二氧化碳是空氣中的一種重要?dú)怏w，它的含量很少，僅占空氣體積分?jǐn)?shù)的0.03%，但與人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系。你知道人類認(rèn)識(shí)這種氣體經(jīng)歷了多少艱難的歷程，用了多少年時(shí)間嗎？說來你也許不信，大約用了1500年。
二氧化碳的發(fā)現(xiàn) 早在公元300年以前，我國(guó)西晉時(shí)期的張華就在他所寫的《博物志》一書中作了燒白石作白灰有氣體發(fā)生的記載。17世紀(jì)，比利時(shí)科學(xué)家海爾蒙特發(fā)現(xiàn)在一些洞穴中有一種可以使燃燒著的蠟燭熄滅的氣體，并且與木炭燃燒，與麥子、葡萄發(fā)酵以及石灰石與醋酸接觸后產(chǎn)生的氣體一樣。這種氣體是由什么組成的，為何來源不同性質(zhì)卻相同，海爾蒙特也只知其然，不知其所以然。 1755年，英國(guó)化學(xué)家布拉克又進(jìn)一步定量地研究這種氣體，他一次次把石灰石放到容器里煅燒，燒透后再一次次仔細(xì)稱量剩下的石灰質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)每次都減輕了44％；改用酸來與石灰石反應(yīng)，并用一定量的石灰水來捕捉反應(yīng)時(shí)生成的氣體，發(fā)現(xiàn)石灰水能很好地捕捉住這些氣體，而且又剛好是44％；這氣體不燒不出來，好像固定在石灰石中一樣，他把它叫作“固定空氣”。布拉克用蠟燭、麻雀、小老鼠等放在這“固定空氣”里，發(fā)現(xiàn)這氣體跟一般空氣不一樣，它能熄滅蠟燭，還會(huì)無情地扼殺麻雀、小老鼠的生命！布拉克和其他科學(xué)家還想進(jìn)一步在水面上收集一些極純凈的這種氣體，但由于這種氣體能溶在水里所以始終沒取得成功。10年以后，著名英國(guó)化學(xué)家卡文迪許想出了一個(gè)高招——他把這種氣體通入水銀槽，然后再在水銀表面上收集到純凈的氣體，測(cè)量了密度和溶解性，并證明了它和動(dòng)物呼出、木炭燃燒所產(chǎn)生的氣體相同。1772年，法國(guó)大化學(xué)家拉瓦錫等人用大聚光鏡把陽光聚焦在汞槽玻璃罩中的金剛石上，做了著名的燒鉆石實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鉆石燃燒后產(chǎn)生的也是這種氣體；爾后，他用純氧與純炭進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只生成一種氣體，得出該氣體是由碳、氧兩種元素組成的化合物。后來，人們用更精確的實(shí)驗(yàn)方法并經(jīng)道爾頓等許多化學(xué)家的努力，才證明它分子中碳、氧原子的個(gè)數(shù)比為1：2。就這樣，經(jīng)歷1500年，經(jīng)過許多化學(xué)家的不懈努力，人類才認(rèn)識(shí)了今天大家能脫口而出的二氧化碳?xì)怏w。 你知道地球上二氧化碳是怎樣產(chǎn)生的？它以去自何方？
大氣中二氧化碳的平衡 地球上的二氧化碳來源主要有三條途徑：一是生物的呼吸作用(自然界中的有機(jī)物在生物體內(nèi)或體外，在有氧或無氧條件都能被分解產(chǎn)生二氧化碳)；二是燃料的燃燒(如礦質(zhì)燃料---煤、石油、天然氣，有機(jī)物燃料---酒精、甲醇，草木燃料柴、草等)；三是雨水沖刷石灰?guī)r (自然界中的石灰石、大理石當(dāng)遇到溶有二氧化碳的水時(shí)，變成可溶性的碳酸氫鈣，溶有碳酸氫鈣的水在受熱或壓強(qiáng)突然變小時(shí)，溶解在水里的碳酸氫鈣就會(huì)分解，放出二氧化碳，同時(shí)形成了像我國(guó)云南、廣西等石灰石巖溶洞里那些美麗的石筍、石柱和鐘乳石)；另外，石灰石煅燒制石灰的過程中也會(huì)產(chǎn)生不少的二氧化碳。二氧化碳的去向主要也有三條途徑：一是植物的光合作用；二是溶解在水中特別是海水中；三是水中二氧化碳與可溶性鈣鹽反應(yīng)生成碳酸鈣(形成沉積巖)；另外巖石的風(fēng)化也在悄無聲息地吞吃著一些二氧化碳(二氧化碳和水與石頭的主要成分----碳酸鈣緩慢反應(yīng)后，而生成的可溶解的酸性碳酸鈣)。目前由于人類活動(dòng)的加劇，大量排放出二氧化碳、大規(guī)模開墾森林草地、水污染使水生植物大量死亡，使大氣中二氧化碳不斷地升高，導(dǎo)致了溫室效應(yīng)。
二氧化碳與溫室效應(yīng) 溫室氣體目前一般認(rèn)為有二氧化碳、水蒸氣、甲烷、氟氯烴(氟里昂)和一氧化氮等。近百年來，由于現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的提高，煤、石油、天然氣等礦質(zhì)燃料的使用急劇上升，燃燒釋放的二氧化碳越來越多，而吸收二氧化碳?xì)怏w的森林因?yàn)樘鞛?zāi)和被亂砍伐而不斷減少，使得大氣中的二氧化碳的含量越來越高，它們就好像一層日益加厚的透明薄膜罩在地球表面。由于這層透明薄膜的作用，增強(qiáng)了大氣對(duì)太陽光中紅外線輻射的吸收，阻止地球表面的熱量向外散發(fā)，使地球表面的平均氣溫上升，人們稱這種導(dǎo)致全球氣溫變暖的作用為溫室效應(yīng)。溫室效應(yīng)使地球溫度上升，將導(dǎo)致寒帶和兩極的冰川大量融化，海平面因而會(huì)上升，從而淹沒地勢(shì)較低的沿海城市及河流三角洲，如：上海、大連、紐約、倫敦等地都會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。氣溫上升會(huì)使干旱的熱帶地區(qū)更加干旱，并使土地沙漠化的進(jìn)程加快，自然災(zāi)害的進(jìn)程加快，自然災(zāi)害也越來越頻繁，甚至?xí)䦟?dǎo)致許多物種的加速滅絕。氣溫上升也會(huì)使大氣中二氧化碳的含量不斷地升高(氣溫升高使水溫也隨之升高，二氧化碳溶解度降低，水蒸發(fā)速度加快，降水量增多，雨水特別是酸雨沖刷石灰石產(chǎn)生的二氧化碳也增加)。
二氧化碳與人體的呼吸 在意大利維蘇里火山周圍的那不勒斯城附近的一個(gè)洞叫做狗洞，當(dāng)人領(lǐng)著狗走進(jìn)狗洞時(shí)，狗很快倒下了，人卻安然無恙；當(dāng)人彎下腰去救狗時(shí)，人也暈過去了。我國(guó)古書有記載：“深井多有毒氣，五月五日以雞毛試投井中，毛直下，無毒；若回四壁，不可入”。在一些巖洞、枯井、地窖中，人若冒然而入可能會(huì)導(dǎo)致生命危險(xiǎn)，知道這是為什么嗎？原來是二氧化碳在作祟。二氧化碳本身無毒性，大氣中體積分?jǐn)?shù)為0.03%，在某些局部地區(qū)或擁擠場(chǎng)所的含量會(huì)高達(dá)1%；當(dāng)空氣中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到3%時(shí)，人體會(huì)感到呼吸急促，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)，人體會(huì)喪失知覺、呼吸停止而死亡。二氧化碳能調(diào)節(jié)呼吸，當(dāng)人體血液中二氧化碳濃度增高時(shí)，呼吸會(huì)加快加深(如打哈欠)，但當(dāng)吸入氣中二氧化碳濃度超過 5% 時(shí)，呼吸中樞的興奮性反而下降，會(huì)感到呼吸困難。當(dāng)人體血液中二氧化碳濃度下降時(shí)，呼吸會(huì)減慢(如當(dāng)人持續(xù)進(jìn)行深呼吸時(shí)，由于血液中二氧化碳過多地被呼出，在深呼吸停止以后會(huì)出現(xiàn)一段較長(zhǎng)的無呼吸) ；在臨床上給病人輸氧時(shí)，用的不是純氧，而是含5%二氧化碳的混合氣體。
二氧化碳的用途 二氧化碳的用途很廣，1、它是植物進(jìn)行光合作用的原料，地球上的綠色生物每年要吸收二氧化碳7千多億噸用于光合作用，制造 5千多億噸有機(jī)物，釋放5千多億噸氧氣。2、它是一種重要的化工原料，用于制造純堿(Na2CO3)、小蘇打(NaHCO3)、尿素(CO(NH2)2)、制作清涼飲料等等。3、用于滅火。4、固體二氧化碳---干冰是一種良好的致冷劑，用作冷藏食品、醫(yī)療上降溫和人工降雨(用飛機(jī)或氣球把冷凍劑----干冰噴撒到云里，使云里的溫度迅速下降，水蒸氣凝華成小冰晶，隨著冰晶體積的慢慢增大，重力超過了浮力，冰晶就下落，下落過程中熔化成雨滴；人工降雨除了用干冰外，也可用飛機(jī)或高炮、火箭向云層內(nèi)播撒碘化銀或氯化鈉等，在云層里形成冰晶或吸收小水滴，最后合并成雨滴降落)；5、可作為金屬切割和焊接時(shí)的保護(hù)氣。另外，二氧化碳可以防止地表熱量輻射到太空中，具有調(diào)節(jié)地球氣溫的功能，如果沒有二氧化碳，地球的年平均氣溫會(huì)比目前降低20℃左右。
二氧化碳滅火實(shí)驗(yàn)失敗原因分析 在燒杯中一上一下放置二支燃著的蠟燭，向燒杯中傾倒二氧化碳，成功的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是蠟燭自下而上地熄滅，而在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中并非都是出現(xiàn)這樣的結(jié)果，有的是同時(shí)熄滅、有的是自上而下熄滅、有的是都不熄滅、有的是只熄滅下面一支、有的是只熄滅上面一支。為何同一個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)這么多不同的結(jié)果呢？事實(shí)上，這個(gè)看來簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)且隱含著重要的實(shí)驗(yàn)技巧。要使實(shí)驗(yàn)成功，在傾倒二氧化碳時(shí)，應(yīng)在點(diǎn)燃蠟燭一會(huì)兒后就進(jìn)行，要將集氣瓶上的玻璃片稍稍拉開一點(diǎn)(防止二氧化碳迅速逃逸到空氣中)，順著蠟燭對(duì)面的燒杯內(nèi)壁慢慢倒下。若倒入過快或玻璃片拉開太多，兩支蠟燭熄滅的時(shí)間間隔短，看起來是同時(shí)熄滅的；若在離上面蠟燭較近的地方倒入，上面的蠟燭會(huì)先熄滅；若蠟燭燃燒的時(shí)間過長(zhǎng)，燒杯內(nèi)氣溫升高，空氣膨脹氣流向上，二氧化碳倒不進(jìn)去，兩支蠟燭都不熄滅；若將集氣瓶上的玻璃片全拉開，二氧化碳迅速逃逸到空氣中，兩支蠟燭都不熄滅；若燒杯的容積比集氣瓶在大得多，只熄滅下面一支蠟燭。 |
