газировка, вулкан, Венера, рефрижератор – что между ними общего? Углекислый газ. Мы собрали для Вас самую интересную информацию об одном из самых важных химических соединений на Земле.

Что такое диоксид углерода

Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.

А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.

Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).

CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле - углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.

Углекислый газ в природе: естественные источники

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

Дыхание животных и растений. Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
Вулканическая деятельность. Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
Разложение органических веществ. Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.

Искусственные источники углекислого газа

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
автомобильный транспорт.

Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.

Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.

Углекислый газ в организме человека

CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.

Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.

Углекислый газ и мы: чем опасен СO2

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.

Углекислый газ в атмосфере Земли

В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года. Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.

Несмотря на такое ничтожное процентное содержание диоксида углерода в атмосфере, он оказывает огромное влияние на климат планеты. Углекислый газ – один из парниковых газов. Он поглощает и удерживает инфракрасное излучение с поверхности Земли, что в конечном итоге способствует повышению температуры на планете. Этот процесс называется парниковым эффектом. Без парникового эффекта температура на земном шаре была бы примерно на 30°С ниже.

Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа, и, по-видимому, тоже подвержена парниковому эффекту. Из-за него Венера является самой жаркой планетой Солнечной системы, она горячее даже ближайшего к Солнцу Меркурия. Температура на Венере около 464°С – этого хватит, чтобы расплавить свинец и олово.

Рост уровня СО2 в атмосфере Земли ведет к усилению парникового эффекта, а тот, в свою очередь – к необратимым изменениям климата. Уже сейчас можно наблюдать таяние ледников. Например, знаменитая снежная шапка Килиманджаро уменьшилась за последние 100 лет на 80%.

Заключение

Что и говорить, без углекислого газа наш мир был бы совершенно другим. Он участвует в важнейших химических, биологических, климатических и геологических процессах на Земле. И чем больше мы о них знаем, тем проще нам принимать важные решения: выбирать образ жизни и создавать свою среду – свой здоровый и комфортный микроклимат.

Жизнь на Земле миллиарды лет развивалась при высокой концентрации углекислоты. В древности атмосфера нашей планеты была сильно насыщена углекислым газом. Он был тогда и является сейчас естественным строительным материалом для живых клеток. Как пример, реакция биосинтеза растений — поглощение углекислого газа, утилизация углерода и выделение кислорода. Именно в те времена на планете развилась и существовала очень пышная растительность.

Углекислота так же участвует в биосинтезе животного белка, и в этом некоторые ученые видят возможную причину существования много миллионов лет назад гигантских животных и растений.

Наличие пышной растительности постепенно привело к изменению состава воздуха, уменьшилось содержание углекислого газа, но внутренние условия работы клеток по-прежнему определялись высоким содержанием углекислоты. Первые животные, появившиеся на Земле и питавшиеся растениями, находились в атмосфере с высоким содержанием углекислого газа. Поэтому их клетки, а позже — рожденные на базе древней генетической памяти клетки современных животных и человека, нуждаются в углекислой среде внутри себя. Углекислый газ является необходимым компонентом обмена веществ.

Вот несколько занимательных фактов, говорящих о роли и значимости углекислого газа в жизни живых существ на нашей планете.

· Нормальный уровень содержания углекислого газа в организме животных и человека составляет около 6-7 процентов, а кислорода — всего 2 процента. Другими словами, у здорового человека соотношение углекислого газа и кислорода в организме составляет пропорцию 3:1.

· Оплодотворенная яйцеклетка в первые дни находится почти в бескислородной среде — кислород для нее просто губителен. И только по мере имплантации и формирования плацентарного кровообращения постепенно начинает осуществляться аэробный способ производства энергии.

· В крови плода содержится мало кислорода и много углекислого газа по сравнению с кровью взрослого организма. Один из фундаментальных законов биологии гласит, что каждый организм в своем индивидуальном развитии повторяет весь путь эволюции своего вида, начиная от одноклеточного существа и кончая высокоразвитой особью. Эволюцию претерпевает не только сам плод, но и его газовая среда. Кровь плода содержит кислорода в 4 раза меньше, а углекислого газа в 2 раза больше, чем у взрослого человека. Если же кровь плода начать насыщать кислородом он моментально погибает.

· Было обнаружено, что без присутствия углекислоты кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином (эффект Вериго-Бора), что приводит к кислородному голоданию организма даже при высокой концентрации этого газа в крови. Недостаток углекислого газа в крови способствует закреплению кислорода в эритроцитах. Кровь циркулирует по организму, а кислород не отдает. Возникает парадоксальное состояние: кислорода в крови достаточно, а органы сигнализируют о его крайнем недостатке.

· Горная болезнь связана не только с дефицитом кислорода, но и с избыточной потерей углекислого газа при глубоком дыхании. Дыша разреженным горным воздухом, человек дышит глубже обычного, чтобы получить больше кислорода. Более глубокие вдохи автоматически приводят к более глубоким выдохам, а поскольку мы постоянно теряем с выдохом углекислый газ, углубление дыхания приводит к слишком большим его потерям, что может неблагоприятно сказаться на здоровье.

· Общеизвестно, что во время интенсивных занятий спортом в крови спортсмена увеличивается содержание углекислого газа. Повышение уровня СО2 способствует расширению мелких артерий (тонус которых определяет количество функционирующих капилляров) и увеличению мозгового кровотока. Регулярная гиперкапния активирует выработку факторов роста сосудов, что приводит к формированию более разветвленной капиллярной сети и оптимизации тканевого кровообращения мозга.

· Сигналом для очередного вдоха служит не недостаток кислорода, что могло бы показаться логичным, а избыток углекислого газа. Именно накопившийся в крови углекислый газ является физиологическим стимулятором дыхания. После открытия роли углекислого газа его начали добавлять в газовые смеси аквалангистов, чтобы стимулировать работу дыхательного центра. Этот же принцип используют при наркозе.

· Углекислый газ, вопреки широко распространенному мнению, необходим организму не меньше, чем кислород. Давление углекислого газа влияет на кору головного мозга, дыхательный и сосудо-двигательный центры, углекислый газ также обеспечивает тонус и определенную степень готовности к деятельности различных отделов центральной нервной системы, отвечает за тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов, электролитный состав крови и тканей. А значит, опосредованно влияет на активность ферментов и скорость почти всех биохимических реакций организма.

В настоящее время в атмосфере содержится около 0,03% углекислого газа и примерно 21% кислорода. Поскольку в атмосфере СО2 мало, извне человек его практически не получает. Основной источник углекислоты для организма — это пища. Белки, жиры, углеводы, построенные на углеродной основе, при сжигании с помощью кислорода в тканях образуют бесценный углекислый газ — основу жизни.

Возможно, не зря говорят о том, что увеличение содержания углекислого газа в атмосфере пойдет на пользу всему живому на Земле.

Углекислый газ часто используется в качестве защитной среды для GMAW сварки углеродистых сталей. В случае применения этого газа для других металлов, он может спровоцировать окисление сварных швов, ухудшить металлургические свойства металла. С углеродистыми сталями двуокись углерода взаимодействует наоборот. Он придает полезные свойства сварному шву и не способствует его деформации.

В чем сила углекислого газа для сварки?

Применяя чистый углекислый газ в качестве экранирующей среды не стоит рассчитывать на невероятно красивый сварной шов, но в сочетании с другими газами, например, с аргоном, можно рассчитывать на улучшения стабильности сварочной дуги, получить оптимальную текучесть металла в сварочной ванне, повысить прочность сварных швов.

Чтобы понять почему так важен углекислый газ для сварки стоит предварительно ответить на другие вопросы:

Как возможна сварка с этим газом, если он способствует окислению?
Что делает его таким особенным?

9 фактов и преимуществ углекислого газа

Вот некоторые основные причины, из-за которых диоксид углерода применяется в качестве защитного газа для дуговой сварки углеродистых сталей. 9 фактов

Улучшенное проникновение

Как защитный газ двуокись углерода обеспечивает лучшее проникновение и более глубокий провар. Таким образом наличие в экранирующей смеси углекислого газа улучшает физико-химические свойства свариваемого металла в области боковой стенки и корня шва.

Минимизация затрат

Одним из самых больших преимуществ, которое весьма повышает ценность углекислого газа для сварки среди других защитных газов, является его низкая стоимость. Применяя двуокись углерода вместо кислорода можно избежать окисления в металле сварного шва. Будучи тяжелее чем кислород, СО₂ обеспечивает лучшие характеристики экранирования. Но есть одно замечание. Чистый углекислый газ для сварки дешевле, чем аргон и гелий, но в сравнении с ними при его применении качество сварных швов становится хуже, могут быть сварочные брызги. Поэтому чаще всего он применяется в комбинации с иными газами, позволяя таким образом повысить производительность сварочных работ и снизить их себестоимость.

Эффективен в сочетании с другими газами

Как мы говорили, чистый углекислый газ при сварке не дает очень высоких результатов для большинства металлов. Но если его смешать с другими газами, можно добиться значительного улучшения качественных свойств сварного шва и параметров сварочной дуги. К примеру, в сочетании с инертными газами (тот же аргон, соотношение 75% Ar + 25% СО₂ или 82% Ar +18% СО₂ (по стандарту)), устраняется проблема разбрызгивания и дуговой нестабильности.

Если во время сварки углеродистых и легированных сталей плавящимся электродом использовать смесь углекислого газа (до 20%), кислорода (до 5%) и аргона, то можно упредить пористость шва, оптимизировать свойства сварочной дуги, улучшить формирование швов. Смеси, содержащие указанные компоненты, ассоциируются как универсальные. Применяя их, можно выполнять сварку с разными режимами: импульсным и циклическим с короткой дугой, струйным, крупнокапельным и ротационным переносом металла. Такие смеси помогают сваривать углеродистые и низколегированные стали разной толщины.

Углекислый газ может быть в составе тройных смесей (Ar +СО₂ + О₂) или только в сочетании с чистым кислородом (добавляется от 2 – 5% до 20%). В последнем случае двойная смесь способствует уменьшению потерь металла при разбрызгивании на 30-40%, так как перенос электродного металла стает мелкокапельным за счет поверхностного натяжения.

Стоит отметить, бинарные газовые смеси (Аг + СО₂) применяются при технике как обычного – так и импульсно-струйного переноса металла для большинства известных марок углеродистых сталей, нержавейки.

Предотвращение подреза сварного шва

Как известно, диоксид углерода является более плотным газом, он понижает звуковые колебания при сварке. Таким образом применение углекислого газа может предотвратить серьезные недостатки сварки, к которым относится подрез сварного шва.

Безопасность

Углекислота — это нетоксичный, а также не взрывоопасный газ. Если не соблюдать элементарных правил безопасности, превышение допустимой концентрации СО₂ более 92г/м 3 (5%) в закрытых помещениях, емкостях провоцирует кислородную недостаточность, удушье.

Хорошая вентиляция на рабочем месте является важным шагом, позволяющим сделать вашу работу более безопасной.

Защита от ржавчины

Углекислый газ в качестве защитной среды при сварке наименее чувствителен к возможной ржавчине на кромках (в разумных пределах, конечно) и предотвращает ее появление в сварном шве. С одной стороны, применение СО₂ защищает расплавленный металл и сварочную дугу от влияния окружающей атмосферы, с другой — этот газ разлагается при высокой температуре дуги на окись углерода и кислорода, проявляя окисляющее действие на расплавляемый металл. Для связывания кислорода и его удаления из сварочной ванны важным является повышенное количество раскислителей, таких, как кремний и марганец. Двуокись углерода с нормальным содержанием влаги при правильном сочетании с другими газами помогают предотвратить дефекты сварки, такие как пористость, непровар, непровар в металле сварного шва.

Простота и универсальность

Возможность проведения работ в разных пространственных положениях в режимах автоматической и полуавтоматической сварки.
Отсутствие необходимости в приспособлениях для подачи и отвода флюса.

Применение СО₂ является наиболее эффективным при сварке тонколистовых углеродистых сталей. Этот газ часто используется при кузовном ремонте легковушек, грузовиков. Тут преимущества наличия защитной среды СО₂ выявляются особенно четко.

Улучшение прочности сварного шва

В процессе сварки, подходящий состав газов и соответствующие расходные материалы являются первичными инструментами и факторами, влияющими на получение необходимой ударной вязкости металла в сварном шве. Диоксид углерода в сочетании с другими газами способствует повышению ударной вязкости сварного соединения.

Снижение поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение является еще одной проблемой для углеродистых сталей. Из-за этого для них проникновение расплава хуже. Наплавляемый металл в расплавленном состоянии приобретает высокое поверхностное натяжение, которое не можно уменьшить при использовании таких инертных газов как гелий, аргон и т.д. В этом случае диоксид углерода является единственным защитным газом, способным уменьшить интенсивность поверхностного натяжения, обеспечивает лучший провар. Таким образом описанные выше преимущества делают углекислый газ для сварки углеродистых сталей весьма важным инструментом хорошего сварного шва, особенно если речь идет о порошковых электродах.

Читайте также: