פחמן דו-חמצני

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
פחמן רב-חמצני
Carbon-dioxide-2D-dimensions.svg
Carbon-dioxide-3D-vdW.svg
פרטים
שם סיסטמטי פחמן רב-חמצני
שמות נוספים קרח יבש (מוצק)
נוסחה כימית CO2
מסה מולקולרית g/mol‏ 44.0095
מראה אינו נראה (חסר צבע)
מספר CAS [124-38-9]
צפיפות g/cm3‏ 0.001977(גז) 1.562(מוצק)
מצב צבירה בטמפרטורת החדר גז (נפלט בתהליך הנשימה של בעלי החיים)
מסיסות 1.45 g/L
טמפרטורת היתוך -78 °C (195 K)
טמפרטורת רתיחה -57 °C (216 K)
חומציות 6.35 / 10.33 ‏pKa
דיאגרמת פאזות של פחמן דו-חמצני

פחמן דו-חמצני, נקרא גם דו תחמוצת הפחמן, CO2 בכתיב כימי, הוא גזטמפרטורת החדר) המהווה תרכובת של פחמן וחמצן. כל מולקולה של CO2 מורכבת מאטום פחמן (C) אחד ושני אטומי חמצן (O), הקשורים אליו בקשר קוולנטי כפול. זהו גז חסר צבע. מצב הצבירה המוצק של פחמן דו-חמצני קרוי קרח יבש, בזכות תכונת ההמראה המאפיינת אותו, כלומר מעבר ישיר ממצב מוצק למצב גז. שכיחותו באטמוספירה נמוכה - רק 0.038 אחוזים. CO2 הוא התחמוצת - תרכובת המכילה אטומי חמצן במצב מעורר ולכן בעלת חומציות - המצויה ביותר בעולם.

תכונות כימיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

מבנה המולקולה: O=C=O או (O::C::O). כל אחד מאטומי החמצן (שבמעטפתו החיצונית שישה אלקטרונים) קשור בקשר קוולנטי כפול לאטום הפחמן (שבמעטפתו החיצונית ארבעה אלקטרונים).

פחמן דו-חמצני נפוץ בטבע בשתי צורות:
א. כגז באטמוספירה, מתפקד כגז חממה.
ב. מומס במקווי מים.

טמפרטורת ההמראה של פחמן דו-חמצני בלחץ של 1 אטמוספירה היא 78.5- מעלות צלזיוס. בצורה נוזלית הוא יכול להתקיים רק בהינתן לחץ גבוה (מעל 5.19 אטמוספירות) ומעל טמפרטורה של 57- מעלות צלזיוס; עם עליית הטמפרטורה, עולה הלחץ הדרוש כדי שהחומר יישאר נוזלי, ולא יעבור לפאזה גזית (ירתח). ראו את דיאגרמת הפאזות בהמשך הערך לפרטים נוספים.

ביולוגיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הצמחייה והפוטוסינתזים האחרים (חלק מהחיידקים והפרוטיסטים) מטמיעים את הפחמן בתהליך הפוטוסינתזה ומרכיבים באמצעותו ובאמצעות מים גלוקוז שממנו מורכבות תרכובות אורגניות מורכבות (פחמימות, חלבונים ושומנים). אלו מהוות את מקור הפחמן העיקרי במזונם של בעלי החיים וצרכנים אחרים, והוא מועבר הלאה באמצעות שרשרת המזון.

בתהליך הנשימה חוזר חלק מהפחמן הדו-חמצני לאטמוספירה, כמות נוספת משתחררת מריקבון וחלק קטן נצבר בצורה של חומר אורגני או כמחצבים של פחם, נפט וגז טבעי.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הפחמן הדו-חמצני, שבעבר נקרא "דו-תחמוצת הפחמן", התגלה על ידי כימאי הפלמי יאן בפטיסט ואן הלמונט במאה ה-17. כאשר הכימאי שרף עץ בכלי סגור, הוא גילה כי מסת העשן הייתה קטנה בהרבה ממסת העץ ההתחלתית. הסברו לתופעה היה גז בלתי נראה הנפלט בנוסף לעשן. מאפייני הפחמן הדו-חמצני נחקרו באופן יסודי יותר בשנת 1750 על ידי הפיזיקאי הסקוטי ג'וזף בלאק. הוא גילה שכאשר מחממים אבן גיר עם חומצות, נוצר גז שהוא כינה "אוויר מתוקן". הוא שם לב שה"אוויר המתוקן" צפוף מאוויר רגיל, ולא ניתן לנשימה או יוצר להבה. כמו כן הוא גילה שכאשר מוכנס לתמיסה מימית של סיד נוצר משקע של סידן פחמתי. הוא השתמש בתופעה זו כהסבר לכך שפחמן דו-חמצני מיוצר על ידי נשימת בעלי חיים ותסיסת חיידקים. בשנת 1772 פרסם הכימאי האנגלי ג'וזף פריסטלי מאמר שכותרתו הייתה "הפריית מים עם אוויר מתוקן" שבו תואר טפטוף חומצה גופרתית על גיר כדי לייצר פחמן דו-חמצני ואילוץ הגז להתמוסס בקערת מים ולהתסיס אותם – כך הומצאו מי הסודה.

בשנת 1824 פתח הכימאי הצרפתי שארל תילוריה מיכל לחץ של פחמן דו-חמצני נוזלי וגילה שהאידוי המהיר של החומר הקפוא יצר "שלג" של CO2 מוצק הנקרא קרח יבש.

אפקט החממה[עריכת קוד מקור | עריכה]

במאתיים השנים האחרונות נעשה שימוש בתהליכים תעשייתיים רבים לשם הפקת אנרגיה (בעיקר שריפה של דלקים מאובנים), המשחררים כמויות גדולות של פחמן דו-חמצני לאטמוספירה (ביחד עם עוד מזהמים). ביחד עם הקטנת כמות הצמחייה על פני כדור הארץ, בעקבות בירוא יערות וגורמים נוספים, הופר המאזן הטבעי של הפחמן הדו-חמצני וכמותו באטמוספירה גדלה, עד כדי כך שהיום באטמוספירה כמותו גדולה פי 1.5 מהכמות שהייתה בה לפני מאתיים שנה. בשל היותו אחד מגזי החממה העיקריים, יש המשערים כי עליה זו היא הסיבה לתופעת ההתחממות העולמית.

שימוש מסחרי[עריכת קוד מקור | עריכה]

בניגוד לדעה רווחת הוספת הפחמן הדו-חמצני למשקאות תוססים כמו מיצים מוגזים ובירה שחורה לא נועדה לשמר אותם, בשל הכמות הקטנה שמוספת, אלא בשל הרצון לייצר טעם אטרקטיבי לחך. סימונו בתעשיית המזון: E290. בהובלת פחמן דו חמצני לתעשיית המשקאות, מסמנים אותו במספר או"ם 2187.

קיימים סוגים רבים של מטפים (מכשירי כיבוי שריפות), אותם ניתן לראות במקומות ציבוריים רבים. סוג אחד של המטפים מתיז פחמן דו-חמצני על החומר הבוער. הפחמן הדו-חמצני, שהוא גז כבד מהאוויר, מותז על החומר הבוער, עוטף אותו ובדרך זו לא מאפשר לחמצן שבאוויר להגיע אליו, ובאין חמצן הבעירה תיפסק.

פחמן דו-חמצני כגורם למוות[עריכת קוד מקור | עריכה]

פחמן דו-חמצני עלול לגרום מוות כתוצאה מחנק. כאשר אדם נחנק, הוא נפגע מחוסר חמצן. משקלו הסגולי של פחמן דו-חמצני גדול מזה של חמצן, ולכן הוא תופס את מקום החמצן במיוחד במקומות סגורים ונמוכים כמו מרתפים וחדרים אטומים. בחדרים אלו יש לדאוג להחלפה תכופה של האוויר, ולשמור על רמת נוכחות נמוכה של פחמן הדו-חמצני.

השפעה גאולוגית - תופעת קארסט[עריכת קוד מקור | עריכה]

תופעות קארסט - המסת סלע גירי ויצירת מערות, בולענים, נטיפים ותצורות סלע טרשיים, הן תוצאה מהמסת CO2 מהאוויר - בגשם, בטל ובמקורות מים עומדים או זורמים לאיטם. המים הופכים לחומציים, וגורמים להמסת הסלע הגירי, ולהופעת מגוון התצורות הגאולוגיות השייכות לתופעה זו. ישנן גם תופעות קארסטיות תת-ימיות הן במי תהום שתחת אגמים במי תהום תחת הימים והאוקיינוסים, ואפילו במי תהום קדומים. דו תחמוצת הפחמן וחומציות המים, במקרה זה, מקורם בבעלי החיים שחיו או חיים במקור המים - בעיקר פיטופלנקטון אך גם יצורים ימיים אחרים כולל דגים וסרטנים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]