وجود غاز ثاني أكسيد الكربون
تلوث الهواء بغاز ثاني أكسيد الكربون
تحضير الغاز في المختبر
تجفيف الغاز
خواص غاز ثاني أكسيد الكربون
الكشف عن الغاز
استخدامات غاز ثاني أكسيد الكربون
البناء الضوئي
تأثيرات الغاز على الانسان
آفاق علمية وتربوية – يتكون الغلاف الجوي للأرض من عدد كبير من المواد ذات مقادير ونسب محددة، فالغلاف الجوي يتكون من 78 % نيتروجين و21% اكسجين و 0.04% ثاني أكسيد الكربون، و0. % أرغون ، ونسب متفاوته من الهيليوم والنيون وبخار الماء وغيرها من الغازات، كما ويحتوي الغلاف الجوي على مواد صلبة كالغبار والكربون .
وغاز ثاني أكسيد الكربون CO2 الذي هو أحد مكونات الهواء الجوي ويوجد مختلطا في الهواء بنسب مختلفة حسب البيئة فتزداد نسبته في المدن والمناطق المزدحمة وفي جو المصانع كما تقل في جو الريف .
تلوث الهواء بغاز ثاني أكسيد الكربون
يعتبر غاز ثاني أكسيد الكربون من اهم ملوثات الغلاف الجوي للأرض، وهو ينتج من المصانع وعوادم المركبات ومحطات توليد الطاقة الكهربائية ومحارق النفايات وقد قدرت احدى الدراسات التي أجريت قبل 20 عاما كمية ثاني أكسيد الكربون التي اطلقت في الهواء الجوي بنحو 13 بليون طن، وهذه الكمية المهولة لها تأثيرات خطيرة على كوكب الأرض.
ويتسبب ارتفاع تركيز هذا الغاز في الغلاف الجوي الى ارتفاع درجة حرارة الأرض، وهذه الظاهرة تعرف بظاهرة الاحتباس الحراري، والتي تتسبب بارتفاع منسوب مياه البحار بسبب ذوبان الجليد في المناطق القطبية الشمالية والجنوبية للأرض.
هذا ويؤدي ارتفاع درجة حرارة الأرض الى انخفاض الإنتاج الزراعي في بعض مناطق العالم وتشجيع نمو الحشرات والأمراض ونشوب الحرائق في الغابات وغيرها من الأثار الضارة.
تحضير الغاز في المختبر :
يحضر بتفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع الرخام ( كربونات الكالسيوم ) في إناء زجاجي له فتحتان ولكل منها سدادة من المطاط وينفذ من إحداهما قمع تصل فوهة عنقه بالقرب من القاع ويستخدم لإنزال الحمض في الإناء ومن الأخرى تنفذ أنبوبة توصيل زجاجية لجمع الغاز بإزاحة الهواء إلى أعلى أو باحلاله محل الماء ، توضع قطع الرخام أولا في الزجاجة وتغطى بالماء لينغمر طرف القمع ثم يصب عليها الحمض حيث يتم التفاعل وفق المعادة التالية
CaCO3 + HCl = CaCl2 + CO2 + H2O
حمض هيدروكلوريك + رخام ( كربونات كالسيوم) = كلوريد كالسيوم + ماء + ثاني أكسيد الكربون .
تجفيف ثاني أكسيد الكربون
يجفف الغاز بإمراره على كلوريد الكالسيوم اللامائي أو في حمض الكبريتيك المركز ( لأنه غاز حمضي ) ولا تستخدم المجففات القلوية مثل ( البوتاسا الكاوية والصودا الكاوية والجير الحي ) لأنه يتفاعل معها.
خواص غاز ثاني أكسيد الكربون
أولا – الخواص الفيزيائية :
ثاني أكسيد الكربون غاز شفاف عديم اللون والرائحة ، حمضي الطعم ، أثقل من الهواء .
ثانيا – الخواص الكيميائية :
غاز ثاني أكسيد الكربون قليل الذوبان في الماء ، وينتج عن ذوبانه حمض الكربونيك الذي يحمر ورق عباد الشمس الأزرق .
وهو غاز لا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال ، ولكن الماغنسيوم المشتعل يظل مشتعلا في مخبار الغاز ويتكون أكسيد الماغنسيوم ، بينما يترسب الكربون الأسود على جدران المخبار لذلك يقال إن الكربون عامل مؤكسد وفق المعادلة التالية
2 Mg + CO2 -> 2 MgO + C
ماغنسيوم + ثاني أكسيد الكربون = أكسيد ماغنسيوم + كربون .
وإذا مرر الغاز لفترة قصيرة في ماء الجير ، تعكر ماء الجير لتكون كربونات الكالسيوم عديمة الذوبان في الماء :
ثاني أكسيد الكربون + ماء الجير ( هیدروکسید كالسيوم ) = كربونات كالسيوم + ماء .
أما إذا مرر الغاز لفترة طويلة في ماء الجير ، يزول التعكير نظرا لتكون ملح بيكربونات الكالسيوم الذي يذوب في الماء .
كربونات كالسيوم + ماء + ثاني أكسيد الكربون = بيكربونات كالسيوم .
الكشف عن غاز ثاني أكسيد الكربون :
يتم الكشف عن غاز ثاني أكسيد الكربون بتمريره في ماء الجير حيث يعكره لتكون كربونات الكالسيوم عديمة الذوبان في الماء ويزول هذا التعكر بإمرار زيادة من ثاني أكسيد الكربون لتكون بيكربونات كالسيوم ويعود التعكير إذا أضيف قليل من ماء الجير أو سخن المحلول .
استخدامات غاز ثاني أكسيد الكربون :
1 – وجوده في الهواء الجوي مهم للنباتات حيث تمتصه وبوجود الضوء ليكون منه المواد الكربوهيدراتية .
2- يستخدم في الصناعات الغذائية والنفطية.
3 – في صناعة أنواع من المياه الغازية بإذابته في الماء تحت ضغط شديد حيث يضاف ثاني أكسيد الكربون المسال الى الماء .
4 – يستخدم في صناعة :
(أ) كربونات الصوديوم المستعملة في صناعة الزجاج وفي الغسيل ( تسمى صودا الغسيل ).
(ب) وكذلك بيكربونات الصوديوم المستخدمة في الطب وفي مسحوق الخبز .
(ج) وبيكربونات الأمونيوم التي تضاف إلى عجينة البسكويت.
(د) والاسفیداج الذي يستخدم في عمل البوية.
(هـ) صناعة اليوريا التي تستخدم كسماد.
5 – يستخدم في إطفاء الحرائق بواسطة مضخة حريق عبارة عن أسطوانة كبيرة معدنية مملوءة بمحلول مركز من بيكربونات الصوديوم تعلوه فوق قارورة تحوي حمض الكبريتيك المركز مسدودة بسداد غير محكم . ولاستعمالها تقلب الأسطوانة أو تثقب فيسيل الحمض ويحدث تفاعل شديد يخرج على أثره المحلول مختلطا بالغاز بقوة اندفاع كبيرة .
6 – يصنع منه الثلج الجاف الذي يستخدم في حفظ الأطعمة بتجميدها.
7- يستخدم كمذيب في بعض العمليات الكيميائية.
حمض الكربونيك :
هو حمض ضعيف يتحلل بالحرارة وينتج عند إذابة ثاني أكسيد الكربون في الماء .
ثاني أكسيد كربون + ماء = حمض كربونيك .
البناء الضوئی
الأوراق الخضراء الحية ما هي إلا معمل كيماوي لصنع المواد الكربوهيدراتية من ماء التربة وثاني أكسيد الكربون الجوي في وجود الطاقة الضوئية التي تمتصها المادة الخضراء (الكلوروفيل) فالماء تمتصه الشعيرات الجذرية لجذور النبات بالانتشار الغشائی ثم ينتقل الماء إلى أوعية داخل النبات تسمى الخشب ويصعد بعد ذلك في الورقة.
وتمتص المادة الخضراء (الكلوروفيل) طاقة الشمس وتستخدمها في تفاعل ثاني أكسيد الكربون الجوي الذي دخل الورقة من ثغورها وماء التربة في تكوين المواد الكربوهيدراتية ( سكر ثم نشا ) و خروج غاز الأكسجين من الثغور .
ظروف تولد الغاز و دورته في الكون:
يتولد غاز ثاني أكسيد الكربون في ظروف كثيرة أهمها:
1- عند حراق الفحم ( الكربون ) أو المواد الكربونية ( مثل الشمع والزيت والخشب ) في تيار مطلق من الهواء أو في الأكسجين .
2- عند تسخين بعض المواد المعروفة باسم الكربونات مثل کربونات الكالسيوم .
3 – أثناء تخمر المحاليل السكرية بفعل بكتيريا التخمر .
4 – في عمليات التنفس التي يقوم بها الإنسان والحيوان والنبات ، ففي الإنسان يخرج ثاني أكسيد الكربون في هواء الزفير ويعتبر ذلك من العوامل المسببة لوجوده في الهواء الجوي .
هذا ويوجد غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي بنسبة تقرب من 0.04 % إلا أن هذه النسبة تزيد بالقرب من المصانع التي يحرق فيها الفحم بكثرة وبجوار أفران الجير وبالقرب من مصانع الكحول و تنقص نسبة الغاز في جو الريف عنها في المدن وذلك لوجود مساحات بها نباتات خضراء في جو الريف تقوم بعملية التمثيل الضوئي نهارا حيث تأخذ ثاني أكسيد الكربون وينطلق بدلا منه غاز الأكسجين إلى جانب انها تكون النشويات والسكريات، ولولا حدوث هذه العملية الكيميائية الهامة، لزادت نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة كبيرة وتعذرت الحياة على كوكب الأرض.
تأثير غاز ثاني أكسيد الكربون على الانسان
يعتبر هذا الغاز من الغازات غير السامة او المؤذي وذلك حسب النظام العالمي لتصنيف وترميز المواد الكيميائية، لكن ينبغي ان ندرك ان لهذا الغاز تأثيرات متفاوته على الانسان تبعا تركيزه في هواء التنفس، فعندما يكون غاز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 1 % فان بعض الأشخاص يشعرون بالنعاس وفقدان تدريجي للوعي، وعند ارتفاع هذه النسبة الى 10 % فانه يحدث اختناق ودوخة واضطرابات سمعية وبصرية.
ان غاز ثاني أكسيد الكربون اثقل من الهواء الجوي، وهذا يزيد من خطورته على الانسان عند التعرض له، وقد حددت الولايات المتحدة الأمريكية مثلا النسبة القصوى لهذا الغاز في الهواء 0.5 % أي 5000 جزء من المليون لمدة ثمان ساعات من التعرض، وأشارت التجارب التي أجريت على حيوانات المختبر والتي تعرضت لفترات طويلة لهذا الغاز الى حدوث تشوش في وظائف الدماغ لديها كما حدث على المدى الطويل اصابتها بهشاشة العظام وتكلس بالكلى.
