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二酸化炭素

二酸化炭素（化学式 CO
2）は、乾燥空気の密度よりも約53％高い密度の酸性無色ガスです。二酸化炭素分子は、から成る炭素 原子 共有 二重結合2個のに酸素原子を含みます。地球の大気中に微量ガスとして自然に発生します。現在の濃度は約0.04体積％（412  ppm）であり、産業革命前の280ppmから上昇しています。[8]天然資源には、火山、温泉、間欠泉が含まれ、溶解によって炭酸塩岩が除去されます。水と酸で。二酸化炭素は水溶性であるため、地下水、川や湖、氷冠、氷河、海水に自然に発生します。石油や天然ガスの鉱床に存在します。二酸化炭素は鋭く酸性の臭いがあり、口の中でソーダ水の味を生み出します。[9]しかしながら、通常遭遇する濃度では、それは無臭です。[1]

二酸化炭素
結合長のある二酸化炭素の構造式
二酸化炭素の球棒モデル
二酸化炭素の空間充填モデル
名前
他の名前
  • 炭酸ガス
  • 無水炭酸
  • 二酸化炭素
  • 酸化炭素（IV）
  • R-744（冷媒）
  • R744（冷媒代替スペル）
  • ドライアイス（固相）
識別子
CAS番号
  • 124-38-9 小切手Y
3Dモデル（ JSmol）
  • インタラクティブ画像
  • インタラクティブ画像
3DMet
  • B01131
Beilsteinリファレンス
1900390
ChEBI
  • CHEBI：16526 小切手Y
ChEMBL
  • ChEMBL1231871 ☒N
ChemSpider
  • 274 小切手Y
ECHA InfoCard 100.004.271 ウィキデータでこれを編集する
EC番号
  • 204-696-9
E番号 E290 （防腐剤）
グメリンリファレンス
989
KEGG
  • D00004 小切手Y
メッシュ 二酸化炭素+二酸化物
PubChem CID
  • 280
RTECS番号
  • FF6400000
UNII
  • 142M471B3J 小切手Y
国連番号 1013（ガス）、1845（固体）
CompToxダッシュボード（EPA）
  • DTXSID4027028 ウィキデータでこれを編集する
InChI
  • InChI = 1S / CO2 / c2-1-3  小切手Y
    キー：CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N  小切手Y
  • InChI = 1 / CO2 / c2-1-3
    キー：CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYAO
SMILES
  • O = C = O
  • C（= O）= O
プロパティ
化学式
C O 2
モル質量 44.009g ・mol -1
外観 無色のガス
におい
  • 低濃度：なし
  • 高濃度：鋭い; 酸性[1]
密度
  • 1562  kg / m 3 （1 atm（100 kPa）および-78.5°C（-109.3°F）で固体）
  • 1101  kg / m 3 （飽和状態の液体-37°C（-35°F））
  • 1.977  kg / m 3 （1 atm（100 kPa）および0°C（32°F）のガス）
融点 −56.6°C; −69.8°F; 216.6 K（5.1 atm（0.52 MPa）での三重点）
臨界点（T、P）31.1°C（304.2 K）、7.38 MPa（72.8 atm）
昇華条件
−78.5°C（−109.3°F）; 194.7  K（1 atm（0.10 MPa））
水への溶解度
 25°C（77°F）、100 kPa（0.99 atm）で1.45 g / L
蒸気圧 5.73 MPa（56.6 atm）（20°C（293 K））
酸性度（p K a）6.35、10.33
磁化率（χ）
−20.5・10 −6  cm 3 / mol
熱伝導率 0.01662W ・m -1・K -1（300 K（27°C; 80°F））[2]
屈折率（ n D）
1.00045
粘度
  • 25°C（298 K）で14.90μPa・s [3]
  • 70  μPA・sで-78.5℃（194.7 K）
双極子モーメント
0  D
構造
結晶構造
三方晶
分子形状
線形
熱化学
熱容量（C）
37.135J  / K・mol
標準モルエントロピー（S o 298）
214J ・mol -1・K -1
STDエンタルピー形成（Δ F H ⦵ 298）
−393.5  kJ・mol −1
薬理学
ATCコード
V03AN02（WHO）
危険
安全性データシート 参照：データページ
Sigma-Aldrich
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
[6] [7]
Health code 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g. chloroformFlammability code 0: Will not burn. E.g. waterInstability code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazard SA: Simple asphyxiant gas. E.g. nitrogen, heliumNFPA 7044色ダイヤモンド
2
0
0
SA
致死量または濃度（LD、LC）：
LC Lo（ 公開されている最低）
90,000  ppm（ヒト、5 分）[5]
NIOSH（米国の健康曝露限界）：
PEL（許容）
TWA 5000  ppm（9000  mg / m 3）[4]
REL（推奨）
TWA 5000  ppm（9000  mg / m 3）、ST 30,000  ppm（54,000  mg / m 3）[4]
IDLH（差し迫った危険）
40,000  ppm [4]
関連化合物
他の 陰イオン
  • 二硫化炭素
  • 二セレン化炭素
  • 二テルル化炭素
その他の 陽イオン
  • 二酸化ケイ素
  • 二酸化ゲルマニウム
  • 二酸化スズ
  • 二酸化鉛
関連する 炭素 酸化物
  • 一酸化炭素
  • 亜酸化炭素
  • 一酸化二炭素
  • 三酸化炭素
関連化合物
  • 炭酸
  • 硫化カルボニル
補足データページ
構造と特性
屈折率（N）、
誘電率（ε R）、等
熱力学
データ
相挙動
固液気体
スペクトルデータ
UV、IR、NMR、MS
特に明記されていない限り、データは標準状態（25°C [77°F]、100 kPa）の材料について示されてい ます。
☒N 確認します （何  ですか？）小切手Y☒N
情報ボックスの参照

炭素循環で利用可能な炭素の供給源として、大気中の二酸化炭素は地球上の生命の主要な炭素源であり、プレカンブリアの後半以来、地球の産業革命前の大気中の二酸化炭素の濃度は光合成生物と地質学的現象によって規制されてきました。植物、藻類、シアノバクテリアは、光 エネルギーを使用して二酸化炭素と水から炭水化物を光合成 し、酸素を廃棄物として生成します。[10]

CO 2は、すべての好気性生物が有機化合物を代謝して呼吸によってエネルギーを生成するときに生成されます。[11]たとえば、植物はそれを使用して、光合成と呼ばれるプロセスで炭水化物を生成します。人間と動物は食物を植物に依存しているので、光合成、したがってCO 2は、地球上の生命の生存に必要です。

それは魚のえらを介して水に戻され、人間を含む空気を吸う陸生動物の肺を介して空気に戻されます。二酸化炭素は、有機物の腐敗とパン、ビール、ワイン製造における糖の発酵の過程で生成されます。木材、泥炭、その他の有機物、および石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料の燃焼によって生成されます。これは、アクリル酸の製造（500万トン/年以上）など、多くの大規模な酸化プロセスで不要な副産物です。[12] [13] [14]

それは、例えば、溶接および消火器の不活性ガスとして、エアガンおよび油回収の加圧ガスとして、化学原料として、およびコーヒーのカフェイン抜きおよび超臨界乾燥における超臨界流体溶媒として使用される、用途の広い工業材料である。。[15]飲料水や、ビールやスパークリングワインなどの炭酸飲料に加えて、発泡性を高めます。COの凍結固体形態2としても知られている、ドライアイスを冷媒としてとで研磨材として使用されるドライアイス洗浄。燃料や化学物質を合成するための原料です。[16] [17] [18] [19]

二酸化炭素は、地球の大気中で最も重要な長寿命の温室効果ガスです。産業革命以来、主に化石燃料の使用と森林伐採による人為的排出は、大気中の濃度を急速に増加させ、地球温暖化を引き起こしています。二酸化炭素はまた、水に溶解して炭酸を形成するため、海洋酸性化を引き起こします。[20]

歴史

ドライアイスの結晶構造

二酸化炭素は、個別の物質として記述された最初のガスでした。1640年頃[21]、フランダースの化学者ヤン・バプティスト・ファン・ヘルモントは、密閉容器で木炭を燃やしたとき、得られた灰の質量が元の木炭の質量よりはるかに少ないことを観察しました。彼の解釈は、残りの木炭は彼が「ガス」または「ワイルドスピリット」（spiritus sylvestris）と呼んだ目に見えない物質に変換されたというものでした。[22]

二酸化炭素の特性は、1750年代にスコットランドの医師ジョセフブラックによってさらに研究されました。彼は、石灰石（炭酸カルシウム）を加熱するか、酸で処理して、「固定空気」と呼ばれるガスを生成できることを発見しました。彼は、固定された空気が空気よりも密度が高く、炎も動物の生命も支えていないことを観察しました。ブラックはまた、石灰水（水酸化カルシウムの飽和水溶液）に泡立てると、炭酸カルシウムが沈殿することを発見しました。彼はこの現象を使用して、二酸化炭素が動物の呼吸と微生物の発酵によって生成されることを説明しました。1772年、英国の化学者ジョセフプリーストリーは、「固定空気で水を含浸させる」というタイトルの論文を発表しました。この論文では、二酸化炭素を生成するために硫酸（またはプリーストリーが知っていたビトリオールの油）をチョークに滴下し、ガスを強制的にガスと接触している水のボウルをかき混ぜることによって溶解します。[23]

二酸化炭素は、1823年にハンフリーデービーとマイケルファラデーによって最初に液化されました（高圧で）。[24]固体二酸化炭素（ドライアイス）の最初の説明は、1835年に液体二酸化炭素の加圧容器を開けたフランスの発明者Adrien-Jean-Pierre Thilorierによって与えられましたが、急速な蒸発によって冷却が生じたことがわかりました。液体から固体COの「雪」が得られた2。[25] [26]

化学的および物理的特性

構造と結合

二酸化炭素分子は、平衡状態で線形で中心対称です。炭素-酸素結合の長さは116.3である PMよりも著しく短く、結合長C-O単結合の他のほとんどのC-O多重結合官能基よりも短いです。[27]中心対称であるため、分子には電気双極子がありません。

ストレッチや振動曲げCOの 2二酸化炭素分子を。左上：対称ストレッチ。右上：反対称ストレッチ。下の線：曲げモードの縮退ペア。

線形三原子分子として、CO 2は、図に示すように、4つの振動モードを有しています。ただし、対称伸縮モードでは双極子が作成されないため、IRスペクトルでは観察されません。2つの曲げモードは縮退しています。つまり、1つの周波数にのみ対応します。その結果、IRスペクトルでは2つの振動バンドのみが観察されます。波数2349 cm -1（波長4.25μm）での非対称伸縮モードと、667 cm -1（波長15μm）での縮退した曲げモードのペアです。ラマンスペクトルでのみ観察される1388cm-1の対称伸縮モードもあります。[28]

2つの曲げモードの結果として、分子は曲げの量がゼロの場合にのみ厳密に線形になります。理論[29]とクーロン爆発イメージング実験[30]の両方によって、これが両方のモードに同時に実際に当てはまることは決してないことが示されています。二酸化炭素の気相サンプルでは、​​振動運動の結果としてどの分子も線形ではありません。ただし、分子構造は依然として線形として記述されており、最小ポテンシャルエネルギーに対応する平均原子位置を記述しています。これは、他の「線形」分子にも当てはまります。

水溶液中

二酸化炭素は水に溶け、可逆的にHを形成します
2CO
3（炭酸）、水中でのイオン化が不完全なため弱酸です。

CO
2+ H
2O ⇌ H
2CO
3

炭酸の水和平衡定数は K h = [ H 2 C O 3 ] [ C O 2 （（ a q ）。 ] = 1.70 ×× 10 − 3 {\ displaystyle K _ {\ mathrm {h}} = {\ frac {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}]}} {\ rm {[CO_ {2}（aq）]}}} = 1.70 \ 10倍^ {-3}} K_{\mathrm {h} }={\frac {\rm {[H_{2}CO_{3}]}}{\rm {[CO_{2}(aq)]}}}=1.70\times 10^{-3}（25°Cで）。したがって、二酸化炭素の大部分は炭酸に変換されませんが、CO 2分子として残り、pHに影響を与えません。

COの相対濃度
2、H
2CO
3、および脱プロトン化されたフォームHCO−
3（重炭酸塩）とCO2−
3（炭酸塩）はpHに依存します。Bjerrumプロットに示されているように、中性またはわずかにアルカリ性の水（pH> 6.5）では、重炭酸塩の形態が優勢（> 50％）になり、海水のpHで最も一般的（> 95％）になります。非常にアルカリ性の水（pH> 10.4）では、主な（> 50％）形態は炭酸塩です。海洋は、典型的なpH = 8.2〜8.5の弱アルカリ性であり、1リットルあたり約120mgの重炭酸塩を含んでいます。

ある二塩基、カルボン酸は、2つの有する酸解離定数、重炭酸塩（別名炭酸水素）イオンへの解離のための最初のもの（HCO 3 - ）：

H 2 CO 3 ⇌HCO 3 - + H +
K a1 = 2.5 × 10 -4 モル/ L。P KのA1 = 3.6で25°C。 [27]

これは真の最初の酸解離定数であり、次のように定義されます。 K a 1 = [ H C O 3 − ] [ H + ] [ H 2 C O 3 ] {\ displaystyle K_ {a1} = {\ frac {\ rm {[HCO_ {3} ^ {-}] [H ^ {+}]}} {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}]}} }} K_{a1}={\frac {\rm {[HCO_{3}^{-}][H^{+}]}}{\rm {[H_{2}CO_{3}]}}}ここで、分母は共有結合したH 2 CO 3のみを含み、水和CO 2（aq）は含みません。近くのはるかに小さく、頻繁に引用される値4.16 × 10 -7であり、見かけ上全て溶解COこと（誤った）仮定して算出される値2はその結果、炭酸として存在します K a 1 （（ a p p a r e n t ）。 = [ H C O 3 − ] [ H + ] [ H 2 C O 3 ] + [ C O 2 （（ a q ）。 ] {\ displaystyle K _ {\ mathrm {a1}} {\ rm {（apparent）}} = {\ frac {\ rm {[HCO_ {3} ^ {-}] [H ^ {+}]}} {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}] + [CO_ {2}（aq）]}}}} K_{\mathrm {a1} }{\rm {(apparent)}}={\frac {\rm {[HCO_{3}^{-}][H^{+}]}}{\rm {[H_{2}CO_{3}]+[CO_{2}(aq)]}}}。溶解したCOの大部分のため2 COとして残る2分子、K A1（見かけ上は）はるかに大きな分母と真よりもはるかに小さい値を有するK個のA1を。[31]

重炭酸イオンは、両性溶液のpHに応じて、酸として、または塩基として作用することができる種。高pHでは、炭酸イオン（CO 3 2-）に著しく解離します。

HCO 3 - ⇌CO 3 2- + H +
K a2 = 4.69 × 10 -11 モル/ L。p K a2 = 10.329

生物では、炭酸の生成は酵素である炭酸脱水酵素によって触媒されます。

COの化学反応2

CO 2は、ベンズアルデヒドまたは強力なα、β-不飽和カルボニル化合物に匹敵する求電子反応性を有する強力な求電子試薬です。ただし、同様の反応性の求電子試薬とは異なり、求核試薬とCO 2の反応は熱力学的にあまり好ましくなく、非常に可逆的であることがよくあります。[32]のみが非常に強い求核試薬のようなカルバニオンによって提供されるグリニャール試薬と有機リチウム化合物は、 COと反応2与えるカルボキシレート：

MR + CO 2 →RCO 2 M
ここで、M = リチウム又は マグネシウム Brであり、R = アルキル又は アリール。

金属二酸化炭素錯体、CO 2としてのリガンドCOの変換を容易にすることができる、2他の化学物質にします。[33]

COの削減2のCOは通常は困難と遅い反応であります：

CO 2 + 2 e − + 2H + →CO + H 2 O

Photoautotrophs（すなわち植物やシアノバクテリア）する太陽光に含まれるエネルギーを使用光合成COからの単純な糖2空気と水から吸収します。

n CO 2 + n H
2O → （CH
2O）
n+ n O
2

pH 7付近でのこの反応の酸化還元電位は、標準水素電極に対して約-0.53Vです。ニッケル含有酵素の一酸化炭素デヒドロゲナーゼは、このプロセスを触媒します。[34]

物理的特性

固体二酸化炭素の一般的な形態である「ドライアイス」のペレット

二酸化炭素は無色です。低濃度では、ガスは無臭です。ただし、十分に高い濃度では、鋭い酸性の臭いがします。[1]において標準温度および圧力、二酸化炭素の密度は、約1.98キロ/ mで3、それの1.53倍程度の空気。[35]

二酸化炭素は、5.1標準気圧（520 kPa）未満の圧力では液体状態になりません。（平均海面気圧付近）1気圧で、ガス鉱床以下-78.5°Cの温度で固体に直接（-109.3°F; 194.7 K）及び固体昇華上記-78.5℃の気体に直接。固体状態では、二酸化炭素は一般にドライアイスと呼ばれます。

二酸化炭素の圧力-温度 状態図。これは対数グラフであることに注意してください。

液体二酸化炭素は、5.1気圧を超える圧力でのみ形成されます。二酸化炭素の三重点は、217 Kで約5.1バール（517 kPa）です（状態図を参照）。臨界点は31.1℃、7.38MPaです。[36] [37]高圧で観察される固体二酸化炭素の別の形態は、アモルファスガラスのような固体です。[38]カルボニアと呼ばれるこの形態のガラスは、加熱されたCO 2をダイヤモンドアンビル内で極圧（40〜48 GPaまたは約400,000気圧）で過冷却することによって生成されます。この発見により、二酸化炭素は、シリコン（石英ガラス）や二酸化ゲルマニウムなど、その元素ファミリーの他のメンバーと同様のガラス状態で存在する可能性があるという理論が確認されました。ただし、シリカやゲルマニアガラスとは異なり、カルボニアガラスは常圧では安定せず、圧力を解放するとガスに戻ります。

臨界点を超える温度と圧力では、二酸化炭素は超臨界二酸化炭素として知られる超臨界流体として振る舞います。

分離と生産

二酸化炭素は空気から蒸留することで得られますが、この方法は非効率的です。産業的には、二酸化炭素は主に回収されていない廃棄物であり、さまざまな規模で実施される可能性のあるいくつかの方法で生成されます。[39]

メタン（天然ガス）、石油留分（ガソリン、ディーゼル、灯油、プロパン）、石炭、木材、一般的な有機物などのすべての炭素ベースの燃料の燃焼は二酸化炭素を生成し、純粋な炭素の場合を除いて、水。例として、メタンと酸素の間の化学反応：

CH
4+ 2 O
2→ CO
2+ 2 H
2O

石灰石CaCOの熱分解により生成されます
3生石灰（酸化カルシウム、CaO）の製造において、約850°C（1,560°F）で加熱（煆焼）することにより、多くの産業用途を持つ化合物：

CaCO
3→ CaO + CO
2

鉄との酸化物から低減されたコークスにおける高炉製造、銑鉄および二酸化炭素を：[40]

二酸化炭素による水素の工業的製造の副生成物である水蒸気改質及び水性ガスシフト反応におけるアンモニア産生。これらのプロセスは、水と天然ガス（主にメタン）の反応から始まります。[41]これは、ビールやソフトドリンクの炭酸化に使用される食品グレードの二酸化炭素の主要な供給源であり、家禽などの見事な動物にも使用されます。2018年の夏、メンテナンスのためにいくつかのアンモニアプラントが一時的に閉鎖されたため、これらの目的のための二酸化炭素の不足がヨーロッパで発生しました。[42]

酸は、COを遊離2を最も金属炭酸塩から。その結果、それは石灰岩またはドロマイトへの酸性水の作用によって生成される天然の二酸化炭素泉から直接得ることができます。塩酸と炭酸カルシウム（石灰石またはチョーク）の反応を以下に示します。

CaCO
3+ 2HCl → CaCl
2+ H
2CO
3

炭酸（H
2CO
3）次いで水及びCOに分解2。

H
2CO
3→ CO
2+ H
2O

このような反応は、ガスが放出されるときに、泡立ちまたは泡立ち、あるいはその両方を伴います。それらは廃酸の流れを中和するために使用できるため、業界で広く使用されています。

二酸化炭素は副産物のある発酵の砂糖で醸造のビール、ウイスキーや他のアルコール飲料の生産にバイオエタノール。酵母は代謝糖CO生成する2とエタノールを以下のように、また、アルコールとして知られています。

C
6H
12O
6→ 2CO
2+ 2 C
2H
5ああ

すべての好気性生物は、CO生成2彼らが酸化したときに、炭水化物、脂肪酸、およびタンパク質を。関与する多数の反応は非常に複雑であり、簡単に説明することはできません。（細胞呼吸、嫌気性呼吸および光合成）を参照してください。ブドウ糖および他の単糖の呼吸の方程式は次のとおりです。

C
6H
12O
6+ 6 O
2→ 6CO
2+ 6 H
2O

嫌気性生物は有機物を分解し、微量の他の化合物とともにメタンと二酸化炭素を生成します。[43]有機材料の種類に関係なく、ガスの生成は明確に定義された速度論的パターンに従います。二酸化炭素は、埋め立て地での分解から発生するガス（「埋め立て地ガス」と呼ばれる）の約40〜45％を占めます。残りの50〜55％のほとんどはメタンです。[44]

アプリケーション

二酸化炭素は、食品産業、石油産業、および化学産業で使用されています。[39]この化合物にはさまざまな商業的用途がありますが、化学物質としての最大の用途の1つは、炭酸飲料の製造です。炭酸飲料、ビール、スパークリングワインなどの炭酸飲料に輝きを与えます。

化学物質の前駆体

化学産業では、二酸化炭素は主に尿素の製造の原料として消費され、メタノールやその他のさまざまな製品の製造に使用される割合は少なくなります。[45]のようないくつかのカルボン酸誘導体、サリチル酸ナトリウムは、 CO使用して調製された2により、コルベ・シュミット反応。[46]

CO用いた従来の方法に加えて、2を化学的生産のために、電気化学的方法はまた、研究レベルで探索されています。具体的には、COからの燃料の生産のための再生可能エネルギーの利用2（メタノールなど）が、これは容易に従来の燃焼技術内に輸送され、使用できる燃料をもたらすが、正味のCOがない可能性があるので魅力的である2排出量。[47]

食品

炭酸飲料に含まれる二酸化炭素の泡。

二酸化炭素は、食品業界で推進剤および酸性度調整剤として使用される食品添加物です。EU [48]（E番号E290としてリストされている）、US [49]、オーストラリアおよびニュージーランド[50]（INS番号290としてリストされている）での使用が承認されています。

ポップロックスと呼ばれるキャンディーは、二酸化炭素ガス[51]で約4,000  kPa（40  bar ; 580  psi）で加圧されます。口の中に入れると、（他のハードキャンディーと同じように）溶けて、可聴ポップで気泡を放出します。

膨張剤は二酸化炭素を生成することによって生地を上昇させます。[52] パン酵母は生地内の糖を発酵させることで二酸化炭素を生成しますが、ベーキングパウダーや重曹などの化学リーバーは、加熱したり酸にさらしたりすると二酸化炭素を放出します。

飲料

二酸化炭素は、炭酸 飲料や炭酸水を製造するために使用されます。伝統的に、ビールとスパークリングワインの炭酸化は自然発酵によって行われましたが、多くのメーカーは、発酵プロセスから回収された二酸化炭素でこれらの飲料を炭酸化します。瓶ビールや樽ビールの場合、最も一般的に使用される方法は、リサイクルされた二酸化炭素による炭酸化です。英国のリアルエールを除いて、生ビールは通常、冷蔵室またはセラーの樽から、窒素と混合されることもある加圧二酸化炭素を使用してバーのディスペンシングタップに移されます。

ソーダ水の味（および他の炭酸飲料の関連する味覚）は、ガスの破裂する泡ではなく、溶解した二酸化炭素の影響です。炭酸脱水酵素4は炭酸に変換されて酸味が増し、溶解した二酸化炭素も体性感覚反応を誘発します。[53]

ワイン作り

収穫後のブドウの保存に使用されるドライアイス。

ドライアイスの形の二酸化炭素は、ワイン製造のコールドソーク段階で、野生酵母による自然発酵を防ぐために、収穫後すぐにブドウの房を冷却するためによく使用されます。ドライアイスをウォーターアイスよりも使用する主な利点は、ブドウのマストの糖濃度、つまり完成したワインのアルコール濃度を低下させる可能性のある追加の水を追加せずに、ブドウを冷却することです。二酸化炭素は、ボジョレーワインの製造に使用されるプロセスである炭酸浸軟のための低酸素環境を作り出すためにも使用されます。

二酸化炭素は、ワインボトルや樽などの他の貯蔵容器に酸化を防ぐために補充するために使用されることがありますが、二酸化炭素がワインに溶けて、以前はまだワインがわずかに泡立つという問題があります。このため、プロのワインメーカーはこのプロセスに窒素やアルゴンなどの他のガスを好んで使用しています。

見事な動物

二酸化炭素は、屠殺前に動物を「気絶」させるためによく使用されます。[54]動物はすぐにノックアウトされず、苦痛に苦しむ可能性があるため、「見事な」というのは誤った呼び方かもしれません。[55] [56]

不活性ガス

これは、ポータブル圧力ツールの空気圧（加圧ガス）システムで最も一般的に使用される圧縮ガスの1つです。二酸化炭素は溶接の雰囲気としても使用されますが、溶接アークではほとんどの金属を酸化するために反応します。二酸化炭素で作られた溶接は、より不活性な雰囲気で作られた溶接よりも脆いという重要な証拠にもかかわらず、自動車産業での使用は一般的です。[引用必要]のために使用される場合MIG溶接、CO 2 COとしての使用は、時には、MAGは、金属活性ガスのために、溶接と呼ばれる2は、これらの高温で反応することができます。真に不活性な雰囲気よりも高温の水たまりを生成する傾向があり、流動特性が向上します。ただし、これは水たまりの場所で発生する大気反応が原因である可能性があります。これは通常、溶接時に望ましい効果とは逆になります。これは、サイトを脆化させる傾向があるためですが、最終的な延性が大きな問題ではない一般的な軟鋼溶接では問題にならない場合があります。

安価で不燃性であり、室温で約60 bar（870  psi ; 59 atm）の達成可能な圧力で気体から液体への相転移を起こすため、加圧ガスを必要とする多くの消費者製品で使用されてい ます。 特定の容器に収まる二酸化炭素の量は、そうでない場合よりも多くなります。救命胴衣には、すばやく膨らませるために加圧二酸化炭素のキャニスターが含まれていることがよくあります。アルミニウムCOのカプセル2は、他にも、圧縮ガスの供給として販売されている空気銃、ペイントボールマーカー/銃、自転車用タイヤを膨張、及び製造するための炭酸水。高濃度の二酸化炭素は、害虫を殺すためにも使用できます。液体二酸化炭素は、一部の食品や技術材料の超臨界乾燥、走査型電子顕微鏡用の標本の準備[57]、コーヒー豆のカフェイン抜きに使用されます。

消火器

COの使用 2消火器。

二酸化炭素は、炎の周りの環境をガスで満たすことによって炎を消すために使用できます。それ自体は炎を消すために反応しませんが、それを置き換えることによって酸素の炎を飢えさせます。一部の消火器、特に電気火災用に設計された消火器には、圧力がかかった状態で液体二酸化炭素が含まれています。二酸化炭素消火器は、小さな可燃性液体および電気火災ではうまく機能しますが、通常の可燃性火災では機能しません。これは、酸素を排除しますが、燃焼物質を大幅に冷却せず、二酸化炭素が分散すると、大気にさらされると自由に発火するためです。酸素。電気火災におけるそれらの望ましさは、水または他の化学物質ベースの方法とは異なり、二酸化炭素が短絡を引き起こさず、機器にさらに多くの損傷をもたらすという事実から生じます。ガスであるため、ITインフラストラクチャの部屋に大量のガスを自動的に分配することも簡単です。ITインフラストラクチャの部屋では、ラックのドアの後ろやケースの内側にあるため、火自体にすぐに到達するのが難しい場合があります。二酸化炭素はまた、特定の危険を局所的に適用し、保護された空間を完全に浸水させるための固定防火システムの消火剤として広く使用されています。[58] 国際海事機関の基準は、船倉および機関室の防火のための二酸化炭素システムも認めています。二酸化炭素ベースの防火システムは、十分に高濃度で窒息を引き起こす可能性があるため、いくつかの死亡に関連しています。CO 2システムのレビューにより、1975年から報告日（2000年）までの間に51件の事件が特定され、72人の死者と145人の負傷者が発生しました。[59]

超臨界CO 2を溶媒として

液体二酸化炭素は、多くの親油性有機化合物の優れた溶媒であり、コーヒーからカフェインを除去するために使用されます。[15]二酸化炭素は、有機塩素化合物などの従来の溶媒に代わる毒性の少ない代替品として、製薬業界やその他の化学処理業界で注目を集めています。このため、一部のドライクリーニング店でも使用されています（グリーンケミストリーを参照）。超臨界二酸化炭素の特性のため、いくつかのエアロゲルの調製に使用されます。

農業

植物は光合成を行うために二酸化炭素を必要とします。温室の雰囲気は（大型の場合、しなければならない）追加のCOを富化することができる2サステイン及び植物成長の速度を増加させます。[60] [61]非常に高い濃度（大気中濃度の100倍以上）では、二酸化炭素は動物の生命に有毒である可能性があるため、濃度を10,000 ppm（1％）以上に数時間上げると、次のような害虫が駆除されます。温室内のコナジラミとハダニ。[62]

医学的および薬理学的用途

医学では、無呼吸後の呼吸を刺激し、Oを安定させるために、最大5％の二酸化炭素（大気中濃度の130倍）が酸素に追加されます。
2/ CO
2 血のバランス。

二酸化炭素は最大50％の酸素と混合され、吸入可能なガスを形成します。これはCarbogenとして知られており、さまざまな医療および研究用途があります。

エネルギー

化石燃料の回収

二酸化炭素は、石油と混和するようになると、通常は超臨界条件下で、生産油井に注入されるか、それに隣接して、石油増進回収に使用されます。このアプローチでは、一次抽出に加えて、残留油の飽和度を7％から23％削減することにより、元の油の回収率を高めることができます。[63]これは加圧剤として機能し、地下の原油に溶解すると粘度を大幅に低下させ、表面の化学的性質を変化させることで、油が貯留層を通って除去井までより迅速に流れるようにします。[64]成熟した油田では、二酸化炭素を注入ポイントに運ぶために大規模なパイプネットワークが使用されます。

拡張コールベッドメタン回収主に水の除去に頼る現在の方法とは対照的に、二酸化炭素は炭層が捕捉されたメタンを放出するために（圧力を減少させるため）、変位メタンを炭層に注入されることになります。[65]

燃料への生体内変化

COが提案されている2発電からは、その後に変換することができた藻類の成長を刺激するために池にバブリングするバイオディーゼル燃料。[66]の歪みシアノ シネココッカスelongatusは、遺伝的に燃料を産生するように操作されているがイソブチルアルデヒドとイソCOから2光合成を使用します。[67]

冷媒

二酸化炭素（赤）と水（青）の圧力-温度状態図を、1気圧での相転移点を含むlog-linチャートとして比較

液体および固体の二酸化炭素は重要な冷媒であり、特に食品業界では、アイスクリームやその他の冷凍食品の輸送や保管に使用されます。固体二酸化炭素は「ドライアイス」と呼ばれ、冷凍装置が実用的でない小口貨物に使用されます。固体二酸化炭素は、気温に関係なく、通常の大気圧で常に-78.5°C（-109.3°F）未満です。

液体二酸化炭素（業界命名法R744またはR744）は、使用前に冷媒として使用された[要出典]のジクロロジフルオロメタン（R12、クロロフルオロカーボン（CFC）化合物）。CO
2CFCの主要な代替品の1つである1,1,1,2-テトラフルオロエタン（R134a、ハイドロフルオロカーボン（HFC）化合物）はCOよりも気候変動に寄与するため、ルネッサンスを享受する可能性があります
2します。CO
2物性は、冷蔵、冷蔵、暖房の目的に非常に有利であり、高い体積冷却能力を備えています。最大130bar（1,900 psi; 13,000 kPa）の圧力で操作する必要があるため、CO
2システムには、多くの分野で大量生産用にすでに開発されている、機械的に耐性の高いリザーバーとコンポーネントが必要です。カーエアコンでは、50°を超える緯度でのすべての運転条件の90％以上で、CO
2（R744）は、HFCの（使用しているシステムよりも効率的に動作例えば、R134aから）。その環境上の利点（GWPが1、オゾン層破壊、毒性、不燃性）により、自動車、スーパーマーケット、ヒートポンプ給湯器などの現在のHFCに代わる将来の作動流体になる可能性があります。コカ・コーラはCOを擁護しました
2ベースの飲料クーラーと米陸軍はCOに興味を持っています
2冷蔵および暖房技術。[68] [69]

世界の自動車産業は、カーエアコンの次世代冷媒を決定することが期待されています。[いつ？] CO
2は、説明されているオプションの1つです（「持続可能な自動車用エアコン」も参照）。

マイナーな使用

炭酸ガスレーザ。

二酸化炭素は、レーザ媒体における炭酸ガスレーザーレーザーの初期タイプの一つです。

二酸化炭素は、水にガスを継続的に追加することでプールのpHを制御する手段として使用でき[70]、pHが上昇しないようにします。これの利点の中には、（より危険な）酸の取り扱いを回避できることがあります。同様に、それは維持リーフアクアリウムでも使用され、カルシウムリアクターで一般的に使用され、炭酸カルシウムが使用される場所でより自由に水に溶解できるように、炭酸カルシウムを通過する水のpHを一時的に下げます。彼らの骨格を構築するためにいくつかのサンゴによって。

原子力発電用の英国の改良型ガス冷却炉の主要冷却材として使用されます。

二酸化炭素の誘導は、実験動物の安楽死に一般的に使用されます。CO管理する方法2は、 CO含有する密閉、充填済みチャンバ内に直接動物を配置することを含む2、又はCOの漸増濃度に曝露2。2013年、米国獣医協会は二酸化炭素誘導に関する新しいガイドラインを発表し、小型げっ歯類の人道的な安楽死には毎分ガス室容積の30％から70％の移動率が最適であると述べました。[71]しかしながら、それが残酷であるという理由で、これのために二酸化炭素を使用する慣行に反対があります。[56]

二酸化炭素は、いくつかの関連する洗浄および表面処理技術でも使用されます。

地球の大気中

キーリング曲線大気中のCOの 2濃度。 [72]
大気中のCO 2の年間成長率は、1960年代から300％の増加となりました。 [73]

二酸化炭素地球の大気がある微量ガス2020年の終わりのように（質量又は百万分630部）グローバル平均体積で百万当たり415部の濃度を有する、[74] [75]大気CO
2濃度は季節によってわずかに変動し、植物がガスを消費するため北半球の春と夏に低下し、植物が休眠状態になるか死んで腐敗するために北半球の秋と冬に上昇します。濃度も地域ごとに異なり、最も強く地面の近くにあり、空中の変動ははるかに小さい。都市部では一般的に濃度が高く[76]、屋内ではバックグラウンドレベルの10倍に達する可能性があります。

人間の活動により二酸化炭素濃度が上昇しています。[77]リソスフェアで何百万年もの間隔離されてきた炭素を使用した化石燃料の抽出と燃焼は、COの大気中濃度を引き起こしました。
2工業化の時代の始まりから2020年まで約50％増加する。[78] [79]ほとんどのCO
2人間の活動からは、石炭、石油、天然ガスの燃焼から放出されます。他の大規模な人為的発生源には、セメント生産、森林伐採、バイオマス燃焼などがあります。人間の活動は300億トン以上のCOを排出します
2（化石炭素90億トン）年間、火山は2〜3億トンのCOしか排出しません
2。[80] [81]人間の活動は、CO生じた2年間数十万には見られないレベルを超えて増加します。現在、化石燃料の燃焼で放出される二酸化炭素の約半分は大気中に残り、植生や海洋に吸収されません。[82] [83] [84] [85]

年間 CO
21960年代以降、人為的発生源（左）から地球の大気、陸地、海洋のシンク（右）に流れ込みます。年間の等価ギガトン炭素の単位。 [79]

二酸化炭素は可視光を透過しますが、温室効果ガスであり、2つの赤外線活性振動周波数で赤外線を吸収および放出します（上記の「構造と結合」のセクションを参照）。地球の表面からの発光は、可視領域で最も強いはるかに高温の太陽からの発光とは対照的に、200〜2500 cm -1の赤外線領域で最も強くなります[86]。大気中のCOの振動周波数での赤外光の吸収
2表面近くにエネルギーを閉じ込め、表面と下層大気を暖めます。上層大気に到達するエネルギーが少ないため、この吸収のために低温になります。[87] COの大気中濃度の増加
2メタン、亜酸化窒素、オゾンなどの他の長寿命の温室効果ガスは、それに応じて赤外線の吸収と放出を強化し、20世紀半ば以降の平均地球温度の上昇を引き起こしました。二酸化炭素は、これらの他のすべてのガスを組み合わせた場合よりも全体的な温暖化の影響が大きいため、最大の懸念事項です。[78]さらに、この活動が地球の速い炭素循環に課した不均衡のために、抽出され燃焼された化石炭素の累積量とともに増加する大気寿命を持っています。[88]これは、これまでに移動した化石炭素の一部（予測20-35％）が、COの上昇として大気中に実質的に存続することを意味します。
2これらの炭素移動活動が沈静化し始めてから何千年もの間のレベル。[89] [90] [91]

CO 2で 地球の 大気あれば 半分の地球温暖化の排出量のがされて いない吸収しました。 [82] [83] [84] [85]
（ NASA コンピューターシミュレーション）。

COを増やすだけでなく
2濃度は地球の表面温度の上昇につながりますが、地球の気温の上昇は二酸化炭素の濃度の上昇も引き起こします。これにより、軌道サイクルなどの他のプロセスによって引き起こされた変化に対して正のフィードバックが生成されます。[92] 5億年前のCO
2濃度は今日の20倍で、ジュラ紀の間に4〜5倍に減少し、その後ゆっくりと減少し、 4900万年前に特に急速に減少しました。[93] [94]

二酸化炭素の局所濃度は、特に周囲の地形によって隔離されている強力な発生源の近くで高い値に達する可能性があります。周辺Bossoleto温泉でラポラーノテルメにトスカーナ、イタリア直径100メートル（330フィート）、COの濃度は約ボウル状の凹部に位置し、2昆虫や小動物を殺すのに十分な75％以上の一晩の上昇。日の出後、ガスは対流によって分散されます。[95] CO高濃度の2 COで飽和深い湖の水の乱れによって産生さ2は、37人の死者の原因となったと考えられている湖マヌーン、カメルーンで1984 1700犠牲に湖ニオス1986年、カメルーン[96]

海で

2100年に予測される海洋化学に調整された海水に溶解したプテラポッドの殻 。

形成する海洋中の二酸化炭素が溶解炭酸（H 2 CO 3）、炭酸水素塩（HCO 3 -等）、炭酸（CO 3 2- ）。海洋に溶けている二酸化炭素の量は、大気中に存在する二酸化炭素の約50倍です。海洋は巨大として作用する炭素シンク、及びCOの約3分の1取り込んだ2人間の活動によって放出されました。[97]

大気中の二酸化炭素濃度が増加するにつれて、海洋への二酸化炭素の取り込みの増加は、海洋酸性化と呼ばれる海洋のpHの測定可能な低下を引き起こしています。このpHの低下は、海洋の生物系、主に海洋の石灰化生物に影響を及ぼします。これらの効果はまたがる食物連鎖から独立栄養生物に従属するとのような生物が含ま円石藻、サンゴ、有孔虫、棘皮動物、甲殻類及び軟体動物を。通常の条件下では、炭酸イオンは過飽和濃度であるため、炭酸カルシウムは地表水で安定しています。しかし、海洋のpHが下がると、このイオンの濃度も下がり、炭酸塩が不飽和になると、炭酸カルシウムでできた構造物は溶解しやすくなります。[98]サンゴ、[99] [100] [101]円石藻、[102] [103] [104] [105]サンゴモ、[106]有孔虫、[107] 甲殻類[108]および翼足類[109]の経験上昇したCOにさらされたときの石灰化の減少または溶解の促進
2。

水の温度が上昇するとガスの溶解度が低下します（圧力が300バールを超えて温度が393 Kを超える場合を除き、深部の熱水噴出孔の近くでのみ見られます）[110]。したがって、海水温が上昇すると大気からの取り込み速度が低下します。

COのほとんど2、大気中に放出され、全体の約30％である、海、によって取り込ま[111]は、重炭酸と平衡状態に炭酸を形成します。これらの化学種のいくつかは、サイクルから炭素を除去する光合成生物によって消費されます。増加したCO 2の雰囲気では減少につながっているアルカリ性の海水のを、これが悪影響を水の中に生きている生物に影響を与えることが懸念されます。具体的には、アルカリ性を減少させると、シェルを形成するための炭酸塩の利用可能性は、減少する[112]がありますが増加したCOの下で特定の種によって増加シェル製造の証拠2コンテンツを。[113]

NOAAは、2008年5月の「海洋酸性化に関する科学ファクトシートの現状」で次のように述べています。
「海洋は、化石燃料の燃焼から放出される二酸化炭素（CO 2）の約50％を吸収し、海洋を低下させる化学反応を引き起こしました。 pH。これにより、「海洋酸性化」と呼ばれるプロセスを通じて、産業時代の始まりから約30％の水素イオン（酸性度）の増加が引き起こされました。次のような海洋生物への悪影響を示す研究が増えています。

  • 造礁サンゴが骨格を作る速度は低下しますが、クラゲの多くの種類の生産は増加します。
  • 海藻と自由に泳ぐ動物プランクトンが保護殻を維持する能力が低下します。
  • 市販の魚介類を含む海洋幼生の生存率が低下している」と語った。

また、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は、Climate Change 2007：Synthesis Report：[114]に 次のように書いてい
ます。増加する大気中のCO 2濃度は、（例えばサンゴ）の海洋生物圏で観測された海洋酸性化の効果はまだ文書化されていないが、海の漸進的な酸性化が海洋殻形成生物にマイナスの影響を与えることが予想されています...さらに酸性化につながると彼らの従属種。」

一部の海洋石灰化生物（サンゴ礁を含む）は、NOAA、OSPAR委員会、NANOOS、IPCCなどの主要な研究機関によって選出されています。これは、最新の研究で、海洋酸性化がそれらに悪影響を与えると予想されるためです。[115]

二酸化炭素はまた、熱水噴出孔を通して海洋に導入されます。シャンパンで北西Eifuku火山で発見熱水ベント、マリアナ海溝は、ほぼ純粋な液体二酸化炭素、2004年現在、世界で2つしか知られているサイトの1つに他のビーイング生産沖縄トラフを。[116]沖縄トラフでの液体二酸化炭素の海底湖の発見は、2006年に報告された。[117]

生物学的役割

二酸化炭素の最終生成物である細胞呼吸糖、脂肪および破壊によってエネルギーを得る生物におけるアミノ酸を用いて酸素それらの一部として代謝。これには、すべての植物、藻類、動物、好気性菌類、バクテリアが含まれます。無脊椎動物では、二酸化炭素は血液中を体の組織から皮膚（両生類など）または鰓（魚など）に移動し、そこから水に溶解するか、肺に移動して吐き出されます。活発な光合成の間、植物は呼吸で放出するよりも多くの二酸化炭素を大気から吸収することができます。

光合成と炭素固定

光合成と呼吸の概要。二酸化炭素（右）は、水と一緒に、光合成によって酸素と有機化合物（左）を 形成し、水と（CO 2）に呼吸する ことができます 。
カルビン回路と炭素固定の 概要

炭素固定は、大気中の二酸化炭素が植物、藻類、および（シアノバクテリア）によってグルコースなどのエネルギーに富む有機分子に組み込まれ、光合成によって独自の食物を作り出す生化学的プロセスです。光合成は二酸化炭素と水を使って糖を生成し、そこから他の有機化合物を構成することができ、酸素は副産物として生成されます。

リブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼオキシゲナーゼは、一般のRuBisCOと略される酵素炭素固定の最初の主要な段階、の2つの分子の産生に関与する3-ホスCOから2およびリブロース二リン酸で、図に示すように、左。

RuBisCOは、地球上で最も豊富なタンパク質であると考えられています。[118]

Phototrophsは内部食物源として、および原料としての光合成の製品を使用する生合成などのより複雑な有機分子の多糖類、核酸およびタンパク質。これらは彼ら自身の成長のために、そしてまた私たち自身のような動物を含む他の生物を養う食物連鎖と食物網の基礎として使われます。いくつかの重要な光合成生物である円石藻は、硬い炭酸カルシウムの鱗を合成します。[119]円石藻の世界的に重要な種は、方解石の鱗が石灰岩などの多くの堆積岩の基礎を形成しているエミリアニア・ハクスレイであり、以前は大気中の炭素であったものが地質学的な時間スケールで固定されたままになります。

植物は、周囲条件と比較した場合、1,000 ppm CO 2の濃度で50％も速く成長できますが、これは気候の変化や他の栄養素の制限がないことを前提としています。[120] CO 2レベルの上昇は、作物の収穫可能な収量に反映される成長の増加を引き起こし、小麦、米、大豆はすべて、FACE実験でCO 2の上昇下で12〜14％の収量の増加を示します。[121] [122]

増加した大気中のCO 2濃度は、植物に現像少ない気孔をもたらす[123]還元水の使用量との増加にリードを水利用効率。[124] FACEを使用した研究では、CO 2の濃縮により、作物の微量栄養素濃度が低下することが示されています。[125]草食動物は同じ量のタンパク質を得るためにより多くの食物を食べる必要があるので、これは生態系の他の部分にノックオン効果をもたらすかもしれません。[126]

第二の濃度の代謝物、そのようなフェニルプロパノイド及びフラボノイドとしても、COの高濃度に曝露された植物に変更することができる2。[127] [128]

植物はまた、CO放出2を呼吸の間に、および使用植物や藻類、大多数のように、C3光合成を、日中のみの純吸収剤です。成長している森は、COの多くトン吸収するものの2を毎年、成熟した森はずっとCOとして生成します2呼吸や植物の成長に光合成で使用されているよう死者の検体（例えば、落ちた枝）の分解から。[129]カーボンニュートラルであるという長年の見解に反して、成熟した森林は炭素を蓄積し続け[130]、貴重な炭素吸収源であり続け、地球の大気の炭素バランスを維持するのに役立ちます。さらに、そして決定的に地球上の生命に、植物プランクトンの消費による光合成はCO溶解2上部海洋にし、それによってCOの吸収促進2を大気から。[131]

毒性

空気中の体積分率を増加させることによる二酸化炭素毒性の主な症状 。 [132]

新鮮な空気中の二酸化炭素含有量（海面と10 kPaレベルの間で平均、つまり高度約30 km（19 mi））は、場所に応じて0.036％（360 ppm）から0.041％（412 ppm）の間で変化します。[133] [説明が必要]

CO 2がある窒息ガスとに基づいて、有毒または有害であると分類されていない分類および化学物質基準の表示に関する世界調和システムの国際連合欧州経済委員会使って、OECDテストガイドラインを。1％（10,000 ppm）までの濃度では、眠気を感じたり、肺に鼻づまりを感じたりします。[132] 7％から10％（70,000から100,000 ppm）の濃度は、十分な酸素が存在する場合でも窒息を引き起こし、めまい、頭痛、視覚および聴覚の機能障害、および数分から1時間以内の意識喪失として現れることがあります。[134]急性二酸化炭素曝露の生理学的影響は、窒息のサブセットである高炭酸ガス血症という用語の下にまとめられています。

空気より重いため、ガスが比較的高濃度で地面から浸透する場所（地下の火山活動または地熱活動のため）では、風の分散効果なしに、平均的な地面より下の保護された/ポケットのある場所に集まることができますレベル、そこに位置する動物を窒息させる。その後、死骸に引き付けられた腐肉フィーダーも殺されます。子供たちは市の近くに同じ方法で殺害されたゴマCOで2近くの火山からの排出マウントニイラゴンゴ。[135]この現象のスワヒリ語は「まずく」です。

CO 2のレベルの上昇は 、救命ボートとして使用されていた 月着陸船に二酸化炭素スクラバーを供給するためにコマンドモジュールからカートリッジを改造しなければならなかったアポロ13号の宇宙飛行士を 脅かしました 。

CO濃度の増加に適応2を含む、ヒトで起こる呼吸変性血液の酸性化（の影響をバランスさせるために、および腎臓重炭酸塩の生産をアシドーシス）。いくつかの研究は、適応が生理学的かつ可逆的であるため、2.0％の吸気濃度を閉鎖空間（潜水艦など）に使用できることを示唆しています。これは、パフォーマンスまたは通常の身体活動の低下がこのレベルの曝露で5日間発生しないためです。[136] [137]それでも、他の研究では、はるかに低いレベルでも認知機能の低下が示されています。[138] [139]また、進行中の呼吸性アシドーシスでは、適応または代償メカニズムはそのような状態を逆転させることができません。

1％未満

長期連続COの健康への影響のいくつかの研究がある2、1％以下のレベルでヒトおよび動物の露出が。米国では、職業上のCO 2曝露限度が8時間で0.5％（5000 ppm）に設定されています。[140]で、このCO 2濃度、国際宇宙ステーションには、乗組員は頭痛、倦怠感、精神的な遅さ、感情的な刺激、および睡眠障害を経験しました。[141] 0.5％CO 2での動物での研究は、8週間の曝露後の腎臓の石灰化と骨量減少を示しました。[142] 2.5時間のセッションに暴露したヒトの研究は、0.1％という低濃度で認知能力に有意な負の影響（1,000実証 PPM）CO 2 COによる可能性が高い2脳血流の誘起増加を。[138]別の研究では、500 ppmと比較した場合、1000ppmでの基本的な活動レベルと情報使用量の低下が観察されました。[139]しかしながら、文献のレビューは、二酸化炭素の現象に関するほとんどの研究が高レベルの意思決定にわずかな影響を与える認知障害を誘発し、ほとんどの研究が不十分な研究デザイン、環境の快適さ、不確実性によって混乱していることを発見した。使用された曝露量と異なる認知評価。[143]同様に、オートバイのヘルメット中のCO 2濃度の影響に関する研究は、オートバイのライダーの自己報告に注意を払わず、マネキンを使用して測定を行うという方法論が疑わしいと批判されています。さらに、通常のオートバイの状態（高速道路や都市の速度など）が達成されたとき、またはバイザーが上げられたとき、CO 2の濃度は安全なレベル（0.2％）まで低下しました。[144] [145]

換気

CO 2濃度計使用して 非分散赤外線センサ

換気不良、過剰なCOの主な原因の一つである2密閉空間中の濃度。定常状態（占有率と換気システムの動作が十分に長く、CO 2濃度が安定している場合）での屋外濃度を超える二酸化炭素の差異は、1人あたりの換気率を推定するために使用されることがあります。[要出典] CO 2濃度が高いと、乗員の健康、快適さ、パフォーマンスの低下につながります。[146] [147] ASHRAE Standard 62.1–2007の換気率は、周囲の屋外条件よりも最大2,100ppm高い屋内濃度をもたらす可能性があります。したがって、屋外の濃度が400 ppmの場合、この業界のコンセンサス基準を満たす換気率で、屋内の濃度は2,500ppmに達する可能性があります。換気の悪い場所での濃度は、これよりもさらに高くなります（3,000または4,000 ppmの範囲）。

換気が不十分なためにガスへの暴露に対して特に脆弱な鉱夫は、二酸化炭素と窒素の混合物を「ブラックダンプ」、「チョークダンプ」または「スタイス」と呼びました。より効果的な技術が開発される前は、鉱山労働者は、ケージに入れられたカナリアを持って作業することにより、坑道内の危険なレベルのブラックダンプやその他のガスを頻繁に監視していました。カナリアは人間よりも窒息性ガスに敏感であり、意識を失うと歌うのをやめて止まり木から落ちます。デービーランプがまた一方で、それほど明るく燃焼させることにより、高blackdampのレベル（シンク、床に近い収集）を検出することができたメタン、別の窒息ガスや爆発の危険性は、ランプがより明るく燃えなるだろう。

2020年2月、プールを冷やすためにドライアイス（冷凍CO 2）がプールに追加されたとき、モスクワでのパーティーで3人が窒息死しました。[148]女性がCOで死亡した場合、同様の事故は2018年に発生した2彼女は彼女の車で輸送されたドライアイスの大量から発せられる煙。[149]

人類生理学

コンテンツ

二酸化炭素分圧の基準範囲または平均 （略してpCO 2）
血液コンパートメント（kPa）（mm Hg）
静脈血二酸化炭素5.5〜6.8 41–51 [150]
肺胞、肺のガス圧 4.8 36
動脈血の二酸化炭素 4.7〜6.0 35〜45 [150]

体は1人1日あたり約2.3ポンド（1.0 kg）の二酸化炭素を生成し[151]、0.63ポンド（290 g）の炭素を含みます。人間の場合、この二酸化炭素は静脈系を介して運ばれ、肺から吐き出されるため、動脈の濃度が低くなります。血液の二酸化炭素含有量は、分圧として与えられることがよくあります。分圧は、二酸化炭素だけが体積を占めていた場合の圧力です。[152]人間の場合、血中二酸化炭素含有量は隣接する表に示されています。

血中輸送

CO 2は、3つの異なる方法で血液中に運ばれます。（正確なパーセンテージは、動脈血か静脈血かによって異なります）。

  • そのほとんど（約70％から80％）は重炭酸イオンHCOに変換されます−
    3    赤血球中の炭酸脱水酵素酵素による[153] CO 2 + Hの反応による
    2    O     → H
    2    CO
    3    → H+
    + HCO−
    3    。
  • 5〜10％が血漿に溶解します[153]
  • 5〜10％がカルバミノ化合物としてヘモグロビンに結合しています[153]。

ヘモグロビン、で主酸素運搬分子赤血球は、酸素と二酸化炭素の両方を運びます。ただし、ヘモグロビンに結合したCO 2は、酸素と同じ部位には結合しません。代わりに、4つのグロビン鎖のN末端基と結合します。ただし、ヘモグロビン分子に対するアロステリック効果のため、CO 2の結合により、特定の酸素分圧に結合する酸素の量が減少します。これはハルデン効果として知られており、組織から肺への二酸化炭素の輸送に重要です。逆に、CO 2の分圧が上昇するか、pHが低くなると、ヘモグロビンから酸素がオフロードされます。これは、ボーア効果として知られています。

呼吸の調節

二酸化炭素は、血液供給の局所的な自動調節のメディエーターの1つです。その濃度が高い場合、毛細血管が拡張して、その組織へのより多くの血流を可能にします。

重炭酸イオンは、血液のpHを調節するために重要です。人の呼吸速度は、COのレベルに影響を及ぼす2彼らの血中を。呼吸が遅すぎるか浅すぎると呼吸性アシドーシスを引き起こし、呼吸が速すぎると過呼吸を引き起こし、呼吸性アルカローシスを引き起こす可能性があります。

体は代謝のために酸素を必要としますが、低酸素レベルは通常呼吸を刺激しません。むしろ、呼吸はより高い二酸化炭素レベルによって刺激されます。結果として、これまでに経験することなく、意識の喪失につながる可能低圧空気又は（純粋な窒素）全く酸素との混合ガスを呼吸空気飢餓。これは、高高度の戦闘機パイロットにとって特に危険です。客室乗務員が客室乗務員に、客室の圧力が低下した場合に、他の人を助ける前にまず自分自身に酸素マスクを適用するように指示するのもそのためです。そうでなければ、意識を失うリスクがあります。[153]

呼吸中枢は、動脈CO維持しよう2 40ミリメートルHgの圧力を。意図的な過呼吸により、動脈血のCO 2含有量が10〜20 mm Hgに低下する可能性があり（血液の酸素含有量はほとんど影響を受けません）、呼吸ドライブが低下します。これが、過呼吸を行わない場合よりも過呼吸を行った後の方が息を長く保つことができる理由です。これは、呼吸の必要性が圧倒される前に意識を失う可能性があるというリスクを伴います。そのため、フリーダイビングの前に過呼吸が特に危険です。

も参照してください

  • 化学ポータル
  • 動脈血ガス
  • ボッシュ反応
  • ボトル入りガス –標準の温度と圧力でガス状であり、圧縮されてガスボンベに保管されている物質
  • 二酸化炭素の除去 –大気中の二酸化炭素の除去（大気から）
  • 二酸化炭素センサー
  • 炭素隔離 –大気中の二酸化炭素の捕捉と長期保管
  • 犬の 洞窟–イタリア、ナポリ近郊の洞窟
  • 排出基準
  • 室内空気質 –建物や構造物の内部および周辺の空気質
  • カヤのアイデンティティ –人為的な二酸化炭素排出に関するアイデンティティ
  • キブ湖 –東アフリカ大地溝帯の部分循環湖
  • 炭素効率が最も低い発電所のリスト
  • 二酸化炭素排出量別の国のリスト
  • 部分循環湖 –混合しない水の層を持つ恒久的に層状の湖
  • pCO2  –二酸化炭素の分圧。血液に関連してよく使用されます
  • Gilbert Plass  –カナダの物理学者（CO 2と気候変動に関する初期の研究）
  • サバティエ反応 –二酸化炭素と水素のメタン化プロセス
  • NASAの軌道上炭素観測衛星2
  • 温室効果ガス観測衛星 –地球観測衛星

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外部リンク

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  • 二酸化炭素濃度の現在の世界地図
  • [1] Amerigasによる。
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  • CO 2二酸化炭素の特性、用途、用途
  • ドライアイス情報
  • 大気中の二酸化炭素（NOAA）の傾向
  • 「命を救う戦争ガス」。ポピュラーサイエンス、1942年6月、53〜57ページ。
  • 二酸化炭素の反応、熱化学、用途、および機能
  • 二酸化炭素-第一部及び二酸化炭素-第二部でのビデオの周期表（ノッティンガム大学）
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