گازکربنیک بر اثر احتراق زغال و مواد آلی در مجاورت اکسیژن، تنفس حیوانات و گیاهان و غیره به دست می‌آید.

گازکربنیک با فرمول شیمیایی CO2 از ترکیب کربن با اکسیژن به دست می آید و با نام دی اکسیدکربن نیز شناخته می شود.

بطور ساده تر زمانی که کربن می سوزد و سوختن کامل صورت می گیرد، این گاز تولید می شود. گازکربنیک دارای دو پیوند دوگانه O=C=O می باشد. تعداد پیوندهای کوالانسی در آن، 4 می باشد و دو ناحیه الکترونی دارد, گازی است بی رنگ، بی بو و غیر قابل اشتعال, سنگین تر از هوا است و 3 درصد از هوا را تشکیل می دهد. در صورت انتنشاق گازکربنیک، ابتدا احساس تنگی نفس خواهید کرد و پس از مدت زمان طولانی ممکن است باعث خفگی شود و بر خلاف اکسیژن که سبب شعله ور شدن آتش می شود، باعث خفگی و خاموش شدن آتش می گردد. به همین خاطر در کپسولهای آتش نشانی از دی اکسیدکربن استفاده می شود.

گیاهان در فرآیند فتوسنتز برای تولید کربوهیدراتها با گرفتن گازکربنیک، اکسیژن تولید می کنند. یکی دیگر از گازهای گلخانه ای، دی اکسیدکربن می باشد که باعث می شود اشعه های خورشید با طول موج پایین و با گذشتن از ابرهایی که نیز جزء گازهای گلخانه ای محسوب می شوند، عبور و بعد از برخورد با سطح زمین بازتاب شده و طول موج آن افزایش می یابد و از پرتوهای فرابنفش به فروسرخ تبدیل می گردد. پرتو های فروسرخ خطرناک نبوده و پس از برخورد، به گازهای گلخانه ای باز می گردند و نمی توانند از آنجا عبور کنند. این امر باعث گرمای محیط می شود.

گازکربنیک موجود در اتمسفر در نقش یک محافظ حرارتی برای زمین کار می کند و با اثر طبیعی گلخانه ای، مانع سرد شدن زمین می گردد. اگرچه تراکم بالای این گاز در جو زمین که با سوختن سوخت های فسیلی تولید می شود، به عنوان آلاینده جوی شناخته می شود.

در حال حاضر غلظت گازکربنیک حدود چهار صدم درصد یعنی 412 واحد PPM است که از سطح قبل صنعتی 280 واحد افزایش یافته است. منابع طبیعی شامل آتش فشان، چشمه های آب گرم و چشمه های جوشان هستند که با حل شدن آب و اسیدهایی که از سنگ ها ی کربنات آزاد می شوند. از آنجا که دی اکسیدکربن در آب حل می شود، بطور طبیعی در آبهای زیرزمینی، رودخانه ها و دریاچه ها، یخ های پوشیده شده، یخچالها و آب دریا وجود دارد که در رسوبات نفت و گاز طبیعی وجود دارد. در حالت معمولی بدون بو  ولی در غلظت های بالا بوی تند و اسیدی دارد.

از انواع کربن موجود در طبیعت، گازکربنیک جوی منبع اصلی برای زندگی بر روی زمین محسوب می شود که توسط تمام موجودات از جمله انسان که از هوا تنفس می کنند، تولید میشود و میتواند به آب هم منتقل شود.

دی اکسیدکربن را در جوشکاری، خاموش کردن آتش، اسلحه های هوایی، بازیابی نفت و غیره و فرم مایع آن بعنوان افزودنی در آب آشامیدنی و نوشابه ها و آب میوه ها و انواع نوشیدنی ها اضافه میشود تا آن را گازدار کند. شکل جامد دی اکسید کربن را به نام یخ خشک می شناسند.

یکی از مهمترین گازهای گلخانه ای در جو زمین گازکربنیک است. از آنجا که انتشار گازهای گلخانه ای صنعتی که در درجه اول از سوختهای فسیلی و جنگل زدایی های بوجود آمده، به سرعت در اتمسفر افزایش پیدا کرده و منجر به گرم شدن جهانی هوای کره زمین شده و همچنین باعث اسیدی شدن اقیانوس ها می شود زیرا در آب حل شده و اسید کربنیک تشکیل می شود.

گازکربنیک

تاریخچه:

دی اکسید کربن اولین گازی است که به عنوان یک ماده مجزا نام برده می شود. در حدود سال 1640، شیمیدان اهل فلاندرز به نام جان باپتیست هلموند مشاهده کرد که هنگامی که زغال را در یک کشتی بدون راه خروج هوا می سوزاند، توده خاکستر حاصل از خاکستر اصلی بسیار کمتر بود. تعبیر وی این بود که بقیه زغال وارد ماده ای نامریی می شوند که گاز یا روح وحشی نامیده می شود.

خواص گازکربنیک بیشتر در دهه 1750 توسط پزشک اسکاتلندی به نام جوزف بلک مورد آزمایش قرار گرفت. او فهمید که می توان سنگ آهک یا همان کربنات کلسیم را با اسیدها تحریک کرد یا از ترکیب آن گازی با نام هوای ثابت تولید کند.همچنین او نشان داد که محلول آب از کلسیم هیدروکسید عبور کرده و کربنات کلسیم در آن رسوب می کند. او با این آزمایش نشان داد که تولید دی اکسید کربن توسط تنفس جانداران و تخمیر میکروبی امکان پذیر می باشد. در سال 1772 جوزف پریستلی، شیمیدان اینگلیسی مقاله ای با عنوان آب با هوای ثابت منتشر کرد که در آن فرآیند تجزیه اسید سولفوریک را به منظور تولید گازکربنیک وصف کرد و گاز را در یک کاسه آب حل نمود.

گازکربنیک برای اولین بار در سال 1823 توسط همفری دیوی و مایکل فارادی تحت فشار بالا به مایع تبدیل شد. دی اکسید کربن جامد یا همان یخ خشک، توسط مخترع فرانسوی به نام آدرین جان پیر تیلوریردر سال 1835با باز کردن تحت فشار یک محفظه از دی اکسید کربن فقط برای اینکه خنک کننده تولید شده یا نه بطور اتفاقی برف خشک یا یخ خشک امروزی را کشف کرد.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی:

مولکول گاز کربنیک خطی و مرکزی است. طول پیوند کربن – اکسیژن 11.36pm است که بطور قابل توجهی کوتاه تر از طول اتصال پیوند منفرد C – O است و حتی کوتاه تر از بسیاری گروه های دیگر، چند ضلعی است.گازکربنیک متقارن است و مولکول آن دارای دو قطب الکتریکی نیست. در نتیجه تنها دو موج ارتعاشی در طیف IR مشاهده می شود.

حل شدن در آب:

گازکربنیک قابل حل شدن در آب می باشد و فرمول آن H2CO3 می باشد. این محلول خاصیت ضعیف اسیدی دارد که در آب بصورت ناقص به وجود می آید.

واکنش شیمیایی گازکربنیک:

گازکربنیک یک الکتروفیل قوی است که واکنش پذیری جانشینی دارد. با بنزن آلدهید یا α قوی، β – اشباع‌نشده کربنیل قابل ‌مقایسه است. با این حال، برخلاف معمول واکنش‌پذیری مشابه، واکنش نوکلئوفیل ها با دی اکسید کربن کمتر مطلوب است و اغلب به شدت قابل ‌بازگشت هستند.

خواص فیزیکی:

گازکربنیک، گازی بی رنگ و در غلظت های پایین بدون بو می باشد و در غلظتهای بسیار دارای بوی تند و اسیدی است. در دما و فشار استاندارد، چگالی دی اکسید کربن در حدود 1.98کیلوگرم بر متر مکعب است و حدود 1.67 برابر هوا می باشد. دی اکسید کربن حالت مایع در فشار زیر ۵ / ۵ اتمسفر استاندارد (۵۲۰ کیلو پاسکال)ندارد. در ۱ اتمسفر (نزدیک فشار سطح دریا)، رسوبات گاز به طور مستقیم به جامد در دماهای پایین‌تر از -۷۸.۵ ° C (-۱۰۹.۳ ° F، ۱۹۴.۷ K)و بالاتر از -۷۸.۵ درجه سانتیگراد مستقیما جامد به گاز تبدیل می‌شوند. دی اکسید کربن در حالت جامد را یخ خشک می نامند.

در دما و فشار بالای این نقطه قطعی، دی اکسید کربن مانند یک سیال فوق بحرانی که به عنوان دی اکسید کربن فوق بحرانی شناخته می‌شود، رفتار می‌کند. از این مورد در سال ۲۰۱۸ برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرد.

کاربردها:

گازکربنیک در مصارف صنایع غذایی، پزشکی، صنعت نفت و صنایع شیمیایی استفاده می شود. نوع استفاده آن متنوع می باشد و یکی از بزرگترین کاربرد گاز دی اکسید کربن به عنوان یک ماده شیمیایی در تولید نوشابه های گازدار می باشد. از گازکربنیک برای تولید یخ خشک نیز استفاده می شود.

واکنش به مواد شیمیایی:

در صنعت شیمی، کربن دی‌اکسید به طور عمده به عنوان یک جز در تولید اوره به کار می‌رود، با بخش کوچکتری که برای تولید متانول و طیف وسیعی از محصولات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی مشتقات کربوکسیلیک اسیدها از جمله سدیم سالیسیلات، با استفاده ازدی اکسید کربن  با واکنش اشمیت یا فرآیند کولب تهیه می‌شوند.(واکنش اشمیت – اشمیت یا فرآیند کولب: واکنش شیمیایی کربوکسیلی است که با حرارت دادن سدیم فنوکسید با دی‌اکسید کربن تحت فشار تولید می‌شود و سپس محصول را با سولفوریک اسید درمان می‌کند. محصول نهایی یک هیدروکسی آروماتیک است که به عنوان سالیسیلیک اسید نیز شناخته می‌شود.

علاوه بر فرآیندهای متعارف با استفاده از گازکربنیک برای تولید مواد شیمیایی، روش‌های الکتروشیمیایی نیز در سطح تحقیقاتی مورد بررسی قرار می‌گیرند. به طور خاص، استفاده از انرژی تجدید پذیر برای تولید سوخت از CO۲ (مانند متانول)جذاب است زیرا این می‌تواند به سوخت‌ها کمک کند که به راحتی انتقال داده می‌شوند و در تکنولوژی‌های احتراق معمولی مورد استفاده قرار ‌گیرند اما انتشار خالص دی اکسید کربن را ندارند.

غذاها:

گازکربنیک خوراکی یک افزودنی غدایی است که بعنوان محرک و تنظیم کننده میزان اسید در صنعت غذا کاربرد دارد.  آب نبات به نام پاپ تحت فشار گازکربنیک، هنگامی که در دهان قرار می گیرد، آن را مانند دیگر آب نباتهای سخت حل می کند و حباب های گاز را با پاپ قابل شنیدن آزاد می کند. عوامل باقیمانده با تولید دی اکسید کربن، باعث افزایش آن می شود. مخمر بیکر با تخمیر قندها در خمیر، گازکربنیک تولید و باقیمانده مواد شیمیایی مانند جوش شیرین، آن را در صورت گرم شدن و یا اگر در معرض اسید قرار گیرند، آزاد می کنند.

نوشیدنی ها:

گازکربنیک برای تولید نوشابه های گازدار و آب سودا استفاده می شود. بطور سنتی، آبجو کربناته و شراب درخشان از روش تخمیر طبیعی به دست می آید اما بسیاری از تولیدکنندگان، این نوشیدنی ها را با گازکربنیک از فرآیند مخمر استفاده می کنند. در رابطه با آبجو، رایج ترین روش کربناته کردن از بازیافت گازکربنیک است.

گاز بی اثر:

گازکربنیک یکی از شایع ترین گازهای فشرده برای سیستمهای فشار پنوماتیک در ابزارها می باشد. دی اکسید کربن برای ایجاد خلا در جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرد. اگرچه در قوس جوشکاری، واکنش به اکسید کردن بیشتر فلزات واکنش نشان می دهد. دی اکسید کربن در درجه اول بعنوان یک گاز جوشکاری استفاده می شود زیرا بسیار ارزان تر از گازهای بی اثر مانند آرگون و هلیوم است.هنگامی که برای جوشکاریMIG استفاده می شود؛ گاهی اوقات از گازکربنیک به عنوان جوشکاری MAG برای فلز گاز فعال استفاده می شود زیرا میتواند در دماهای بالا واکنش نشان دهد. آن تمایل دارد که یک گودال گرم‌تر از فضای واقعی بی‌اثر تولید کند، و ویژگی‌های جریان را بهبود بخشد. با این حال، این ممکن است به دلیل واکنش‌های جوی که در محل گودال رخ می‌دهد، باشد. این معمولا نقطه مقابل اثر مورد نظر زمانی است که جوشکاری، همانطور که تمایل دارد محل را تمیز کند، اما ممکن است برای جوش فولاد نرم عمومی مشکلی نداشته باشد، که در آن نشت نهایی یک نگرانی بزرگ نیست.

کپسول آتش‌نشانی:

نام گازکربنیک برای آتشنشانی و خاموش کردن آتش را معمولا با نام دی اکسید کربن به کار می برند. دی اکسید کربن می‌تواند برای خاموش کردن شعله‌های آتش‌سوزی محیط اطراف شعله با گاز استفاده شود.  دی اکسید کربن به خودی خود واکنش نشان نمی‌دهد تا شعله را خاموش کند، اما شعله اکسیژن را با جابجایی آن کاهش می‌دهد. بعضی از خاموش‌کننده‌های آتش، به ویژه برای آتش‌سوزی‌های الکتریکی، از دی اکسید کربن مایع تحت فشار استفاده می کنند. خاموش‌کننده‌های دی اکسید کربن به خوبی در مایع‌های مایکروویو و الکتریکی قابل اشتعال کار می‌کنند، اما نه در آتش‌سوزی‌های قابل اشتعال، چرا که گرچه اکسیژن را حذف می‌کند، مواد سوزاننده را به‌طور قابل توجهی خنک نمی‌کند و زمانی که دی‌اکسید کربن پراکنده باشد، آن‌ها می‌توانند در معرض فضای اکسیژن باشند. مطلوبیت آن‌ها در آتش‌سوزی در واقع این است که، بر خلاف آب و سایر روش‌های شیمیایی، دی‌اکسید کربن موجب اتصال کوتاه نمی‌شود، که این امر باعث تخریب کمتر به تجهیزات، صدمه مالی و جانی می‌شود. این گاز دارای  حجم زیادی از هوا را بطور خودکار در اتاق‌های زیرزمینی را به خود اختصاص می دهد، جایی که ممکن است آتش به سریع ترین روش به آن نفوظ پیدا کند. استانداردهای بین‌المللی سازمان دریایی نیز سیستم‌های دی‌اکسید کربن را برای حفاظت در برابر نگهداری از کشتی‌ها و اتاق‌های موتور تشخیص می‌دهند. سیستم‌های حفاظت آتش‌سوزی مبتنی بر دی‌اکسید کربن به چندین مرگ منجر شده‌است، زیرا می‌تواند خفگی را در غلظت‌های بسیار بالا ایجاد کند. در بررسی سیستم‌های CO2 مشخص شده‌است که ۵۱ حادثه بین سال ۱۹۷۵ و تاریخ گزارش (۲۰۰۰)، باعث مرگ ۷۲ نفر و ۱۴۵ صدمه شد.

نقش در گرمایش زمین:

دی اکسید کربن

تولید گازهای گلخانه‌ای در۸ مقطع مختلف برای سال ۲۰۰۰ متوقف شده‌است

گاز گلخانه‌ای:

بخار آب، گازکربنیک ، متان و ازن مؤثرترین گازهای گلخانه‌ای هستند. با وجودی که نمی‌توان به‌طور دقیق مشخص کرد که سهم هر کدام از این گازها در اثر گلخانه‌ای زمین چقدر است اما بخار آب بین ۳۶٪ تا ۷۰٪، دی‌اکسید کربن بین ۹٪ تا ۲۶٪، متان بین ۴٪ تا ۹٪ و ازن حدود ۳٪ تا ۷٪ در فرایند اثر گلخانه‌ای زمین نقش بازی می‌کنند؛ یعنی به‌طور کلی کربن دی‌اکسید بین گازهای گلخانه‌ای ناشی از صنعت و کشاورزی بیشترین سهم را در خصوص پدیده گرمایش زمین دارد.

استفاده‌های پزشکی و دارویی:

در پزشکی، تا ۵٪ گازکربنیک (۱۳۰ بار غلظت جو) به اکسیژن برای تحریک تنفس پس از ایست موقتی تنفسی اضافه می‌شود و برای تثبیت تعادل در خون از O2 / CO2 کمک می‌گیرند. گازکربنیک می‌تواند با اکسیژن تا ۵۰٪ مخلوط شود، یک گاز قابل استنشاق ایجاد می‌شود؛ این به عنوان کاربوژن شناخته شده‌است و دارای انواع پزشکی و تحقیقاتی است.

کربن دی اکسید

دی اکسید کربن

دیگر نام‌ها:

کربن دی‌اکسید؛ گاز کربنیک؛ گاز اسید کربنیک؛ انیدرید کربنیک؛ یخ خشک (جامد)