Углекислый газ ( химическая формула CO 2 ) представляет собой химическое соединение , происходящее в виде кислого бесцветного газа с плотностью примерно на 53% выше, чем у сухого воздуха. Молекулы углекислого газа состоят из атома углерода , ковалентно связанного двойной связью с двумя атомами кислорода . Он встречается в природе в атмосфере Земли в виде следового газа . Текущая концентрация составляет около 0,04% (412 частей на миллион ) по объему, что выше доиндустриального уровня в 280 частей на миллион. [9] [10] Природные источники включаютвулканов , лесных пожаров, горячих источников , гейзеров и освобождается от карбонатных пород путем растворения в воде и кислотах. Поскольку углекислый газ растворим в воде, он естественным образом встречается в подземных водах , реках и озерах , ледяных шапках , ледниках и морской воде . Он присутствует в месторождениях нефти и природного газа . Углекислый газ имеет резкий кислый запах и создает во рту вкус газированной воды [11] , но в обычных концентрациях он не имеет запаха.[1]
Как источник доступного углерода в углеродном цикле , атмосферный углекислый газ является основным источником углерода для жизни на Земле, и его концентрация в доиндустриальной атмосфере Земли с конца докембрия регулировалась фотосинтезирующими организмами и геологическими явлениями. Растения , водоросли и цианобактерии используют энергию солнечного света для синтеза углеводов из углекислого газа и воды в процессе, называемом фотосинтезом, при котором в качестве побочного продукта образуется кислород. [12] В свою очередь, кислород потребляется, а CO2 высвобождается в виде отходов всеми аэробными организмами , когда они метаболизируют органические соединения для производства энергии посредством дыхания . [13] Поскольку растениям требуется CO 2 для фотосинтеза, а люди и животные зависят от растений в качестве пищи, CO 2 необходим для выживания жизни на земле.
Он возвращается в воду через жабры рыб и в воздух через легкие наземных животных, дышащих воздухом, включая человека. Углекислый газ образуется в процессе разложения органических материалов и ферментации сахаров при производстве хлеба , пива и вина . Он производится путем сжигания древесины , торфа и других органических материалов и ископаемого топлива , таких как уголь , нефть и природный газ. Это нежелательный побочный продукт во многих крупномасштабных процессах окисления , например, при производстве акриловой кислоты .(более 5 млн т/год). [14] [15] [16]
Это универсальный промышленный материал, используемый, например, в качестве инертного газа в сварке и огнетушителях , в качестве нагнетающего газа в пневматических пушках и при добыче нефти, в качестве химического сырья и в качестве сверхкритического жидкого растворителя при декофеинизации кофе и сверхкритической сушке . . [17] Его добавляют в питьевую воду и газированные напитки, включая пиво и игристое вино , для придания шипучести . Замороженная твердая форма CO 2 , известная как сухой лед , используется в качестве хладагента и абразива при струйной очистке сухим льдом . Это сырье для синтеза топлива и химикатов. [18] [19][20] [21]
Углекислый газ является наиболее значительным долгоживущим парниковым газом в атмосфере Земли . После промышленной революции антропогенные выбросы — в первую очередь в результате использования ископаемого топлива и вырубки лесов — быстро увеличили его концентрацию в атмосфере, что привело к глобальному потеплению . Углекислый газ также вызывает закисление океана , поскольку он растворяется в воде с образованием угольной кислоты . [22]
Углекислый газ был первым газом, который был описан как дискретное вещество. Примерно в 1640 году [ 23] фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт заметил, что, когда он сжигал древесный уголь в закрытом сосуде, масса образовавшейся золы была намного меньше массы исходного древесного угля. Его интерпретация заключалась в том, что остальная часть древесного угля превратилась в невидимую субстанцию, которую он назвал «газом» или «диким духом» ( spiritus sylvestris ). [24]