Вуглекислий газ – невидима небезпека. Коли вуглекислий газ стає отрутою Чому чим небезпечний вуглекислий газ

Ви вже знаєте, що при видиху з легенів виходить вуглекислий газ. А ось що вам відомо про цю речовину? Напевно, небагато. Сьогодні я відповім на всі питання щодо вуглекислого газу.

Визначення

Ця речовина у нормальних умовах є безбарвним газом. У багатьох джерелах його можуть називати по-різному: і оксидом вуглецю (IV), і вугільним ангідридом, двоокисом вуглецю, і діоксидом вуглецю.

Властивості

Вуглекислий газ (формула 2) є безбарвним газом, що має кислі запах і смак, розчинним у воді речовиною. Якщо його добре охолодити, то утворюється снігоподібна маса, звана сухим льодом (фотографія нижче), яка сублімує при температурі -78 про С.

Є одним із продуктів гниття або горіння будь-якої органічної речовини. Розчиняється у воді тільки при температурі 15 про З і тільки в тому випадку, якщо відношення вода:вуглекислий газ дорівнює 1:1. Щільність вуглекислого газу може бути різною, але в стандартних умовах вона дорівнює 1976 кг/м 3 . Це якщо він знаходиться в газоподібному вигляді, а в інших станах (рідкому/газоподібному) значення щільності теж будуть іншими. Ця речовина є кислотним оксидом, його додавання у воду призводить до одержання вугільної кислоти. Якщо з'єднати вуглекислий газ з будь-яким лугом, то в результаті подальшої реакції утворюються карбонати та гідрокарбонати. Цей оксид не може підтримувати горіння, крім деяких винятків. Це активні метали, і за реакції такого виду вони забирають у нього кисень.

Отримання

Вуглекислий та ще деякі гази у великих кількостях виділяються, коли виробляють алкоголь або розкладаються природні карбонати. Потім одержані гази проходять промивання розчиненим карбонатом калію. Далі слідує поглинання ними вуглекислого газу, продуктом даної реакції є гідрокарбонат, при нагріванні розчину якого отримують оксид, що шукається.

Але зараз його з успіхом замінює розчинений водою етаноламін, який абсорбує оксид вуглецю, що міститься в димовому газі, і віддає його при нагріванні. Також цей газ є побічним продуктом реакцій, при яких отримують чисті азот, кисень і аргон. У лабораторії трохи вуглекислоти виходить, коли карбонати та гідрокарбонати взаємодіють із кислотами. Ще вона утворюється, коли реагують харчова сода та лимонний сік або той же гідрокарбонат натрію та оцет (фото).

Застосування

Харчова промисловість не може обійтися без використання вуглекислоти, де вона відома як консервант і розпушувач, що має код E290. Її як рідини містить будь-який вогнегасник.

Також оксид чотиривалентного вуглецю, який виділяється в процесі бродіння, служить гарним підживленням акваріумних рослин. Він міститься і в усьому відомому газованому газуванні, яке багато хто досить часто купують у продуктовому магазині. Зварювання дротом відбувається у вуглекислому середовищі, але якщо температура цього процесу дуже висока, то він супроводжується дисоціацією вуглекислоти, при якій виділяється кисень, що окислює метал. Тоді зварювання не обходиться без розкислювачів (марганцю чи кремнію). Вуглекислим газом накачують велосипедні колеса, він присутній і в балончиках пневматичної зброї (такий його різновид називається газобалонним). Також даний оксид у твердому стані, званий сухим льодом, потрібен як холодоагент у торгівлі, наукових дослідженнях та при ремонті деякої техніки.

Ось до чого корисний для людини вуглекислий газ. І не тільки в промисловості, він відіграє і важливу біологічну роль: без нього не може відбуватися газообмін, регуляція судинного тонусу, фотосинтез та багато інших природних процесів. Але його надлишок чи недостача у повітрі деякий час можуть негативно впливати на фізичний стан усіх живих організмів.

Газування, вулкан, Венера, рефрижератор – що між ними спільного? Вуглекислий газ. Ми зібрали для Вас найцікавішу інформацію про одну з найважливіших хімічних сполук на Землі.

Що таке діоксид вуглецю

Діоксид вуглецю відомий переважно у своєму газоподібному стані, тобто. як вуглекислий газ з простою хімічною формулою CO2. У такому вигляді він існує в нормальних умовах – при атмосферному тиску та «звичайних» температурах. Але при підвищеному тиску, понад 5850 кПа (таке, наприклад, тиск на морській глибині близько 600 м), цей газ перетворюється на рідину. А при сильному охолодженні (мінус 78,5 ° С) він кристалізується і стає так званим сухим льодом, який широко використовується в торгівлі для зберігання заморожених продуктів рефрижераторах.

Рідка вуглекислота і сухий лід виходять і застосовуються у людській діяльності, але ці форми нестійкі та легко розпадаються.

А ось газоподібний діоксид вуглецю поширений всюди: він виділяється в процесі дихання тварин і рослин і є важливим складником хімічного складу атмосфери та океану.

Властивості вуглекислого газу

Вуглекислий газ CO2 не має кольору та запаху. У звичайних умовах не має і смаку. Однак при вдиханні високих концентрацій діоксиду вуглецю можна відчути в роті кислуватий присмак, викликаний тим, що вуглекислий газ розчиняється на слизових і слині, утворюючи слабкий розчин вугільної кислоти.

До речі, саме здатність діоксиду вуглецю розчинятися у воді використовується виготовлення газованих вод. Бульбашки лимонаду - той самий вуглекислий газ. Перший апарат для насичення води CO2 був винайдений ще 1770 р., а вже 1783 р. заповзятливий швейцарець Якоб Швепп почав промислове виробництво газування (торгова марка Schweppes існує досі).

Вуглекислий газ важчий за повітря в 1,5 рази, тому має тенденцію «осідати» в його нижніх шарах, якщо приміщення погано вентилюється. Відомий ефект «собачої печери», де CO2 виділяється прямо із землі та накопичується на висоті близько півметра. Доросла людина, потрапляючи в таку печеру, на висоті свого зростання не відчуває надлишку вуглекислого газу, а ось собаки виявляються прямо в густому шарі діоксиду вуглецю і зазнають отруєння.

CO2 не підтримує горіння, тому його використовують у вогнегасниках та системах пожежогасіння. Фокус із гасінням свічки, що горить, вмістом нібито порожньої склянки (а насправді — вуглекислим газом) заснований саме на цій властивості діоксиду вуглецю.

Вуглекислий газ у природі: природні джерела

Вуглекислий газ у природі утворюється з різних джерел:

• Дихання тварин та рослин.
  Кожному школяру відомо, що рослини поглинають вуглекислий газ CO2 з повітря та використовують його у процесах фотосинтезу. Деякі господині намагаються безліччю кімнатних рослин спокутувати недоліки. Однак рослини не тільки поглинають, але й виділяють вуглекислий газ без світла - це частина процесу дихання. Тому джунглі в спальні, що погано провітрюється - не дуже хороша ідея: вночі рівень CO2 зростатиме ще більше.
• Вулканічна діяльність.
  Діоксид вуглецю входить до складу вулканічних газів. У місцевостях з високою вулканічною активністю CO2 може виділятися прямо із землі – з тріщин та розломів, які називаються мофетами. Концентрація вуглекислого газу в долинах з мофетами настільки висока, що багато дрібних тварин, потрапивши туди, вмирають.
• Розкладання органічних речовин.
  Вуглекислий газ утворюється при горінні та гниття органіки. Об'ємні природні викиди діоксиду вуглецю супроводжують лісові пожежі.

Вуглекислий газ "зберігається" в природі у вигляді вуглецевих сполук у корисних копалин: вугіллі, нафті, торфі, вапняку. Гігантські запаси CO2 містяться у розчиненому вигляді у світовому океані.

Викид вуглекислого газу з відкритої водойми може призвести до лімнологічної катастрофи, як це траплялося, наприклад, у 1984 та 1986 роках. в озерах Манун і Ньос у Камеруні. Обидва озера утворилися дома вулканічних кратерів – нині вони згасли, проте у глибині вулканічна магма все ще виділяє вуглекислий газ, який піднімається до вод озер і розчиняється у них. Внаслідок низки кліматичних і геологічних процесів концентрація вуглекислоти у водах перевищила критичне значення. В атмосферу було викинуто величезну кількість вуглекислого газу, який на кшталт лавини спустився гірськими схилами. Жертвами лімнологічних катастроф на камерунських озерах стали близько 1800 осіб.

Штучні джерела вуглекислого газу

Основними антропогенними джерелами діоксиду вуглецю є:

• промислові викиди, пов'язані з процесами згоряння;
• автомобільний транспорт.

Незважаючи на те, що частка екологічного транспорту у світі зростає, переважна частина населення планети ще не скоро матиме можливість (або бажання) перейти на нові автомобілі.

Активне зведення лісів у промислових цілях також веде до підвищення концентрації вуглекислого газу СО2 повітря.

CO2 – один із кінцевих продуктів метаболізму (розщеплення глюкози та жирів). Він виділяється у тканинах та переноситься за допомогою гемоглобіну до легень, через які видихається. У повітрі, що видихається людиною, близько 4,5% діоксиду вуглецю (45 000 ppm) – у 60-110 разів більше, ніж у вдихуваному.

Вуглекислий газ відіграє велику роль у регуляції кровопостачання та дихання. Підвищення рівня CO2 у крові призводить до того, що капіляри розширюються, пропускаючи більше крові, яке доставляє до тканин кисень і виводить вуглекислоту.

Дихальна система теж стимулюється підвищенням вмісту вуглекислого газу, а не нестачею кисню, як може здатися. Насправді нестача кисню довго не відчувається організмом і цілком можлива ситуація, коли в розрідженому повітрі людина знепритомніє раніше, ніж відчує нестачу повітря. Стимулююча властивість CO2 використовується в апаратах штучного дихання: там вуглекислий газ підмішується до кисню, щоб запустити дихальну систему.

Вуглекислий газ і ми: чим небезпечний СO2

Вуглекислий газ необхідний організму людини так само, як кисень. Але так само, як із киснем, надлишок вуглекислого газу шкодить нашому самопочуттю.

Велика концентрація CO2 у повітрі призводить до інтоксикації організму та викликає стан гіперкапнії. При гіперкапнії людина відчуває труднощі з диханням, нудоту, біль голови і може навіть втратити свідомість. Якщо вміст вуглекислого газу не знижується, то далі настає черга – кисневого голодування. Справа в тому, що і вуглекислий газ, і кисень переміщаються організмом на тому самому «транспорті» – гемоглобіні. У нормі вони «мандрують» разом, прикріплюючись до різних місць молекули гемоглобіну. Проте підвищена концентрація вуглекислого газу крові знижує здатність кисню зв'язуватися з гемоглобіном. Кількість кисню у крові зменшується і настає гіпоксія.

Такі нездорові для організму наслідки наступають при вдиханні повітря з вмістом CO2 більше 5 000 ppm (таким може бути повітря в шахтах, наприклад). Заради справедливості, у звичайному житті ми практично не стикаємося з таким повітрям. Однак і набагато менша концентрація діоксиду вуглецю відбивається на здоров'я не найкращим чином.

Згідно з висновками деяких, вже 1 000 ppm CO2 викликає у половини випробуваних стомлення та головний біль. Духоту та дискомфорт багато людей починають відчувати ще раніше. При подальшому підвищенні концентрації вуглекислого газу до 1500 - 2500 ppm критично, мозок «лінується» виявляти ініціативу, обробляти інформацію та приймати рішення.

І якщо рівень 5000 ppm майже неможливий у повсякденному житті, то 1000 і навіть 2500 ppm легко можуть бути частиною реальності сучасної людини. Наш показав, що в шкільних класах, що рідко провітрюються, рівень CO2 значну частину часу тримається на позначці вище 1 500 ppm, а іноді підскакує вище 2 000 ppm. Є всі підстави припускати, що в багатьох офісах і квартирах ситуація схожа.

Безпечним для здоров'я людини рівнем вуглекислого газу фізіологи вважають 800 ppm.

Ще одне дослідження виявило зв'язок між рівнем CO2 і окислювальним стресом: чим вищий рівень діоксиду вуглецю, тим більше ми страждаємо від того, що руйнує клітини нашого організму.

Вуглекислий газ в атмосфері Землі

В атмосфері нашої планети всього близько 0,04% CO2 (це приблизно 400 ppm), а зовсім недавно було ще менше: позначку в 400 ppm вуглекислий газ перевищив тільки восени 2016 року. Вчені пов'язують зростання рівня CO2 в атмосфері з індустріалізацією: у середині XVIII століття, напередодні промислового перевороту, він становив лише близько 270 ppm.

Вуглекислий газ безбарвний газ із ледь відчутним запахом не отруйний, важчий за повітря. Вуглекислий газ поширений у природі. Розчиняється у воді, утворюючи вугільну кислоту Н 2 CO 3 надає їй кислий смак. У повітрі міститься близько 0,03% вуглекислого газу. Щільність у 1,524 рази більша за щільність повітря і дорівнює 0,001976 г/см 3 (при нульовій температурі та тиску 101,3 кПа). Потенціал іонізації 14,3В. Хімічна формула – CO2.

У зварювальному виробництві використовується термін "вуглекислий газ"див. У «Правилах пристрою та безпечної експлуатації судин, що працюють під тиском», прийнятий термін «вуглекислота», а в - термін "двоокис вуглецю".

Існує безліч способів отримання вуглекислого газу, основні з яких розглянуті у статті.

Щільність двоокису вуглецю залежить від тиску, температури та агрегатного стану, в якому вона знаходиться. При атмосферному тиску та температурі -78,5°С вуглекислий газ, минаючи рідкий стан, перетворюється на білу снігоподібну масу "сухий лід".

Під тиском 528 кПа та при температурі -56,6°С вуглекислота може перебувати у всіх трьох станах (так звана потрійна точка).

Двоокис вуглецю термічно стійка, дисоціює на окис вуглецю і лише за температури вище 2000°С.

Вуглекислий газ – це перший газ, який був описаний як дискретна речовина. У сімнадцятому столітті фламандський хімік Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) зауважив, що після спалювання вугілля в закритій посудині маса попелу була набагато меншою від маси вугілля, що спалюється. Він пояснював це тим, що вугілля трансформується на невидиму масу, яку він назвав «газ».

Властивості вуглекислого газу були вивчені набагато пізніше 1750р. шотландським фізиком Джозефом Блеком (Joseph Black).

Він виявив, що вапняк (карбонат кальцію CaCO 3) при нагріванні або взаємодії з кислотами виділяє газ, який він назвав «пов'язане повітря». Виявилося, що «пов'язане повітря» щільніше за повітря і не підтримує горіння.

CaCO 3 + 2HCl = СО 2 + CaCl 2 + H 2 O

Пропускаючи «пов'язане повітря» тобто. вуглекислий газ CO 2 через водний розчин вапна Ca(OH) 2 на дно осаджується карбонат кальцію CaCO 3 . Джозеф Блек використав цей досвід для доказу того, що вуглекислий газ виділяється внаслідок дихання тварин.

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

Рідкий двоокис вуглецю безбарвна рідина без запаху, щільність якої сильно змінюється зі зміною температури. Вона існує при кімнатній температурі лише за тиску понад 5,85 МПа. Щільність рідкої вуглекислоти 0771 г/см 3 (20°С). При температурі нижче +11°С вона важча за воду, а вище +11°С - легше.

Питома маса рідкого двоокису вуглецю значно змінюється з температуроютому кількість вуглекислоти визначають і продають по масі. Розчинність води в рідкому двоокисі вуглецю в інтервалі температур 5,8-22,9°С трохи більше 0,05%.

Рідкий двоокис вуглецю перетворюється на газ при підведенні до неї теплоти. За нормальних умов (20°С та 101,3 кПа) при випаровуванні 1 кг рідкої вуглекислоти утворюється 509 л вуглекислого газу. При надмірно швидкому відборі газу, зниженні тиску в балоні та недостатньому підведенні теплоти вуглекислота охолоджується, швидкість її випаровування знижується і при досягненні «потрійної точки» вона перетворюється на сухий лід, який забиває отвір у знижувальному редукторі, і подальший відбір газу припиняється. При нагріванні сухий лід безпосередньо перетворюється на вуглекислий газ, минаючи рідкий стан. Для випаровування сухого льоду необхідно підвести значно більше теплоти, ніж для випаровування рідкого двоокису вуглецю - тому якщо у балоні утворився сухий лід, то він випаровується повільно.

Вперше рідкий двоокис вуглецю отримали 1823 р. Гемфрі Деві(Humphry Davy) та Майкл Фарадей(Michael Faraday).

Тверда двоокис вуглецю «сухий лід», на вигляд нагадує сніг і лід. Вміст вуглекислого газу, що отримується з брикету сухого льоду, високий - 99,93-99,99%. Вміст вологи не більше 0,06-0,13%. Сухий лід, перебуваючи на відкритому повітрі, інтенсивно випаровується, тому для його зберігання та транспортування використовують контейнери. Одержання вуглекислого газу із сухого льоду проводиться у спеціальних випарниках. Тверда двоокис вуглецю (сухий лід), що поставляється за ГОСТ 12162.

Двоокис вуглецю найчастіше застосовують:

• для створення захисного середовища при металах;
• у виробництві газованих напоїв;
• охолодження, заморожування та зберігання харчових продуктів;
• для систем пожежогасіння;
• для чищення поверхонь сухим льодом.

Щільність вуглекислого газу досить висока, що дозволяє забезпечувати захист реакційного простору дуги від зіткнення з газами повітря і попереджає азотування при невеликих витратах вуглекислоти в струмені. Вуглекислий газ є, в процесі зварювання він взаємодіє з металом шва і надає на метал зварювальної ванни окислюючу, а також дію, що навуглерожує.

Раніше перешкодою для застосування вуглекислоти як захисне середовище булиу швах. Пори викликалися кипінням металу, що твердіє, зварювальної ванни від виділення оксису вуглецю (СО) внаслідок недостатньої його розкисленості.

При високих температурах вуглекислий газ дисоціює з утворенням активного вільного, одноатомного кисню:

Окислення металу шва вільним, що виділяється при зварюванні з вуглекислого газу, нейтралізується вмістом додаткової кількості легуючих елементів з великою спорідненістю до кисню, найчастіше кремнієм і марганцем (понад тієї кількості, яка потрібна для легування металу шва) або вводяться в зону зварювання флюсами (зварювання).

Як двоокис, так і окис вуглецю практично не розчиняються у твердому та розплавленому металі. Вільний активний окислює елементи, присутні у зварювальній ванні, залежно від їх спорідненості до кисню та концентрації за рівнянням:

Ме + О = МеО

де Ме - метал (марганець, алюміній чи ін.).

Крім того, і сам вуглекислий газ реагує із цими елементами.

В результаті цих реакцій при зварюванні у вуглекислоті спостерігається значне вигоряння алюмінію, титану та цирконію, і менш інтенсивне - кремнію, марганцю, хрому, ванадію та ін.

Особливо енергійно окислення домішок відбувається при . Це пов'язано з тим, що при зварюванні електродом, що плавиться, взаємодія розплавленого металу з газом відбувається при перебування краплі на кінці електрода і в зварювальній ванні, а при зварюванні електродом, що не плавиться - тільки у ванні. Як відомо, взаємодія газу з металом у дуговому проміжку відбувається значно інтенсивніше внаслідок високої температури та більшої поверхні контактування металу з газом.

Зважаючи на хімічну активність вуглекислого газу по відношенню до вольфраму зварювання в цьому газі ведуть тільки плавиться електродом.

Двоокис вуглецю нетоксичний і невибухонебезпечний. При концентраціях більше 5% (92 г/м 3 ) вуглекислий газ надає шкідливий вплив на здоров'я людини, оскільки вона важча за повітря і може накопичуватися в приміщеннях, що слабо провітрюються, у підлоги. При цьому знижується об'ємна частка кисню в повітрі, що може спричинити явище кисневої недостатності та ядухи. Приміщення, де здійснюється зварювання з використанням вуглекислоти, повинні бути обладнані загальнообмінною припливно-витяжною вентиляцією. Гранично допустима концентрація вуглекислого газу повітря робочої зони 9,2 г/м 3 (0,5%).

Вуглекислий газ поставляється по . Для отримання якісних швів використовують газоподібний і зріджений двоокис вуглецю вищого та першого сортів.

Вуглекислоту транспортують і зберігають у сталевих балонах або цистернах великої ємності в рідкому стані з наступною газифікацією на заводі, з централізованим постачанням зварювальних постів через рампи. У стандартний з водяною ємністю 40 л заливається 25 кг рідкої вуглекислоти, яка за нормального тиску займає 67,5% об'єму балона і дає при випаровуванні 12,5 м 3 вуглекислого газу. У верхній частині балона разом із газоподібною вуглекислотою накопичується повітря. Вода, як важча, ніж рідкий двоокис вуглецю, збирається в нижній частині балона.

Для зниження вологості вуглекислого газу рекомендується встановити балон вентилем вниз та після відстоювання протягом 10...15 хв обережно відкрити вентиль і випустити з балона вологу. Перед зварюванням необхідно з нормально встановленого балона випустити невелику кількість газу, щоб видалити повітря, що потрапило в балон. Частина вологи затримується у вуглекислоті у вигляді водяної пари, що погіршує при зварюванні шва.

При випуску газу з балона внаслідок ефекту дроселювання та поглинання теплоти при випаровуванні рідкого двоокису вуглецю газ значно охолоджується. При інтенсивному відборі газу можлива закупорка редуктора замерзлої вологою, що міститься у вуглекислоті, а також сухим льодом. Щоб уникнути цього при відборі вуглекислого газу перед редуктором, встановлюють підігрівач газу. Остаточне видалення вологи після редуктора проводиться спеціальним осушувачем, наповненим скляною ватою та хлористим кальцієм, силікагелієм, мідним купоросом або іншими поглиначами вологи.

Балон з двоокисом вуглецю пофарбований у чорний колір, з написом жовтими літерами «ВУГЛЕКІСЛОТА».

АННОТАЦІЯ

У цьому роботі розглянуто вплив концентрації вуглекислого газу організм людини. Ця тема актуальна у зв'язку з частим порушенням рівня комфортної концентрації СО 2 у закритих приміщеннях, а також у зв'язку з відсутністю в Росії нормативів вмісту вуглекислоти.

ABSTRACT

У цьому матеріалі, ефект концентрації карбон-диоксиду на людському тілі не розглядається. Сучасний топік є topical в зв'язку з конкретним violation of the level of comfort of CO 2 concentration in enclosed premises, as well as in concentration with absence in Russia standards for contention of carbon dioxide.

Дихання - фізіологічний процес, що гарантує перебіг метаболізму. Для комфортного існування людина повинна дихати повітрям, що складається з 21,5% кисню та 0,03 – 0,04% вуглекислого газу. Решта заповнює двоатомний газ без кольору, смаку та запаху, один із найпоширеніших елементів на Землі – азот.

Таблиця 1.

Параметри вмісту кисню та вуглекислого газу в різних середовищах

При концентрації вуглекислого газу вище 0,1% (1000 ppm) виникає відчуття задухи: загальний дискомфорт, слабкість, головний біль, зниження концентрації уваги. . При тривалому знаходженні в приміщеннях з надмірною кількістю вуглекислого газу відбуваються зміни в кровоносній, центральній нервовій, дихальній системі, при розумовій діяльності порушується сприйняття оперативна пам'ять, розподіл уваги.

Існує хибна думка, що це прояви нестачі кисню. Насправді це ознаки підвищеного рівня вуглекислого газу в навколишньому просторі.

У той самий час вуглекислий газ, необхідний організму. Парціальний тиск вуглекислого газу впливає на кору головного мозку, дихальний та судинно-руховий центри, вуглекислий газ також відповідає за тонус судин, бронхів, обмін речовин, секрецію гормонів, електролітний склад крові та тканин. Отже, опосередковано впливає активність ферментів і швидкість багатьох біохімічних реакцій організму.

Зменшення вмісту кисню до 15% або збільшення до 80% не суттєво впливає на організм. У той час як на зміну концентрації вуглекислого газу на 0,1% має істотний негативний вплив. Звідси можна дійти невтішного висновку у тому, що вуглекислий приблизно 60-80 разів важливіше кисню.

Таблиця 2.

Залежно кількості вуглекислого газу, що виділяється, від виду діяльності людини

Сучасна людина дуже багато часу проводить у приміщенні. В умовах суворого клімату люди перебувають на вулиці лише 10% свого часу.

У приміщенні концентрація вуглекислоти зростає швидше, ніж знижується концентрація кисню. Цю закономірність можна простежити за графіками, отриманими досвідченим шляхом в одному зі шкільних класів

Рисунок 1. Залежність рівня вуглекислого газу та кисню від часу.

Рівень вуглекислого газу класі під час уроку (а) постійно зростає. (Перші 10 хвилин - налаштування приладів, тому показання скачуть.) За 15 хвилин зміни при відкритому вікні концентрація 2 падає і потім знову зростає. Рівень кисню (б) мало змінюється.

При концентрації вуглекислого газу всередині приміщення вище 800 - 1000 ppm, люди, які там працюють, відчувають синдром хворої будівлі (СБЗ), а будівлі носять найменування «хворі». Рівень домішок, які могли б викликати подразнення слизових оболонок, сухий кашель і головний біль, зростає значно повільніше, ніж рівень вуглекислого газу. А коли в офісному приміщенні його концентрація опускалася нижче 800 ppm (0,08%), то і симптоми СБЗ слабшали. Проблема СБЗ стала актуальною після появи герметичних склопакетів та низької ефективності примусової вентиляції через економію електроенергії. Безперечно, причинами СБЗ можуть виступати виділення будівельних та оздоблювальних матеріалів, суперечки плісняви ​​і т.д. при неналежній вентиляції концентрація цих речовин зростатиме, але не так швидко, як концентрація вуглекислоти.

Таблиця 3.

Як різні кількості вуглекислого газу в повітрі впливають на людину

Проблема підвищеного рівня вуглекислого газу у приміщенні існує у всіх країнах. Їй активно займаються в Європі США та Канаді. У Росії немає жорстких норм на утримання в приміщеннях вуглекислого газу. Звернемося до нормативної літератури. У Росії її норма повітрообміну щонайменше 30 м 3 /год . У Європі – 72 м 3 /год.

Розглянемо, як було отримано дані цифри:

Головний критерій - це обсяг вуглекислого газу, що виділяється людиною. Він, як було розглянуто раніше, залежить від виду діяльності людини, а також від віку, статі тощо. Більшість джерел розглядають 1000 ppm як гранично-допустиму концентрацію вуглекислоти в приміщенні для тривалого перебування.

Для розрахунків будемо використовувати позначення:

• V - обсяг (повітря, вуглекислого газу, і т.д.), м 3;
• V k - об'єм кімнати, м 3;
• V СО2 - обсяг 2 в приміщенні, м 3 ;
• v - швидкість газообміну, м3/год;
• v - "швидкість вентиляції", обсяг повітря, що подається в приміщення (і видаляється з нього) за одиницю часу, м 3 /год;
• v d - "швидкість дихання", обсяг кисню, що заміщується вуглекислим газом в одиницю часу. Коефіцієнт дихання (нерівність обсягу споживаного кисню і вуглекислого газу, що видихається) не враховуємо, м 3 /год;
• v СО2 - швидкість зміни обсягу 2, м 3 /год;
• k – концентрація, ppm;
• k(t) - концентрація 2 від часу, ppm;
• k в - концентрація 2 в поданому повітрі, ppm;
• k max - максимально допустима концентрація 2 в приміщенні, ppm;
• t – час, год.

Знайдемо зміну обсягу СО 2 у приміщенні. Воно залежить від надходження 2 з припливним повітрям з системи вентиляції, надходження 2 від дихання і видалення забрудненого повітря з приміщення. Будемо вважати, що 2 рівномірно розподіляється по приміщенню. Це значне спрощення моделі, але дозволяє швидко оцінити порядок величин.

dV СО2 (t) = dV * k + v d * dt - dV * k (t)

Звідси швидкість зміни обсягу СО 2:

v СО2 (t) = v * k + v d - v * k (t)

Якщо людина увійшов у приміщення, то концентрація СО 2 зростатиме до тих пір, поки прийде до рівноважного стану, тобто. видалятися з кімнати буде рівно стільки, скільки з диханням. Тобто швидкість зміни концентрації дорівнюватиме нулю:

v в * k в + v d - v в * k = 0

Встановлена ​​концентрація дорівнюватиме:

k = k + v d / v в

Звідси легко з'ясувати необхідну швидкість вентиляції за допустимої концентрації:

v = v d / (k max – k в)

Для однієї людини з v d = 20л/год (=0.02 м 3 /год), k max = 1000ppm (=0.001) та чистим повітрям за вікном з v в = 400ppm (=0.0004) отримаємо:

v = 0.02 / (0.001 - 0.0004) = 33 м 3 /год.

Ми отримали цифру, дану у СП. Це мінімальний обсяг вентиляції на людину. Вона не залежить від площі та об'єму кімнати, тільки від "швидкості дихання" та об'єму вентиляції. Таким чином, у стані спокійного неспання концентрація 2 виросте до 1000 ppm, а при фізичній активності буде перевищення норм.

Для інших значень k max об'єм вентиляції має бути:

Таблиця 4.

Необхідний повітрообмін для підтримки заданої концентрації 2

З цієї таблиці можна знайти необхідний об'єм вентиляції при заданій якості повітря.

Таким чином, повітрообмін 30 м 3 /год, прийнятий нормативним у Росії не дозволяє почуватися комфортно у приміщенні. Європейський стандарт повітрообміну 72 м 3 /год дозволяє отримувати концентрацію вуглекислого газу, що не впливає на здоров'я людини.

1. І. В. Гуріна. "Хто відповість за задуху в приміщенні" [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://swegon.by/publications/0000396/ (Дата звернення: 25.06.2017)
2. Кисень та вуглекислий газ у крові людини. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://www.grandars.ru/college/medicina/kislorod-v-krovi.html (Дата звернення: 23.06.2017)
3. СП 60.13330.2012 «Опалення, вентиляція та кондиціювання повітря» стор. 60 (додаток К).
4. Що таке вуглекислий газ? [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://zenslim.ru/content/%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D1%8B% D0%B9-%D0%B3%D0%B0%D0%B7-%D0%B2%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%B5%D0%B5-%D0%BA%D0%B8 %D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D0%B6%D0%B8 %D0%B7%D0%BD%D0%B8 (Дата звернення: 13.06.2017)
5. EN 13779 Ventilation for non-residential buildings – p.57 (Table A/11)

(IV), діоксид вуглецю або двоокис вуглецю. Також його ще називають вугільним ангідридом. Він є абсолютно безбарвним газом, який не має запаху, із кислуватим смаком. Вуглекислий газ важчий за повітря і погано розчиняється у воді. За температури нижче - 78 градусів Цельсія кристалізується і стає схожим на сніг.

З газоподібного стану ця речовина переходить у твердий, оскільки не може існувати в рідкому стані в умовах атмосферного тиску. Щільність вуглекислого газу в нормальних умовах становить 1,97 кг/м3 – в 1,5 рази вище Діоксид вуглецю у твердому вигляді називається «сухий лід». У рідкий стан, у якому його можна зберігати тривалий час, він переходить у разі підвищення тиску. Розглянемо докладніше цю речовину та її хімічну будову.

Вуглекислий газ, формула якого CO2, складається з вуглецю та кисню, а виходить він у результаті спалювання або гниття органічних речовин. Оксид вуглецю міститься у повітрі та підземних мінеральних джерелах. Люди та тварини також виділяють вуглекислий газ при видиханні повітря. Рослини без освітлення виділяють її, а під час фотосинтезу інтенсивно поглинають. Завдяки процесу метаболізму клітин всіх живих істот оксид вуглецю є одним із головних складових навколишньої природи.

Цей газ не токсичний, але якщо він накопичується у великій концентрації, може початися ядуха (гіперкапнія), а при його нестачі розвивається протилежний стан - гіпокапнія. Діоксид вуглецю пропускає та відображає інфрачервоні. Він є безпосередньо впливає на глобальне потепління. Це відбувається через те, що рівень його вмісту в атмосфері постійно зростає, що призводить до парникового ефекту.

Діоксид вуглецю отримують промисловим шляхом з димних або пічних газів, або шляхом розкладання карбонатів доломіту і вапняку. Суміш цих газів ретельно промивається спеціальним розчином, що складається з карбонату калію. Далі вона переходить у гідрокарбонат і при нагріванні розкладається, у результаті вивільняється вуглекислота. Вуглекислота (H2CO3) утворюється з вуглекислого газу, розчиненого у воді, але в сучасних умовах одержують її та іншими, більш прогресивними методами. Після того, як вуглекислий газ очищений, його стискають, охолоджують і закачують у балони.

У промисловості ця речовина широко та повсюдно застосовується. Харчовики використовують його як розпушувач (наприклад, для приготування тіста) або як консервант (Е290). За допомогою вуглекислого газу виробляють різні тонізуючі напої та газування, які так улюблені не лише дітьми, а й дорослими. Діоксид вуглецю використовують для виготовлення харчової соди, пива, цукру, шипучих вин.

Вуглекислий газ застосовується і під час виробництва ефективних вогнегасників. За допомогою вуглекислого газу створюється активне середовище, необхідне при високій температурі зварювальної дуги вуглекислий газ розпадається на кисень і чадний газ. Кисень взаємодіє з рідким металом та окислює його. Вуглекислота в балончиках застосовується в пневматичних рушницях та пістолетах.

Авіамоделісти використовують цю речовину як паливо для своїх моделей. За допомогою вуглекислого газу можна значно підвищити врожайність культур, які вирощуються в оранжереї. Також у промисловості широко використовується в якому продукти харчування зберігаються значно краще. Його застосовують як холодоагент у холодильниках, морозильних камерах, електричних генераторах та інших теплоенергетичних установках.