이산화탄소

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이산화탄소
Structural formula of carbon dioxide with bond length
Ball-and-stick model of carbon dioxide
Space-filling model of carbon dioxide
이름
다른 이름들
  • 탄산가스
  • 탄산 무수물
  • 이산화탄소
  • 탄소(IV) 산화물
  • R-744 ( 냉매 )
  • R744(냉매 대체 철자법)
  • 드라이아이스 (고상)
식별자
3D 모델( JSmol )
3DMet
1900390
체비
화학물질
켐스파이더
ECHA 정보 카드 100.004.271 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 204-696-9
E 번호 E290 (방부제)
989
케그
망사 탄소+이산화탄소
RTECS 번호
  • FF6400000
UNII
유엔 번호 1013(기체), 1845(고체)
  • InChI=1S/CO2/c2-1-3 checkY
    Key: CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/CO2/c2-1-3
    Key: CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYAO
  • O=C=O
  • C(=O)=O
속성
C O 2
몰 질량 44.009g  ·mol -1
모습 무색 가스
냄새
  • 낮은 농도: 없음
  • 고농도: 날카로움; 산성 [1]
밀도
  • 1562  ㎏ / m 3 () 1 kPa의 ATM (100)에서 고체 및 -78.5 ° C (-109.3 ° F)
  • 1101  ㎏ / m (3) (액체의 포화 -37 ℃ (-35 ° F))
  • 이 1.977  kg / m 3 (1 kPa의 ATM (100)은 0에서 가스 ℃ (32 ° F))
임계점 ( T , P ) 304.128(15) K [2] (30.978(15) °C ),7.3773(30) MPa [3] (72.808(30) 기압 )
194.6855(30) 케이 (−78.4645(30) °C ) 에서1기압 (0.101 325  MPa로 )
 25°C(77°F), 100kPa(0.99atm)에서 1.45g /L
증기압 5.7292(30) MPa ,56.54(30) 기압 (20 °C (293.15K ))
산도 (p K a ) 6.35, 10.33
−20.5·10 −6  cm 3 /mol
열 전도성 0.01662  W·m −1 ·K −1 (300K(27°C, 80°F)) [4]
굴절률 ( n D )
 1.00045
점도
  • 25°C(298K)에서 14.90μPa·s [5]
  • 70  μPa ·은 -78.5 ℃ (194.7 K) ■
0  D
구조
삼각
선의
열화학
37.135  J/K·mol
214  J·mol -1 ·K -1
−393.5kJ  ·mol −1
약리학
V03AN02 ( WHO )
위험
안전 데이터 시트 참조: 데이터 페이지
Sigma-Aldrich
NFPA 704 (파이어 다이아몬드)
치사량 또는 농도(LD, LC):
LC Lo ( 최저 공개 )
 90,000ppm  (인간, 5  분) [7]
NIOSH (미국 건강 노출 제한):
PEL (허용)
 TWA 5000  PPM (9000  밀리그램 / m 3 ) [6]
REL (권장)
 TWA  5000ppm(9000mg  /m 3 ), ST  30,000ppm(54,000mg  /m 3 ) [6]
IDLH (즉각적인 위험)
 40,000  ppm의 [6]
관련 화합물
기타 음이온
기타 양이온
관련 화합물
추가 데이터 페이지
굴절률 ( n ),
유전율 (ε r ) 등
열역학
데이터
 상 거동
고체-액체-기체
UV , IR , NMR , MS
달리 명시되지 않는 한, 표준 상태 (25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다 .
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정보 상자 참조

이산화탄소 ( 화학식 CO 2 )는 건조한 공기보다 밀도가 약 53% 높은 산성 무색 기체 입니다. 이산화탄소 분자 는 두 개의 산소 원자에 공유 이중 결합된 탄소 원자로 구성됩니다 . 그것은 미량 기체 로 지구 대기 에서 자연적으로 발생합니다 . 현재의 농도는 0.04 % (412 관한  PPM 280 ppm이 산업화 수준에서 증가하는 데, 부피 기준). [10] [11] 천연 자원에는 화산 , 산불, 온천 , 간헐천 , 그리고 물과 산 에 용해 되어 탄산염 암석 에서 해방됩니다 . 이산화탄소는 물에 용해하기 때문에, 그것은에서 자연적으로 발생하는 지하수 , 하천 과 호수 , 만년설 , 빙하 및 해수 . 그것은 석유 와 천연 가스의 매장량에 존재 합니다. 이산화탄소는 날카롭고 신 냄새가 나며 입안에서 탄산수 맛을 낸다 . [12] 그러나,이 정상적인 농도는 무취이다. [1]

에서 사용할 수있는 탄소의 소스로 탄소 순환 , 대기 중 이산화탄소 의 주요 탄소 소스 지구상의 생명 늦은 년 이후 지구의 산업화 이전 대기 중 농도 선캄브리아 에 의해 규제 된 광합성 생물과 지질 학적 현상. 식물 , 조류 및 남세균 은 광합성 이라고 하는 과정에서 이산화탄소와 물로부터 탄수화물 을 합성하기 위해 햇빛의 에너지 를 사용 하여 폐기물로 산소를 생성합니다. [13]차례로, 모든 호기성 유기체 는 호흡에 의해 에너지를 생산하기 위해 유기 화합물 을 대사할 때 산소가 소비되고 CO 2 가 폐기물로 방출됩니다 . [14] 식물 CO 요구하기 때문에 이 광합성을 위해, 그리고 인간과 동물이 음식을 식물에 의존, CO 2는 지구상의 생명체의 생존을 위해 필요하다.

그것은 물고기 의 아가미를 통해 물로 돌아가고 인간을 포함한 공기 호흡 육상 동물의 폐를 통해 공기 로 돌아갑니다 . 이산화탄소는 빵 , 맥주 , 포도주 양조 시 유기물 이 부패 하고 당 이 발효 되는 과정에서 발생합니다. 그것은 목재 , 이탄 및 기타 유기 물질과 석탄 , 석유 및 천연 가스 와 같은 화석 연료의 연소에 의해 생성됩니다 . 그것은 많은 대규모 산화 공정 에서 원치 않는 부산물 입니다.아크릴산 (연간 5백만 톤 이상). [15] [16] [17]

예를 들어 용접 및 소화기 의 불활성 가스 , 에어건 및 오일 회수의 가압 가스, 화학 공급 원료 및 커피의 카페인 제거 및 초임계 건조 의 초임계 유체 용매로 사용되는 다목적 산업 재료 입니다. . [18] 그것은 물 마시는에 추가 탄산 음료 맥주 등 스파클링 와인 추가 비등을 . 드라이 아이스 로 알려진 동결된 고체 형태의 CO 2 는 드라이 아이스 블라스팅 에서 냉매 및 연마제로 사용됩니다 . 연료 및 화학 물질의 합성을 위한 공급원료입니다. [19] [20][21] [22]

이산화탄소는 지구 대기 에서 가장 오래 지속되는 온실 가스 입니다 . 산업 혁명 이후 주로 화석 연료의 사용과 삼림 벌채로 인한 인위적 배출 은 대기 중 농도를 급격히 증가시켜 지구 온난화 를 초래했습니다 . 이산화탄소는 또한 물에 용해되어 탄산 을 형성하기 때문에 해양 산성화를 유발 합니다. [23]

역사

드라이아이스 의 결정구조

이산화탄소는 이산 물질로 기술된 최초의 기체였습니다. 약 1640, [24] 플란더스 화학자 얀 밥티스타 판 헬 몬트는 그가 레코딩 때 관찰 된 숯을 밀폐 용기 내에서, 생성 된 질량 재가 훨씬 원래 숯보다이었다. 그의 해석은 나머지 숯이 그가 "가스" 또는 "야생 령 "( spiritus sylvestris ) 이라고 부르는 보이지 않는 물질로 변환되었다는 것 입니다. [25]

이산화탄소의 성질은 1750년대 스코틀랜드 의사 Joseph Black에 의해 더 연구되었습니다 . 그는 석회석 ( 탄산칼슘 )을 가열하거나 산 으로 처리하여 "고정 공기"라고 부르는 가스를 생성 할 수 있음을 발견했습니다 . 그는 고정된 공기가 공기보다 밀도가 높고 화염이나 동물의 삶을 지탱하지 못한다는 것을 관찰했습니다. Black은 또한 석회수 ( 수산화칼슘 의 포화 수용액)를 통해 거품을 일으키면 탄산칼슘 을 침전 시킨다는 것을 발견했습니다 . 그는 이 현상을 사용하여 이산화탄소가 동물의 호흡과 미생물 발효에 의해 생성된다는 것을 설명했습니다. 1772년 영국의 화학자Joseph Priestley 는 Impregnating Water with Fixed Air 라는 제목의 논문을 발표했는데, 여기서 그는 이산화탄소를 생성하기 위해 분필에 황산 (또는 Priestley가 알고 있는 vitriol 오일)을 떨어 뜨리고 그릇을 휘저어서 가스를 강제로 용해시키는 과정을 설명했습니다. 가스와 접촉하는 물. [26]

이산화탄소는 1823년 Humphry Davy 와 Michael Faraday에 의해 고압에서 액화되었습니다 . [27] 고체 이산화탄소( 드라이아이스 )에 대한 가장 초기의 설명은 프랑스 발명가인 Adrien-Jean-Pierre Thilorier 가 1835년에 액체 이산화탄소의 가압 용기를 열 었는데 , 빠른 증발에 의해 냉각이 발생한다는 사실을 발견했습니다. 액체의 "눈"은 고체 CO 2 를 생성했습니다 . [28] [29]

화학적 및 물리적 특성

구조, 결합 및 분자 진동

이산화탄소 분자 의 대칭 은 평형 기하학에서 선형이고 중심 대칭 입니다 . 길이 의 탄소 - 산소 결합 이산화탄소가 116.3 인  오후 띄게 전형적인 하나의 C-O 결합의 거의 140 오후 길이보다 짧고, 대부분의 다른 C-O 다중 결합보다 짧고, 관능기 등의 카르 보닐 . [30] 은 중심 대칭이기 때문에, 분자는 전혀 없다 전기 쌍극자 모멘트 .

CO 2 이산화탄소 분자 의 신축 및 굽힘 진동 . 왼쪽 위: 대칭 스트레칭. 오른쪽 위: 비대칭 스트레칭. 하단 라인: 한 쌍의 굽힘 모드를 퇴화합니다.

선형 삼원자 분자로서 CO 2 는 다이어그램과 같이 4가지 진동 모드 를 가지고 있습니다 . 대칭 및 비대칭 신축 모드에서 원자는 분자 축을 따라 이동합니다. 두 개의 굽힘 모드가 있습니다 타락한 그들이 때문에의, 동일한 주파수와 같은 에너지를 가지고 있다는 것을 의미 대칭 분자의가. 분자가 표면에 닿거나 다른 분자에 닿을 때 두 모드의 상호 작용이 다르기 때문에 두 굽힘 모드의 주파수가 다를 수 있습니다. 일부 진동 모드는 적외선(IR) 스펙트럼 에서 관찰 됩니다. 파수 2349 cm -1 에서 비대칭 신축 모드(파장 4.25 μm) 및 667 cm -1 (파장 15 μm) 에서 굽힘 모드의 퇴화 쌍 . 대칭 스트레칭 모드는 전기 쌍극자를 생성하지 않으므로 IR 분광법에서는 관찰되지 않지만 1388 cm -1 (파장 7.2 μm) 에서 라만 분광법으로 감지됩니다 . [31]

기체 상태에서 이산화탄소 분자는 상당한 진동 운동을 겪으며 고정된 구조를 유지하지 않습니다. 그러나 쿨롱 폭발 영상(CEI) 실험( 쿨롱 폭발 § 쿨롱 폭발 영상 참조 )에서는 분자 구조의 즉각적인 영상을 추론할 수 있습니다. 이러한 실험 [32] 은 이산화탄소에 대해 수행되었습니다. 이 실험의 결과와 분자의 초기 위치 에너지 표면 에 기초한 이론적 계산 [33] 의 결론은 기체 상태의 분자 중 어느 것도 정확히 선형이 아니라는 것입니다.

수용액에서

이산화탄소는 물 에 용해 되어 가역적으로 H를 형성합니다.
2CO
삼( 탄산 ), 이는 물에서 이온화가 불완전하기 때문에 약산 입니다.

CO
2+ H
2오 ⇌ H
2CO
삼

탄산 의 수화평형상수 는(25 °C에서). 따라서 대부분의 이산화탄소는 탄산으로 전환되지 않고 CO 2 분자 로 남아 pH에 영향을 미치지 않습니다.

CO 의 상대 농도
2, 시간
2CO
삼, 그리고 탈양자 는 HCO를 형성한다-
3( 중탄산염 ) 및 CO2−
3( 탄산염 ) pH 에 따라 다릅니다 . Bjerrum 플롯 에서 볼 수 있듯이 중성 또는 약알칼리성 물(pH > 6.5)에서 중탄산염 형태가 우세(>50%)하여 해수의 pH에서 가장 널리 퍼집니다(>95%). 매우 알칼리성인 물(pH > 10.4)에서 주된 형태(>50%)는 탄산염입니다. 일반적인 pH = 8.2–8.5의 약알칼리성인 바다에는 리터당 약 120mg의 중탄산염이 포함되어 있습니다.

된다는 diprotic , 탄산은 두 갖는 산해리 상수 , 중탄산염 (또한 탄산 수소) 이온으로 해리를위한 첫번째 (HCO 3 - )

H 2 CO 3 ⇌ HCO 3 − + H +
케이 a1 =2.5 × 10 -4  mol/L ; p K a1 = 25°C에서 3.6 [30]

이것은 다음과 같이 정의되는 진정한 첫 번째 산 해리 상수입니다., 여기서 분모는 공유 결합된 H 2 CO 3 만 포함하고 수화된 CO 2 (aq) 는 포함하지 않습니다 . 훨씬 작고 자주 인용되는 값은4.16 × 10 -7 은 모든 용존 CO 2 가 탄산으로 존재 한다는 (잘못된) 가정에서 계산된 겉보기 값 이므로. 대부분의 용해된 CO 2 는 CO 2 분자 로 남아 있기 때문에 K a1 (겉보기)은 실제 K a1 보다 훨씬 더 큰 분모와 훨씬 작은 값을 갖습니다 . [34]

중탄산 이온은 인 양쪽 성 용액의 pH에 따라 산 또는 염기로서 작용할 수 종. 높은 pH 에서는 탄산염 이온(CO 3 2- ) 으로 크게 해리됩니다 .

HCO 3 − ⇌ CO 3 2− + H +
케이 a2 =4.69 × 10 -11  mol/L ; p K a2 = 10.329

유기체에서 탄산 생성은 효소 인 탄산 탈수 효소에 의해 촉매됩니다 .

CO 2 의 화학 반응

CO 2 는 벤즈알데히드 또는 강한 α,β-불포화 카르보닐 화합물에 필적하는 친전자성 반응성을 갖는 강력한 친전자체 입니다. 그러나 반응성이 유사한 친전자체와 달리 친핵체와 CO 2 의 반응 은 열역학적으로 덜 선호되며 종종 가역성이 높은 것으로 밝혀졌습니다. [35] 매우 강한 친핵체 등 카보 음이온 에 의해 제공 냐드 시약 및 유기 리튬 화합물을 CO와 반응하여 2 수득 카르 복실 레이트 :

MR + CO 2 → RCO 2 M
여기서 M은 Li 또는 Mg Br 이고 R은 알킬 또는 아릴 입니다.

에서는 금속 이산화탄소 착체 , CO 2는 A와 작용 리간드 CO의 변환을 용이하게 할 수있다, (2) 다른 화학 물질에있다. [36]

CO 2 를 CO로 환원시키는 것은 일반적으로 어렵고 느린 반응입니다.

CO 2 + 2 e - + 2H + → CO + H 2 O

광독립영양생물 (즉, 식물 및 남세균 )은 햇빛에 포함된 에너지를 사용 하여 공기와 물에서 흡수된 CO 2 로부터 단순당 을 광합성 합니다 .

n CO 2 + n H
2오 → (CH
2영형)
N+ n 개의 O
2

pH 7 근처에서 이 반응 의 산화환원 전위 는 표준 수소 전극에 비해 약 -0.53V 입니다. 니켈 함유 효소 일산화탄소 탈수소 효소가 이 과정을 촉매합니다. [37]

물리적 특성

고체 이산화탄소의 일반적인 형태인 "드라이아이스" 펠렛

이산화탄소는 무색입니다. 낮은 농도에서 가스는 무취입니다. 그러나 충분히 높은 농도에서는 날카로운 산성 냄새가납니다. [1] 에서 표준 온도 및 압력 , 이산화탄소의 농도는 약 1.98 kg / m 인 (3) , 즉 약 1.53 배 공기 . [38]

이산화탄소는 아래의 압력에서 액체 상태가 아닙니다 0.517 95 (10) MPa [39] (5.111 77 (99) 기압 ). 1 기압 (0.101 325  MPa ), 가스 는 다음 온도에서 고체에 직접 침전 됩니다.194.6855(30) K [40] (−78.4645(30) °C ) 고체 는 이 온도 이상의 기체로 직접 승화 합니다. 고체 상태의 이산화탄소는 일반적으로 드라이아이스 라고 합니다.

이산화탄소의 압력-온도 위상 다이어그램 . 로그 린 차트입니다.

액체 이산화탄소 는 위의 압력 에서만 형성됩니다.0.517 95 (10) MPa [41] (5.111 77 (99) 기압 ); 이산화탄소 의 삼중점 은216.592(3) K [42] (−56.558(3) °C ) 에서0.517 95 (10) MPa [43] (5.111 77 (99) atm ) (위상 다이어그램 참조). 중요한 점은 있다304.128(15) K [44] (30.978(15) °C ) 에서7.3773(30) MPa [45] (72.808(30) 기압 ). 고압에서 관찰되는 고체 이산화탄소의 또 다른 형태는 무정형 유리 같은 고체입니다. [46] 카보니아 라고 불리는 이 형태의 유리 는 다이아몬드 모루 에서 가열된 CO 2 를 극압(40–48 GPa 또는 약 400,000 기압) 으로 과냉각 하여 생성됩니다 . 이 발견은 이산화탄소가 실리콘 ( 규소 유리 ) 및 이산화 게르마늄 과 같은 원소 계열의 다른 구성원과 유사한 유리 상태로 존재할 수 있다는 이론을 확인했습니다. 그러나 실리카 및 게르마니아 유리와 달리 카보니아 유리는 상압에서 안정하지 않고 압력이 해제되면 기체로 되돌아갑니다.

A와 온도 임계점 이상의 압력 이산화탄소 거동한다에서 초 임계 유체 로 알려진 초 임계 이산화탄소 .

격리 및 생산

이산화탄소는 공기에서 증류 하여 얻을 수 있지만 이 방법은 비효율적입니다. 산업적으로, 이산화탄소는 다양한 규모에서 실행될 수 있는 여러 방법에 의해 생성되는 주로 회수되지 않은 폐기물입니다. [47]

메탄 ( 천연가스 ), 석유 증류물( 가솔린 , 디젤 , 등유 , 프로판 ), 석탄, 목재 및 일반 유기물과 같은 모든 탄소 기반 연료 의 연소 는 이산화탄소를 생성하며 순수한 탄소의 경우를 제외하고 물 . 예를 들어, 메탄과 산소 사이의 화학 반응은 다음과 같습니다.

채널
4+ 2 오
2→ CO
22 + H
2영형

석회석 CaCO를 열분해하여 생성
삼약 850°C(1,560°F)에서 가열( 하소 )하여 산업적으로 많이 사용되는 화합물 인 생석회 ( 산화칼슘 , CaO ) 제조:

CaCO
삼→ CaO + CO
2

철 과의 산화물로부터 감소 코크스 A의 고로 생산, 돼지 철 과 이산화탄소를 : [48]

이산화탄소는 암모니아 생산 에서 수증기 개질 과 수성 가스 전환 반응 에 의한 수소의 산업적 생산의 부산물입니다 . 이러한 공정은 물과 천연 가스(주로 메탄)의 반응으로 시작됩니다. [49] 이의 탄화에 사용되는 식품 등급의 이산화탄소의 주요 소스 맥주 와 청량 음료 와도 같은 멋진 동물에 사용되는 가금류 . 2018년 여름 유지 보수를 위해 여러 암모니아 공장이 일시적으로 폐쇄되면서 유럽에서 이러한 목적을 위한 이산화탄소 부족이 발생했습니다. [50]

산은 대부분의 금속 탄산염에서 CO 2 를 방출 합니다. 결과적 으로 석회암 이나 백운석 에 산성화된 물의 작용에 의해 생성되는 천연 이산화탄소 샘 에서 직접 얻을 수 있습니다 . 염산 과 탄산칼슘(석회석 또는 백악) 의 반응 은 다음과 같습니다.

CaCO
삼+ 2 HCl → CaCl
2+ H
2CO
삼

탄산 ( H
2CO
삼) 그런 다음 물과 CO 2 로 분해됩니다 .

시간
2CO
삼→ CO
2+ H
2영형

이러한 반응은 가스가 방출될 때 거품이 생기거나 기포가 발생하거나 둘 다 동반됩니다. 그들은 폐산 스트림을 중화하는 데 사용할 수 있기 때문에 산업계에서 널리 사용됩니다.

이산화탄소의 부산물이다 발효 의 설탕 에서 양조 의 맥주 , 위스키 등 알코올 음료 와의 생산에 바이오 에탄올 . 효모는 설탕 을 대사 하여 다음과 같이 CO 2 와 알코올이라고도 하는 에탄올 을 생성 합니다.

씨
6시간
12영형
6→ 2 CO
2+ 2C
2시간
5오

모든 호기성 생물 CO 생산 2 가 산화 할 때 탄수화물 , 지방산 , 단백질을. 관련된 많은 수의 반응은 매우 복잡하고 쉽게 설명되지 않습니다. ( 세포 호흡 , 혐기성 호흡 및 광합성 ) 참조. 포도당 및 기타 단당류 의 호흡 방정식은 다음과 같습니다.

씨
6시간
12영형
6+ 6 오
2→ 6 CO
2+ 6 H
2영형

혐기성 유기체 는 미량의 다른 화합물과 함께 메탄 및 이산화탄소를 생성하는 유기 물질을 분해합니다. [51] 에 관계없이 유기 재료의 종류, 가스의 생산은 잘 정의 다음과 운동 패턴 . 이산화탄소는 매립지(" 매립지 가스 " 라고 함)의 분해로 인해 발생하는 가스의 약 40-45%를 구성합니다 . 나머지 50~55%의 대부분은 메탄입니다. [52]

애플리케이션

이산화탄소는 식품 산업, 석유 산업 및 화학 산업에서 사용됩니다. [47] 화합물은 상업적 사용하지만 화학 물질은 탄산 음료의 생산에서와 같이 가장 큰 용도를 다양 갖는다 소다수, 맥주, 스파클링 와인과 같은 탄산 음료에 반짝임을 제공합니다.

화학물질의 전구체

화학 산업에서 이산화탄소는 주로 요소 생산의 성분으로 소비되며 더 작은 부분은 메탄올 및 기타 다양한 제품 을 생산하는 데 사용됩니다 . [53] 과 같은 일부 카복실산 유도체, 살리실산 나트륨은 CO 사용하여 제조되는 2 의해 콜베 - 슈미트 반응 . [54]

화학 생산을 위해 CO 2 를 사용하는 기존 공정 외에도 전기화학적 방법도 연구 수준에서 탐구되고 있습니다. 특히, CO 2 (메탄올과 같은) 연료 생산을 위한 재생 에너지의 사용은 기존 연소 기술 내에서 쉽게 운반 및 사용할 수 있지만 순 CO 2 배출 이 없는 연료를 생성할 수 있기 때문에 매력적 입니다. [55]

농업

식물이 광합성 을 하려면 이산화탄소가 필요합니다 . 온실의 대기는 식물 성장 속도를 유지하고 증가시키기 위해 추가적인 CO 2 로 농축될 수 있습니다(크기가 크면 반드시 그래야 함) . [56] [57] 매우 높은 농도(대기 농도의 100배 이상)에서 이산화탄소는 동물에게 유독할 수 있으므로 몇 시간 동안 농도를 10,000ppm(1%) 이상으로 높이면 다음과 같은 해충을 제거할 수 있습니다. 온실에 있는 흰 파리 와 거미 진드기 . [58]

식품

청량 음료에 이산화탄소 거품.

이산화탄소는 식품 산업에서 추진제 및 산도 조절제로 사용되는 식품 첨가물 입니다. EU [59] ( E 번호 E290으로 표시), 미국 [60] , 호주 및 뉴질랜드 [61] ( INS 번호 290으로 표시) 에서 사용이 승인되었습니다 .

라는 캔디 팝 록스 이산화탄소 가스로 가압한다 [62] 4000에 대한  kPa로 (40  바 580  PSI ). 입에 넣으면 (다른 하드 캔디와 마찬가지로) 녹고 팝 소리와 함께 기포를 방출합니다.

발효제는 이산화탄소를 발생시켜 반죽을 부풀게 합니다. [63] 빵 효모는 , 반죽 내의 당류 발효에 의해 이산화탄소를 발생하면서 같은 화학 leaveners 베이킹 파우더 와 소다 베이킹 가열 될 때 또는 노출되면 방출 이산화탄소 류 .

음료수

이산화탄소는 탄산 청량 음료 와 소다수 를 생산하는 데 사용됩니다 . 전통적으로 맥주와 스파클링 와인의 탄산은 자연발효를 통해 이루어졌지만, 많은 제조사들이 이러한 음료를 발효 과정에서 회수한 이산화탄소로 탄산염을 냅니다. 병에 든 맥주와 통에 든 맥주의 경우 가장 일반적으로 사용되는 방법은 재활용 이산화탄소를 사용한 탄산화입니다. 브리티시 리얼 에일을 제외하고 생맥주는 보통 냉장실이나 지하실에 있는 통에서 가압된 이산화탄소(때로는 질소와 혼합됨)를 사용하여 바의 디스펜싱 탭으로 옮겨집니다.

소다수의 맛(및 기타 탄산 음료의 관련 맛 감각)은 가스의 터지는 거품이 아니라 용해된 이산화탄소의 효과입니다. 탄산 탈수 효소는 4 로 변환을 탄산 (A)에 선행 콤 맛, 또한 용존 이산화탄소는 유도 체성 응답. [64]

포도주 양조법

수확 후 포도를 보존하기 위해 사용하는 드라이아이스.

드라이아이스 형태의 이산화탄소는 포도주 양조 시 냉수 담그기 단계에서 야생 효모에 의한 자연 발효 를 방지하기 위해 수확 후 포도 송이를 빠르게 식히는 데 자주 사용됩니다 . 물 얼음을 드라이 아이스를 사용하여의 주요 장점은 줄일 수있는 추가 물을 추가하지 않고 포도를 냉각이다 설탕 의 농도를 포도해야합니다 , 따라서 알코올 완성 된 와인의 농도를. 이산화탄소는 또한 보졸레 를 생산하는 데 사용되는 공정인 탄산 침용을 위한 저산소 환경을 만드는 데 사용됩니다. 와인.

이산화탄소는 산화를 방지하기 위해 와인 병이나 배럴과 같은 다른 저장 용기 를 채우는 데 때때로 사용 되지만 와인에 용해되어 이전에 정지된 와인을 약간 거품이 일게 만드는 문제가 있습니다. 이러한 이유로 전문 와인 메이커는 질소 또는 아르곤 과 같은 다른 가스 를 이 공정에 선호합니다.

멋진 동물들

이산화탄소는 종종 도살 전에 동물을 "기절"시키는 데 사용됩니다. [65] "놀라운"은 동물이 즉시 기절하지 않고 고통을 겪을 수 있으므로 잘못된 이름일 수 있습니다. [66] [67]

불활성 가스

이산화탄소는 휴대용 압력 도구의 공압(가압 가스) 시스템에 가장 일반적으로 사용되는 압축 가스 중 하나입니다. 이산화탄소는 또한 용접 분위기로 사용 되지만 용접 아크에서는 대부분의 금속 을 산화 시키기 위해 반응합니다 . 이산화탄소로 만든 용접부가 불활성 분위기에서 만든 용접부 보다 더 부서지기 쉽다 는 중요한 증거에도 불구하고 자동차 산업에서 사용하는 것이 일반적 입니다. [ 인용 필요 ] MIG 용접에 사용할 때 CO 2 사용은 때때로 MAG 용접, Metal Active Gas의 경우 CO 2 사용이러한 고온에서 반응할 수 있습니다. 이는 진정한 불활성 대기보다 더 뜨거운 웅덩이를 생성하는 경향이 있어 흐름 특성을 개선합니다. 그러나 이것은 웅덩이 사이트에서 발생하는 대기 반응 때문일 수 있습니다. 이것은 일반적으로 용접할 때 원하는 효과와 반대인데, 이는 사이트를 취화시키는 경향이 있기 때문이지만 궁극적인 연성이 주요 관심사가 아닌 일반 연강 용접에서는 문제가 되지 않을 수 있습니다.

이산화탄소는 저렴하고, 불연성이기 때문에 가스를 가압 필요로하는 많은 가전 제품에 사용되며, 약 60의 달성 가능한 압력으로 상온에서 액체 가스에서 상전이 때문되는  바 (870  PSI 59  기압 ), 허용 주어진 용기에 담기에는 그렇지 않은 것보다 훨씬 더 많은 이산화탄소가 들어 있습니다. 구명조끼에는 종종 빠른 팽창을 위해 압축된 이산화탄소 용기가 들어 있습니다. CO 2 알루미늄 캡슐은 공기총 , 페인트볼 마커/총, 자전거 타이어 공기 주입 및 탄산수 제조용 압축 가스 공급으로도 판매됩니다.. 고농도의 이산화탄소는 해충을 죽이는 데에도 사용할 수 있습니다. 액체 이산화탄소는 일부 식품 및 기술 재료의 초임계 건조 , 주사 전자 현미경 검사 용 표본 준비 [68] 및 커피 콩 의 카페인 제거 에 사용 됩니다.

소화기

CO 2 소화기 사용.

이산화탄소는 화염 주변 환경을 가스로 범람시켜 화염을 진압하는 데 사용할 수 있습니다. 자체적으로 반응하여 화염을 끄는 것이 아니라 대체하여 산소 화염을 굶주리게 합니다. 일부 소화기 , 특히 전기 화재 용으로 설계된 소화기 는 압력을 받는 액체 이산화탄소를 포함합니다. 이산화탄소 소화기는 작은 인화성 액체 및 전기 화재에는 잘 작동하지만 일반 가연성 화재에는 잘 작동하지 않습니다. 왜냐하면 연소 물질을 크게 냉각시키지 않고 이산화탄소가 분산되면 대기 산소 에 노출되면 화재를 일으킬 수 있기 때문 입니다. 주로 서버실에서 사용됩니다. [69]

이산화탄소는 또한 특정 위험의 국부적 적용 및 보호된 공간의 전체 범람을 위한 고정식 화재 보호 시스템의 소화제로 널리 사용되었습니다. [70] 국제해사기구(International Maritime Organization) 표준은 선창 및 기관실의 화재 방지를 위한 이산화탄소 시스템을 인정합니다. 이산화탄소 기반 화재 방지 시스템은 충분히 높은 농도에서 질식을 유발할 수 있기 때문에 여러 사망과 관련이 있습니다. CO 2 시스템을 검토한 결과 1975년부터 보고서 작성일(2000년) 사이에 51건의 사고가 발생하여 72명이 사망하고 145명이 부상을 입었습니다. [71]

용매로서의 초임계 CO 2

액체 이산화탄소는 많은 친유성 유기 화합물에 대한 좋은 용매 이며 커피 에서 카페인 을 제거하는 데 사용됩니다 . [18] 이산화탄소는 유기염화물 과 같은 보다 전통적인 용매에 대한 독성이 덜한 대안으로 제약 및 기타 화학 가공 산업 에서 주목을 받았습니다 . 이러한 이유로 일부 세탁소 에서도 사용합니다 ( 녹색 화학 참조 ). 초임계 이산화탄소의 특성 때문에 일부 에어로겔 의 제조에 사용됩니다 .

의료 및 약리학적 용도

의약품에있어서, 5 % 이산화탄소에서 (130 시간 대기 농도)에 첨가 산소 호흡 자극 후 무호흡 및 안정화 O를
2/CO
2 혈액의 균형.

이산화탄소는 최대 50%의 산소와 혼합되어 흡입 가능한 가스를 형성할 수 있습니다. 이것은 Carbogen 으로 알려져 있으며 다양한 의료 및 연구 용도로 사용됩니다.

또 다른 의학적 용도는 치료 목적으로 화산 후 배출된 이산화탄소를 사용하는 건식 스파인 모페트(mofette )입니다.

에너지

화석연료 회수

이산화탄소는 일반적으로 초임계 조건 에서 오일과 혼합 될 때 유정 생산에 또는 인접하여 주입되는 오일 회수 향상에 사용됩니다 . 이 접근 방식은 1차 추출에 추가로 잔여 오일 포화도를 7%에서 23%까지 감소시켜 원래 오일 회수를 증가시킬 수 있습니다 . [72] 은 가압 제 및 지하에 용해시 모두로서 작용 원유 유의 점도를 감소시키고, 오일 있도록 변경 표면 화학 잘 제거에 저장조를 통해 더 빠르게 흐르도록. [73] 성숙한 유전에서는 광범위한 파이프 네트워크가 이산화탄소를 주입 지점으로 운반하는 데 사용됩니다.

에서는 향상된 탄층 메탄 회수 주로 물의 제거에 의존하는 현재의 방법과 반대로, 이산화탄소, 변위 메탄에 탄층로 펌핑 될 석탄층가 갇힌 메탄을 방출하도록 (압력을 감소시키기 위해). [74]

연료로의 바이오 변환

발전에서 나오는 CO 2 는 연못으로 거품이 일게 하여 조류의 성장을 자극한 다음 바이오디젤 연료 로 전환될 수 있다고 제안되었습니다 . [75] 의 균주 cyanobacterium 인 Synechococcus의 elongatus는 유전 연료를 생산하도록 설계되었다 이소부 및 이소 부탄올 CO에서 2 광합성을 사용. [76]

냉각제

이산화탄소(빨간색)와 물(파란색)의 압력-온도 위상 다이어그램을 1기압에서 상전이 지점이 있는 로그 린 차트로 비교

액체 및 고체 이산화탄소는 아이스크림 및 기타 냉동 식품의 운송 및 저장 중에 사용되는 식품 산업에서 특히 중요한 냉매 입니다. 고체 이산화탄소는 "드라이아이스"라고 불리며 냉장 장비가 실용적이지 않은 소규모 선적에 사용됩니다. 고체 이산화탄소는 공기 온도에 관계없이 항상 일반 대기압에서 -78.5°C(-109.3°F) 미만입니다.

액체 이산화탄소 (산업 명명법 R744 또는 R744)를 사용하는 종래 냉매로서 사용 하였다 [ 인용문 필요 ] 의 디클로로 디 플루오로 메탄 (R12하는 클로로 플루오로 카본 (CFC)의 화합물). CO 2 는 CFC의 주요 대체물 중 하나인 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 ( R134a , 수소불화 탄소 (HFC) 화합물) 이 CO 2 보다 기후 변화에 더 많이 기여하기 때문에 르네상스를 누릴 수 있습니다 . CO 2물리적 특성은 체적 냉각 용량이 커서 냉각, 냉장 및 난방 목적에 매우 유리합니다. 최대 130bar(1,900psi, 13,000kPa)의 압력에서 작동해야 하기 때문에 CO 2 시스템은 많은 부문에서 대량 생산을 위해 이미 개발된 기계적 저항성이 높은 저장소 및 구성 요소를 필요로 합니다. 자동차 에어컨에서 위도 50° 이상의 모든 운전 조건의 90% 이상에서 CO 2 (R744)는 HFC(예: R134a)를 사용하는 시스템보다 더 효율적으로 작동합니다. 환경적 이점( GWP1의 비 오존 파괴, 무독성, 불연성)은 자동차, 슈퍼마켓 및 열 펌프 온수기에서 현재 HFC를 대체하는 미래 작동 유체가 될 수 있습니다. Coca-Cola 는 CO 2 기반 음료수 냉각기를 배치 했으며 미 육군 은 CO 2 냉장 및 난방 기술에 관심이 있습니다. [77] [78]

사소한 사용

이산화탄소 레이저 .

이산화탄소는 레이저 의 가장 초기 유형 중 하나인 이산화탄소 레이저 의 레이저 매질 입니다 .

이산화탄소는 물에 지속적으로 가스를 추가하여 pH가 상승하지 않도록 유지함으로써 [79] 수영장 의 pH 를 제어하는 ​​수단으로 사용할 수 있습니다 . 이것의 장점 중 하나는 (더 위험한) 산을 취급하지 않는다는 것입니다. 유사하게, 그것은 또한 탄산 칼슘이 사용되는 곳에서 물에 보다 자유롭게 용해되도록 하기 위해 탄산칼슘을 통과하는 물의 pH를 일시적으로 낮추기 위해 칼슘 반응기 에서 일반적으로 사용되는 암초 수족관 유지에도 사용 됩니다. 일부 산호 에 의해 골격을 구축합니다.

원자력 발전을 위한 영국의 첨단 가스 냉각 원자로 에서 1차 냉각제로 사용됩니다 .

Carbon dioxide induction is commonly used for the euthanasia of laboratory research animals. Methods to administer CO2 include placing animals directly into a closed, prefilled chamber containing CO2, or exposure to a gradually increasing concentration of CO2. The American Veterinary Medical Association's 2020 guidelines for carbon dioxide induction state that a displacement rate of 30% to 70% of the chamber or cage volume per minute is optimal for the humane euthanasia of small rodents.[80]: 5, 31  Percentages of CO2 vary for different species based on identified optimal percentages to minimize distress.[80]: 22 

이산화탄소는 또한 여러 관련 세척 및 표면 처리 기술에 사용됩니다.

지구의 대기에서

대기 CO 2 농도 의 킬링 곡선 . [81]
대기 CO 2 연간 성장률은 1960년대 이후 300% 증가했습니다. [82]

지구 대기의 이산화탄소는 2020년 말 기준 전 세계 평균 농도가 415ppm(또는 630ppm )인 미량 가스 입니다. [83] [84] 대기 중 CO 2 농도는 변동합니다. 계절에 따라 약간씩 북반구 봄과 여름에는 식물이 가스를 소비하면서 떨어지고 식물이 휴면하거나 죽고 썩으면서 북반구 가을과 겨울에는 상승합니다. 농도는 또한 지역 기반으로 다양하며 , 지상 에서 훨씬 더 작은 변화와 함께 지상 근처에서 가장 강하게 나타납니다 . 도시 지역에서 농도는 일반적으로 더 높습니다 [85] 실내에서는 배경 수준의 10배에 도달할 수 있습니다.

The concentration of carbon dioxide has risen due to human activities.[86] The extraction and burning of fossil fuels, using carbon that has been sequestered for many millions of years in the lithosphere, has caused the atmospheric concentration of CO2 to increase by about 50% since the beginning of the age of industrialization up to year 2020.[87][88] Most CO2 from human activities is released from burning coal, petroleum, and natural gas. Other large anthropogenic sources include cement production, deforestation, and biomass burning. Human activities emit over 30 billion tons of 매년 CO 2 (화석 탄소 90억 톤)가 발생하지만 화산은 20억에서 30억 톤 사이의 CO 2 만 방출합니다. [89] [90] 인간 활동으로 인해 CO 2 는 수십만 년 동안 볼 수 없었던 수준 이상으로 증가했습니다. 현재 화석연료를 태울 때 배출되는 이산화탄소의 약 절반이 대기 중에 남아 있으며식물과 바다에 흡수되지 않습니다. [91] [92] [93] [94]

가시광선 에는 투명하지만 이산화탄소는 온실 가스 이며 두 가지 적외선 활성 진동 주파수에서 적외선 복사를 흡수 및 방출합니다(위의 " 구조 및 결합 " 섹션 참조 ). 지구의 표면에서의 발광은 200 2,500cm의 적외선 영역에서 가장 강렬 -1 , [95] 가시 영역에서 가장 강렬 훨씬 더 뜨거운 태양에서 발광 반대로. 대기 CO 2 의 진동 주파수에서 적외선을 흡수 하면 표면 근처에서 에너지를 가두어 표면과 하부 대기를 온난화시킵니다. 더 적은 에너지가 상층 대기에 도달하므로 이러한 흡수로 인해 더 차갑습니다.[96]

연간 CO 2는 인위적으로 (왼쪽) 지구 대기권에, 토지, 그리고 1960 년대 이후 바다 싱크 (오른쪽)에서 흐른다. 연간 탄소 등가 기가톤 단위. [88]

CO 2 및 메탄, 아산화질소 및 오존과 같은 기타 장기 온실 가스 의 대기 농도 증가 는 적외선 복사의 흡수 및 방출을 강화하여 20세기 중반 이후 평균 지구 온도를 상승시켰습니다. 이산화탄소는 다른 모든 가스를 합친 것보다 더 큰 전반적인 온난화 영향을 미치기 때문에 가장 큰 관심사입니다. [87] 더욱이 이 활동이 지구의 빠른 탄소 순환 에 부과한 불균형으로 인해 추출 및 연소된 화석 탄소의 누적량에 따라 대기 수명 이 증가 합니다 . [97]이것은 지금까지 이동된 화석 탄소의 일부(예상 20-35%)가 이러한 탄소 이동 활동이 가라앉기 시작한 후 수천 년 동안 상승된 CO 2 수준 으로 대기 중에 지속된다는 것을 의미합니다 . [98] [99] [100]

증가하는 CO 2 농도는 지구 표면 온도의 증가를 초래할 뿐만 아니라 증가하는 지구 온도도 증가하는 이산화탄소 농도를 유발합니다. 이것은 궤도 주기 와 같은 다른 과정에 의해 유도된 변화에 대해 긍정적인 피드백 을 생성합니다 . [101] 5억 년 전에 CO 2 농도는 오늘날보다 20배 높았고 쥐라기 기간 동안 4~5배로 감소한 다음 4900만 년 전에 발생한 특히 급격한 감소와 함께 천천히 감소했습니다 . [102] [103]

이산화탄소의 국부적 농도는 강한 근원, 특히 주변 지형에 의해 고립된 근원 근처에서 높은 값에 도달할 수 있습니다. 근처 Bossoleto 온천에서 Rapolano 텀 에 토스카 , 이탈리아 직경 100m (3백30피트) 대략 그릇 형상 우울증에 위치하고, CO 농도 2 충분한 밤새 75 % 이상으로 상승, 곤충 및 작은 동물을 죽이는. 일출 후 가스는 대류에 의해 분산됩니다. [104] CO 높은 농도 2 CO로 포화 깊은 호소수의 외란에 의해 생성 된 2 37 명 사망자를 초래 한 것으로 생각된다 레이크 Monoun , 카메룬1984년과 1986년 카메룬의 Nyos 호수 에서 1700명의 사상자가 발생했습니다 . [105]

바다에서

2100년으로 예상 되는 해양 화학에 맞게 조정된 해수에 용해된 익룡 껍질 .

이산화탄소는 바다에서 용해되어 탄산 (H 2 CO 3 ), 중탄산염 (HCO 3 - ) 및 탄산염 (CO 3 2 - )을 형성합니다. 바다에는 대기에 존재하는 것보다 약 50배 많은 이산화탄소가 용해되어 있습니다. 바다는 거대한 탄소 흡수원 역할을 하며 인간 활동에 의해 배출되는 CO 2 의 약 1/3을 차지 합니다. [106]

대기 중 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 해양으로의 이산화탄소 흡수 증가는 해양 산성화 라고 하는 해양 pH의 측정 가능한 감소를 유발합니다 . 이러한 pH 감소는 해양의 생물학적 시스템, 주로 해양 석회화 유기체 에 영향을 미칩니다 . 이러한 효과 는 독립 영양 생물 에서 종속 영양 생물 에 이르기까지 먹이 사슬에 걸쳐 있으며 coccolithophores , 산호 , 유공충 , 극피 동물 , 갑각류 및 연체 동물 과 같은 유기체를 포함합니다.. 정상적인 조건에서 탄산칼슘은 탄산염 이온이 과포화 농도에 있기 때문에 지표수에서 안정 합니다. 그러나 해양 pH가 낮아지면 이 이온의 농도도 낮아지고 탄산염이 포화 상태가 되면 탄산칼슘으로 이루어진 구조가 쉽게 용해됩니다. [107] 산호 [108] [109] [110] coccolithophore 조류, [111] [112] [113] [114] 산호 조류, [115] 유공, [116] 조개 [117] 과 pteropods [118] 경험 상승된 CO에 노출될 때 석회화 감소 또는 용해도 증가
2.

기체 용해도는 물의 온도가 상승함에 따라 감소하므로(두 압력이 300bar를 초과하고 온도가 393K를 초과하는 경우는 제외, 깊은 지열 분출구 근처에서만 발견됨) [119] 따라서 대기로부터 흡수되는 속도는 해양 온도가 상승함에 따라 감소합니다.

대기로 방출된 총량의 약 30%인 해양에 의해 흡수 된 CO 2 의 대부분은 [120] 중탄산염과 평형을 이루는 탄산을 형성합니다. 이러한 화학 종 중 일부는 순환에서 탄소를 제거하는 광합성 유기체에 의해 소비됩니다. 대기 중 CO 2 증가로 인해 해수의 알칼리도 가 감소 하여 수중 생물에 악영향을 미칠 수 있다는 우려가 있습니다. 특히 알칼리도가 감소함에 따라 껍질을 형성하기 위한 탄산염의 가용성이 감소 하지만 [121] 증가된 CO 2 함량 하에서 특정 종에 의한 껍질 생성 증가의 증거가 있습니다. [122]

미국 국립해양대기청 (NOAA)은 2008년 5월 " 해양 산성화에 대한 과학 현황 보고서 " [123] 에서 다음과 같이 밝혔습니다.

해양은 화석 연료의 연소로 인해 방출되는 이산화탄소(CO 2 ) 의 약 50%를 흡수 하여 해양 pH를 낮추는 화학 반응을 일으킵니다. 이것은 "해양 산성화"로 알려진 과정을 통해 산업 시대가 시작된 이후 약 30%의 수소 이온(산도) 증가를 초래했습니다. 다음을 포함하여 해양 생물에 대한 부정적인 영향을 입증하는 연구의 수가 증가하고 있습니다.

  • 산호초를 만드는 산호가 골격을 생성하는 속도는 감소하는 반면 다양한 해파리의 생산은 증가합니다.
  • 보호 껍질을 유지하는 해양 조류와 자유 수영 동물성 플랑크톤의 능력이 감소합니다.
  • 상업용 어패류를 포함한 유생 해양 종의 생존이 감소합니다.

또한, 기후 변화에 관한 정부간 패널(IPCC)은 기후 변화 2007: 종합 보고서에서 다음과 같이 씁니다. [124]

1750년 이후 인위적 탄소의 흡수로 인해 바다는 pH가 0.1 단위로 평균 감소하여 더 산성이 되었습니다. 증가하는 대기 중 CO 2 농도는 추가 산성화로 이어집니다 ... 해양 생물권에 대한 관찰된 해양 산성화의 영향은 아직 문서화되지 않았지만 해양의 점진적 산성화는 해양 조개 껍질을 형성하는 유기체(예: 산호) 및 해양 생물권에 부정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 그들의 종속 종.

일부 해양 석회화 유기체(산호초 포함)는 NOAA, OSPAR 위원회 , NANOOS( Northwest Association of Networked Ocean Observing Systems ) 및 IPCC를 포함한 주요 연구 기관에 의해 선정되었습니다. 부정적인 영향을 미칠 것으로 예상해야 합니다. [125]

이산화탄소는 또한 열수 분출구를 통해 바다로 유입됩니다. 마리아나 해구 의 북서쪽 에이후쿠 화산에서 발견 된 샴페인 열수 분출구 는 거의 순수한 액체 이산화탄소를 생산하며, 2004년 현재 세계에서 두 곳만 알려진 곳 중 하나이며 다른 하나는 오키나와 트로프에 있습니다. [126] 2006년 오키나와 트로프에서 액체 이산화탄소의 해저 호수 발견이 보고되었다. [127]

생물학적 역할

이산화탄소는 신진대사의 일부로 당, 지방 및 아미노산 을 산소 로 분해 하여 에너지를 얻는 유기체 의 세포 호흡 의 최종 산물 입니다. 여기에는 모든 식물, 조류 및 동물, 호기성 균류 및 박테리아가 포함됩니다. 에서 척추 동물 , 이산화탄소은 피부 (예를 들면, 신체의 조직에서 혈액으로 이동 양서류 (예) 또는 아가미 물고기 는 물에 용해 곳에서, 또는이 호기 어디에서 폐로). 활성 광합성 동안 식물은 호흡으로 방출 하는 것 보다 대기에서 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있습니다 .

광합성 및 탄소 고정

캘빈회로 와 탄소고정 개요

탄소 고정 은 식물 , 조류 및 남조류 ( cyanobacteria ) 가 대기 중 이산화탄소 를 포도당 과 같은 에너지가 풍부한 유기 분자 로 통합 하여 광합성을 통해 자신의 음식을 만드는 생화학적 과정 입니다. 광합성은 이산화탄소와 물 을 사용하여 다른 유기 화합물 을 구성할 수 있는 당 을 생성하고 부산물로 산소 가 생성됩니다.

일반적으로 RuBisCO로 약칭되는 리불로스-1,5-비스포스페이트 카르복실라제 옥시게나 제는 탄소 고정의 첫 번째 주요 단계, CO 2 및 리불로스 비스포스페이트 로부터 두 분자의 3-포스포글리세르 산 생성에 관여 하는 효소입니다 . 왼쪽.

RuBisCO는 지구상에서 가장 풍부한 단일 단백질로 생각됩니다. [128]

Phototrophs는 내부 식량 공급원으로서 상기 원료로서의 광합성의 산물을 사용 생합성 과 같은보다 복잡한 유기 분자의 다당류 , 핵산 및 단백질 . 이들은 자신의 성장을 위해 사용되며 , 우리와 같은 동물을 포함한 다른 유기체에게 먹이 를 주는 먹이 사슬 과 거미줄 의 기초로도 사용됩니다 . 몇몇 중요한 광영양생물인 coccolithophores 는 단단한 탄산칼슘 비늘을 합성 합니다. [129] A는 세계적 coccolithophore 상당한 종은 인 Emiliania의 huxleyi 그 방해석비늘은 석회암 과 같은 많은 퇴적암 의 기초를 형성했으며 , 이전에 대기 중 탄소였던 것이 지질학적 시간 척도에 대해 고정된 상태로 남아 있을 수 있습니다.

광합성과 호흡의 개요. 이산화탄소(오른쪽)는 물과 함께 광합성 에 의해 산소와 유기 화합물(왼쪽)을 형성하며 , 이는 물과 (CO 2 ) 로 호흡 할 수 있습니다 .

식물은 주변 조건과 비교할 때 1,000ppm CO 2 농도에서 최대 50% 더 빠르게 성장할 수 있지만 이는 기후의 변화가 없고 다른 영양소에 대한 제한이 없다고 가정합니다. [130] 의 상승 CO 2 레벨 상승 CO 아래 밀, 쌀, 대두 12-14 %를 수율 모두 도시 증가 작물의 수확 가능한 수율에 반영 성장 증가 유발 2 FACE 실험에서. [131] [132]

Increased atmospheric CO2 concentrations result in fewer stomata developing on plants[133] which leads to reduced water usage and increased water-use efficiency.[134] Studies using FACE have shown that CO2 enrichment leads to decreased concentrations of micronutrients in crop plants.[135] This may have knock-on effects on other parts of ecosystems as herbivores will need to eat more food to gain the same amount of protein.[136]

페닐프로파노이드 및 플라보노이드와 같은 이차 대사 산물 의 농도는 고농도 CO 2 에 노출된 식물에서도 변경될 수 있습니다 . [137] [138]

Plants also emit CO2 during respiration, and so the majority of plants and algae, which use C3 photosynthesis, are only net absorbers during the day. Though a growing forest will absorb many tons of CO2 each year, a mature forest will produce as much CO2 from respiration and decomposition of dead specimens (e.g., fallen branches) as is used in photosynthesis in growing plants.[139] Contrary to the long-standing view that they are carbon neutral, mature forests can continue to accumulate carbon[140] and remain valuable carbon sinks, helping to maintain the carbon balance of Earth's atmosphere. Additionally, and crucially to life on earth, photosynthesis by phytoplankton consumes dissolved CO2 in the upper ocean and thereby promotes the absorption of CO2 from the atmosphere.[141]

Toxicity

Main symptoms of carbon dioxide toxicity, by increasing volume percent in air.[142]

Carbon dioxide content in fresh air (averaged between sea-level and 10 kPa level, i.e., about 30 km (19 mi) altitude) varies between 0.036% (360 ppm) and 0.041% (412 ppm), depending on the location.[143][clarification needed]

CO2 is an asphyxiant gas and not classified as toxic or harmful in accordance with Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals standards of United Nations Economic Commission for Europe by using the OECD Guidelines for the Testing of Chemicals. In concentrations up to 1% (10,000 ppm), it will make some people feel drowsy and give the lungs a stuffy feeling.[142] Concentrations of 7% to 10% (70,000 to 100,000 ppm) may cause suffocation, even in the presence of sufficient oxygen, manifesting as dizziness, headache, visual and hearing dysfunction, and unconsciousness within a few minutes to an hour.[144] The physiological effects of acute carbon dioxide exposure are grouped together under the term hypercapnia, a subset of asphyxiation.

Because it is heavier than air, in locations where the gas seeps from the ground (due to sub-surface volcanic or geothermal activity) in relatively high concentrations, without the dispersing effects of wind, it can collect in sheltered/pocketed locations below average ground level, causing animals located therein to be suffocated. Carrion feeders attracted to the carcasses are then also killed. Children have been killed in the same way near the city of Goma by CO2 emissions from the nearby volcano Mount Nyiragongo.[145] The Swahili term for this phenomenon is 'mazuku'.

Rising levels of CO2 threatened the Apollo 13 astronauts who had to adapt cartridges from the command module to supply the carbon dioxide scrubber in the Lunar Module, which they used as a lifeboat.

증가된 CO 2 농도에 대한 적응 은 혈액 산성화( 산증 ) 효과의 균형을 맞추기 위해 호흡 변형 및 신장 중탄산염 생성을 포함하여 인간에서 발생합니다 . 여러 연구에 따르면 2.0% 흡기 농도 는 적응이 생리학적이고 가역적이기 때문에 폐쇄된 공기 공간(예: 잠수함 )에 사용할 수 있다고 제안 했습니다. 성능이나 정상적인 신체 활동의 저하가 5일 동안 이 노출 수준에서 발생하지 않기 때문입니다. [146] [147] 그러나 다른 연구에서는 훨씬 낮은 수준에서도 인지 기능이 감소하는 것으로 나타났습니다. [148] [149] 또, 지속적인 호흡기 산증, 적응 또는보상 메커니즘은 이러한 상태를 되돌릴 수 없습니다 .

1% 미만

1% 미만의 수준에서 인간과 동물에 대한 장기간의 지속적인 CO 2 노출 이 건강에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 없습니다 . 직업상의 CO 2 노출 한도는 미국에서 8시간 동안 0.5%(5000ppm)로 설정되었습니다. [150] 이 CO 2 농도에서 국제 우주 정거장 승무원들은 두통, 혼수, 정신적 둔화, 정서적 자극 및 수면 장애를 경험했습니다. [151] 연구는 동물이 0.5 %의 CO 2 노광 8 주 후에 신장 석회화 및 골 손실을 보여 주었다. [152]2.5시간 세션에 노출된 인간에 대한 연구는 CO 2 유도 뇌 혈류 증가 로 인해 0.1%(  1000ppm) CO 2 만큼 낮은 농도에서 인지 능력에 상당한 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타 났습니다. [148] 또 다른 연구에서는 500ppm과 비교할 때 1000ppm에서 기본 활동 수준과 정보 사용량이 감소하는 것을 관찰했습니다. [149] 그러나 문헌 검토에 따르면 이산화탄소 유발 현상에 대한 대부분의 연구는 높은 수준의 의사 결정에 작은 영향을 미치는 인지 장애를 발견했으며 대부분의 연구는 부적절한 연구 설계, 환경적 편안함, 노출 선량과 다양한 인지 평가가 사용되었습니다. [153] Similarly a study on the effects of the concentration of CO2 in motorcycle helmets has been criticized for having dubious methodology in not noting the self-reports of motorcycle riders and taking measurements using mannequins. Further when normal motorcycle conditions were achieved (such as highway or city speeds) or the visor was raised the concentration of CO2 declined to safe levels (0.2%).[154][155]

Ventilation

CO2 concentration meter using a nondispersive infrared sensor

환기 불량은 밀폐된 공간에서 과도한 CO 2 농도 의 주요 원인 중 하나입니다 . 정상 상태 조건(점유 및 환기 시스템 작동이 CO 2 농도가 안정화될 정도로 충분히 긴 경우)에서 실외 농도보다 높은 이산화탄소 차이 는 때때로 1인당 환기율을 추정하는 데 사용됩니다. [ 인용 필요 ] 더 높은 CO 2 농도는 거주자의 건강, 편안함 및 성능 저하와 관련이 있습니다. [156] [157] 아쉬라에 Standard 62.1–2007 ventilation rates may result in indoor concentrations up to 2,100 ppm above ambient outdoor conditions. Thus if the outdoor concentration is 400 ppm, indoor concentrations may reach 2,500 ppm with ventilation rates that meet this industry consensus standard. Concentrations in poorly ventilated spaces can be found even higher than this (range of 3,000 or 4,000 ppm).

환기가 잘 되지 않아 가스 노출에 특히 취약한 광부들은 이산화탄소와 질소의 혼합물을 " 블랙 댐프 ", "초크 댐프" 또는 "stythe"라고 불렀습니다. 보다 효과적인 기술이 개발되기 전에 광부 들은 작업할 때 우리에 갇힌 카나리아 를 가져와서 광산 갱도에 있는 블랙 댐프 및 기타 가스의 위험한 수준을 자주 모니터링 했습니다. 카나리아는 인간보다 질식성 가스에 더 민감하며 의식을 잃으면 노래를 멈추고 자리에서 떨어집니다. 데비 램프는 또한 밝게 덜 연소하면서 높은 blackdamp 수준 (싱크, 바닥 근처를 수집)을 감지 할 수있는 메탄, 또 다른 질식 가스와 폭발 위험이 있으면 램프가 더 밝게 타게 됩니다.

2020년 2월 모스크바에서 열린 한 파티에서 드라이아이스(동결 CO 2 )를 수영장에 추가하여 더위를 식힐 때 질식하여 3명이 사망 했습니다. [158] 비슷한 사고가 2018년에 한 여성 이 그녀가 차에 실은 다량의 드라이아이스에서 나오는 CO 2 연기로 사망했을 때 발생했습니다 . [159]

인간 생리학

콘텐츠

이산화탄소 분압에 대한 참조 범위 또는 평균 (약칭 pCO 2 )
혈액 구획 ( kPa ) ( mmHg )
정맥 혈액 이산화탄소 5.5–6.8 41–51 [160]
폐포 폐
가스 압력 		4.8 36
동맥혈 이산화탄소 4.7–6.0 35–45 [160]

신체는 1인당 하루에 약 2.3파운드(1.0kg)의 이산화탄소를 생성하며, [161] 0.63파운드(290g)의 탄소를 포함합니다.인간의 경우 이 이산화탄소는 정맥계를 통해 운반 되고 폐를 통해 내쉬어지며 동맥의 농도가 낮아집니다 . 혈액의 이산화탄소 함량은 종종 부분압으로 주어지며 , 이는 이산화탄소가 단독으로 부피를 차지했을 때 가졌을 압력입니다. [162] 인체에서 혈중 이산화탄소 함량은 인접 표에 나타낸다.

혈액 내 수송

CO 2 는 세 가지 다른 방식으로 혈액으로 운반됩니다. (정확한 비율은 동맥혈인지 정맥혈인지에 따라 다릅니다.)

헤모글로빈 , 주요 분자 산소 운반 적혈구 양의 산소와 이산화탄소를 행한다. 그러나, CO 2 헤모글로빈에 결합 된 산소와 같은 사이트에 결합하지 않습니다. 대신 4개의 글로빈 사슬에 있는 N-말단 그룹과 결합합니다. 그러나 헤모글로빈 분자에 대한 알로스테릭 효과 때문에 CO 2 의 결합은 주어진 산소 부분압에 대해 결합된 산소의 양을 감소시킵니다. 이것은 Haldane 효과 로 알려져 있으며 조직에서 폐로 이산화탄소를 운반하는 데 중요합니다. 반대로 CO 2 분압의 상승또는 낮은 pH는 보어 효과 로 알려진 헤모글로빈에서 산소를 제거 합니다 .

호흡 조절

이산화탄소는 혈액 공급 의 국소적 자동 조절 의 매개체 중 하나입니다 . 농도가 높으면 모세혈관이 확장되어 해당 조직으로 더 많은 혈류가 흐르게 됩니다.

중탄산염 이온은 혈액 pH를 조절하는 데 중요합니다. 사람의 호흡 속도 는 혈액 내 CO 2 수준에 영향을 미칩니다 . 너무 느리거나 얕은 호흡 은 호흡성 산증을 유발하고 , 너무 빠른 호흡은 호흡성 알칼리증을 유발할 수 있는 과호흡 을 유발 합니다.

신체는 신진대사를 위해 산소를 필요로 하지만 낮은 산소 수치는 일반적으로 호흡을 자극하지 않습니다. 오히려, 호흡은 더 높은 이산화탄소 수치에 의해 자극됩니다. 결과적으로 저압 공기 또는 산소가 전혀 없는 혼합 가스(예: 순수 질소)를 호흡하면 공기 배고픔을 경험하지 않고도 의식을 잃을 수 있습니다 . 이것은 고도가 높은 전투기 조종사에게 특히 위험합니다. 또한 승무원이 승객에게 기내 압력이 떨어질 경우 다른 사람을 돕기 전에 먼저 자신에게 산소 마스크 를 착용 하도록 지시하는 이유이기도 합니다. 그렇지 않으면 의식을 잃을 위험이 있습니다. [163]

The respiratory centers try to maintain an arterial CO2 pressure of 40 mm Hg. With intentional hyperventilation, the CO2 content of arterial blood may be lowered to 10–20 mm Hg (the oxygen content of the blood is little affected), and the respiratory drive is diminished. This is why one can hold one's breath longer after hyperventilating than without hyperventilating. This carries the risk that unconsciousness may result before the need to breathe becomes overwhelming, which is why hyperventilation is particularly dangerous before free diving.

See also

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