Khí CO2 là gì? Nguồn gốc hình thành và những ứng dụng trong thực tiễn

Trong khí quyển Trái Đất, cacbon dioxit là một hợp chất khí khá phổ biến, được tạo bởi hai nguyên tử cacbon và oxy thành CO₂. Khi tồn tại ở thể rắn, nó được gọi là băng khô. Tuy nhiên, khi hàm lượng khí cacbon vượt quá mức cho phép, nó sẽ gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng tiêu cực đến tất cả các sinh vật sống trên Trái Đất. Vậy CO₂ là gì? Khí CO₂ sinh ra từ đâu? Và ứng dụng của CO₂ như thế nào? Tất cả câu trả lời sẽ có trong bài viết dưới đây.

Khí CO₂ là gì?

CO₂ là gì?

CO₂ còn có tên gọi khác là thán khí, anhidrit cacbonic, khí cacbonic, dioxit cacbon,…là chất khí có vị hơi chua, ở điều kiện thường không có màu. Khi làm lạnh đột ngột CO₂ thành dạng rắn gọi là băng khô, băng khô không nóng chảy mà thăng hoa  trực tiếp thành dạng khí ở -78,5 ^oC (-109,3 ^oF).

Để sản xuất băng khô, người ta nén khí CO₂ thành dạng lỏng, loại bỏ nhiệt gây ra bởi quá trình nén rồi cho CO₂ lỏng giãn nở nhanh. Điều này sẽ làm giảm nhiệt độ, khiến một phần CO₂ bị đóng băng thành “tuyết”, “tuyết” này được nén thành các viên hay khối.

Khi nguồn lửa tiếp xúc với khí cacbon dioxit, nó sẽ ngay tức khắc bị dập tắt, tuy nhiên với Magie, Kẽm, cacbon bị khử và tạo ra oxit kim loại và muội than.

CO₂ có đầy đủ tính chất hóa học điển hình của một oxit axit:

• Trong nước, CO₂ phản ứng tạo thành axit cacbonic. Đây là một diaxit rất yếu.

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

• CO₂ tác dụng với oxit bazơ tạo thành muối, xúc tác nhiệt độ

CaO + CO₂ → CaCO₃

• CO2 tác dụng với dung dịch bazơ tạo thành muối và nước

NaOH + CO₂ → NaHCO₃

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

• CO₂ là chất khí bền, ở nhiệt độ cao bị nhiệt phân một phần và phản ứng được với các chất khử mạnh

2CO₂ ↔ 2CO + O₂ (nhiệt độ)

CO₂ + 2Mg → 2MgO + C

CO₂ + C → 2CO

Khí CO₂ sinh ra từ đâu?

Khí CO₂ được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm:

• Khí thoát ra từ các vụ phun trào núi lửa.

CO₂ là sản phẩm có trong các vụ phun trào núi lửa

• Là sản phẩm cháy của các hợp chất hữu cơ và hoạt động hô hấp của các sinh vật sống hiếu khí.
• CO₂ là kết quả của sự lên mên của một số vi sinh vật và hô hấp của tế bào. Thực vật hấp thu CO₂ để quang hợp để tạo thành cacbonhydrat và giải phóng khí oxy. Các sinh vật di dưỡng sử dụng oxy để hô hấp rồi thải khí CO₂, tạo thành một chu trình.
• Quá trình phân hủy xác động vật cũng tạo ra khí cacbon didoxit.
• Khí thải công nghiệp, quá trình đốt nhiên liệu, đốt xăng của các phương tiện giao thông vận tải, hoạt động đun nấu trong sinh hoạt, đốt phá rừng bừa bãi… cũng là nguồn sinh ra khí cacbonic.

Khí thải CO2 được sinh ra từ các nhà máy công nghiệp

Trong công nghiệp, CO₂ được sản xuất từ những khí sinh ra trong quá trình lên men rượu bia, phân hủy chất béo, sản xuất hóa chất như amoniac, tổng hợp methanol hoặc từ khói của các nhà máy đốt than công nghiệp. Người ta thu khí CO₂ vào các bình sơn đen có chữ màu vàng, nếu được phân phối với số lượng lớn thì nó sẽ được lưu trữ trong các tec chứa siêu lạnh.

Ứng dụng của khí CO₂ trong đời sống thực tế

• CO₂ nén lạnh thành băng khô và được sử dụng là chất làm lạnh quan trọng, nhất là với ngành công nghiệp thực phẩm để lưu giữ cho vận chuyển và bảo quản các sản phẩm đông lạnh, kem,…
• Với ngành công nghiệp nước giải khát, CO₂ được sử dụng để tạo gas cho nhiều loại đồ uống như coca, pepsi, 7up,…

CO₂ là nguyên liệu tạo gas trong nước giải khát

• Cacbon dioxit được dùng như một khí điều áp chi phí thấp, không cháy. Trong các áo phao cứu hộ có chứa các hộp nhỏ CO₂ đã nén để có thể nhanh chóng làm phồng lên. Những ống thép chứa CO₂ nén được bán làm khí nén của súng hơi, bi sơn, bơm bánh xe, sản xuất nước khoáng xenxe.
• Trong các mỏ than, CO₂ lỏng bốc hơi nhanh tạo ra các vụ nổ.
• Trong nhiều loại bình cứu hỏa có chứa CO₂ lỏng để dập lửa do cháy, chập điện
• Dù phản ứng với hầu hết các kim loại nhưng cacbonic vẫn được dùng như môi trường khí của công nghệ hàn, tuy  nhiên mối hàn sẽ giòn hơn các môi trường khí trơ như agon, heli,…và giảm chất lượng do axit cacbonic được tạo thành.

Tạo môi trường khí trong công nghệ hàn

• CO₂ lỏng là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu  cơ, là chất thay thế ít độc hơn các dung môi truyền thống như clorua hữu cơ và được sử dụng để loại bỏ cafein từ caffe.
• Cacbonic có vai trò quan trọng khi 5% CO₂ được thêm vào oxy nguyên chất để trợ thở sau khi bệnh nhân đã ngừng thở nhằm ổn định và cân bằng oxy/cacbonic trong máu.
• Laser cacbon dioxit sử dụng CO₂ làm môi trường.
• Tại các giếng dầu, CO₂ được bơm vào làm tác nhân nén, giúp giảm đáng kể độ nhớt của dầu thô, tạo điều kiện để dầu chảy nhanh hơn trong lòng đất đến các giếng hút. Với những mỏ dầu đã hoàn thiện, người ta xây dựng một hệ thống ống đồ sộ để chuyển CO₂ đến các điểm bơm.
• CO₂ đôi khi được bơm vào các nhà kính để kích thích sự phát triển của thực vật do CO₂ là  nguyên liệu chính của quá trình quang hợp.

CO₂ là nguyên liệu chính của quá trình quang hợp

Khí CO₂ có độc không?

• CO₂ không phải là một chất khí độc hai, nhưng nếu vượt quá nồng độ cho phép sẽ gây khó thở, mệt mỏi, kích thích hệ thần kinh, tăng nhịp tim và gây ra nhiều rối loạn khác.
• Khi CO₂ tăng nhanh, nó sẽ làm giảm sự tổng hợp protein. Khi côn trùng ăn thực vật thiếu protein sẽ có tỉ lệ chết cao hơn, gây hại cho hệ sinh thái.
• CO₂ tăng lên cũng khiến hiệu ứng nhà kính thêm nghiêm trọng, khiến Trái Đất nóng lên và trở thành một vấn đề vô cùng nhức nhối hiện nay, đe dọa trực tiếp đến sự sống của con người và các loài sinh vật sống khác.

Tác hại của khí CO₂

Theo thống kê, con người đã thải ra bầu khí quyển ngày càng nhiều khí CO2 mà chủ yếu là từ các hoạt động đốt than đá và khí tự nhiên của các nhà máy điện, sản xuất phân bón, xi măng, các quy trình công nghiệp khác.

Mặc dù khí CO2 tuy không phải là khí quá độc, nhưng với nồng độ lớn sẽ làm giảm nồng độ oxy trong không khí, gây ra các tác hại nguy hiểm đến sức khỏe con người như mệt mỏi, khó thở, kích thích thần kinh, tăng nhịp tim cùng các rối loạn khác.

Cách xử lý khi bị ngộ độc CO₂

• Khí CO2 nặng hơn không khí, do đó nên đứng cao hơn sàn nhà, di chuyển nạn nhân bị ngộ độc CO₂ tới những khu vực cao ráo. Lưu ý chỉ thực hiện khi môi trường không gây nguy hiểm cho sơ cứu viên.
• Nếu có các yếu tố đe doạ tính mạng của người bệnh, cần gọi cấp cứu y tế để được giúp đỡ nhanh nhất.
• Lưu ý, chỉ những sơ cứu viên được tập huấn và đào tạo chuyên nghiệp mới được thực hiện sơ cứu cấp oxy cho người bị độc khí CO₂.

Những lưu ý khi sử dụng và cách bảo quản khí CO₂

1. Lưu ý khi sử dụng khí CO₂

• Van điều tiết khí cần phải được gắn thêm các bộ phận sấy nhiệt nếu không khí CO₂ sẽ đóng băng bịt kín đường cấp khí.
• Nên dùng mặt nạ thở có van, tuy nhiên chỉ dùng nếu người thực hiện đã được tập huấn về cách sử dụng chuẩn xác. 
• Nên tìm hiểu về lợi ích của việc lắp đặt các thiết bị phát hiện khí để phòng và xử lý nhanh nhất. 

2. Khi bảo quản khí CO₂ cần lưu ý điều gì? 

• Nên được chứa ở trong stec kín chịu áp lực có bảo ôn hoặc trong chai kín chịu áp lực.
• Còn CO₂ lỏng nạp chai không quá 0,625kg/lít thiết bị chứa, nạp stec không quá 0,9kg/lít thiết bị chứa.
• Chú ý, cần hạn chế tối đa việc tránh va đập mạnh vào chai hoặc stec, để cách xa nguồn nhiệt. Trong trường hợp bảo quản thời gian dài trong stec thì cần có hệ thống làm lạnh riêng.
• Việc vận chuyển chai CO₂ lỏng cũng cần xếp nằm ngang, van chai quay về một phía, giữa các chai có đệm lót, xe chở phải có mái che.

Với những thông tin trên về khí CO₂ là gì? Khí CO₂ sinh ra từ đâu? Ứng dụng và mức độ nguy hiểm của nó, hi vọng các bạn đã có thêm các kiến thức hữu ích qua bài viết này của THPT Ngô Thì Nhậm để xây dựng thói quen sống lành mạnh, chung tay bảo vệ môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính để giữ cho môi trường xanh – sạch – đẹp.

Đăng bởi: THPT Ngô Thì Nhậm

Chuyên mục: Tổng hợp