stringtranslate.com

Углекислый газ

Углекислый газ — это химическое соединение с химической формулой CO2 . Он состоит из молекул , каждая из которых имеет один атом углерода, ковалентно связанный двойной связью с двумя атомами кислорода . Он находится в газообразном состоянии при комнатной температуре. Как источник углерода в углеродном цикле , атмосферный CO2 является основным источником углерода для жизни на Земле. В воздухе углекислый газ прозрачен для видимого света, но поглощает инфракрасное излучение , действуя как парниковый газ . Углекислый газ растворяется в воде и содержится в грунтовых водах , озерах , ледяных шапках и морской воде . Когда углекислый газ растворяется в воде, он образует карбонат и в основном бикарбонат ( HCO−3), что приводит к закислению океана по мере увеличения уровня CO 2 в атмосфере . [9]

Это следовой газ в атмосфере Земли в концентрации 421  частей на миллион (ppm) [a] , или около 0,042% (по состоянию на май 2022 года), увеличившийся с доиндустриального уровня в 280 ppm или около 0,028%. [11] [12] Сжигание ископаемого топлива является основной причиной этих повышенных концентраций CO2 , а также основной причиной изменения климата . [13]

Его концентрация в доиндустриальной атмосфере Земли с конца докембрия регулировалась организмами и геологическими особенностями. Растения , водоросли и цианобактерии используют энергию солнечного света для синтеза углеводов из углекислого газа и воды в процессе, называемом фотосинтезом , который производит кислород в качестве побочного продукта. [14] В свою очередь, кислород потребляется, а CO 2 выделяется в качестве отходов всеми аэробными организмами , когда они метаболизируют органические соединения для производства энергии путем дыхания . [15] CO 2 выделяется из органических материалов, когда они разлагаются или сгорают, например, при лесных пожарах.

Углекислый газ на 53% плотнее сухого воздуха, но он долгоживущий и тщательно перемешивается в атмосфере. Около половины избыточных выбросов CO2 в атмосферу поглощается поглотителями углерода на суше и в океане . [16] Эти поглотители могут насыщаться и быть нестабильными, поскольку распад и лесные пожары приводят к тому, что CO2 выбрасывается обратно в атмосферу. [17] CO2 в конечном итоге изолируется (хранится в течение длительного времени) в горных породах и органических отложениях, таких как уголь , нефть и природный газ . Изолированный CO2 выбрасывается в атмосферу при сжигании ископаемого топлива или естественным образом вулканами , горячими источниками , гейзерами и при растворении карбонатных пород в воде или в реакции с кислотами.

CO 2 — универсальный промышленный материал, используемый, например, в качестве инертного газа при сварке и огнетушителях , в качестве нагнетательного газа в пневматических пушках и при добыче нефти, а также в качестве сверхкритического флюидного растворителя при декофеинизации и сверхкритической сушке . [18] Он является побочным продуктом ферментации сахаров в хлебопечении , пивоварении и виноделии и добавляется в газированные напитки, такие как сельтерская вода и пиво, для шипучести. Он имеет резкий и кислый запах и создает привкус газированной воды во рту, но при обычных концентрациях не имеет запаха. [1]

Химические и физические свойства

Углекислый газ не может быть сжижен при атмосферном давлении. Низкотемпературный углекислый газ используется в коммерческих целях в твердой форме, обычно известной как « сухой лед ». Фазовый переход из твердого состояния в газообразное происходит при 194,7 Кельвина и называется сублимацией .

Структура, связь и молекулярные колебания

Симметрия молекулы диоксида углерода линейна и центросимметрична в ее равновесной геометрии. Длина связи углерод-кислород в диоксиде углерода составляет 116,3  пм , что заметно короче, чем длина типичной одинарной связи C–O, составляющая примерно 140 пм, и короче, чем у большинства других функциональных групп с множественными связями C–O, таких как карбонилы . [19] Поскольку молекула центросимметрична, она не имеет электрического дипольного момента .

Растяжение и изгибные колебания молекулы CO 2. Вверху слева: симметричное растяжение. Вверху справа: антисимметричное растяжение. Нижняя линия: вырожденная пара изгибных мод.

Как линейная трехатомная молекула, CO2 имеет четыре колебательных режима , как показано на схеме. В симметричных и антисимметричных режимах растяжения атомы движутся вдоль оси молекулы. Существуют два изгибных режима, которые являются вырожденными , что означает, что они имеют одинаковую частоту и одинаковую энергию из-за симметрии молекулы. Когда молекула касается поверхности или касается другой молекулы, два изгибных режима могут отличаться по частоте, поскольку взаимодействие для двух режимов различно. Некоторые из колебательных режимов наблюдаются в инфракрасном (ИК) спектре : антисимметричный режим растяжения при волновом числе 2349 см −1 (длина волны 4,25 мкм) и вырожденная пара изгибных режимов при 667 см −1 (длина волны 15,0 мкм). Симметричная мода растяжения не создает электрический диполь, поэтому не наблюдается в ИК-спектроскопии, но обнаруживается в рамановской спектроскопии при 1388 см −1 (длина волны 7,20 мкм). [20]

В газовой фазе молекулы углекислого газа совершают значительные колебательные движения и не сохраняют фиксированную структуру. Однако в эксперименте по визуализации кулоновского взрыва можно получить мгновенное изображение молекулярной структуры. Такой эксперимент [21] был проведен для углекислого газа. Результат этого эксперимента и вывод теоретических расчетов [22], основанных на ab initio поверхности потенциальной энергии молекулы, заключается в том, что ни одна из молекул в газовой фазе никогда не является точно линейной. Этот противоречащий интуиции результат тривиально обусловлен тем фактом, что элемент объема ядерного движения исчезает для линейных геометрий. [22] Это так для всех молекул, за исключением двухатомных молекул .

В водном растворе

Углекислый газ растворяется в воде, где он обратимо образует H2CO3 ( угольную кислоту ), которая является слабой кислотой , поскольку ее ионизация в воде неполная.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3​​​

Константа равновесия гидратации угольной кислоты при 25 °C составляет:

Таким образом, большая часть углекислого газа не преобразуется в угольную кислоту, а остается в виде молекул CO2 , не влияя на pH.

Относительные концентрации CO 2 , H 2 CO 3 и депротонированных форм HCO−3( бикарбонат ) и CO2−3( карбонат ) зависят от pH . Как показано на графике Бьеррума , в нейтральной или слабощелочной воде (pH > 6,5) преобладает форма бикарбоната (>50%), становясь наиболее распространенной (>95%) при pH морской воды. В очень щелочной воде (pH > 10,4) преобладающей (>50%) формой является карбонат. Океаны, будучи слабощелочными с типичным pH = 8,2–8,5, содержат около 120 мг бикарбоната на литр.

Будучи дипротонной , угольная кислота имеет две константы кислотной диссоциации , первая из которых относится к диссоциации на ион бикарбоната (также называемый гидрокарбонатом) ( HCO−3):

Н2СО3 ⇌ НСО​​−3+ Н +
K a1 = 2,5 × 10−4 моль /л; p K a1 = 3,6 при 25 °C. [19]

Это истинная константа диссоциации первой кислоты, определяемая как

где знаменатель включает только ковалентно связанный H 2 CO 3 и не включает гидратированный CO 2 (водн.). Гораздо меньшее и часто цитируемое значение около 4,16 × 10 −7 (или pK a1 = 6,38) является кажущимся значением, рассчитанным на основе (неверного) предположения, что весь растворенный CO 2 присутствует в виде угольной кислоты, так что

Поскольку большая часть растворенного CO 2 остается в виде молекул CO 2 , K a1 (кажущийся) имеет гораздо больший знаменатель и гораздо меньшее значение, чем истинный K a1 . [23]

Бикарбонатный ион является амфотерным видом, который может действовать как кислота или как основание, в зависимости от pH раствора. При высоком pH он значительно диссоциирует в карбонатный ион ( CO2−3):

ХСО−3⇌ КО2−3+ Н +
K a2 = 4,69 × 10 −11 моль/л; p K a2 = 10,329


В организмах образование угольной кислоты катализируется ферментом, известным как карбоангидраза .

Помимо изменения кислотности, присутствие углекислого газа в воде также влияет на ее электрические свойства.

Электропроводность опресненной воды, насыщенной углекислым газом, при нагревании от 20 до 98 °C. Затененные области указывают на погрешности, связанные с измерениями. Данные на github. Сравнение с температурной зависимостью сбрасываемой опресненной воды можно найти здесь.

При растворении углекислого газа в опресненной воде электропроводность значительно увеличивается от менее 1 мкСм/см до почти 30 мкСм/см. При нагревании вода начинает постепенно терять проводимость, вызванную присутствием , что особенно заметно при температурах выше 30 °C.

Температурная зависимость электропроводности полностью деионизированной воды без насыщения CO2 сравнительно низкая по сравнению с этими данными.

Химические реакции

CO 2 является мощным электрофилом, имеющим электрофильную реакционную способность, сравнимую с бензальдегидом или сильно электрофильными α,β-ненасыщенными карбонильными соединениями . Однако, в отличие от электрофилов с аналогичной реакционной способностью, реакции нуклеофилов с CO 2 термодинамически менее предпочтительны и часто оказываются высокообратимыми. [24] Обратимая реакция диоксида углерода с аминами для получения карбаматов используется в скрубберах CO 2 и была предложена в качестве возможной отправной точки для улавливания и хранения углерода путем очистки газа аминами . Только очень сильные нуклеофилы, такие как карбанионы, предоставляемые реагентами Гриньяра и литийорганическими соединениями, реагируют с CO 2 с образованием карбоксилатов :

МР + СО2 → РСО2М
где M = Li или MgBr и R = алкил или арил .

В комплексах металлов с диоксидом углерода CO 2 служит лигандом , который может способствовать превращению CO 2 в другие химические вещества. [25]

Восстановление CO2 до CO обычно представляет собой сложную и медленную реакцию:

CO 2 + 2 е − + 2 H + → CO + H 2 O

Окислительно-восстановительный потенциал этой реакции около pH 7 составляет около −0,53 В по сравнению со стандартным водородным электродом . Никельсодержащий фермент дегидрогеназа оксида углерода катализирует этот процесс. [26]

Фотоавтотрофы (т.е. растения и цианобактерии ) используют энергию, содержащуюся в солнечном свете, для фотосинтеза простых сахаров из CO2 , поглощенного из воздуха и воды:

n CO 2 + n H 2 O → (CH 2 O) n + n O 2

Физические свойства

Гранулы «сухого льда», распространенная форма твердого диоксида углерода.

Углекислый газ бесцветен. При низких концентрациях газ не имеет запаха; однако при достаточно высоких концентрациях он имеет резкий, кислый запах. [1] При стандартной температуре и давлении плотность углекислого газа составляет около 1,98 кг/м3 , что примерно в 1,53 раза больше плотности воздуха . [27]

Углекислый газ не имеет жидкого состояния при давлении ниже 0,51795(10) МПа [2] (5,11177(99) атм ). При давлении 1 атм (0,101325 МПа) газ осаждается непосредственно в твердое вещество при температуре ниже 194,6855(30) К [2] (−78,4645(30) °C), а твердое вещество сублимируется непосредственно в газ выше этой температуры. В твердом состоянии углекислый газ обычно называют сухим льдом .

Фазовая диаграмма давление-температура углекислого газа. Обратите внимание, что это логарифмическая линейная диаграмма.

Жидкий диоксид углерода образуется только при давлениях выше 0,51795(10) МПа [2] (5,11177(99) атм); тройная точка диоксида углерода составляет 216,592(3) К [2] (−56,558(3) °C) при 0,51795(10) МПа [2] (5,11177(99) атм) (см. фазовую диаграмму). Критическая точка составляет 304,128(15) К [2] (30,978(15) °C) при 7,3773(30) МПа [2] (72,808(30) атм). Другая форма твердого диоксида углерода, наблюдаемая при высоком давлении, — аморфное стеклообразное твердое вещество. [28] Эта форма стекла, называемая карбония , производится путем переохлаждения нагретого CO2 при экстремальных давлениях (40–48  ГПа , или около 400 000 атмосфер) в алмазной наковальне . Это открытие подтвердило теорию о том, что диоксид углерода может существовать в стеклянном состоянии, подобно другим членам его элементарного семейства, таким как диоксид кремния (силикатное стекло) и диоксид германия . Однако, в отличие от силикатных и германиевых стекол, карбония нестабильна при нормальном давлении и возвращается в газообразное состояние при сбросе давления.

При температурах и давлениях выше критической точки диоксид углерода ведет себя как сверхкритическая жидкость, известная как сверхкритический диоксид углерода .

Таблица теплофизических свойств насыщенного жидкого диоксида углерода: [29] [30]

Таблица тепловых и физических свойств диоксида углерода (CO 2 ) при атмосферном давлении: [29] [30]

Биологическая роль

Углекислый газ является конечным продуктом клеточного дыхания в организмах, которые получают энергию путем расщепления сахаров, жиров и аминокислот с помощью кислорода как части своего метаболизма . Сюда входят все растения, водоросли и животные, а также аэробные грибы и бактерии. У позвоночных углекислый газ перемещается в крови из тканей тела в кожу (например, амфибии ) или жабры (например, рыбы ), откуда он растворяется в воде, или в легкие, откуда он выдыхается. Во время активного фотосинтеза растения могут поглощать больше углекислого газа из атмосферы, чем они выделяют при дыхании.

Фотосинтез и фиксация углерода

Обзор цикла Кальвина и фиксации углерода

Фиксация углерода — это биохимический процесс, при котором атмосферный углекислый газ включается растениями, водорослями и цианобактериями в богатые энергией органические молекулы, такие как глюкоза , таким образом создавая свою собственную пищу посредством фотосинтеза. Фотосинтез использует углекислый газ и воду для производства сахаров, из которых могут быть построены другие органические соединения , а кислород производится как побочный продукт.

Рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза оксигеназа , обычно сокращенно называемая RuBisCO, представляет собой фермент, участвующий в первом важном этапе фиксации углерода, образовании двух молекул 3-фосфоглицерата из CO2 и рибулозобисфосфата , как показано на схеме слева.

Считается, что RuBisCO является самым распространенным белком на Земле. [31]

Фототрофы используют продукты своего фотосинтеза в качестве внутренних источников пищи и в качестве сырья для биосинтеза более сложных органических молекул, таких как полисахариды , нуклеиновые кислоты и белки. Они используются для их собственного роста, а также в качестве основы пищевых цепей и сетей, которые питают другие организмы, включая животных, таких как мы. Некоторые важные фототрофы, кокколитофориды, синтезируют твердые чешуйки карбоната кальция . [32] Глобально значимым видом кокколитофорид является Emiliania huxleyi , чьи кальцитовые чешуйки сформировали основу многих осадочных пород, таких как известняк , где то, что ранее было атмосферным углеродом, может оставаться фиксированным в течение геологических временных масштабов.

Обзор фотосинтеза и дыхания. Углекислый газ (справа) вместе с водой образуют кислород и органические соединения (слева) в процессе фотосинтеза (зеленый), которые могут быть преобразованы в дыхание (красный) в воду и CO2 .

Растения могут расти на 50% быстрее при концентрации 1000 ppm CO 2 по сравнению с условиями окружающей среды, хотя это не предполагает никаких изменений климата и ограничений на другие питательные вещества. [33] Повышенные уровни CO 2 вызывают ускоренный рост, что отражается на урожайности сельскохозяйственных культур: пшеница, рис и соя показывают увеличение урожайности на 12–14% при повышенном уровне CO 2 в экспериментах FACE. [34] [35]

Повышенная концентрация CO2 в атмосфере приводит к уменьшению количества устьиц, развивающихся на растениях [36] , что приводит к снижению потребления воды и повышению эффективности ее использования . [37] Исследования с использованием FACE показали, что обогащение CO2 приводит к снижению концентрации микроэлементов в сельскохозяйственных культурах. [38] Это может иметь косвенные последствия для других частей экосистем , поскольку травоядным животным нужно будет потреблять больше пищи, чтобы получить то же количество белка. [39]

Концентрация вторичных метаболитов, таких как фенилпропаноиды и флавоноиды, также может изменяться в растениях, подвергающихся воздействию высоких концентраций CO 2 . [40] [41]

Растения также выделяют CO2 во время дыхания, и поэтому большинство растений и водорослей, которые используют фотосинтез C3 , являются только чистыми поглотителями в течение дня. Хотя растущий лес будет поглощать много тонн CO2 каждый год, зрелый лес будет производить столько же CO2 от дыхания и разложения мертвых образцов (например, упавших ветвей), сколько используется в фотосинтезе растущими растениями. [42] Вопреки давнему мнению, что они углеродно-нейтральны, зрелые леса могут продолжать накапливать углерод [43] и оставаться ценными поглотителями углерода , помогая поддерживать углеродный баланс атмосферы Земли. Кроме того, и что крайне важно для жизни на Земле, фотосинтез фитопланктона потребляет растворенный CO2 в верхних слоях океана и тем самым способствует поглощению CO2 из атмосферы. [44]

Токсичность

Симптомы отравления углекислым газом, проявляющиеся в увеличении объемного процента в воздухе [45]

Содержание углекислого газа в свежем воздухе (усредненное между уровнем моря и уровнем 10 кПа, т.е. около 30 км (19 миль) над уровнем моря) варьируется от 0,036% (360 частей на миллион) до 0,041% (412 частей на миллион) в зависимости от местоположения. [46]

У людей воздействие CO 2 в концентрациях более 5% вызывает развитие гиперкапнии и респираторного ацидоза . [47] Концентрации от 7% до 10% (от 70 000 до 100 000 ppm) могут вызвать удушье даже при наличии достаточного количества кислорода, проявляющееся в виде головокружения, головной боли, нарушения зрения и слуха и потери сознания в течение от нескольких минут до часа. [48] Концентрации более 10% могут вызвать судороги, кому и смерть. Уровни CO 2 более 30% действуют быстро, приводя к потере сознания за считанные секунды. [47]

Поскольку он тяжелее воздуха, в местах, где газ просачивается из-под земли (из-за подземной вулканической или геотермальной активности) в относительно высоких концентрациях, без рассеивающего воздействия ветра, он может собираться в защищенных/карманных местах ниже среднего уровня земли, в результате чего находящиеся там животные задыхаются. Питающиеся падалью животные, привлеченные тушами, затем также погибают. Дети были убиты таким же образом недалеко от города Гома выбросами CO2 из близлежащего вулкана Ньирагонго . [49] Суахилийское название этого явления — mazuku .

Повышение уровня CO2 представляло угрозу для астронавтов «Аполлона-13» , которым пришлось адаптировать картриджи из командного модуля для подачи углекислого газа в очиститель углекислого газа в лунном модуле «Аполлона» , который они использовали в качестве спасательной шлюпки.

Адаптация к повышенным концентрациям CO 2 происходит у людей, включая изменение дыхания и выработку бикарбоната почками, чтобы сбалансировать эффекты закисления крови ( ацидоз ). Несколько исследований показали, что 2,0-процентные вдыхаемые концентрации могут использоваться для закрытых воздушных пространств (например, подводной лодки ), поскольку адаптация является физиологической и обратимой, поскольку ухудшение работоспособности или нормальной физической активности не происходит при этом уровне воздействия в течение пяти дней. [50] [51] Тем не менее, другие исследования показывают снижение когнитивной функции даже при гораздо более низких уровнях. [52] [53] Кроме того, при продолжающемся респираторном ацидозе адаптационные или компенсаторные механизмы не смогут обратить это состояние вспять.

Менее 1%

Существует несколько исследований о влиянии на здоровье долгосрочного непрерывного воздействия CO 2 на людей и животных при уровнях ниже 1%. Пределы профессионального воздействия CO 2 были установлены в Соединенных Штатах на уровне 0,5% (5000 ppm) в течение восьмичасового периода. [54] При этой концентрации CO 2 экипаж Международной космической станции испытывал головные боли, летаргию, умственную медлительность, эмоциональное раздражение и нарушение сна. [55] Исследования на животных при 0,5% CO 2 продемонстрировали кальцификацию почек и потерю костной массы после восьми недель воздействия. [56] Исследование людей, подвергавшихся воздействию в течение 2,5-часовых сеансов, продемонстрировало значительные негативные эффекты на когнитивные способности при концентрациях всего 0,1% (1000  ppm) CO 2 , вероятно, из-за вызванного CO 2 увеличения мозгового кровотока. [52] Другое исследование наблюдало снижение уровня базовой активности и использования информации при 1000 ppm по сравнению с 500 ppm. [53]

Однако обзор литературы показал, что надежная подгруппа исследований феномена углекислого газа, вызывающего когнитивные нарушения, показала лишь небольшое влияние на принятие решений высокого уровня (для концентраций ниже 5000 ppm). Большинство исследований были озадачены неадекватными планами исследований, комфортом окружающей среды, неопределенностями в дозах воздействия и различными когнитивными оценками. [57] Аналогичным образом исследование эффектов концентрации CO 2 в мотоциклетных шлемах подверглось критике за сомнительную методологию, заключающуюся в том, что оно не учитывало самоотчеты мотоциклистов и проводило измерения с использованием манекенов. Кроме того, когда достигались нормальные условия езды на мотоцикле (например, скорость на шоссе или в городе) или поднимался козырек, концентрация CO 2 снижалась до безопасного уровня (0,2%). [58] [59]

Вентиляция

Датчик углекислого газа , измеряющий концентрацию CO2 с помощью недисперсионного инфракрасного датчика.

Плохая вентиляция является одной из основных причин чрезмерной концентрации CO2 в закрытых помещениях, что приводит к плохому качеству воздуха в помещении . Разница в концентрации углекислого газа над наружной концентрацией в условиях устойчивого состояния (когда пребывание и работа системы вентиляции достаточно длительны, чтобы концентрация CO2 стабилизировалась ) иногда используется для оценки скорости вентиляции на человека. [61] Более высокие концентрации CO2 связаны со здоровьем, комфортом и ухудшением производительности жителей. [62] [63] Стандарт ASHRAE 62.1–2007 может привести к концентрации в помещении до 2100 ppm выше условий окружающей среды на открытом воздухе. Таким образом, если наружная концентрация составляет 400 ppm, концентрация в помещении может достичь 2500 ppm при скорости вентиляции, которая соответствует этому отраслевому консенсусному стандарту. Концентрации в плохо вентилируемых помещениях могут быть даже выше этой (диапазон 3000 или 4000 ppm).

Шахтеры, которые особенно уязвимы к воздействию газа из-за недостаточной вентиляции, называли смеси углекислого газа и азота « черной дымкой », «удушливой дымкой» или «удушливым дымом». До того, как были разработаны более эффективные технологии, шахтеры часто контролировали опасные уровни черной дымки и других газов в шахтных стволах, принося с собой во время работы канарейку в клетке . Канарейка более чувствительна к удушающим газам, чем люди, и, теряя сознание, прекращала петь и падала со своего насеста. Лампа Дэви также могла обнаруживать высокие уровни черной дымки (которая опускается и собирается у пола), горя менее ярко, в то время как метан , другой удушающий газ и взрывоопасный газ, заставлял лампу гореть ярче.

В феврале 2020 года три человека погибли от удушья на вечеринке в Москве, когда в бассейн добавили сухой лед (замороженный CO2) для его охлаждения. [ 64] Похожая авария произошла в 2018 году, когда женщина погибла от паров CO2 , исходивших от большого количества сухого льда, который она перевозила в своей машине. [65]

Воздух в помещении

Люди проводят все больше времени в замкнутой атмосфере (около 80-90% времени в здании или транспортном средстве). По данным Французского агентства по продовольствию, окружающей среде и охране труда (ANSES) и различных субъектов во Франции, уровень CO 2 в воздухе внутри зданий (связанный с пребыванием людей или животных и наличием установок для сжигания ), взвешенный по обновлению воздуха, «обычно составляет от 350 до 2500 ppm». [66]

В домах, школах, детских садах и офисах нет систематических связей между уровнями CO 2 и другими загрязняющими веществами, а внутренний CO 2 статистически не является хорошим предиктором загрязняющих веществ, связанных с уличным дорожным (или воздушным и т. д.) движением. [67] CO 2 является параметром, который изменяется быстрее всего (с учетом гигрометрии и уровня кислорода, когда люди или животные собираются в закрытом или плохо проветриваемом помещении). В бедных странах многие открытые очаги являются источниками CO 2 и CO, выбрасываемых непосредственно в жилую среду. [68]

Открытые территории с повышенными концентрациями

Локальные концентрации углекислого газа могут достигать высоких значений вблизи мощных источников, особенно тех, которые изолированы окружающей местностью. В горячем источнике Боссолето около Раполано-Терме в Тоскане , Италия, расположенном в чашеобразной впадине диаметром около 100 м (330 футов), концентрация CO 2 за ночь поднимается до более чем 75%, что достаточно для уничтожения насекомых и мелких животных. После восхода солнца газ рассеивается конвекцией. [69] Высокие концентрации CO 2, образующиеся в результате возмущения глубокой озерной воды, насыщенной CO 2 , как полагают, стали причиной 37 смертельных случаев в озере Монун , Камерун, в 1984 году и 1700 жертв в озере Ниос , Камерун, в 1986 году. [70]

Физиология человека

Содержание

Организм человека вырабатывает около 2,3 фунта (1,0 кг) углекислого газа в день [72] , что содержит 0,63 фунта (290 г) углерода.У людей этот углекислый газ переносится через венозную систему и выдыхается через легкие, что приводит к снижению его концентрации в артериях . Содержание углекислого газа в крови часто указывается как парциальное давление , которое представляет собой давление, которое имел бы углекислый газ, если бы он один занимал объем. [73] У людей содержание углекислого газа в крови показано в соседней таблице.

Транспорт в крови

CO 2 переносится в крови тремя различными способами. Точные проценты различаются между артериальной и венозной кровью.

CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3 → H + + HCO−3

Гемоглобин , основная молекула, переносящая кислород в эритроцитах , переносит как кислород, так и углекислый газ. Однако CO2, связанный с гемоглобином, не связывается с тем же местом, что и кислород. Вместо этого он объединяется с N-концевыми группами на четырех цепях глобина. Однако из-за аллостерических эффектов на молекулу гемоглобина связывание CO2 уменьшает количество кислорода, которое связывается при данном парциальном давлении кислорода. Это известно как эффект Холдейна и важно для транспортировки углекислого газа из тканей в легкие. И наоборот, повышение парциального давления CO2 или более низкий pH вызовут разгрузку кислорода из гемоглобина, что известно как эффект Бора .

Регуляция дыхания

Углекислый газ является одним из медиаторов локальной ауторегуляции кровоснабжения. Если его концентрация высока, капилляры расширяются, чтобы обеспечить больший приток крови к этой ткани. [75]

Ионы бикарбоната имеют решающее значение для регулирования pH крови. Частота дыхания человека влияет на уровень CO2 в его крови. Слишком медленное или поверхностное дыхание вызывает респираторный ацидоз , в то время как слишком быстрое дыхание приводит к гипервентиляции , которая может вызвать респираторный алкалоз . [76]

Хотя организму требуется кислород для метаболизма, низкий уровень кислорода обычно не стимулирует дыхание. Скорее, дыхание стимулируется более высоким уровнем углекислого газа. В результате вдыхание воздуха низкого давления или газовой смеси без кислорода (например, чистого азота) может привести к потере сознания без ощущения кислородного голодания . Это особенно опасно для летчиков-истребителей на большой высоте. Именно поэтому бортпроводники инструктируют пассажиров, в случае потери давления в салоне, сначала надеть кислородную маску на себя, прежде чем помогать другим; в противном случае можно потерять сознание. [74]

Дыхательные центры пытаются поддерживать артериальное давление CO2 на уровне 40  мм рт. ст . При преднамеренной гипервентиляции содержание CO2 в артериальной крови может быть снижено до 10–20 мм рт. ст. (на содержание кислорода в крови это влияет мало), а дыхательный импульс уменьшается. Вот почему после гипервентиляции можно задерживать дыхание дольше, чем без нее. Это несет риск того, что потеря сознания может произойти до того, как потребность в дыхании станет непреодолимой, поэтому гипервентиляция особенно опасна перед фридайвингом. [77]

Концентрации и роль в окружающей среде

Атмосфера

Концентрация CO 2 в атмосфере , измеренная в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях с 1958 по 2023 год (также называемая кривой Килинга ). Рост CO 2 за этот период времени отчетливо виден. Концентрация выражается в мкмоль на моль, или ppm .

В атмосфере Земли углекислый газ является следовым газом , который играет неотъемлемую роль в парниковом эффекте , углеродном цикле , фотосинтезе и океаническом углеродном цикле . Это один из трех основных парниковых газов в атмосфере Земли . Водяной пар является основным парниковым газом , по состоянию на 2010 год, внося 50% парникового эффекта, за ним следует углекислый газ с 20%. [78] Текущая глобальная средняя концентрация углекислого газа (CO2 ) в атмосфере составляет 421 ppm (0,04%) по состоянию на май 2022 года. [79] Это увеличение на 50% с начала промышленной революции , по сравнению с 280 ppm в течение 10 000 лет до середины 18 века. [80] [79] [81] Увеличение обусловлено деятельностью человека . [82]

По состоянию на март 2024 года среднемесячная концентрация CO 2 достигла нового рекордного максимума в 425,22 частей на миллион (ppm), что на 4,7 ppm больше, чем в марте 2023 года. Согласно последним измерениям, уровни еще больше возросли до 427,48 ppm. [83] Этот непрерывный рост концентрации CO 2 является явным индикатором продолжающегося глобального экологического стресса, в первую очередь обусловленного сжиганием ископаемого топлива , что является основной причиной этого роста, а также основным фактором изменения климата . [84] Другие важные виды деятельности человека, которые приводят к выбросам CO 2 , включают производство цемента , вырубку лесов и сжигание биомассы .

Углекислый газ является парниковым газом. Он поглощает и испускает инфракрасное излучение на своих двух инфракрасно-активных колебательных частотах. Две длины волн составляют 4,26  мкм (2347 см −1 ) (асимметричная растягивающая колебательная мода ) и 14,99 мкм (667 см −1 ) (изгибная колебательная мода). CO2 играет важную роль в воздействии на температуру поверхности Земли через парниковый эффект. [85] Излучение света с поверхности Земли наиболее интенсивно в инфракрасном диапазоне между 200 и 2500 см −1 , [86] в отличие от излучения света от гораздо более горячего Солнца , которое наиболее интенсивно в видимом диапазоне. Поглощение инфракрасного света на колебательных частотах атмосферного CO2 задерживает энергию вблизи поверхности, нагревая поверхность Земли и ее нижнюю атмосферу. Меньше энергии достигает верхней атмосферы, которая, следовательно, холоднее из-за этого поглощения. [87]

Увеличение концентрации CO 2 и других долгоживущих парниковых газов, таких как метан, в атмосфере увеличивает поглощение и испускание инфракрасного излучения атмосферой. Это привело к повышению средней глобальной температуры и закислению океана . Другим прямым эффектом является эффект удобрения CO 2 . Увеличение концентрации CO 2 в атмосфере вызывает ряд дополнительных последствий изменения климата для окружающей среды и условий жизни человека.

Современная концентрация CO 2 в атмосфере является самой высокой за 14 миллионов лет. [88] Концентрация CO 2 в атмосфере достигала 4000 ppm в кембрийский период около 500 миллионов лет назад и была всего 180 ppm во время четвертичного оледенения последних двух миллионов лет. [80] Реконструированные температурные записи за последние 420 миллионов лет показывают, что концентрация CO 2 в атмосфере достигла пика примерно в 2000 ppm. Этот пик произошел в девонский период (400 миллионов лет назад). Другой пик произошел в триасовый период (220–200 миллионов лет назад). [89]
Ежегодные потоки CO 2 из антропогенных источников (слева) в атмосферу Земли, сушу и океанские стоки (справа) с 1960-х годов. Единицы в эквивалентных гигатоннах углерода в год. [90]

Океаны

Закисление океана

Углекислый газ растворяется в океане, образуя угольную кислоту ( H2CO3 ) , бикарбонат ( HCO−3) и карбонат ( CO2−3). В океанах растворено примерно в пятьдесят раз больше углекислого газа, чем в атмосфере. Океаны действуют как огромный поглотитель углерода и поглощают около трети CO 2 , выбрасываемого в результате деятельности человека. [91]

Закисление океана — это продолжающееся снижение pH океана Земли . В период с 1950 по 2020 год средний pH поверхности океана снизился примерно с 8,15 до 8,05. [92] Выбросы углекислого газа в результате деятельности человека являются основной причиной закисления океана, при этом уровень углекислого газа (CO2) в атмосфере превышает 422 ppm (по состоянию на 2024 год ). [93] CO2 из атмосферы поглощается океанами. В результате этой химической реакции образуется угольная кислота ( H2CO3 ), которая диссоциирует на ион бикарбоната ( HCO−3) и ион водорода ( H + ). Присутствие свободных ионов водорода ( H + ) снижает pH океана, увеличивая кислотность (это не означает, что морская вода уже кислая; она все еще щелочная , с pH выше 8). Морские кальцифицирующие организмы , такие как моллюски и кораллы , особенно уязвимы, поскольку они используют карбонат кальция для построения раковин и скелетов. [94]

Изменение pH на 0,1 представляет собой 26%-ное увеличение концентрации ионов водорода в мировых океанах (шкала pH является логарифмической, поэтому изменение единицы pH на единицу эквивалентно десятикратному изменению концентрации ионов водорода). Уровень pH морской поверхности и насыщенность карбонатами различаются в зависимости от глубины и местоположения океана. Более холодные и высокоширотные воды способны поглощать больше CO2 . Это может привести к повышению кислотности, снижению уровней pH и насыщенности карбонатами в этих областях. Существует несколько других факторов, которые влияют на обмен CO2 между атмосферой и океаном и , таким образом, на локальное закисление океана. К ним относятся океанские течения и зоны апвеллинга , близость к крупным континентальным рекам, покрытие морского льда и атмосферный обмен азотом и серой от сжигания ископаемого топлива и сельского хозяйства . [95] [96] [97]
Раковина птерапода растворилась в морской воде, скорректированной в соответствии с прогнозируемым химическим составом океана к 2100 году

Изменения в химии океана могут иметь обширные прямые и косвенные эффекты на организмы и их среду обитания. Одно из самых важных последствий повышения кислотности океана связано с образованием раковин из карбоната кальция ( CaCO 3 ). [94] Этот процесс называется кальцификацией и важен для биологии и выживания широкого спектра морских организмов. Кальцификация включает осаждение растворенных ионов в твердые структуры CaCO 3 , структуры для многих морских организмов, таких как кокколитофориды , фораминиферы , ракообразные , моллюски и т. д. После того, как они сформированы, эти структуры CaCO 3 уязвимы для растворения , если окружающая морская вода не содержит насыщающих концентраций карбонатных ионов ( CO2−3).

Очень мало дополнительного углекислого газа, который добавляется в океан, остается в виде растворенного углекислого газа. Большая часть распадается на дополнительный бикарбонат и свободные ионы водорода. Увеличение водорода больше, чем увеличение бикарбоната, [98] создавая дисбаланс в реакции:

ХСО−3⇌ КО2−3+ Н +

Для поддержания химического равновесия некоторые из карбонатных ионов, уже находящихся в океане, объединяются с некоторыми ионами водорода, чтобы создать дополнительный бикарбонат. Таким образом, концентрация карбонатных ионов в океане снижается, удаляя важный строительный блок для морских организмов, чтобы строить раковины или кальцинировать:

Са2 + + СО22−3⇌ CaCO3

Гидротермальные источники

Углекислый газ также попадает в океаны через гидротермальные источники. Гидротермальный источник Шампань , обнаруженный на северо-западе вулкана Эйфуку в Марианской впадине , производит почти чистый жидкий углекислый газ, одно из двух известных мест в мире по состоянию на 2004 год, другое находится в Окинавском желобе . [99] Об обнаружении подводного озера жидкого углекислого газа в Окинавском желобе было сообщено в 2006 году. [100]

Производство

Биологические процессы

Углекислый газ является побочным продуктом ферментации сахара при варке пива , виски и других алкогольных напитков , а также при производстве биоэтанола . Дрожжи метаболизируют сахар , производя CO2 и этанол , также известный как спирт, следующим образом:

C 6 H 12 O 6 → 2 CO 2 + 2 CH 3 CH 2 OH

Все аэробные организмы производят CO 2 при окислении углеводов , жирных кислот и белков . Большое количество вовлеченных реакций чрезвычайно сложны и не могут быть легко описаны. См. клеточное дыхание , анаэробное дыхание и фотосинтез . Уравнение дыхания глюкозы и других моносахаридов :

С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 → 6 СО 2 + 6 Н 2 О

Анаэробные организмы разлагают органический материал, производя метан и углекислый газ вместе со следами других соединений. [101] Независимо от типа органического материала, производство газов следует четко определенной кинетической схеме . Углекислый газ составляет около 40–45% газа, который выделяется при разложении на свалках (называемого « свалочным газом »). Большая часть оставшихся 50–55% — это метан. [102]

Промышленные процессы и транспорт

Углекислый газ вырабатывается во многих промышленных процессах и в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств . [103] Почти все выбросы углекислого газа выбрасываются в атмосферу. Около одной тысячной выбросов ежегодно улавливается с помощью технологии улавливания и хранения углерода . [104]

Сгорание

Сгорание всех видов углеродного топлива , таких как метан ( природный газ ), нефтяные дистилляты ( бензин , дизельное топливо , керосин , пропан ), уголь, древесина и органические вещества общего назначения, производит углекислый газ и, за исключением чистого углерода, воду. Например, химическая реакция между метаном и кислородом :

СН 4 + 2 О 2 → СО 2 + 2 Н 2 О

Железо восстанавливается из его оксидов коксом в доменной печи , в результате чего получается чугун и диоксид углерода: [105]

Fe 2 O 3 + 3 CO → 3 CO 2 + 2 Fe

Побочный продукт производства водорода

Углекислый газ является побочным продуктом промышленного производства водорода методом паровой конверсии и реакции конверсии водяного газа при производстве аммиака . Эти процессы начинаются с реакции воды и природного газа (в основном метана). [106] Это основной источник пищевого углекислого газа для использования при карбонизации пива и безалкогольных напитков , а также используется для оглушения животных, таких как птица . Летом 2018 года в Европе возникла нехватка углекислого газа для этих целей из-за временной остановки нескольких аммиачных заводов на техническое обслуживание. [107]

Термическое разложение известняка

Его получают путем термического разложения известняка CaCO3 путем нагревания ( кальцинирования ) при температуре около 850 °C ( 1560 °F) при производстве негашеной извести ( оксида кальция , CaO), соединения, которое имеет множество промышленных применений:

СаСО3 → СаО + СО2

Кислоты высвобождают CO2 из большинства карбонатов металлов. Следовательно, его можно получить непосредственно из природных источников углекислого газа , где он производится путем воздействия подкисленной воды на известняк или доломит . Реакция между соляной кислотой и карбонатом кальция (известняком или мелом) показана ниже:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2CO3​

Угольная кислота ( H 2 CO 3 ) затем разлагается на воду и CO 2 :

Н2СО3 → СО2 + Н2О​​​​

Такие реакции сопровождаются пенообразованием или пузырением, или и тем, и другим, по мере высвобождения газа. Они широко используются в промышленности, поскольку их можно использовать для нейтрализации отработанных кислотных потоков.

Коммерческое использование

Углекислый газ используется в пищевой, нефтяной и химической промышленности. [103] Это соединение имеет различные коммерческие применения, но одно из его самых больших применений в качестве химиката — производство газированных напитков; он обеспечивает игристость газированных напитков, таких как газированная вода, пиво и игристое вино.

Прекурсор химикатов

В химической промышленности углекислый газ в основном потребляется как ингредиент при производстве мочевины , а меньшая его часть используется для производства метанола и ряда других продуктов. [108] Некоторые производные карбоновых кислот, такие как салицилат натрия, получают с использованием CO2 по реакции Кольбе-Шмитта . [109]

В дополнение к обычным процессам, использующим CO 2 для химического производства, электрохимические методы также изучаются на исследовательском уровне. В частности, использование возобновляемой энергии для производства топлива из CO 2 (например, метанола) является привлекательным, поскольку это может привести к топливу, которое можно было бы легко транспортировать и использовать в обычных технологиях сжигания, но не иметь чистых выбросов CO 2. [110]

Сельское хозяйство

Растениям требуется углекислый газ для проведения фотосинтеза. Атмосфера теплиц может (если она большого размера, то должна) быть обогащена дополнительным CO 2 для поддержания и увеличения скорости роста растений. [111] [112] При очень высоких концентрациях (в 100 раз превышающих атмосферную концентрацию или больше) углекислый газ может быть токсичным для животных, поэтому повышение концентрации до 10 000 ppm (1%) или выше в течение нескольких часов уничтожит вредителей, таких как белокрылки и паутинные клещи в теплице. [113] Некоторые растения более благосклонно реагируют на повышение концентрации углекислого газа, чем другие, что может привести к сдвигам вегетационного режима, таким как вторжение древесных растений . [114]

Еда

Пузырьки углекислого газа в безалкогольном напитке

Углекислый газ — пищевая добавка , используемая в качестве пропеллента и регулятора кислотности в пищевой промышленности. Он одобрен для использования в ЕС [115] (указан под номером E290), США [116], Австралии и Новой Зеландии [117] (указан под номером INS 290).

Конфета под названием Pop Rocks находится под давлением углекислого газа [118] около 4000  кПа (40  бар ; 580  фунтов на квадратный дюйм ). Когда ее кладут в рот, она растворяется (как и другие твердые конфеты) и выпускает пузырьки газа со слышимым хлопком.

Разрыхлители заставляют тесто подниматься, выделяя углекислый газ. [119] Пекарские дрожжи выделяют углекислый газ путем ферментации сахаров в тесте, в то время как химические разрыхлители, такие как разрыхлитель и пищевая сода, выделяют углекислый газ при нагревании или при воздействии кислот .

Напитки

Углекислый газ используется для производства газированных безалкогольных напитков и содовой воды . Традиционно газирование пива и игристого вина происходило путем естественного брожения, но многие производители газируют эти напитки углекислым газом, полученным в процессе брожения. В случае с бутылочным и кеговым пивом наиболее распространенным методом является карбонизация переработанным углекислым газом. За исключением британского настоящего эля , разливное пиво обычно перекачивают из кег в холодном помещении или подвале в раздаточные краны на барной стойке с использованием сжатого углекислого газа, иногда смешанного с азотом.

Вкус газированной воды (и связанные с ним вкусовые ощущения в других газированных напитках) является результатом растворенного углекислого газа, а не лопающихся пузырьков газа. Карбоангидраза 4 преобразует углекислый газ в угольную кислоту, что приводит к кислому вкусу, а также растворенный углекислый газ вызывает соматосенсорную реакцию. [120]

Виноделие

Сухой лед используется для сохранения винограда после сбора урожая

Углекислый газ в виде сухого льда часто используется во время фазы холодного замачивания в виноделии для быстрого охлаждения гроздей винограда после сбора, чтобы помочь предотвратить спонтанное брожение дикими дрожжами . Главное преимущество использования сухого льда перед водяным льдом заключается в том, что он охлаждает виноград без добавления какой-либо дополнительной воды, которая могла бы снизить концентрацию сахара в виноградном сусле и, таким образом, концентрацию алкоголя в готовом вине. Углекислый газ также используется для создания гипоксической среды для углекислой мацерации , процесса, используемого для производства вина Божоле .

Углекислый газ иногда используется для долива в бутылки с вином или другие емкости для хранения , такие как бочки, чтобы предотвратить окисление, хотя у него есть проблема, заключающаяся в том, что он может растворяться в вине, делая ранее негазированное вино слегка шипучим. По этой причине профессиональные виноделы предпочитают для этого процесса другие газы, такие как азот или аргон .

Потрясающие животные

Углекислый газ часто используется для «оглушения» животных перед убоем. [121] «Оглушение» может быть неточным термином, поскольку животные не оглушаются немедленно и могут испытывать стресс. [122] [123]

Инертный газ

Углекислый газ является одним из наиболее часто используемых сжатых газов для пневматических (сжатый газ) систем в переносных инструментах давления. Углекислый газ также используется в качестве атмосферы для сварки , хотя в сварочной дуге он реагирует, окисляя большинство металлов. Использование в автомобильной промышленности является обычным, несмотря на существенные доказательства того, что сварные швы, выполненные в углекислом газе, более хрупкие , чем те, которые выполнены в более инертных атмосферах. [124] При использовании для сварки MIG использование CO2 иногда называют сваркой MAG, для Metal Active Gas, поскольку CO2 может реагировать при этих высоких температурах. Он имеет тенденцию создавать более горячую ванну, чем действительно инертные атмосферы, улучшая характеристики потока. Хотя это может быть связано с атмосферными реакциями, происходящими в месте ванны. Это обычно противоположно желаемому эффекту при сварке, так как он имеет тенденцию охрупчивать место, но может не быть проблемой для общей сварки мягкой стали, где конечная пластичность не является серьезной проблемой.

Углекислый газ используется во многих потребительских товарах, которым требуется сжатый газ, потому что он недорогой и негорючий, и потому что он претерпевает фазовый переход из газа в жидкость при комнатной температуре при достижимом давлении приблизительно 60  бар (870  фунтов на кв. дюйм ; 59  атм ), что позволяет поместить в данный контейнер гораздо больше углекислого газа, чем в противном случае. Спасательные жилеты часто содержат баллоны с сжатым углекислым газом для быстрого надувания. Алюминиевые капсулы с CO2 также продаются в качестве запасов сжатого газа для пневматических пистолетов , маркеров/ружей для пейнтбола , накачивания велосипедных шин и для приготовления газированной воды . Высокие концентрации углекислого газа также могут использоваться для уничтожения вредителей. Жидкий углекислый газ используется при сверхкритической сушке некоторых пищевых продуктов и технологических материалов, при подготовке образцов для сканирующей электронной микроскопии [125] и при декофеинизации кофейных зерен .

Огнетушитель

Использование огнетушителя CO2

Углекислый газ можно использовать для тушения пламени, заполняя им окружающую среду вокруг пламени. Сам по себе он не реагирует на тушение пламени, а лишает пламя кислорода, вытесняя его. Некоторые огнетушители , особенно те, которые предназначены для электрических пожаров , содержат жидкий углекислый газ под давлением. Углекислотные огнетушители хорошо работают при небольших возгораниях горючих жидкостей и электрических пожарах, но не при обычных возгораниях горючих веществ, потому что они не охлаждают горящие вещества в значительной степени, и когда углекислый газ рассеивается, они могут загореться при воздействии атмосферного кислорода . Они в основном используются в серверных. [126]

Углекислый газ также широко использовался в качестве огнетушащего вещества в стационарных системах противопожарной защиты для локального применения конкретных опасностей и полного затопления защищенного пространства. [127] Стандарты Международной морской организации признают системы с углекислым газом для противопожарной защиты трюмов и машинных отделений судов. Системы противопожарной защиты на основе углекислого газа были связаны с несколькими смертельными случаями, поскольку он может вызывать удушье при достаточно высоких концентрациях. Обзор систем с CO2 выявил 51 инцидент между 1975 годом и датой отчета (2000 год), в результате которых погибло 72 человека и 145 человек получили ранения. [128]

Сверхкритический CO2как растворитель

Жидкий диоксид углерода является хорошим растворителем для многих липофильных органических соединений и используется для декофеинизации кофе . [18] Диоксид углерода привлек внимание в фармацевтической и других отраслях химической обработки как менее токсичная альтернатива более традиционным растворителям, таким как органохлориды . По этой причине его также используют некоторые химчистки . Он используется при приготовлении некоторых аэрогелей из-за свойств сверхкритического диоксида углерода.

Энергия

В качестве рабочего тела в двигателе с энергетическим циклом Аллама используется сверхкритический CO2 .

Извлечение ископаемого топлива

Углекислый газ используется в улучшенной нефтеотдаче , где он впрыскивается в добывающие нефтяные скважины или рядом с ними, обычно в сверхкритических условиях, когда он становится смешивающимся с нефтью. Этот подход может увеличить первоначальную нефтеотдачу за счет снижения остаточной нефтенасыщенности на 7–23% дополнительно к первичной добыче . [129] Он действует как агент давления и, растворяясь в подземной сырой нефти , значительно снижает ее вязкость и изменяет химию поверхности, позволяя нефти быстрее течь через резервуар к скважине для удаления. [130] На зрелых нефтяных месторождениях для транспортировки углекислого газа к точкам впрыска используются обширные сети трубопроводов.

При улучшенном извлечении метана из угольных пластов углекислый газ будет закачиваться в угольный пласт для вытеснения метана, в отличие от существующих методов, которые в первую очередь полагаются на удаление воды (для снижения давления), чтобы заставить угольный пласт высвободить захваченный им метан. [131]

Биопреобразование в топливо

Было предложено, чтобы CO2 , получаемый при производстве электроэнергии, барботировался в прудах для стимуляции роста водорослей , которые затем можно было бы преобразовать в биодизельное топливо. [132] Штамм цианобактерии Synechococcus elongatus был генетически модифицирован для производства топлива изомасляного альдегида и изобутанола из CO2 с использованием фотосинтеза. [133]

Исследователи разработали электрокаталитическую технологию, используя ферменты, выделенные из бактерий, для питания химических реакций, которые преобразуют CO2 в топливо. [134] [135] [136]

Хладагент
Сравнение фазовых диаграмм давление-температура углекислого газа (красный) и воды (синий) в виде логарифмически-линейной диаграммы с точками фазовых переходов при 1 атмосфере

Жидкий и твердый диоксид углерода являются важными хладагентами , особенно в пищевой промышленности, где они используются при транспортировке и хранении мороженого и других замороженных продуктов. Твердый диоксид углерода называется «сухим льдом» и используется для небольших партий, где холодильное оборудование непрактично. Твердый диоксид углерода всегда ниже −78,5 °C (−109,3 °F) при обычном атмосферном давлении, независимо от температуры воздуха.

Жидкий диоксид углерода (отраслевая номенклатура R744 или R-744) использовался в качестве хладагента до использования дихлордифторметана ( R12, соединение хлорфторуглерода (ХФУ)). [137] CO 2 может пережить возрождение, поскольку один из основных заменителей ХФУ, 1,1,1,2-тетрафторэтан ( R134a , соединение гидрофторуглерода (ГФУ)), вносит больший вклад в изменение климата , чем CO 2. Физические свойства CO 2 весьма благоприятны для охлаждения, заморозки и нагрева, имея высокую объемную охлаждающую способность. Из-за необходимости работать при давлении до 130 бар (1900 фунтов на кв. дюйм; 13 000 кПа), системы CO 2 требуют высокомеханически прочных резервуаров и компонентов, которые уже были разработаны для массового производства во многих секторах. В автомобильном кондиционировании воздуха, в более чем 90% всех условий вождения для широт выше 50°, CO 2 (R744) работает более эффективно, чем системы, использующие ГФУ (например, R134a). Его экологические преимущества ( GWP 1, не разрушает озоновый слой, нетоксичен, не воспламеняется) могут сделать его будущей рабочей жидкостью для замены текущих ГФУ в автомобилях, супермаркетах и ​​водонагревателях с тепловыми насосами, среди прочего. Coca-Cola выставила на рынок охладители напитков на основе CO 2 , а армия США заинтересована в технологии охлаждения и отопления на основе CO 2 . [138] [139]

Незначительное использование

Лазер на углекислом газе

Диоксид углерода является рабочей средой в лазере на углекислом газе , который является одним из самых ранних типов лазеров.

Углекислый газ может использоваться в качестве средства контроля pH в плавательных бассейнах, [140] путем постоянного добавления газа в воду, таким образом предотвращая повышение pH. Среди преимуществ этого является избежание работы с (более опасными) кислотами. Аналогичным образом, он также используется в рифовых аквариумах , где он обычно используется в кальциевых реакторах для временного снижения pH воды, проходящей через карбонат кальция , чтобы позволить карбонату кальция более свободно растворяться в воде, где он используется некоторыми кораллами для построения своего скелета.

Используется в качестве основного теплоносителя в британском усовершенствованном газоохлаждаемом реакторе для производства ядерной энергии.

Индукция углекислого газа обычно используется для эвтаназии лабораторных исследовательских животных. Методы введения CO2 включают помещение животных непосредственно в закрытую, предварительно заполненную камеру, содержащую CO2 , или воздействие постепенно увеличивающейся концентрации CO2 . В рекомендациях Американской ветеринарной медицинской ассоциации 2020 года по индукции углекислого газа указано, что скорость смещения 30–70% объема камеры или клетки в минуту является оптимальной для гуманной эвтаназии мелких грызунов. [141] : 5, 31  Процентное содержание CO2 различается для разных видов на основе выявленных оптимальных процентных значений для минимизации стресса. [141] : 22 

Углекислый газ также используется в нескольких смежных методах очистки и подготовки поверхностей .

История открытия

Кристаллическая структура сухого льда

Углекислый газ был первым газом , который был описан как дискретное вещество. Около 1640 года [142] фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт заметил, что когда он сжигал древесный уголь в закрытом сосуде, масса полученного пепла была намного меньше, чем у исходного угля. Его интерпретация состояла в том, что остальная часть древесного угля была преобразована в невидимое вещество, которое он назвал «газом» (от греческого «хаос») или «диким духом» ( spiritus sylvestris ). [143]

Свойства углекислого газа были дополнительно изучены в 1750-х годах шотландским врачом Джозефом Блэком . Он обнаружил, что известняк ( карбонат кальция ) можно нагревать или обрабатывать кислотами, чтобы получить газ, который он назвал «фиксированным воздухом». Он заметил, что фиксированный воздух был плотнее воздуха и не поддерживал ни пламя, ни жизнь животных. Блэк также обнаружил, что при пропускании через известковую воду (насыщенный водный раствор гидроксида кальция ) он осаждал карбонат кальция. Он использовал это явление, чтобы проиллюстрировать, что углекислый газ вырабатывается при дыхании животных и микробной ферментации. В 1772 году английский химик Джозеф Пристли опубликовал статью под названием « Пропитка воды фиксированным воздухом» , в которой он описал процесс капания серной кислоты (или купоросного масла, как его знал Пристли) на мел для получения углекислого газа и принуждения газа растворяться путем перемешивания миски с водой, находящейся в контакте с газом. [144]

Впервые углекислый газ был сжижен (при повышенном давлении) в 1823 году Хэмфри Дэви и Майклом Фарадеем . [145] Самое раннее описание твердого углекислого газа ( сухого льда ) было дано французским изобретателем Адриеном-Жаном-Пьером Тилорие , который в 1835 году открыл герметичный контейнер с жидким углекислым газом и обнаружил, что охлаждение, вызванное быстрым испарением жидкости, дало «снег» твердого CO 2 . [146] [147]

Углекислый газ в сочетании с азотом был известен с более ранних времен как Blackdamp , stythe или choke damp. [b] Наряду с другими типами сырости он встречался при горных работах и ​​проходке скважин. Медленное окисление угля и биологические процессы заменили кислород, создав удушающую смесь азота и углекислого газа. [148]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ где «часть» здесь означает на молекулу [10]
  2. ↑ В текстах XIX века иногда пишется как «choak-damp».

Ссылки

  1. ^ abc "Углекислый газ" (PDF) . Air Products . Архивировано из оригинала (PDF) 29 июля 2020 г. . Получено 28 апреля 2017 г. .
  2. ^ abcdefghi Span R, Wagner W (1 ноября 1996 г.). "Новое уравнение состояния для диоксида углерода, охватывающее область жидкости от температуры тройной точки до 1100 К при давлении до 800 МПа". Journal of Physical and Chemical Reference Data . 25 (6): 1519. Bibcode : 1996JPCRD..25.1509S. doi : 10.1063/1.555991.
  3. ^ Тулукян YS, Лили PE, Саксена SC (1970). "Теплофизические свойства вещества - ряд данных TPRC". Теплопроводность - Неметаллические жидкости и газы . 3. Справочник.
  4. ^ Шефер М, Рихтер М, Спан Р (2015). «Измерения вязкости углекислого газа при температурах от (253,15 до 473,15) К при давлениях до 1,2 МПа». Журнал химической термодинамики . 89 : 7–15. Bibcode :2015JChTh..89....7S. doi :10.1016/j.jct.2015.04.015. ISSN  0021-9614.
  5. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0103". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ "Углекислый газ". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  7. ^ "Паспорт безопасности – Углекислый газ – версия 0.03 11/11" (PDF) . AirGas.com . 12 февраля 2018 г. Архивировано (PDF) из оригинала 4 августа 2018 г. . Получено 4 августа 2018 г. .
  8. ^ "Диоксид углерода, охлажденная жидкость" (PDF) . Praxair . стр. 9. Архивировано из оригинала (PDF) 29 июля 2018 г. . Получено 26 июля 2018 г. .
  9. ^ Закисление океана: Национальная стратегия решения проблем меняющегося океана. Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press. 22 апреля 2010 г. С. 23–24. doi : 10.17226/12904. ISBN 978-0-309-15359-1. Архивировано из оригинала 5 февраля 2016 . Получено 29 февраля 2016 .
  10. ^ "Концентрация газа CO2 определена". Измеритель CO2 . 18 ноября 2022 г. . Получено 5 сентября 2023 г. .
  11. ^ Эгглтон Т. (2013). Краткое введение в изменение климата. Cambridge University Press. стр. 52. ISBN 9781107618763. Получено 9 ноября 2020 г. .
  12. ^ «Уровень углекислого газа в настоящее время более чем на 50% выше, чем доиндустриальный уровень | Национальное управление океанических и атмосферных исследований». www.noaa.gov . 3 июня 2022 г. . Получено 14 июня 2022 г. .
  13. ^ IPCC (2022) Резюме для политиков по изменению климата 2022: смягчение последствий изменения климата. Вклад Рабочей группы III в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата, Cambridge University Press, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США
  14. ^ Кауфман Д.Г., Франц К.М. (1996). Биосфера 2000: защита нашей глобальной окружающей среды. Kendall/Hunt Pub. Co. ISBN 978-0-7872-0460-0.
  15. ^ "Food Factorys". www.legacyproject.org . Архивировано из оригинала 12 августа 2017 г. Получено 10 октября 2011 г.
  16. ^ МГЭИК (2021). «Резюме для политиков» (PDF) . Изменение климата 2021: Физическая научная основа . стр. 20. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г.
  17. ^ Майлз, Аллен (сентябрь 2020 г.). «Оксфордские принципы чистой нулевой компенсации выбросов углерода» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2 октября 2020 г. . Получено 10 декабря 2021 г. .
  18. ^ ab Tsotsas E, Mujumdar AS (2011). Современные технологии сушки. Том 3: Качество и формула продукта. John Wiley & Sons. ISBN 978-3-527-31558-1. Архивировано из оригинала 21 марта 2020 . Получено 3 декабря 2019 .
  19. ^ ab Greenwood NN , Earnshaw A (1997). Химия элементов (2-е изд.). Butterworth-Heinemann . стр. 305–314. ISBN 978-0-08-037941-8.
  20. ^ Аткинс П., де Паула Дж. (2006). Физическая химия (8-е изд.). WH Freeman. стр. 461, 464. ISBN 978-0-7167-8759-4.
  21. ^ Siegmann B, Werner U, Lutz HO, Mann R (2002). "Полная кулоновская фрагментация CO 2 при столкновениях с 5,9 МэВ u −1 Xe 18+ и Xe 43+ ". J Phys B Atom Mol Opt Phys . 35 (17): 3755. Bibcode :2002JPhB...35.3755S. doi :10.1088/0953-4075/35/17/311. S2CID  250782825.
  22. ^ ab Jensen P, Spanner M, Bunker PR (2020). «Молекула CO 2 никогда не бывает линейной−». J Mol Struct . 1212 : 128087. Bibcode : 2020JMoSt121228087J. doi : 10.1016/j.molstruc.2020.128087. hdl : 2142/107329 .
  23. ^ Jolly WL (1984). Современная неорганическая химия . McGraw-Hill. стр. 196. ISBN 978-0-07-032760-3.
  24. ^ Li Z, Mayer RJ, Ofial AR, Mayr H (май 2020 г.). «От карбодиимидов до диоксида углерода: количественная оценка электрофильной реактивности гетероалленов». Журнал Американского химического общества . 142 (18): 8383–8402. doi :10.1021/jacs.0c01960. PMID  32338511. S2CID  216557447.
  25. ^ Aresta M, ред. (2010). Углекислый газ как химическое сырье . Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32475-0.
  26. ^ Finn C, Schnittger S, Yellowlees LJ, Love JB (февраль 2012 г.). «Молекулярные подходы к электрохимическому восстановлению углекислого газа» (PDF) . Chemical Communications . 48 (10): 1392–1399. doi :10.1039/c1cc15393e. hdl : 20.500.11820/b530915d-451c-493c-8251-da2ea2f50912 . PMID  22116300. S2CID  14356014. Архивировано (PDF) из оригинала 19 апреля 2021 г. . Получено 6 декабря 2019 г. .
  27. ^ "Газы – Плотности". Engineering Toolbox. Архивировано из оригинала 2 марта 2006 года . Получено 21 ноября 2020 года .
  28. ^ Санторо М., Горелли Ф.А., Бини Р., Руокко Г., Скандоло С., Крайтон В.А. (июнь 2006 г.). «Аморфный диоксид кремния, подобный диоксиду углерода». Природа . 441 (7095): 857–860. Бибкод : 2006Natur.441..857S. дои : 10.1038/nature04879. PMID  16778885. S2CID  4363092.
  29. ^ ab Holman, Jack P. (2002). Теплопередача (9-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill Companies, Inc. стр. 600–606. ISBN 9780072406559.
  30. ^ ab Incropera, Frank P.; Dewitt, David P.; Bergman, Theodore L.; Lavigne, Adrienne S. (2007). Основы тепло- и массообмена (6-е изд.). Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, Inc., стр. 941–950. ISBN 9780471457282.
  31. ^ Dhingra A, Portis AR, Daniell H (апрель 2004 г.). «Усиленная трансляция гена RbcS, экспрессируемого в хлоропласте, восстанавливает уровни малых субъединиц и фотосинтез в антисмысловых растениях RbcS». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (16): 6315–6320. Bibcode : 2004PNAS..101.6315D. doi : 10.1073/pnas.0400981101 . PMC 395966. PMID  15067115. (Рубиско ) является наиболее распространенным ферментом на этой планете, на его долю приходится 30–50% от общего количества растворимого белка в хлоропласте. 
  32. ^ Falkowski P, Knoll AH (1 января 2007 г.). Эволюция первичных производителей в море . Elsevier, Academic Press. ISBN 978-0-12-370518-1. OCLC  845654016.
  33. ^ Blom TJ, Straver WA, Ingratta FJ, Khosla S, Brown W (декабрь 2002 г.). «Углекислый газ в теплицах». Архивировано из оригинала 29 апреля 2019 г. Получено 12 июня 2007 г.
  34. ^ Ainsworth EA (2008). «Производство риса в условиях меняющегося климата: метаанализ реакций на повышенную концентрацию углекислого газа и озона» (PDF) . Global Change Biology . 14 (7): 1642–1650. Bibcode :2008GCBio..14.1642A. doi :10.1111/j.1365-2486.2008.01594.x. S2CID  19200429. Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 г.
  35. ^ Long SP, Ainsworth EA, Leakey AD, Nösberger J, Ort DR (июнь 2006 г.). «Пища для размышлений: стимуляция урожайности ниже ожидаемой при росте концентрации CO2» (PDF) . Science . 312 (5782): 1918–1921. Bibcode :2006Sci...312.1918L. CiteSeerX 10.1.1.542.5784 . doi :10.1126/science.1114722. PMID  16809532. S2CID  2232629. Архивировано (PDF) из оригинала 20 октября 2016 г. . Получено 27 октября 2017 г. . 
  36. ^ Вудворд Ф., Келли К. (1995). «Влияние концентрации CO2 на плотность устьиц». New Phytologist . 131 (3): 311–327. doi : 10.1111/j.1469-8137.1995.tb03067.x .
  37. ^ Drake BG, Gonzalez-Meler MA, Long SP (июнь 1997 г.). «Более эффективные растения: следствие повышения уровня CO2 в атмосфере ? ». Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology . 48 (1): 609–639. doi :10.1146/annurev.arplant.48.1.609. PMID  15012276. S2CID  33415877.
  38. ^ Лоладзе И (2002). «Рост атмосферного CO 2 и питание человека: к глобально несбалансированной стехиометрии растений?». Тенденции в экологии и эволюции . 17 (10): 457–461. doi :10.1016/S0169-5347(02)02587-9. S2CID  16074723.
  39. ^ Coviella CE, Trumble JT (1999). «Влияние повышенного содержания углекислого газа в атмосфере на взаимодействие насекомых и растений». Conservation Biology . 13 (4): 700–712. Bibcode : 1999ConBi..13..700C. doi : 10.1046/j.1523-1739.1999.98267.x. JSTOR  2641685. S2CID  52262618.
  40. ^ Davey MP, Harmens H, Ashenden TW, Edwards R, Baxter R (2007). «Видовые эффекты повышенного содержания CO 2 на распределение ресурсов у Plantago maritima и Armeria maritima ». Biochemical Systematics and Ecology . 35 (3): 121–129. doi :10.1016/j.bse.2006.09.004.
  41. ^ Davey MP, Bryant DN, Cummins I, Ashenden TW, Gates P, Baxter R, Edwards R (август 2004 г.). «Влияние повышенного содержания CO 2 на сосудистую систему и вторичный метаболизм фенолов Plantago maritima». Фитохимия . 65 (15): 2197–2204. Bibcode : 2004PChem..65.2197D. doi : 10.1016/j.phytochem.2004.06.016. PMID  15587703.
  42. ^ "Global Environment Division Greenhouse Gas Assessment Handbook – A Practical Guidance Document for the Assessment of Project-level Greenhouse Gas Emissions". Всемирный банк . Архивировано из оригинала 3 июня 2016 года . Получено 10 ноября 2007 года .
  43. ^ Луйссаерт С., Шульце Э.Д., Бёрнер А., Кноль А., Хессенмеллер Д., Лоу Б.Е. и др. (сентябрь 2008 г.). «Старые леса как глобальные поглотители углерода» (PDF) . Природа . 455 (7210): 213–215. Бибкод : 2008Natur.455..213L. дои : 10.1038/nature07276. PMID  18784722. S2CID  4424430.
  44. ^ Falkowski P, Scholes RJ, Boyle E, Canadell J, Canfield D, Elser J, et al. (октябрь 2000 г.). «Глобальный цикл углерода: проверка наших знаний о Земле как системе». Science . 290 (5490): 291–296. Bibcode :2000Sci...290..291F. doi :10.1126/science.290.5490.291. PMID  11030643. S2CID  1779934.
  45. ^ ab Фридман Д. "Токсичность воздействия углекислого газа, симптомы отравления CO2, пределы воздействия углекислого газа и ссылки на процедуры тестирования на токсичные газы". InspectAPedia . Архивировано из оригинала 28 сентября 2009 г.
  46. ^ "CarbonTracker CT2011_oi (Графическая карта CO2)". esrl.noaa.gov . Архивировано из оригинала 13 февраля 2021 г. . Получено 20 апреля 2007 г. .
  47. ^ ab Permentier, Kris; Vercammen, Steven; Soetaert, Sylvia; Schellemans, Christian (4 апреля 2017 г.). «Отравление углекислым газом: обзор литературы о часто забываемой причине интоксикации в отделении неотложной помощи». International Journal of Emergency Medicine . 10 (1): 14. doi : 10.1186/s12245-017-0142-y . ISSN  1865-1372. PMC 5380556. PMID 28378268  . Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  48. ^ ab "Углекислый газ как средство пожаротушения: изучение рисков". Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинала 2 октября 2015 г.
  49. ^ "Вулкан под городом". Производство NOVA от Bonne Pioche и Greenspace для WGBH/Boston . Public Broadcasting System. 1 ноября 2005 г. Архивировано из оригинала 5 апреля 2011 г..
  50. ^ Glatte Jr HA, Motsay GJ, Welch BE (1967). Исследования переносимости углекислого газа (отчет). Технический отчет Brooks AFB, TX School of Aerospace Medicine. SAM-TR-67-77. Архивировано из оригинала 9 мая 2008 года . Получено 2 мая 2008 года .{{cite report}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  51. ^ Lambertsen CJ (1971). Устойчивость к углекислому газу и токсичность (отчет). Отчет IFEM. Центр данных по биомедицинскому стрессу в окружающей среде, Институт экологической медицины, Медицинский центр Пенсильванского университета. № 2-71. Архивировано из оригинала 24 июля 2011 г. Получено 2 мая 2008 г.{{cite report}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  52. ^ ab Satish U, Mendell MJ, Shekhar K, Hotchi T, Sullivan D, Streufert S, Fisk WJ (декабрь 2012 г.). «Является ли CO2 загрязнителем воздуха в помещениях? Прямое воздействие низких и умеренных концентраций CO2 на эффективность принятия решений человеком» (PDF) . Environmental Health Perspectives . 120 (12): 1671–1677. doi :10.1289/ehp.1104789. PMC 3548274 . PMID  23008272. Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2016 г. . Получено 11 декабря 2014 г. . 
  53. ^ ab Allen JG , MacNaughton P, Satish U, Santanam S, Vallarino J, Spengler JD (июнь 2016 г.). «Связь показателей когнитивных функций с воздействием углекислого газа, вентиляции и летучих органических соединений на офисных работников: контролируемое исследование воздействия зеленой и обычной офисной среды». Environmental Health Perspectives . 124 (6): 805–812. doi :10.1289/ehp.1510037. PMC 4892924. PMID  26502459 . 
  54. ^ abc "Предельные значения воздействия углекислого газа – Предельные значения CO2". InspectAPedia.com. Архивировано из оригинала 16 сентября 2018 г. Получено 19 октября 2014 г.
  55. ^ Law J, Watkins S, Alexander D (2010). In-Flight Carbon Dioxide Exposures and Related Symptoms: Associations, Susceptibility and Operational Implications (PDF) (Отчет). Технический отчет NASA. TP–2010–216126. Архивировано из оригинала (PDF) 27 июня 2011 г. Получено 26 августа 2014 г.
  56. ^ Schaefer KE, Douglas WH, Messier AA, Shea ML, Gohman PA (1979). «Влияние длительного воздействия 0,5% CO2 на кальцификацию почек и ультраструктуру легких». Undersea Biomedical Research . 6 (Suppl): S155–S161. PMID  505623. Архивировано из оригинала 19 октября 2014 г. Получено 19 октября 2014 г.
  57. ^ Du B, Tandoc MC, Mack ML, Siegel JA (ноябрь 2020 г.). «Концентрация CO2 в помещении и когнитивная функция: критический обзор». Indoor Air . 30 (6): 1067–1082. Bibcode : 2020InAir..30.1067D. doi : 10.1111/ina.12706 . PMID  32557862. S2CID  219915861.
  58. ^ Каплан Л. (4 июня 2019 г.). «Спросите доктора: делает ли мой шлем меня глупым? - RevZilla». www.revzilla.com . Архивировано из оригинала 22 мая 2021 г. . Получено 22 мая 2021 г. .
  59. ^ Brühwiler PA, Stämpfli R, Huber R, Camenzind M (сентябрь 2005 г.). «Концентрации CO 2 и O 2 в интегральных мотоциклетных шлемах». Applied Ergonomics . 36 (5): 625–633. doi :10.1016/j.apergo.2005.01.018. PMID  15893291.
  60. ^ "Вентиляция для приемлемого качества воздуха в помещении" (PDF) . 2018. ISSN  1041-2336. Архивировано (PDF) из оригинала 26 октября 2022 г. Получено 10 августа 2023 г.
  61. ^ «Стандартное руководство по использованию концентраций углекислого газа в помещениях для оценки качества воздуха и вентиляции в помещениях». www.astm.org . Получено 12 июня 2024 г. .
  62. ^ Allen JG, MacNaughton P, Satish U, Santanam S, Vallarino J, Spengler JD (июнь 2016 г.). «Связь показателей когнитивных функций с воздействием углекислого газа, вентиляции и летучих органических соединений на офисных работников: контролируемое исследование воздействия зеленой и обычной офисной среды». Перспективы охраны окружающей среды и здоровья . 124 (6): 805–812. doi :10.1289/ehp.1510037. PMC 4892924. PMID  26502459 . 
  63. ^ Romm J (26 октября 2015 г.). "Эксклюзив: повышенные уровни CO2 напрямую влияют на когнитивные способности человека, согласно новому исследованию Гарварда". ThinkProgress . Архивировано из оригинала 9 октября 2019 г. . Получено 14 октября 2019 г. .
  64. ^ "Трое погибли в результате инцидента с сухим льдом на вечеринке у бассейна в Москве". BBC News . 29 февраля 2020 г. Архивировано из оригинала 29 февраля 2020 г. Жертвы были связаны с влиятельной личностью в Instagram Екатериной Диденко.
  65. ^ Rettner R (2 августа 2018 г.). «Женщина умерла от паров сухого льда. Вот как это может произойти». Live Science . Архивировано из оригинала 22 мая 2021 г. Получено 22 мая 2021 г.
  66. ^ Концентрации CO2 в внутреннем воздухе и эффектах на здоровье (PDF) (Отчет) (на французском языке). АНСЫ. Июль 2013. с. 294.
  67. ^ Chatzidiakou, Lia; Mumovic, Dejan; Summerfield, Alex (март 2015 г.). «Является ли CO 2 хорошим показателем качества воздуха в помещениях классных комнат? Часть 1: Взаимосвязь между тепловыми условиями, уровнями CO 2 , скоростью вентиляции и выбранными загрязнителями в помещениях». Building Services Engineering Research and Technology . 36 (2): 129–161. doi :10.1177/0143624414566244. ISSN  0143-6244. S2CID  111182451.
  68. ^ Cetin, Mehmet; Sevik, Hakan (2016). "АНАЛИЗ КАЧЕСТВА CO2 В ПОМЕЩЕНИИ ДЛЯ УНИВЕРСИТЕТА КАСТАМОНУ" (PDF) . Конференция Международного журнала искусств и наук . 9 (3): 71.
  69. ^ van Gardingen PR, Grace J, Jeffree CE, Byari SH, Miglietta F, Raschi A, Bettarini I (1997). «Долгосрочные эффекты повышенной концентрации CO 2 на газообмен листьев: возможности исследования с использованием источников CO 2 ». В Raschi A, Miglietta F, Tognetti R, van Gardingen PR (ред.). Реакция растений на повышенную концентрацию CO 2 : данные из природных источников . Кембридж: Cambridge University Press. стр. 69–86. ISBN 978-0-521-58203-2.
  70. ^ Мартини М (1997). «Выбросы CO 2 в вулканических областях: истории болезни и опасности». В Raschi A, Miglietta F, Tognetti R, van Gardingen PR (ред.). Реакция растений на повышенный уровень CO 2 : данные из природных источников . Кембридж: Cambridge University Press. стр. 69–86. ISBN 978-0-521-58203-2.
  71. ^ ab "ABG (Arterial Blood Gas)". Brookside Associates . Архивировано из оригинала 12 августа 2017 г. Получено 2 января 2017 г.
  72. ^ "Сколько углекислого газа выбрасывают люди в атмосферу при дыхании?". EPA.gov . Архивировано из оригинала 2 февраля 2011 г. Получено 30 апреля 2009 г.
  73. ^ Хенриксон С (2005). Химия. Cliffs Notes. ISBN 978-0-7645-7419-1.
  74. ^ abcd "Углекислый газ". solarnavigator.net. Архивировано из оригинала 14 сентября 2008 года . Получено 12 октября 2007 года .
  75. ^ Баттисти-Чарбонни, А.; Фишер, Дж.; Даффин, Дж. (15 июня 2011 г.). «Цереброваскулярная реакция на углекислый газ у людей». J. Physiol . 589 (12): 3039–3048. doi :10.1113/jphysiol.2011.206052. PMC 3139085. PMID  21521758 . 
  76. ^ Patel, S.; Miao, JH; Yetiskul, E.; Anokhin, A.; Majmunder, SH (2022). "Физиология, удержание углекислого газа". Национальная медицинская библиотека . Национальный центр биотехнологической информации, NIH. PMID  29494063. Получено 20 августа 2022 г.
  77. ^ Уилмсхерст, Питер (1998). «ABC кислорода». BMJ . 317 (7164): 996–999. doi :10.1136/bmj.317.7164.996. PMC 1114047 . PMID  9765173. 
  78. ↑ Gavin, Schmidt (2010), Taking the Measure of the Greenhouse Effect , получено 24 августа 2024 г.
  79. ^ ab «Уровень углекислого газа сейчас более чем на 50% выше, чем доиндустриальный». Национальное управление океанических и атмосферных исследований . 3 июня 2022 г. Архивировано из оригинала 5 июня 2022 г. Получено 14 июня 2022 г.
  80. ^ ab Эгглтон, Тони (2013). Краткое введение в изменение климата. Cambridge University Press. стр. 52. ISBN 9781107618763. Архивировано из оригинала 14 марта 2023 г. . Получено 14 марта 2023 г. .
  81. ^ "Ежегодный индекс парниковых газов NOAA (AGGI) – Введение". Лаборатория глобального мониторинга NOAA /Исследовательские лаборатории системы Земли. Архивировано из оригинала 27 ноября 2020 года . Получено 18 декабря 2020 года .
  82. ^ Этеридж, Д.М.; Л.П. Стил; Р.Л. Лангенфельдс; Р.Дж. Франси; Ж.-М. Барнола; В.И. Морган (1996). «Естественные и антропогенные изменения в атмосферном CO2 за последние 1000 лет из воздуха в антарктическом льду и фирне». Журнал геофизических исследований . 101 (D2): 4115–28. Bibcode : 1996JGR...101.4115E. doi : 10.1029/95JD03410. ISSN  0148-0227. S2CID  19674607.
  83. ^ Пьер-Луи, Кендра (10 мая 2024 г.). «Углекислый газ только что совершил зловещий, рекордный скачок». www.bloomberg.com . Получено 13 мая 2024 г.
  84. ^ IPCC (2022) Резюме для политиков Архивировано 12 марта 2023 г. в Wayback Machine в Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Вклад Рабочей группы III в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата Архивировано 2 августа 2022 г. в Wayback Machine , Cambridge University Press, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США
  85. ^ Petty, GW (2004). «Первый курс по атмосферной радиации». Eos Transactions . 85 (36): 229–51. Bibcode : 2004EOSTr..85..341P. doi : 10.1029/2004EO360007 .
  86. ^ Аткинс, П.; де Паула, Дж. (2006). Физическая химия Аткинса (8-е изд.). WH Freeman. стр. 462. ISBN 978-0-7167-8759-4.
  87. ^ «Углекислый газ поглощает и повторно излучает инфракрасное излучение». Центр научного образования UCAR. 2012. Архивировано из оригинала 21 сентября 2017 года . Получено 9 сентября 2017 года .
  88. ^ Ахмед, Иссам. «Текущие уровни углекислого газа последний раз наблюдались 14 миллионов лет назад». phys.org . Получено 8 февраля 2024 г.
  89. ^ "Климат и CO2 в атмосфере". Архивировано из оригинала 6 октября 2018 года . Получено 10 октября 2007 года .
  90. ^ Friedlingstein P, Jones MW, O'sullivan M, Andrew RM, Hauck J, Peters GP и др. (2019). «Глобальный углеродный бюджет 2019». Earth System Science Data . 11 (4): 1783–1838. Bibcode : 2019ESSD...11.1783F. doi : 10.5194/essd-11-1783-2019 . hdl : 20.500.11850/385668 ..
  91. ^ Doney SC, Levine NM (29 ноября 2006 г.). «Как долго океан может замедлить глобальное потепление?». Oceanus. Архивировано из оригинала 4 января 2008 г. Получено 21 ноября 2007 г.
  92. ^ Терхаар, Йенс; Фрёлихер, Томас Л.; Йос, Фортунат (2023). «Океаническое закисление в сценариях стабилизации температуры, обусловленных выбросами: роль TCRE и парниковых газов, не относящихся к CO2». Environmental Research Letters . 18 (2): 024033. Bibcode : 2023ERL....18b4033T. doi : 10.1088/1748-9326/acaf91. ISSN  1748-9326. S2CID  255431338. Рисунок 1f
  93. ^ Oxygen, Pro (21 сентября 2024 г.). "Домашняя страница CO2 Земли" . Получено 21 сентября 2024 г.
  94. ^ ab Закисление океана из-за увеличения содержания углекислого газа в атмосфере (PDF) . Королевское общество. 2005. ISBN 0-85403-617-2.
  95. ^ Цзян, Ли-Цин; Картер, Брендан Р.; Фили, Ричард А.; Лавсет, Сив К.; Олсен, Аре (2019). «Поверхностный pH океана и буферная емкость: прошлое, настоящее и будущее». Scientific Reports . 9 (1): 18624. Bibcode :2019NatSR...918624J. doi : 10.1038/s41598-019-55039-4 . PMC 6901524 . PMID  31819102.  Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International. Архивировано 16 октября 2017 г. на Wayback Machine.
  96. ^ Чжан, И.; Ямамото-Каваи, М.; Уильямс, У. Дж. (16 февраля 2020 г.). «Два десятилетия закисления океана в поверхностных водах круговорота Бофорта, Северный Ледовитый океан: последствия таяния и отступления морского льда в период с 1997 по 2016 гг.». Geophysical Research Letters . 47 (3). doi : 10.1029/2019GL086421 . S2CID  214271838.
  97. ^ Бопре-Лаперьер, Алексис; Муччи, Альфонсо; Томас, Хельмут (31 июля 2020 г.). «Современное состояние и изменчивость карбонатной системы Канадского Арктического архипелага и прилегающих бассейнов в контексте закисления океана». Biogeosciences . 17 (14): 3923–3942. Bibcode : 2020BGeo...17.3923B. doi : 10.5194/bg-17-3923-2020 . S2CID  221369828.
  98. ^ Митчелл, Марк Дж.; Дженсен, Оливер Э.; Клифф, К. Эндрю; Марото-Валер, М. Мерседес (8 мая 2010 г.). «Модель растворения углекислого газа и кинетика карбонизации минералов». Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 466 (2117): 1265–1290. Bibcode : 2010RSPSA.466.1265M. doi : 10.1098/rspa.2009.0349 .
  99. ^ Lupton J, Lilley M, Butterfield D, Evans L, Embley R, Olson E и др. (2004). «Выброс жидкого углекислого газа на гидротермальном участке Шампань, северо-запад вулкана Эйфуку, Марианская дуга». Американский геофизический союз . 2004 (осеннее заседание). V43F–08. Bibcode : 2004AGUFM.V43F..08L.
  100. ^ Inagaki F, Kuypers MM, Tsunogai U, Ishibashi J, Nakamura K, Treude T и др. (сентябрь 2006 г.). «Микробное сообщество в осадочном CO2-озере гидротермальной системы южной части Окинавского желоба». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (38): 14164–14169. Bibcode : 2006PNAS..10314164I. doi : 10.1073/pnas.0606083103 . PMC 1599929. PMID  16959888 . Видео можно скачать в разделе «Дополнительная информация». Архивировано из оригинала 19 октября 2018 г.
  101. ^ «Сбор и использование биогаза со свалок». Управление энергетической информации США. 11 января 2017 г. Архивировано из оригинала 11 июля 2018 г. Получено 22 ноября 2015 г.
  102. ^ "Факты о свалочном газе" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США. Январь 2000 г. Архивировано (PDF) из оригинала 23 сентября 2015 г. Получено 4 сентября 2015 г.
  103. ^ ab Pierantozzi R (2001). "Углекислый газ". Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . Wiley. doi :10.1002/0471238961.0301180216090518.a01.pub2. ISBN 978-0-471-23896-6.
  104. ^ Леблинг, Кэти; Ганготра, Анкита; Хаускер, Карл; Байрум, Закари (13 ноября 2023 г.). «7 вещей, которые нужно знать о улавливании, использовании и секвестрации углерода». Институт мировых ресурсов .Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  105. ^ Strassburger J (1969). Теория и практика доменной печи . Нью-Йорк: Американский институт горных, металлургических и нефтяных инженеров. ISBN 978-0-677-10420-1.
  106. ^ Топхэм С. (2000). «Углекислый газ». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . doi :10.1002/14356007.a05_165. ISBN 3527306730.
  107. ^ «Нехватка CO2: Пищевая промышленность призывает правительство принять меры». BBC. 21 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Получено 24 июня 2018 г.
  108. ^ "Специальный доклад МГЭИК по улавливанию и хранению углекислого газа" (PDF) . Межправительственная группа экспертов по изменению климата. Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. . Получено 4 сентября 2015 г. .
  109. ^ Моррисон РТ, Бойд РН (1983). Органическая химия (4-е изд.). Аллин и Бэкон. стр. 976–977. ISBN 978-0-205-05838-9.
  110. ^ Badwal SP, Giddey SS, Munnings C, Bhatt AI, Hollenkamp AF (24 сентября 2014 г.). "Развивающиеся электрохимические технологии преобразования и хранения энергии". Frontiers in Chemistry . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh....2...79B. doi : 10.3389/fchem.2014.00079 . PMC 4174133. PMID  25309898. 
  111. ^ Whiting D, Roll M, Vickerman L (август 2010 г.). «Факторы роста растений: фотосинтез, дыхание и транспирация». CMG GardenNotes . Программа Colorado Master Gardener Program. Архивировано из оригинала 2 сентября 2014 г. Получено 10 октября 2011 г.
  112. ^ Waggoner PE (февраль 1994). «Углекислый газ». Сколько земли могут выделить десять миллиардов людей для природы?. Архивировано из оригинала 12 октября 2011 года . Получено 10 октября 2011 года .
  113. ^ Stafford N (август 2007). «Будущие культуры: другой парниковый эффект». Nature . 448 (7153): 526–528. Bibcode :2007Natur.448..526S. doi : 10.1038/448526a . PMID  17671477. S2CID  9845813.
  114. ^ Арчер, Стивен Р.; Андерсен, Эрик М.; Предик, Кэтрин И.; Швиннинг, Сюзанна; Стейдл, Роберт Дж.; Вудс, Стивен Р. (2017), Бриске, Дэвид Д. (ред.), «Нашествие древесных растений: причины и последствия», Rangeland Systems , Cham: Springer International Publishing, стр. 25–84, doi : 10.1007/978-3-319-46709-2_2 , ISBN 978-3-319-46707-8
  115. ^ Агентство по пищевым стандартам Великобритании: "Текущие добавки, одобренные ЕС, и их номера E". Архивировано из оригинала 7 октября 2010 г. Получено 27 октября 2011 г.
  116. ^ Управление по контролю за продуктами и лекарствами США: «Список статуса пищевых добавок». Управление по контролю за продуктами и лекарствами . Архивировано из оригинала 4 ноября 2017 года . Получено 13 июня 2015 года .
  117. ^ Кодекс пищевых стандартов Австралии и Новой Зеландии «Стандарт 1.2.4 – Маркировка ингредиентов». 8 сентября 2011 г. Архивировано из оригинала 19 января 2012 г. Получено 27 октября 2011 г.
  118. ^ Журнал опережающих индикаторов будущего. Том 1. CRAES LLC. ISBN 978-0-9847670-1-4. Архивировано из оригинала 15 августа 2021 г. . Получено 9 ноября 2020 г. .
  119. ^ Виджай ГП (25 сентября 2015 г.). Индийский хлеб: всеобъемлющее руководство по традиционным и инновационным индийским хлебам. Westland. ISBN 978-93-85724-46-6.[ постоянная мертвая ссылка ]
  120. ^ «Ученые обнаружили белковый рецептор для определения вкуса углекислого газа». ScienceDaily . 16 октября 2009 г. Архивировано из оригинала 29 марта 2020 г. Получено 29 марта 2020 г.
  121. ^ Coghlan A (3 февраля 2018 г.). «Более гуманный способ забоя кур может получить одобрение ЕС». New Scientist . Архивировано из оригинала 24 июня 2018 г. . Получено 24 июня 2018 г. .
  122. ^ "Что такое ошеломляющий CO2?". RSPCA. Архивировано из оригинала 9 апреля 2014 года.
  123. ^ Кэмпбелл А. (10 марта 2018 г.). «Гуманная казнь и страх перед тамбрилом». New Scientist . Архивировано из оригинала 24 июня 2018 г. Получено 24 июня 2018 г.
  124. ^ International, Petrogav. Производственный курс для найма на морские нефтяные и газовые платформы. Petrogav International. С. 214.
  125. ^ Nordestgaard BG, Rostgaard J (февраль 1985 г.). «Сушка в критической точке против сушки замораживанием для сканирующей электронной микроскопии: количественное и качественное исследование изолированных гепатоцитов». Журнал микроскопии . 137 (Pt 2): 189–207. doi :10.1111/j.1365-2818.1985.tb02577.x. PMID  3989858. S2CID  32065173.
  126. ^ "Типы огнетушителей". Консультационный центр по пожарной безопасности . Архивировано из оригинала 28 июня 2021 г. Получено 28 июня 2021 г.
  127. ^ Кодекс 12 Национальной ассоциации противопожарной защиты.
  128. ^ Углекислый газ как средство пожаротушения: изучение рисков, Агентство по охране окружающей среды США. 2000.
  129. ^ "Приложение A: CO2 для использования в улучшенной нефтеотдаче (EOR)". Ускорение внедрения CCS: промышленное использование уловленного диоксида углерода. 20 декабря 2011 г. Архивировано из оригинала 28 апреля 2017 г. Получено 2 января 2017 г. {{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )
  130. ^ Austell JM (2005). "CO2 для повышения нефтеотдачи – улучшенные фискальные стимулы". Exploration & Production: The Oil & Gas Review . Архивировано из оригинала 7 февраля 2012 года . Получено 28 сентября 2007 года .
  131. ^ "Улучшенная добыча метана из угольных пластов". ETH Zurich. 31 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 6 июля 2011 г.
  132. ^ Clayton M (11 января 2006 г.). «Водоросли — как мятная пастилка для дымоходов». The Christian Science Monitor . Архивировано из оригинала 14 сентября 2008 г. Получено 11 октября 2007 г.
  133. ^ Atsumi S, Higashide W, Liao JC (декабрь 2009 г.). «Прямая фотосинтетическая переработка углекислого газа в изомасляный альдегид». Nature Biotechnology . 27 (12): 1177–1180. doi :10.1038/nbt.1586. PMID  19915552. S2CID  1492698.
  134. ^ Cobb S, Badiani V, Dharani A, Wagner A, Zacarias S, Oliveira AR и др. (28 февраля 2022 г.). «Быстрая кинетика гидратации CO2 ухудшает гетерогенный, но улучшает ферментативный катализ восстановления CO2». Nature Chemistry . 14 (4): 417–424. Bibcode :2022NatCh..14..417C. doi :10.1038/s41557-021-00880-2. ISSN  1755-4349. PMC 7612589 . PMID  35228690. S2CID  247160910. 
  135. ^ Edwardes Moore E, Cobb SJ, Coito AM, Oliveira AR, Pereira IA, Reisner E (январь 2022 г.). «Понимание локальной химической среды биоэлектрокатализа». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 119 (4): e2114097119. Bibcode : 2022PNAS..11914097E. doi : 10.1073/pnas.2114097119 . PMC 8795565. PMID  35058361 . 
  136. ^ «Чистый способ превращения CO2 в топливо, вдохновленный природой». Прикладные науки из Technology Networks . 1 марта 2022 г. Получено 2 марта 2022 г.
  137. ^ Пирсон, С. Форбс. «Хладагенты: прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . R744 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 июля 2018 г. . Получено 30 марта 2021 г. .
  138. ^ "Компания Coca-Cola объявляет о внедрении изоляции без ГФУ в холодильных установках для борьбы с глобальным потеплением". Компания Coca-Cola. 5 июня 2006 г. Архивировано из оригинала 1 ноября 2013 г. Получено 11 октября 2007 г.
  139. ^ "Modine усиливает свои усилия по исследованию CO2". R744.com. 28 июня 2007 г. Архивировано из оригинала 10 февраля 2008 г.
  140. ^ TCE, the Chemical Engineer. Institution of Chemical Engineers. 1990. Архивировано из оригинала 17 августа 2021 г. Получено 2 июня 2020 г.
  141. ^ ab "Рекомендации AVMA по эвтаназии животных: издание 2020 г." (PDF) . Американская ветеринарная медицинская ассоциация . 2020. Архивировано (PDF) из оригинала 1 февраля 2014 г. . Получено 13 августа 2021 г. .
  142. ^ Harris D (сентябрь 1910 г.). «Пионер в гигиене вентиляции». The Lancet . 176 (4542): 906–908. doi :10.1016/S0140-6736(00)52420-9. Архивировано из оригинала 17 марта 2020 г. Получено 6 декабря 2019 г.
  143. ^ Almqvist E (2003). История промышленных газов . Springer. стр. 93. ISBN 978-0-306-47277-0.
  144. ^ Priestley J , Hey W (1772). "Observations on Different Kinds of Air". Philosophical Transactions . 62 : 147–264. doi :10.1098/rstl.1772.0021. S2CID  186210131. Архивировано из оригинала 7 июня 2010 года . Получено 11 октября 2007 года .
  145. ^ Дэви Х. (1823). «О применении жидкостей, образующихся при конденсации газов, в качестве механических агентов». Philosophical Transactions . 113 : 199–205. doi : 10.1098/rstl.1823.0020 . JSTOR  107649.
  146. ^ Тилорье AJ (1835). «Затвердевание карбоновой кислоты». Комптес Рендус . 1 : 194–196. Архивировано из оригинала 2 сентября 2017 года . Проверено 1 сентября 2017 г.
  147. ^ Thilorier AJ (1836). «Затвердевание угольной кислоты». The London and Edinburgh Philosophical Magazine . 8 (48): 446–447. doi :10.1080/14786443608648911. Архивировано из оригинала 2 мая 2016 года . Получено 15 ноября 2015 года .
  148. ^ Холдейн, Джон (1894). «Заметки об исследовании природы и физиологического действия черной сырости, обнаруженной в угольной шахте Подмор, Стаффордшир, и угольной шахте Лиллешолл, Шропшир». Труды Лондонского королевского общества . 57 : 249–257. Библиографический код : 1894RSPS...57..249H. JSTOR  115391.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Углекислый газ» .
Библиотечные ресурсы о
углекислом газе
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках