لا شك أن الغازات الموجودة في الغلاف الجوي تلعب دورًا حيويًا في حياة جميع الكائنات الحية. يُوجد في الغلاف الجوي والكرة الأرضية مجموعة متنوعة من الغازات، وقد خلق الله تعالى كل غاز بنسب معينة لتكون آمنة لصحة البشر.
في حال حدوث أي خلل في نسب هذه الغازات، فإن ذلك يمكن أن يؤثر سلبًا على حياة الكائنات الحية. سنسلط الضوء في هذا المقال على غاز ثاني أكسيد الكربون، مع توضيح أهميته وخصائصه.
تعريف غاز ثاني أكسيد الكربون
يُعد غاز ثاني أكسيد الكربون أحد الغازات الموجودة في الأرض، وله استخدامات متعددة وأهمية كبيرة في حياة الكائنات. يتميز هذا الغاز بأنه عديم اللون وله رائحة خفيفة وطعم حامض.
كما يُعتبر جزءًا من مكونات الغلاف الجوي، حيث يساهم في العديد من العمليات التي تُسهم في الحفاظ على حياة بعض الكائنات. يلعب دورًا كبيرًا في احتفاظ الكوكب ببعض الطاقة الإشعاعية التي يتلقاها.
تتمثل إحدى وظائف هذا الغاز في تنظيم درجة حرارة الأرض؛ إذ بدون وجوده ستصبح الأرض باردة بشكل لا يُطاق. ومن الناحية الأخرى، فإن ارتفاع تركيزه قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض مما يُسبب ظاهرة الاحتباس الحراري.
تاريخ اكتشاف غاز ثاني أكسيد الكربون
تم اكتشاف غاز ثاني أكسيد الكربون لأول مرة على يد العالم البلجيكي يان بابتست في أوائل القرن السابع عشر الميلادي.
وقد لاحظ هذا العالم وجود الغاز أثناء عمليتي التخمر والاحتراق، وتطور مجال دراسة هذا الغاز عبر الزمن، مما أسفر عن تحويله إلى صورته السائلة.
يتميز غاز ثاني أكسيد الكربون بعدد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية، وأصبح يُستخدم مؤخرًا في العديد من الصناعات، كما يمكن تصنيعه لاستخدامه في مجالات عدة.
الخصائص الفيزيائية لغاز ثاني أكسيد الكربون
تمتلك مادة ثاني أكسيد الكربون عددًا من الخصائص الفيزيائية، نذكر منها:
- يمكن تحويل الغاز إلى صورته السائلة عند تعرضه لضغط قدره 75 كجم لكل متر مكعب وفي درجة حرارة 31 درجة مئوية.
- عند تبريد الغاز، يتحول إلى ثلج، مما يجعل استخدامه ممكنًا في طفايات الحريق، حيث يمكن تخزينه في حالته السائلة.
- يُستخدم في إطفاء اللهب لقدرته على إلغاء خواص الأكسجين المساعدة على الاشتعال.
- يتم إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون عند درجات حرارة منخفضة جدًا، مما يسهل استخدامه في بعض أدوات التبريد.
الخصائص الكيميائية لغاز ثاني أكسيد الكربون
إلى جانب الخصائص الفيزيائية، يمتلك غاز ثاني أكسيد الكربون عددًا من الخصائص الكيميائية، منها:
- يُعتبر غاز ثاني أكسيد الكربون نشطًا، حيث يمكن أن يتحلل إلى أول أكسيد الكربون والأكسجين عند درجات حرارة مرتفعة.
- يتفاعل الغاز بسرعة مع الكربون والهيدروجين لإنتاج أول أكسيد الكربون.
- يمكن أن يتفاعل غاز ثاني أكسيد الكربون مع الأمونيا تحت ضغط مناسب، مما ينتج كربونات الأمونيوم ثم اليوريا.
- يُعتبر من المواد الهامة في صناعة الأسمدة وفي الصناعات البلاستيكية.
- قابلية الغاز للذوبان في الماء تجعل منه مكوّنًا أساسيًا في إنتاج حمض الكربونيك.
أضرار غاز ثاني أكسيد الكربون
يشير بعض المخاطر المحتملة لغاز ثاني أكسيد الكربون إلى:
- يمكن أن يسبب وجود غاز ثاني أكسيد الكربون في مناطق مغلقة حالات اختناق، إذ يؤدي إلى انخفاض مستوى الأكسجين في المكان.
- استنشاق الغاز قد يسبب شعورًا لاذعًا وتهيّجًا في الحنجرة والأنف، ويساهم في ذوبان الأغشية المخاطية في الجسم.
- التعرض لكميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون يؤدي إلى فقدان التوازن والتركيز، والشعور بالتعب والصداع، وقد يُصاحب ذلك زيادة في ضربات القلب، إلا أن التأثير يتلاشى خلال ساعات قليلة.
- يؤثر غاز ثاني أكسيد الكربون على المياه والكائنات البحرية، إذ أن ازدياد طبيعته في المياه يؤدي إلى تقليل مستويات الحموضة وبالتالي تأثيره على كيمياء الكائنات البحرية.
أهمية الغازات الموجودة في الهواء
- تحظى الغازات في الغلاف الجوي بأهمية كبيرة في حياة الكائنات الحية، فهي غير مرئية بصورة عادية لكنها تحمل خواص مُميزة، ولها روائح ملحوظة عند تركيزها.
- يحتوي الهواء على غاز النيتروجين بنسبة 78% وغاز الأكسجين بنسبة 21% بالإضافة إلى غازات أخرى مثل ثاني أكسيد الكربون والنيون والهيدروجين.
- تلعب الغازات دورًا حاسمًا في حياة الكائنات الحية، فمثلاً النباتات تحتاج إلى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في أوقات مختلفة من اليوم، بينما الأكسجين ضروري لبقاء الإنسان والحيوانات والطيور.
- يُصنف غاز ثاني أكسيد الكربون ضمن المكونات الضارة في الهواء، لكنه أساسي للنباتات حيث تستخدمه لصنع غذائها في وجود ضوء الشمس عبر عملية التمثيل الضوئي.
- ينتج غاز ثاني أكسيد الكربون نتيجة التلوث الهوائي بسبب الاحتراق الناجم عن الفحم والنفط والبنزين، وهو يعد من العوامل الرئيسية في ظاهرة الاحتباس الحراري التي تواجة الأرض مؤخرًا.
- يوجد في الهواء أيضًا بخار الماء الذي يُعرف بالرطوبة، الناتجة عن تبخر المياه من الأسطح الأرضية نتيجة ارتفاع درجات الحرارة، مما يؤدي إلى تواجدها في الهواء.
- تُعتبر نسبة الرطوبة المتواجدة في الهواء عاملًا حاسمًا، حيث عند بلوغها 100% تتحول إلى مياه لا يُمكن للهواء حملها مما يؤدي إلى تشكل الأمطار.
- يحتوي الهواء أيضًا على مجموعة من الكائنات الحية الميكروبية التي تعيش فيه، حيث تعتمد على الغازات الموجودة في الغلاف الجوي من خلال عملية التنفس، مما يمكن الهواء من نقلها.
- قد يُسبب ذلك بعض الأمراض نتيجة نقل الفيروسات والميكروبات عبر الهواء.
العوامل المؤثرة على جودة الهواء
تؤثر العديد من الملوثات على توازن نسب الغازات في الغلاف الجوي.
ومن أبرز هذه الملوثات التي تؤدي إلى إنتاج غازات مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون الناتج النهائي.
إن زيادة غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء تؤدي إلى حالات اختناق وتلوث.
كما تسهم هذه الزيادة في حدوث ظاهرة الاحتباس الحراري، ومن العوامل التي تؤدي إلى زيادة تركيزه:
- انخفاض الغطاء النباتي، حيث تُعتبر النباتات المستهلك الرئيسي لغاز ثاني أكسيد الكربون عند توفر أشعة الشمس.
- زيادة حرق المكونات البترولية والنفط، نتيجة لعوادم السيارات والقطارات.
- والعديد من وسائل النقل الأخرى التي تستهلك الأكسجين أثناء الاحتراق وتنتج ثاني أكسيد الكربون.
- تزايد حرق الغابات، حيث ينتج عنه انبعاث ثاني أكسيد الكربون واستهلاك الأكسجين.