Διοξείδιο του άνθρακα

Διοξείδιο του άνθρακα
Γενικά
Όνομα IUPAC	Διοξείδιο του άνθρακα
Άλλες ονομασίες	ανθρακικός ανυδρίτης, ξηρός πάγος (ως στερεό)
Χημικά αναγνωριστικά
Μοριακή μάζα	44.010 g/mol, αέριο
Αριθμός CAS	124-38-9
SMILES	C(=O)=O
InChI	1/CO2/c2-1-3
Αριθμός EINECS	204-696-9
Αριθμός RTECS	FF6400000
PubChem CID	280
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	−78 °C (195K) (-109 °F ) εξαχνώνεται
Σημείο βρασμού	−57 °C (216K) (-70 °F) υπό πίεση
Πυκνότητα	1,562 g/mL (στερεό 1 Αtm, −78,5 °C) 0,770 g/mL (υγρό 56 Αtm, 20 °C) 1.977 g/L (αέριο 1 Αtm, 0 °C) 849,6 g/L (υπερκρίσιμο υγρό 150 Αtm, 30 °C)
Διαλυτότητα στο νερό	1,45 g/L
Ιξώδες	0.07 cP στους −78 °C
Δείκτης διάθλασης , nD	1,1120
Χημικές ιδιότητες
pKa	6,35, 10,33
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	Μη αναφλέξιμο
Επικινδυνότητα
Φράσεις ασφαλείας	S9, S23, S26, S36
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το διοξείδιο του άνθρακα (χημικός τύπος CO₂) είναι χημική ένωση που αποτελείται από δύο άτομα οξυγόνου ενωμένα με ομοιοπολικό δεσμό με ένα άτομο άνθρακα. Είναι γραμμικό μόριο χωρίς διπολική ροπή. Περιέχει 27,3 % w/w άνθρακα και 72,7 % w/w οξυγόνο. Μπορεί να αποδοθεί με το συντακτικό τύπο : O=C=O. Είναι αέριο συστατικό της γήινης ατμόσφαιρας, άχρωμο, άοσμο και άγευστο σε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας και επίσης είναι ένα από τα αέρια του θερμοκηπίου.

Προέλευση

Αποτελεί υποπροϊόν όλων των καύσεων ορυκτών καυσίμων (κάρβουνου, πετρελαίου, βενζίνης, φυσικού αερίου κλπ.), αλλά και του ξύλου, πλαστικών κ.ά. οργανικών ενώσεων. Παράγεται ακόμα από την αποσύνθεση οργανικών ουσιών. Μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα εκπέμπονται επίσης από τα ηφαίστεια* και από τις θερμές πηγές αλλά και από τη διάλυση των ανθρακικών πετρωμάτων. Ενωμένο, με τη μορφή ανθρακικών αλάτων, βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες στο στερεό φλοιό της γης. Τα κυριότερα ανθρακικά ορυκτά είναι οι διάφορες ποικιλίες του CaCO₃ (ασβεστόλιθοι, ασβεστίτης, μάρμαρο κ.ά.), ο μαγνησίτης MgCO₃, ο σιδηρίτης FeCO₃, ο δολομίτης CaCO₃.MgCO₃ κ.ά. Παράγεται επίσης κατά την αναπνοή όλων των φυτών και των ζώων και από τους μύκητες και μικροοργανισμούς που εξαρτώνται άμεσα ή έμμεσα από τα φυτά για την τροφή τους.

(*) Σύμφωνα με εκτιμήσεις του Γεωλογικού Ινστιτούτου των ΗΠΑ τα ηφαίστεια παράγουν σε παγκόσμιο επίπεδο 200 εκατομ. τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως.

Ιστορικά στοιχεία

Το διοξείδιο του άνθρακα ήταν ένα από τα πρώτα αέρια που μελετήθηκε ως συστατικό του αέρα. Τον 17^ο αιώνα ο Φλαμανδός χημικός Γιάν Μπατίστ φαν Χέλμοντ (Jan Baptist van Helmont) παρατήρησε ότι όταν καίγεται ο άνθρακας σε κλειστό δοχείο, η μάζα της στάχτης που προκύπτει ήταν πολύ μικρότερη από εκείνη του αρχικού άνθρακα. Η ερμηνεία που έδωσε ήταν ότι ο άνθρακας που έλειπε είχε μεταλλαχθεί σε μια αόρατη ουσία, που την ονόμασε «αέριο» ή «άγριο πνεύμα».
Οι ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα μελετήθηκαν πιο διεξοδικά στη δεκαετία 1750-1760 από το Σκωτσέζο φυσιολόγο Τζόζεφ Μπλακ (Joseph Black). Αυτός πρόσεξε ότι ο ασβεστόλιθος (ανθρακικό ασβέστιο) όταν θερμαίνεται ή υφίσταται κατεργασία με οξέα παράγει ένα αέριο που το ονόμασε «σταθερό αέρα». Παρατήρησε επίσης ότι ο "σταθερός αέρας" ήταν πυκνότερος από τον αέρα και δε συντηρούσε ούτε την καύση ούτε τις ζωικές λειτουργίες. Ο Μπλακ παρατήρησε ακόμα ότι όταν διοχετεύονταν φυσαλίδες του αερίου σε υδατικό διάλυμα ασβέστη (υδροξείδιο του ασβεστίου), παραγόταν ίζημα ανθρακικού ασβεστίου. Χρησιμοποίησε μάλιστα αυτή τη διαπίστωσή του για να αποδείξει ότι το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται από την αναπνοή των ζώων και τη μικροβιακή ζύμωση.
Το 1772, ο Άγγλος χημικός Τζόζεφ Πρίστλεϋ (Joseph Priestley) δημοσίευσε μια εργασία με τίτλο "Εμπλουτισμός του νερού με Σταθερό Αέρα" στην οποία περιέγραφε μια διαδικασία κατά την οποία όταν έπεφταν σταγόνες θειικού οξέος (ή βιτριόλι όπως το ήξερε ο Πρίστλεϋ) στην κιμωλία, για να παράγουν διοξείδιο του άνθρακα, το αέριο στη συνέχεια όταν διοχετευόταν σε μπολ με νερό, διαλυόταν.
Το διοξείδιο του άνθρακα υγροποιήθηκε για πρώτη φορά (σε υψηλές πιέσεις) το 1823 από τον Χάμφρι Ντέιβι (Humphry Davy) και το μαθητή του Μάικλ Φάραντεϊ (Michael Faraday).
Η παλιότερη περιγραφή του στερεού διοξειδίου του άνθρακα δόθηκε από τον Σαρλ Τιλοριέ (Charles Thilorier), ο οποίος το 1834 άνοιξε ένα δοχείο υπό πίεση με υγρό διοξείδιο του άνθρακα, και διαπίστωσε την ταχεία εξάτμιση του υγρού που μετατράπηκε σε ένα "χιόνι" στερεού CO₂.

Πώς παρασκευάζεται

Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να παραληφθεί από την απόσταξη του αέρα. Η μέθοδος αυτή όμως χρησιμοποιείται για την παραγωγή μικρών ποσοτήτων.

Εργαστηριακές μέθοδοι

1. Με αντίδραση των ανθρακικών ή όξινων ανθρακικών αλάτων με οξέα:

CaCO₃ + 2HCl→ CaCl₂ + CO₂ + H₂O

NaHCO₃ + H₂SO₄ → NaHSO₄ + CO₂ + H₂Ο

2. Με τη θερμική διάσπαση των ίδιων αλάτων:

CaCO₃ → CaO + CO₂ (στους 850 °C)

2KHCO₃ → K₂CO₃ + CO₂ + H₂Ο

Βιομηχανικές παρασκευές

1. Με την αναγωγή οξειδίων του σιδήρου από άνθρακα σε υψικαμίνους:

2Fe₂O₃ + 3C → 4Fe + 3CO₂

2. Με πύρωση του ασβεστόλιθου στα ασβεστοκάμινα για την παραγωγή ασβέστη (CaO):

CaCO₃ → CaO + CO₂

3. Με καύση του άνθρακα σε περίσσεια οξυγόνου ή αέρα. Έτσι προκύπτει μίγμα με άλλα αέρια (Ν₂, CO) από το οποίο το CO₂ απομονώνεται με διάφορες μεθόδους.
4. Με την αλκοολική ζύμωση των σακχάρων κατά τη διαδικασία παραγωγής αλκοολούχων ποτών, από την οποία προκύπτει πολύ καθαρό διοξείδιο του άνθρακα:

C₆H₁₂O₆ → 2CO₂ + 2C₂H₅OH

5. Με την καύση όλων των καυσίμων που περιέχουν άνθρακα όπως είναι το μεθάνιο (ως συστατικό του φυσικού αερίου), τα διάφορα κλάσματα του πετρελαίου (βενζίνη, diesel, κηροζίνη κλπ.) αλλά και το κάρβουνο και το ξύλο.

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂Ο

6. Ως υποπροϊόν των μονάδων παραγωγής υδρογόνου, όπου το μεθάνιο μετατρέπεται σε CO₂

Φυσικές ιδιότητες

Διάγραμμα φάσεων του CO₂ που δείχνει το τριπλό σημείο (ΤΣ) και το κρίσιμο σημείο (ΚΣ)

Είναι αέριο άχρωμο και σε μικρές συγκεντρώσεις είναι και άοσμο. Σε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας η πυκνότητα του είναι 1,98 kg/m³, είναι δηλ. 1,5 φορά πυκνότερο του αέρα. Σε 1 Atm (δηλ. σε πίεση στο επίπεδο της θάλασσας), μετατρέπεται απευθείας σε στερεό, σε θερμοκρασίες κάτω από -78,51 °C και, αν είναι σε στερεή μορφή, εξαχνώνεται πάνω από τους -78,51 °C. Στη στερεή του κατάσταση, το διοξείδιο του άνθρακα, είναι γνωστό ως «ξηρός πάγος».
Η κρίσιμη θερμοκρασία του είναι 31,1 °C και επομένως υγροποιείται εύκολα στη συνηθισμένη θερμοκρασία αλλά μόνο με συμπίεση (7,38 MPa). Είναι λίγο διαλυτό στο νερό, η διαλυτότητά του όμως αυξάνεται, όπως όλων των αερίων, με την πίεση. Νερό κορεσμένο από CO₂ με πίεση λέγεται "νερό του Seltz".
Το τριπλό σημείο του διοξειδίου του άνθρακα είναι περίπου 518 kPa στους -56.6 °C.
Υπάρχει και μια εναλλακτική μορφή άμορφου κρυσταλλικού στερεού διοξειδίου του άνθρακα, όχι όμως σε ατμοσφαιρική πίεση. Αυτή η μορφή γυαλιού, που ονομάζεται "καρμπόνια" παράχθηκε με υπέρψυξη θερμαινόμενου CO₂ σε ακραίες συνθήκες πίεσης (περίπου 400000 Atm). Η ανακάλυψη αυτή επιβεβαίωσε τη θεωρία ότι το διοξείδιο του άνθρακα θα μπορούσε να υπάρχει σε μια κατάσταση παρόμοια με τις κρυσταλλικές μορφές των άλλων στοιχείων της ομάδας του άνθρακα στον περιοδικό πίνακα όπως το πυρίτιο και το γερμάνιο. Σε αντίθεση όμως με τα διοξείδια του πυριτίου και του γερμανίου, η "καρμπόνια" δεν είναι σταθερή σε κανονική πίεση.

Χημικές ιδιότητες

Μοριακή δομή

Οι διπλοί δεσμοί C=Ο στο μόριο του CO₂ είναι διάχυτοι

Το μόριο του διοξειδίου του άνθρακα (O=C=O) περιέχει δύο διπλούς δεσμούς, και έχει γραμμική μορφή. Η ενέργεια κάθε δεσμού C=Ο είναι 799 KJ/mol.
Αποδεικνύεται κβαντομηχανικά ότι η δομή του CO₂ περιέχει διάχυτους (μη εντοπισμένους) διπλούς δεσμούς C=Ο (δηλ. τα 4 ηλεκτρόνια των π-δεσμών είναι ελεύθερα να κινούνται σε όλο το μήκος του πυρηνικού σκελετού) και όχι εντοπισμένους επειδή η ολική ενέργεια της βασικής κατάστασης στην πρώτη περίπτωση είναι μικρότερη και επομένως το μόριο είναι σταθερότερο.
Το CO₂ όπως είναι φανερό δεν έχει διπολική ροπή, είναι δηλ. μόριο μη-πολικό.

Χημικές αντιδράσεις

Εφόσον στο CO₂ ο C έχει αριθμό οξείδωσης +4, είναι όξινο κανονικό οξείδιο και ανυδρίτης του διπρωτικού ανθρακικού οξέος (H₂CO₃) το οποίο είναι ασταθές οξύ και υπάρχει μόνο με μορφή αλάτων (π.χ. Na₂CO₃) ή σε υδατικό διάλυμα στα αεριούχα ποτά όπου αποκαθίσταται η ισορροπία : CO₂ + H₂Ο ⇄ H₂CO₃.
Το CO₂ είναι γενικά σταθερή ένωση και σε κατάλληλες συνθήκες ανάγεται από διάφορα αναγωγικά προς άνθρακα (C) ή προς μονοξείδιο του άνθρακα (CO), δηλαδή συμπεριφέρεται σαν οξειδωτικό.

Αντιδράσεις οξέος-βάσης

Αντιδρά με βάσεις και ανυδρίτες βάσεων και σχηματίζει ανάλογα με την υπάρχουσα αναλογία mol των αντιδρώντων, δύο σειρές αλάτων, τα όξινα και τα ουδέτερα :

CO₂ + CaO → CaCO₃

CO₂ + NaOH → NaHCO₃

CO₂ + 2ΚΟΗ → Κ₂CO₃ + H₂Ο

Όταν το CO₂ διαβιβάζεται σε διάλυμα ή σε αιώρημα ουδέτερου ανθρακικού άλατος, τότε το μετατρέπει σε όξινο :

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂Ο → 2NaHCO₃

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

Σε κατάλληλες συνθήκες ανάγεται από τον C προς CO και από ορισμένα μέταλλα (K, Na, Mg) προς C :

C + CO₂ → 2CO

2Mg + CO₂ → 2MgO + C

Ανίχνευση - ποσοτικός προσδιορισμός

Το CO₂ ανιχνεύεται από την ιδιότητά του να σβήνει τη φλόγα και από το ότι σχηματίζει θόλωμα ή ίζημα δυσδιάλυτου ανθρακικού άλατος, όταν διαβιβάζεται σε ασβεστόνερο :

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↘ + H₂O

Η αντίδραση με ΚΟΗ (CO₂ + 2ΚΟΗ → Κ₂CO₃ + H₂O) χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προσδιορισμό του CO₂ σε μίγμα αερίων (δείγμα) : Σε κατάλληλο σκεύος υπάρχει διάλυμα 36 % w/v ΚΟΗ ή 32 % w/v NaOH. Και τα δύο διαλύματα απορροφούν 30/πλάσιο όγκο CO₂. Προτιμάται όμως το ΚΟΗ γιατί το σχηματιζόμενο K₂CO₃ είναι διαλυτό σε διάλυμα ΚΟΗ ενώ το αντίστοιχο Na₂CO₃ δεν είναι σε διάλυμα NaOH και σχηματίζεται επίπαγος. Στο διάλυμα διοχετεύεται το μίγμα των αερίων που περιέχει το CO₂ και από τη μείωση του όγκου προσδιορίζεται τελικά το διοξείδιο του άνθρακα, με την προϋπόθεση βέβαια ότι τα άλλα αέρια του μίγματος δεν αντιδρούν με το ΚΟΗ. Αν οι συγκεντρώσεις του CO₂ στο δείγμα είναι μικρές, τότε χρησιμοποιείται διάλυμα Ba(OH)₂ και μετά τη διέλευση του δείγματος, ογκομετρείται η περίσσεια του Ba(OH)₂.

Διαλυτότητα στο νερό

Η διαλυτότητα του CO₂ (g/L) στο νερό σε συνάρτηση με την πίεση (σε bar) σε διάφορες θερμοκρασίες

Η διαλυτότητα του CO₂ στο νερό εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η πίεση του CO2 σε ισορροπία με το διάλυμα (η διαλυτότητα αυξάνεται με αύξηση της πίεσης), η θερμοκρασία (η διαλυτότητα ελαττώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας), το pH (η διαλυτότητα του CO₂ αυξάνεται με την αύξηση του pH), η παρουσία άλλων ουσιών (η διαλυτότητα μειώνεται με την παρουσία ενώσεων όπως το χλωριούχο νάτριο, αλλά μπορεί και να αυξηθεί ή να μειωθεί με την αύξηση της συγκέντρωσης των οργανικών ενώσεων).
Σε θερμοκρασία δωματίου (25 °C), η διαλυτότητα του CO₂ είναι περίπου 90 mL ανά 100 mL νερού. Σε υδατικό διάλυμα, το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται με διάφορες μορφές :

CO_2(aq) + H₂Ο ⇄ H₂CO₃ ⇄ HCO^3- + H⁺ ⇄ CO₃^2- + 2H⁺

Τα ανιόντα του παραπάνω σχήματος αντιδρούν με κατιόντα που πιθανόν υπάρχουν στο νερό, παράγοντας αδιάλυτα άλατα. Έτσι, αν π.χ. υπάρχουν ιόντα Ca²⁺ ή/και Mg²⁺ τότε σχηματίζονται αδιάλυτα CaCO₃ και MgCO₃ τα οποία, δεσμεύοντας τα CO₃^2-, μετατοπίζουν την ισορροπία προς τα δεξιά αυξάνοντας την οξύτητα του νερού.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ακόμη ότι το καρβονικό οξύ που παράγεται κατά την διάλυση του CO2 στο νερό είναι ακόμη ένας λόγος που η αύξηση του CO2 από ανθρωπογενείς παράγοντες απειλεί την ισορροπία του οικοσυστήματος, αφού η αυξημένη οξύτητα του νερού προκαλεί προβλήματα στους θαλάσσιους οργανισμούς

Χρήσεις

Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία τροφίμων, τη βιομηχανία πετρελαίου, και τη χημική βιομηχανία. Βρίσκει εφαρμογές σε πολλά καταναλωτικά προϊόντα που απαιτούν πεπιεσμένο αέριο γιατί είναι φθηνό και άφλεκτο, και λόγω του ότι μεταβαίνει από την αέρια φάση στην υγρή σε θερμοκρασία δωματίου και σε χαμηλή, σχετικά, πίεση. Τα σωσίβια γιλέκα συχνά περιέχουν CO₂ υπό πίεση. Πωλούνται επίσης μικρές κάψουλες από αλουμίνιο με συμπιεσμένο CO₂ για αεροβόλα όπλα, για φούσκωμα των ελαστικών των ποδηλάτων και για την παρασκευή αναβραζόντων δισκίων φαρμάκων. Η ταχεία εξάτμιση του υγρού διοξειδίου του άνθρακα χρησιμοποιείται για ανατινάξεις σε ορυχεία άνθρακα. Οι υψηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την εξολόθρευση επιβλαβών εντόμων, όπως ο σκόρος των ρούχων.

Ποτά

Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται για την παραγωγή αεριούχων ποτών και σόδας. Η περιεκτικότητα των ανθρακούχων ποτών σε CO₂ οφείλεται σε φυσικούς λόγους (ζύμωση), μπορεί όμως να διοχετευθεί ανθρακικό και με τεχνητούς τρόπους. Σύμφωνα με έρευνες του 2009 από το Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο και ερευνητών των αμερικανικών Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας, τα μόρια διοξειδίου του άνθρακα ενεργοποιούν ένα ένζυμο που υπάρχει στους υποδοχείς της γλώσσας για την γεύση του ξινού, της καρβονική ανυδράση 4, παράγοντας την αίσθηση της αντίστοιχης γεύσης. Επίσης τα μόρια του ενεργοποιούν τους υποδοχείς αφής στο στόμα, αφήνοντας μια χαρακτηριστική αίσθηση.

Τρόφιμα

Μια καραμέλα που ονομάζεται Pop Rocks συμπιέζεται με διοξείδιο του άνθρακα περίπου στα 40 bar. Όταν η καραμέλα μπαίνει στο στόμα, διαλύεται και απελευθερώνει φυσαλίδες αερίου. Η μαγιά της αρτοποιίας παράγει διοξείδιο του άνθρακα από τη ζύμωση των σακχάρων στο εσωτερικό της ζύμης, ενώ άλλα προϊόντα, όπως το baking powder και η μαγειρική σόδα, απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα όταν θερμαίνονται ή όταν εκτεθούν σε οξέα.

Πυροπροστασία

Το διοξείδιο του άνθρακα επειδή είναι άφλεκτο χρησιμοποιείται υπό πίεση σε ορισμένους πυροσβεστήρες που είναι σχεδιασμένοι για κατάσβεση πυρκαγιών που οφείλονται σε ηλεκτρικά βραχυκυκλώματα. Επίσης ειδικοί πυροσβεστήρες με CO₂ χρησιμοποιούνται και για την πυροπροστασία πλοίων και μηχανοστασίων. Όμως τα συστήματα πυρασφάλειας που βασίζονται στο διοξείδιο του άνθρακα έχουν συνδεθεί και με πολλούς θανάτους.

Υδραυλικά συστήματα

Το CO₂ είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα αέρια που χρησιμοποιούνται κυρίως σε φορητά υδροπνευματικά συστήματα αλλά και σε ρομποτικά συστήματα που χρησιμοποιούν υδραυλικά συστήματα.

Συγκολλήσεις

Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αδρανούς ατμόσφαιρας μέσα στην οποία γίνονται συγκολλήσεις, αν και στις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται οξειδώνει τα περισσότερα μέταλλα. Η χρήση του στην αυτοκινητοβιομηχανία είναι πολύ συνηθισμένη επειδή είναι πιο φθηνό από το αέριο αργό ή το ήλιο. Πάντως, οι συγκολλήσεις που γίνονται μέσα σε ατμόσφαιρα CO₂ είναι πιο εύθραυστες από αυτές που πραγματοποιούνται σε πιο αδρανή ατμόσφαιρα, και με το πέρασμα του χρόνου εξασθενούν λόγω σχηματισμού ανθρακικού οξέος.

Απομάκρυνση καφεΐνης

Το υγρό διοξείδιο του άνθρακα είναι καλός διαλύτης για πολλές λιπόφιλες οργανικές ενώσεις, και χρησιμοποιείται για την αφαίρεση καφεΐνης από τον καφέ : Αρχικά οι πράσινοι κόκκοι καφέ εμποτίζονται με νερό και τοποθετούνται στην κορυφή στήλης ύψους 21 m. Στη συνέχεια, υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα σε υγρή μορφή (περίπου 93 °C) διοχετεύεται από το κάτω μέρος της στήλης με αποτέλεσμα η καφεΐνη να διαχέεται από τους κόκκους μέσα στο διοξείδιο του άνθρακα.

Φαρμακευτικές και άλλες χημικές διεργασίες

Το διοξείδιο του άνθρακα έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται στις φαρμακοβιομηχανίες ως λιγότερο τοξική εναλλακτική λύση στη θέση παραδοσιακών διαλυτών όπως είναι το χλωροφόρμιο (CΗCl₃) ή άλλες οργανοχλωριωμένες ενώσεις. Επίσης, για τους ίδιους λόγους, χρησιμοποιείται στο ξηρό καθάρισμα των ρούχων στα στεγνοκαθαριστήρια. Στη χημική βιομηχανία, το CO₂ χρησιμοποιείται για την παραγωγή ουρίας, ανθρακικών και όξινων ανθρακικών αλάτων και σαλικυλικού νατρίου.

Γεωργικές, βιολογικές και ιατρικές εφαρμογές

Τα φυτά χρειάζονται το CO₂ για τη φωτοσύνθεση. Λόγω της μικρής ατμοσφαιρικής του συγκέντρωσης, το CO₂ είναι πρακτικά ο περιοριστικός παράγοντας της ζωής στη Γη, σε σύγκριση με άλλα δύο εξίσου σημαντικά συστατικά - το νερό και το ηλιακό φως.
Ενώ τα μη καλλιεργήσιμα ("άγρια") φυτά είναι προσαρμοσμένα στο γεγονός αυτό, μεγάλες εγκαταστάσεις - θερμοκήπια μπορούν να εμπλουτίζουν την ατμόσφαιρα με περίσσεια CO₂ για τη διατήρηση της καλλιεργήσιμης χλωρίδας. Ο εμπλουτισμός με CO₂ δεν πρέπει όμως να είναι υπερβολικός για να μην δηλητηριαστούν τα φυτά. Σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις, το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να είναι τοξικό για τα ζώα. Έτσι η αύξηση της συγκέντρωσης κατά 1% και άνω για αρκετές ώρες, μπορεί να εξαλείψει βλαβερά ζωύφια, αράχνες και ακάρεα στο θερμοκήπιο.
Μελετάται επίσης η διοχέτευση του διοξειδίου του άνθρακα, που προέρχεται από την ηλεκτροπαραγωγή, σε ταμιευτήρες για την ανάπτυξη φυκιών που θα μπορούσαν στη συνέχεια να μετατραπούν σε καύσιμο βιοντίζελ. Ήδη το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται ως η κύρια πηγή άνθρακα για τα φύκια σπιρουλίνα.
Στην ιατρική, το CO₂ προστίθεται στο καθαρό οξυγόνο μέχρι ποσοστού 5% για την τόνωση της αναπνοής μετά από επεισόδια άπνοιας για να σταθεροποιηθεί η ισορροπία O₂/CO₂ στο αίμα.

Εφαρμογές στα λέιζερ

Ο συνηθέστερος τύπος βιομηχανικού αερίου Λέϊζερ είναι το CO₂.

Πολυμερή και πλαστικά

Το CO₂ μπορεί να συνδυαστεί με το λεμονένιο της φλούδας των πορτοκαλιών ή με άλλα εποξείδια για τη δημιουργία πολυμερών και πλαστικών.

Εξόρυξη πετρελαίου

Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στην άντληση του πετρελαίου συνήθως υπό συνθήκες υπερκρίσιμες. Λειτουργεί ταυτόχρονα ως προωθητικό υπό πίεση αλλά και για να μειώσει σημαντικά το ιξώδες του πετρελαίου επιτρέποντας έτσι την καλύτερη και γρηγορότερη ροή του προς την επιφάνεια της γεώτρησης.

Χρήσεις ως ψυκτικού

Μικρά τεμάχια ξηρού πάγου

Το υγρό και το στερεό διοξείδιο του άνθρακα είναι σημαντικά ψυκτικά μέσα, κυρίως στη βιομηχανία τροφίμων, όπου χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά και αποθήκευση παγωτών και άλλων κατεψυγμένων προϊόντων. Το στερεό διοξείδιο του άνθρακα ονομάζεται "ξηρός πάγος" και χρησιμοποιείται για μικρές μεταφορές στις οποίες δεν είναι πρακτικά τα ογκώδη ψυγεία. Το υγρό διοξείδιο του άνθρακα (που ονομάζεται στη βιομηχανία R744 ή R-744) χρησιμοποιήθηκε ως ψυκτικό μέσο, πριν από την ανακάλυψη του R-12. Οι φυσικές ιδιότητές του είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για κατάψυξη ή και απλή ψύξη. Λόγω της λειτουργίας τους σε πιέσεις μέχρι 130 bar, τα ψυκτικά συστήματα που χρησιμοποιούν CO₂ απαιτούν ιδιαίτερα ανθεκτικά εξαρτήματα. Στους κλιματισμούς των αυτοκινήτων, σε πάνω από το 90% του συνόλου των συνθηκών οδήγησης, το R744 λειτουργεί πιο αποτελεσματικά από τα συστήματα που χρησιμοποιούν R-134a. Τα περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα του CO₂ (μη τοξικό, μη εύφλεκτο, φθηνό) θα μπορούσαν στο μέλλον να αποτελέσουν έναν καλό λόγο για την αντικατάσταση των σημερινών HFCs των ψυκτικών συστημάτων των αυτοκινήτων, των σούπερ-μάρκετ κλπ.

Παραγωγή κρασιού

Το διοξείδιο του άνθρακα με τη μορφή του ξηρού πάγου χρησιμοποιείται συχνά στα οινοποιεία για τη γρήγορη ψύξη των σταφυλιών με σκοπό την αποτροπή της πρόωρης ζύμωσης. Το κύριο πλεονέκτημα της χρήσης του ξηρού πάγου σε σχέση με το παγωμένο νερό είναι ότι ψύχει τα σταφύλια χωρίς προσθήκη νερού το οποίο θα μπορούσε να αραιώσει τα σάκχαρα στο γλεύκος των σταφυλιών και, κατά συνέπεια, να μειώσει τη συγκέντρωση αιθανόλης στο τελικό προϊόν. Το αέριο CO₂ που προκύπτει από την εξάχνωση του ξηρού πάγου, επειδή είναι βαρύτερο από τον αέρα, συσσωρεύεται στον πυθμένα των δεξαμενών, δημιουργώντας έτσι ένα περιβάλλον που βοηθά στην καταπολέμηση των βακτηρίων, που προέρχονται από τα σταφύλια μέχρι τη στιγμή κατά την οποία θα αρχίσει η ελεγχόμενη ζύμωση.
Το διοξείδιο του άνθρακα τοποθετείται μερικές φορές στην κορυφή μπουκαλιών κρασιού ή άλλων δοχείων αποθήκευσης όπως βαρέλια για αποφυγή της οξείδωσης. Επειδή όμως υπάρχει κίνδυνος να διαλυθεί μέσα στο κρασί, αντικαθίσταται συνήθως από άλλα αέρια, όπως άζωτο ή αργό.

Έλεγχος του pH

Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται ως μέσο ελέγχου του pH των κολυμβητηρίων. Με τη συνεχή προσθήκη CO₂ στο νερό, διατηρείται το pH σε χαμηλά επίπεδα. Ανάμεσα στα πλεονεκτήματα αυτής της πρακτικής είναι και η αποφυγή χρήσης πιο επικίνδυνων οξέων.

Το CO₂ στην ατμόσφαιρα

Μετρήσεις συγκεντρώσεων CO₂ από το Παρατηρητήριο του Μάουνα Λόα στη Χαβάη

Από το ανθρωπογενές CO₂ που εκπέμπεται από τα ορυκτά καύσιμα: 50% διαλύεται στους ωκεανούς και απορροφάται από τα επίγεια οικοσυστήματα και το 50% διοχετεύεται στην ατμόσφαιρα.
Το διοξείδιο του άνθρακα στη γήινη ατμόσφαιρα θεωρείται ιχνοστοιχείο με μέση συγκέντρωση περίπου 385 ppm. Η συνολική μάζα των ατμοσφαιρικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα είναι περίπου 3×10¹⁵ kg (3000 γιγατόνοι). Η συγκέντρωση κυμαίνεται εποχικά (βλέπε διάγραμμα) αλλά και σε περιφερειακή βάση. Η διακύμανση αυτή οφείλεται κατά κύριο λόγο στην εποχική ανάπτυξη των φυτών στο Βόρειο Ημισφαίριο. Οι συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα στο βορρά μειώνονται κατά τη διάρκεια της άνοιξης και του καλοκαιριού καθώς το καταναλώνουν τα φυτά και αυξάνονται το φθινόπωρο και το χειμώνα όταν τα φυτά πεθαίνουν και αποσυνθέτονται. Στις αστικές περιοχές οι συγκεντρώσεις είναι γενικά υψηλότερες.
Πεντακόσια εκατομμύρια χρόνια πριν, το διοξείδιο του άνθρακα ήταν 20 φορές περισσότερο από ό,τι σήμερα. Κατά τη διάρκεια της Ιουράσιας Περιόδου, μειώθηκε κατά 4 έως 5 φορές, στη συνέχεια παρατηρήθηκε αργή μείωση και μετά πριν 49 εκατομμύρια χρόνια περίπου, ταχεία μείωση.
Οι ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η καύση ορυκτών καυσίμων και η αποψίλωση των δασών έχουν προκαλέσει αύξηση της ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα κατά περίπου 35% από την αρχή της εποχής της εκβιομηχάνισης. Έως και το 40% των αερίων που εκπέμπονται από ορισμένες ηφαιστειακές δραστηριότητες είναι διοξείδιο του άνθρακα. Εκτιμάται ότι τα ηφαίστεια απελευθερώνουν περίπου 130-230 εκατομμύρια τόνους CO₂ στην ατμόσφαιρα κάθε χρόνο. Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται επίσης από θερμές πηγές όπως αυτές στο Bossoleto κοντά στην Τοσκάνη της Ιταλίας. Στην κυκλική αυτή τοποθεσία με διάμετρο περίπου 100 μέτρα, οι τοπικές συγκεντρώσεις του CO₂ αυξάνονται σε ποσοστό πάνω από 75% μέσα σε μια νύχτα και είναι αρκετές για να σκοτώσουν τα έντομα και τα μικρά ζώα της περιοχής.
Οι εκπομπές του CO₂ από τις ανθρώπινες δραστηριότητες ανέρχονται σήμερα περίπου σε 27 δισεκατομμύρια τόνους ετησίως και είναι πολύ μεγαλύτερες από τις ποσότητες που εκλύονται από τα ηφαίστεια.
Το CO₂ θεωρείται αέριο θερμοκηπίου, αφού διαπερνάται από το ορατό φως αλλά απορροφά έντονα στην υπέρυθρη και εγγύς υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Η ορυκτολογική δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα είναι φυσική μέθοδος δέσμευσης του CO₂ σε στερεά ορυκτά, όπως μαγνησίτη (MgCO₃), ασβεστίτη (CaCO₃) και δολομίτη (CaMg(CO₃)₂). Τα τελευταία παραμένουν σταθερά για χιλιάδες έως εκατομμύρια χρόνια, εξασφαλίζοντας τη μη διαρροή του CO₂ πίσω στην ατμόσφαιρα της Γης. Για το λόγο αυτό, η συγκεκριμένη μέθοδος θεωρείται από πολλούς επιστήμονες ως η ασφαλέστερη μέθοδος αποθήκευσης CO₂ με σκοπό την εξισορρόπηση της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής. Η διαδικασία αυτή λαμβάνει χώρα στη φύση με πολύ αργούς ρυθμούς, επομένως τα τελευταία χρόνια σκοπός πολλών επιστημονικών ερευνών είναι να μιμηθούν και να επιταχύνουν αυτό που κάνει η φύση από μόνη της, στα πλαίσια της εξισορρόπησης της υπερθέρμανσης του πλανήτη.

Το CO₂ στους ωκεανούς

Η διάλυση του άνθρακα στους ωκεανούς με τη μορφή CO₂, H₂CO₃ και ιόντων HCO₃^- και CO₃^2- είναι περίπου 50 φορές μεγαλύτερη από ότι στην ατμόσφαιρα. Οι ωκεανοί ενεργούν ως μία τεράστια δεξαμενή άνθρακα, και δέχονται περίπου το ένα τρίτο των εκπομπών CO₂ από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η διαλυτότητα του CO₂ μειώνεται καθώς η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται.
Ένα μέρος του διαλυμένου CO₂ στους ωκεανούς καταναλώνεται για τη φωτοσύνθεση από οργανισμούς στο νερό, και ένα μικρό ποσοστό συντηρεί τον κύκλο του άνθρακα. Η αύξηση του CO₂ στην ατμόσφαιρα έχει οδηγήσει σε αύξηση της οξύτητας του θαλασσινού νερού και υπάρχει ανησυχία ότι αυτό μπορεί να επηρεάσει αρνητικά οργανισμούς με κελύφη που ζουν στο νερό, αφού είναι γνωστό ότι τα οξέα διαλυτοποιούν το ανθρακικό ασβέστιο από το οποίο είναι φτιαγμένο το κέλυφος.

Βιολογικός ρόλος του CO₂

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι τελικό προϊόν του μεταβολισμού των οργανισμών που παίρνουν την ενέργειά τους από τη διάσπαση με οξυγόνο των σακχάρων, των λιπών και των αμινοξέων με μια διαδικασία που είναι γνωστή ως κυτταρική αναπνοή. Στους οργανισμούς αυτούς περιλαμβάνονται όλα τα φυτά και τα ζώα, πολλοί μύκητες και ορισμένα βακτήρια. Στους ανώτερους οργανισμούς, το διοξείδιο του άνθρακα μεταφέρεται με το αίμα από τους ιστούς του σώματος στους πνεύμονες, από όπου και εκπνέεται.

Ο ρόλος του CO₂ στη φωτοσύνθεση και στις φυτικές λειτουργίες

Φωτοσύνθεση
CO₂ + H₂Ο → Γλυκόζη + Ο₂

Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα φυτά που περιέχουν χλωροφύλλη, με τη βοήθεια του φωτός και με αρχικά αντιδρώντα το νερό και το CO₂, μετατρέπουν ανόργανες ουσίες σε τροφή. Πρόκειται για μια φυσιολογική λειτουργία με την οποία τα πράσινα φυτά προμηθεύονται τον άνθρακα και το οξυγόνο, που είναι απαραίτητα για τη θρέψη τους. Η φωτοσύνθεση είναι μια εξώθερμη διαδικασία, η συνολική χημική αντίδραση της οποίας είναι : 6CO₂ + 6H₂Ο → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 2817 KJ. Ο μηχανισμός της φωτοσύνθεσης σε γενικές γραμμές είναι ο ακόλουθος: το νερό διαλύει και μεταφέρει το διοξείδιο του άνθρακα μέχρι τα κύτταρα και τους χλωροπλάστες των φύλλων. Εκεί με την ενέργεια του φωτός που απορροφά η χλωροφύλλη, διασπάται το νερό στα στοιχεία του. Το οξυγόνο απελευθερώνεται, ενώ το ατομικό υδρογόνο δεσμεύεται από διάφορα ένζυμα. Έπειτα το υδρογόνο συμμετέχει στις αντιδράσεις με το διοξείδιο του άνθρακα: CΟ₂ + |Η| → (CΗ₂Ο)_x. Στο δεύτερο στάδιο αντιδράσεων δε χρειάζεται ηλιακή ενέργεια, γι' αυτό οι αντιδράσεις αυτές ονομάζονται "σκοτεινές". Με λίγα λόγια, οι χλωροπλάστες, με την βοήθεια του φωτός και του CO₂, παράγουν οξυγόνο και ενέργεια απορροφώντας CO₂ κατά την φωτοπερίοδο η οποία δεν θα πρέπει να ξεπερνά τις 12 ώρες ημερησίως. Τις υπόλοιπες ώρες απορροφούν οξυγόνο και παράγουν CO₂.
Έχει αποδειχθεί ότι τα φυτά μπορούν να αναπτυχθούν μέχρι και 50% ταχύτερα σε συγκεντρώσεις 1000 ppm CO₂. Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι αν αυξηθεί η συγκέντρωση CO₂ στην ατμόσφαιρα, αυτό θα οδηγήσει σε ταχύτερη ανάπτυξη των φυτών και, επομένως, σε αύξηση της παραγωγής τροφίμων. Μελέτες όμως έχουν δείξει ότι η αύξηση των εκπομπών CO₂ οδηγεί σε μείωση της χρήσης του νερού από τα φυτά και σε ελάττωση της συγκέντρωσης των ιχνοστοιχείων σ' αυτά. Αυτό μπορεί να έχει αλυσιδωτές συνέπειες σε άλλους οργανισμούς των οικοσυστημάτων, όπως τα φυτοφάγα ζώα τα οποία θα πρέπει να τρώνε περισσότερο για να αποκτήσουν την ίδια ποσότητα πρωτεϊνών.
Τα φυτά εκπέμπουν CO₂ κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Αν και τα δάση θα μπορούσαν να απορροφήσουν πολλούς τόνους CO₂ κάθε χρόνο, μελέτες αναφέρουν ότι ένα ώριμο δάσος παράγει τόσο πολύ CO₂ κατά την αναπνοή και την αποσύνθεση των νεκρών δένδρων, όσο χρησιμοποιείται στην βιοσύνθεση και στην καλλιέργεια των φυτών.

Τοξικότητα του CO₂ - Επιδράσεις στο νευρικό σύστημα

Η περιεκτικότητα του καθαρού αέρα σε CO₂ (κατά μέσο όρο μεταξύ της στάθμης της θάλασσας και μέχρι ύψους περίπου 30 χλμ.) κυμαίνεται από 0,036 % (360 ppm) έως και 0,039% (390 ppm), ανάλογα με την τοποθεσία.
Η παρατεταμένη έκθεση σε μέτριες συγκεντρώσεις μπορεί να προκαλέσει οξέωση και να έχει αρνητικές συνέπειες για το μεταβολισμό του ασβεστίου και του φωσφόρου. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι τοξικό για την καρδιά και προκαλεί αρρυθμίες.

Κύρια συμπτώματα της τοξικότητας του CO₂ από την αύξηση της περιεκτικότητάς του στον αέρα.

Η τοξικότητα και οι επιπτώσεις της αυξάνονται με την αύξηση της περιεκτικότητας του αέρα σε CO₂ :

• Σε περιεκτικότητα 1% v/v (γεμάτη αίθουσα με κακό εξαερισμό), το CO2 μπορεί σε παρατεταμένη έκθεση να προκαλέσει υπνηλία.
• Σε περιεκτικότητα 2% v/v το CO2 συμπεριφέρεται ως ήπιο ναρκωτικό. Προκαλεί αυξημένη αρτηριακή πίεση και καρδιακό ρυθμό, και μειώνει την ακοή.
• Σε περιεκτικότητα περίπου 5% v/v προκαλεί διέγερση του αναπνευστικού κέντρου, ζάλη, σύγχυση και δυσκολία στην αναπνοή συνοδευόμενη από κεφαλαλγία και δύσπνοια.
• Σε περιεκτικότητα 8% v/v προκαλεί κεφαλαλγία, εφίδρωση, παραισθήσεις, τρέμουλο και απώλεια συνείδησης μετά την έκθεση για πέντε έως δέκα λεπτά.

Το 1984 στη λίμνη Monoun του Καμερούν αναφέρθηκαν 37 θάνατοι που οφείλονταν σε τοπικά πολύ υψηλές συγκεντρώσεις CO₂, το οποίο παράχθηκε από την διατάραξη της λίμνης που ήταν κορεσμένη σε CO₂. Το 1986 στη λίμνη Nyos πάλι στο Καμερούν αναφέρθηκαν 1700 θάνατοι από τα ίδια αίτια.
Λόγω των κινδύνων για την υγεία που συνδέονται με την έκθεση σε CO₂, ο Οργανισμός Επαγγελματικής Ασφάλειας και Υγείας των Η.Π.Α., αναφέρει ότι η μέση έκθεση για υγιείς ενήλικες κατά την οκτάωρη εργασίας δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 5000 ppm (0,5%). Το μέγιστο επίπεδο ασφάλειας για βρέφη, παιδιά, ηλικιωμένους και άτομα με προβλήματα υγείας είναι σημαντικά μικρότερη. Για βραχυπρόθεσμες (κάτω των δέκα λεπτών) εκθέσεις, το όριο είναι 30000 ppm (3 %). Αν οι συγκεντρώσεις CO₂ υπερβαίνουν το 4% είναι άμεσα επικίνδυνες για την υγεία.
Η προσαρμογή σε αυξημένα ποσοστά CO₂ μεταβάλλεται από άνθρωπο σε άνθρωπο. Η συνεχής παραμονή σε ατμόσφαιρα με CO₂ μπορεί γίνει ανεκτή σε περιεκτικότητες 3 % τουλάχιστον για ένα μήνα και 4 % για πάνω από μια εβδομάδα. Υποστηρίχθηκε ότι συγκεντρώσεις 2 % θα μπορούσαν να γίνουν ανεκτές σε κλειστούς χώρους (π.χ. υποβρύχια), δεδομένου ότι η προσαρμογή είναι φυσιολογική και αναστρέψιμη. Μάλιστα δεν θα παρατηρηθεί μείωση της απόδοσης στην εργασία ή σε κανονική σωματική δραστηριότητα.
Συγκεντρώσεις CO₂ μεταξύ 300 ppm και 2500 ppm, χρησιμοποιούνται ως δείκτες ποιότητας αέρα σε εσωτερικούς χώρους. Σε κλειστούς χώρους με πολλούς ανθρώπους, συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 1000 ppm θα προκαλέσουν δυσφορία σε ποσοστό πάνω από το 20 % των ανθρώπων. Σε 2000 ppm, η πλειοψηφία των ανθρώπων, θα αισθανθεί σε σημαντικό βαθμό ενόχληση, και πολλοί θα υποφέρουν από ναυτία και πονοκεφάλους.
Παλιότερα, η ύπαρξη CO₂ σε χώρους όπου ζυμωνόταν το κρασί ή σε ορυχεία, γινόταν αντιληπτή από την τοξικότητά του : Οι εργάτες τοποθετούσαν στο πάτωμα του χώρου ένα κλουβί με καναρίνι που είναι πιο ευαίσθητο από τον άνθρωπο. Το CO₂ επειδή είναι βαρύτερο από τον αέρα, συσσωρεύονταν στα χαμηλά σημεία και αν το καναρίνι δηλητηριαζόταν, ο χώρος περιείχε αυξημένα ποσοστά CO₂.
Από τις αρχές του 20ού αιώνα νευρολόγοι και ψυχίατροι είχαν διαπιστώσει ότι το διοξείδιο του άνθρακα επιδρά αρνητικά στο νευρικό σύστημα, προκαλώντας έντονη αγωνία και φόβο, έως και κρίσεις πανικού. Μέχρι το 2009 όμως δεν είχαν καταφέρει να βρουν μια ικανοποιητική νευροβιολογική εξήγηση του φαινομένου. Πρόσφατα μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο της Αϊόβα, στις ΗΠΑ, ανακάλυψε ότι ρόλο-κλειδί σε αυτήν τη διαδικασία κατέχει μια πρωτεΐνη, η λεγόμενη ASIC1a. Η πρωτεΐνη αυτή υπάρχει σε αφθονία στην αμυγδαλή, μια περιοχή του εγκεφάλου η οποία, μαζί με άλλες εγκεφαλικές δομές, συναποτελεί το μεταιχμιακό σύστημα του εγκεφάλου, έναν από τους βασικούς ρυθμιστές ανώτερων ψυχικών λειτουργιών όπως τα συναισθήματα και η συμπεριφορά. Κάνοντας πειράματα με ποντικούς, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν το εγκεφαλικό περιβάλλον γινόταν πιο όξινο η παραγωγή της πρωτεΐνης ASIC1a αυξανόταν στην αμυγδαλή, προκαλώντας συμπεριφορές με τυπικά φοβικά χαρακτηριστικά. Αντίθετα, όταν εξουδετερωνόταν η δράση της συγκεκριμένης πρωτεΐνης, οι συμπεριφορές αυτές δεν εκδηλώνονταν.
Δεδομένου ότι μία από τις βασικές συνέπειες της εισπνοής διοξειδίου του άνθρακα είναι η αύξηση της οξίνισης του εγκεφαλικού περιβάλλοντος, και συνεπώς η άμεση παραγωγή της πρωτεΐνης ASIC1a, οι ερευνητές συμπέραναν ότι για τις κρίσεις πανικού που συνοδεύουν την εισπνοή μεγάλης ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα θα πρέπει να ευθύνεται η υψηλή συγκέντρωση της συγκεκριμένης πρωτεΐνης. Πιστεύουν, μάλιστα, ότι ανακαλύπτοντας την ακριβή δράση αυτής της πρωτεΐνης θα μπορέσουν να ερμηνεύσουν και ένα άλλο σχετικό φαινόμενο, την αγχολυτική και άκρως χαλαρωτική επίδραση των αναπνευστικών ασκήσεων.

To CO₂ στην ανθρώπινη φυσιολογία

To CO₂ μεταφέρεται στο αίμα με τρεις διαφορετικούς τρόπους. (Τα ακριβή ποσοστά διαφέρουν ανάλογα με το αν το αίμα είναι φλεβικό ή αρτηριακό) :

• Το μεγαλύτερο μέρος του CO₂ (περίπου 70% - 80%), μετατρέπεται σε όξινα ανθρακικά ιόντα (HCO₃^-) στα ερυθρά αιμοσφαίρια με την αντίδραση : CO₂ + H₂Ο ⇄ H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃^-.
• Ποσοστό 5% - 10% διαλύεται στο πλάσμα.
• Ποσοστό 5% - 10% είναι συνδεδεμένο με την αιμοσφαιρίνη.

Η αιμοσφαιρίνη, το κύριο μόριο-μεταφορέας οξυγόνου στα ερυθρά αιμοσφαίρια, μεταφέρει και Ο₂ και CO₂. Ωστόσο, το CO₂ δεσμεύεται στο μόριο της αιμοσφαιρίνης σε διαφορετικό μέρος από το Ο₂. Όταν η δέσμευση του Ο₂ είναι αυξημένη, ελαττώνεται η ποσότητα του CO₂ που δεσμεύεται στην αιμοσφαιρίνη και αντιστρόφως εξαιτίας του αλλοστερικού φαινομένου. Το CO₂ απομακρύνεται από το ανθρώπινο σώμα με τον εξής μηχανισμό : Η γλυκόζη οξειδώνεται στα κύτταρα σύμφωνα με το σχήμα : C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ⇄ 6CO₂ + 6H₂Ο + Ενέργεια. Το παραγόμενο CO₂ διαλύεται στο νερό και δίνει ανθρακικό οξύ : CO₂ + H₂Ο ⇄ H₂CO₃. Το οξύ σύντομα διαχέεται έξω από τα τριχοειδή αγγεία και όταν φθάσει στο αίμα εξουδετερώνεται εν μέρει από το ανθρακικό νάτριο, που υπάρχει εκεί : Na₂CO₃ + H₂CO₃ ⇄ 2NaHCO₃ (Ι).
Στους πνεύμονες η αντίδραση γίνεται αντίστροφα. Το H₂CO₃ διαχέεται στις κυψελίδες και διασπάται σε νερό και CO₂, το οποίο εμπνέεται. Η απομάκρυνση όμως μιας ποσότητας H₂CO₃, μετατοπίζει την ισορροπία (Ι) προς τα αριστερά με συνέπεια να διασπάται νέα ποσότητα NaHCO₃ προς Na₂CO₃ και H₂CO₃ και η διαδικασία συνεχίζεται. Συνήθως ο αέρας της εκπνοής περιέχει 4 % έως 5 % περισσότερο CO₂ και 4 % έως 5 % λιγότερο Ο₂ από τον αέρα της εισπνοής. Η αναπνοή ενός ανθρώπου παράγει περίπου 1 Kg CO₂ κάθε μέρα.

Πηγές

1. Βασιλικιώτης Γ.Σ.: Χημεία Περιβάλλοντος, Θεσσαλονίκη 1986
2. Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ.: Χημικές Αντιδράσεις, Αθήνα 1976
3. Γιαννακουδάκης Δ.Α.: Φυσική Χημεία Καταστάσεων της Ύλης και Θερμοδυναμική, Θεσσαλονίκη 1986
4. Αλεξάνδρου Ν.Ε.: Γενική Οργανική Χημεία, Δομή-Φάσματα-Μηχανισμοί, Τόμοι 1ος και 2ος, Θεσσαλονίκη 1985
5. Morrison R.T., Boyd R.N.: Οργανική Χημεία, Τόμοι 1ος,2ος,3ος, μετάφραση Σακαρέλλος-Πηλίδης-Γεροθανάσης, Ιωάννινα 1991
6. Meislich H., Nechamkin H., Sharefkin J.: Οργανική Χημεία, μετάφρ. Α. Βάρβογλης, Αθήνα 1983
7. Murell J.N., Kettle S.F.A., Tedder J.N.: Ο Χημικός Δεσμός, μετάφρ.Σ. Φαράντος, Ηράκλειο 1992
8. Γεωργάτσος Ι.Ε.: Βιοχημεία, Τόμος Β', Ενδιάμεση Ανταλλαγή της Ύλης-Μοριακή Πληροφορική, Θεσσαλονίκη 1985
9. Τσίπης Κ.Α.: Εισαγωγή στην Κβαντική Χημεία, Τόμος Ι, Στοιχειώδης Μεθοδολογία και Ατομική Δομή, Θεσσαλονίκη 1984
10. Μπόσκου Δ.: Χημεία τροφίμων με Στοιχεία Τεχνολογίας Τροφίμων, Θεσσαλονίκη 1986
11. Βασιλικιώτης Γ.Σ.: Ποσοτική Ανάλυση, Θεσσαλονίκη 1980
12. Μπαζάκης Ι.Α.: Γενική Χημεία, Αθήνα
13. Pople J.A., Beveridge D.L.: Approximate Molecular Orbital Theory, Νέα Υόρκη 1970
14. Szabo A., Ostlund N.: Modern Quantum Chemistry, Νέα Υόρκη 1982
15. Μανουσάκης Γ.Ε.: Γενική και Ανόργανη Χημεία, Τόμοι 1ος και 2ος, Θεσσαλονίκη 1981
16. Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ.: Στοιχεία Ανόργανης Χημείας, Έκδοση 14η, Αθήνα 1984

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• 3-D δονήσεις του CO₂
• Πρόσθετο Ε290 - Το CO₂ στα τρόφιμα
• Φυσικοχημικά δεδομένα για το CO₂
• Θερμοδυναμικά κ.ά. στοιχεία για το CO₂
• Πληροφορίες για τον ξηρό πάγο
• Φαινόμενο του θερμοκηπίου
• Παγκόσμια θέρμανση

Δείτε επίσης

Υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα