دی اکسید کربن
دی‌اکسید کربن (carbon dioxide)
گازی بی‌رنگ و بی‌بو. تا حدودی در آب محلول، و متراکم‌تر از هواست. از اُکسایش[۱] کامل کربن حاصل می‌شود. دی‌اکسیدکربن در فرآیند تنفس سلولی موجودات زنده و از تجزیۀ مواد آلی نیز پدید می‌آید و نقش مهمی در چرخۀ کربن دارد. از شکل جامد دی‌اکسیدکربن، معروف به یخ خشک[۲]، به‌منزلۀ سردکننده در صنایع شیمیایی استفاده می‌کنند. افزایش مقدار دی‌اکسید کربن در جوّ موجب پدیدآمدن اثر گلخانه‌ای و گرم‌شدن کرۀ زمین[۳] شده است. بریتانیا با یک درصد و امریکا با پنج درصد از جمعیت جهان، به‌ترتیب ۳ درصد و ۲۵ درصد از کل دی‌اکسید کربن جهان را تولید می‌کنند. در ۱۹۹۷بالغ‌بر ۲۳میلیارد تن دی اکسید کربن وارد جوّ شد. طبق برآورد شورای جهانی انرژی[۴] (۱۹۹۷)، رهاسازی دی‌اکسید کربن از ۱۹۸۶ تا ۱۹۹۶ حدود ۷.۸ درصد افزایش یافته است.
شیمی دی‌اکسید کربن. دی‌اکسید کربن زمانی تشکیل می‌شود که کربن و ترکیبات کربن‌دار کاملاً اکسیده شوند:
C + O۲ → CO۲
C۲H۵OH + O۲ → ۲CO۳ + ۲H۲O
به‌علاوه، زمانی که اسیدها به کربنات‌ها یا کربنات‌های هیدروژن[۵] افزوده و نمک‌های حاصل نیز گرم شوند، دی‌اکسید کربن تولید می‌شود. دی‌اکسید کربن نوعی اکسید اسیدی است و براثر حل‌شدن در آب محلولی از اسید دوظرفیتی ضعیفی، با نام اسید کربنیک، تولید می‌کند که با قلیاها نمک تشکیل می‌دهد:
H۲O + CO۲ → H۲CO۳ =H+ + HCO-۳
NaOH + CO۲ → NaHCO۳
دی‌اکسید کربن براثر ترکیب با محلول هیدروکسید کلسیم (آب آهک[۶]) رسوبی شیری، متشکل از کربنات کلسیم، بر جای می‌گذارد. از این واکنش برای آزمون حضور دی‌اکسید کربن استفاده می‌کنند:
Ca(OH)۲ + CO۲ → CaCO۳ + H۲O
این گاز احتراق منیزیوم در حال سوختن را تشدید می‌کند، امّا موجب فرونشستن شعله در دماهای پایین‌تر نیز می‌شود و از این‌رو، برای فرونشانی آتش به‌کار می‌رود:
۲Mg + CO۲ → ۲MgO + C
تنفس سلولی. دی‌اکسید کربن همیشه در تنفس هوازی تولید می‌شود و از این‌رو، جانوران در همۀ ساعات شبانه‌روز آن را تولید می‌کنند. گیاهان شب‌ها دی‌اکسید کربن آزاد می‌کنند، امّا دی‌اکسید کربن ناشی از تنفس سلولی را در طول روز مصرف می‌کنند و بقیۀ دی‌اکسید کربن را برای فرآیند فتوسنتز جذب می‌کنند. در فرآیند فتوسنتز، دی‌اکسید کربن و آب ترکیب شده، گلوکز و آب تولید می‌کنند. پستانداران قادرند مدتی کوتاه از راه بی‌هوازی تنفس کنند. در این حالت، بدن پستاندار اسید لاکتیک تولید می‌کند. بعضی از موجودات ذره‌بینی همیشه تنفس بی‌هوازی دارند، ولی موجوداتی ذره‌بینی و بی‌هوازی نیز یافت شده‌اند که در حضور اکسیژن قادرند به‌صورت هوازی تنفس کنند. قارچی میکروسکوپی، معروف به مخمر، از آن جمله است. مخمر خمیر نانوایی از راه هوازی تنفس می‌کند و دی‌اکسید کربن حاصل موجب ورآمدن خمیر می‌شود، امّا مخمر تولید آبجو و شراب از راه بی‌هوازی تنفس می‌کند، هرچند طی فرآیند، دی‌اکسید کربن نیز تولید می‌شود. دی‌اکسید کربن ناشی از تولید آبجو در حالت طبیعی[۷] در آن حل شده و موجب گازدار شدن آبجو می‌شود. مخمر در تنفس بی‌هوازی به غیر از دی‌اکسید کربن الکل هم تولید می‌کند. بدن گیاهان و جانوران سازگاری‌های ویژه‌ای برای تبادل گازها دارند. در پستانداران، این سازگاری شامل انتقال خوب دی‌اکسید کربن در خون و بیرون‌راندن آن از شش‌هاست. در گیاه، در طول روز، سازگاری شامل جذب خوب دی‌اکسید کربن است، ولی هوا حاوی دی‌اکسید کربن کمی است. فقط حدود ۰.۰۴ درصد هوا را دی‌اکسید کربن تشکیل می‌دهد. گیاهان برای کمک به جذب دی‌اکسید کربن، سوراخ‌های ریز فراوانی با نام روزنه، دارند که معمولاً در سطح زیرین برگ‌های آن‌ها فراوان‌تر است. دی‌اکسید کربن از این سوراخ‌ها منتشر و به فضاهای هوایی بی‌شمار درون برگ وارد می‌شود. سپس، از آن‌جا به سطح یاخته‌های برگ و کلروپلاست‌های درون‌یاخته‌ها انتشار می‌یابد و در فرآیند فتوسنتز مصرف می‌شود. در روزهای آفتابی و گرم، دی‌اکسید کربن بسیار کم است. به همین سبب، در گلخانه‌های تجارتی غالباً به هوا دی‌اکسید کربن می‌افزایند تا گیاهان سریع‌تر رشد کنند.
چرخۀ کربن و اثر گلخانه‌ای. تولید دی‌اکسید کربن در تنفس سلولی و جذب دی‌اکسید کربن در فتوسنتز جزو چرخۀ ترکیبات کربن در کرۀ زمین‌اند. امروزه به چرخۀ کربن بسیار توجه می‌شود، زیرا تراکم دی‌اکسید کربن در هوا روبه افزایش است. دی‌اکسید کربن و برخی از گازهای دیگر موجب کاهش اتلاف گرما از کرۀ زمین به فضا می‌شوند. زمین دایم پرتوهای خورشید را جذب می‌کند و این امر موجب گرم‌شدن این کره می‌شود. این پدیده به «اثر گلخانه‌ای» مشهور است. هرچند انسان به گرمای خورشید نیازمند است. دمای زمین ممکن است به‌سبب فعالیت‌های انسان بیش از حد بالا رود. این پدیده را اثر گلخانه‌ای افزایش‌یافته[۸] می‌نامند. دی‌اکسید کربن براثر سوزاندن سوخت‌های فسیلی، ازجمله زغال‌سنگ، نفت، گازوئیل، بنزین، و گازهای طبیعی، در هوا رها می‌شود. به‌علاوه، جنگل‌زدایی وسیع نیز موجب افزایش دی‌اکسید کربن هوا می‌شود. غالباً چوب جنگل‌ها را می‌سوزانند و در ثانی موجودات ذره‌بینی تجزیه‌کننده در نواحی زدوده‌شدۀ جنگل فعال‌ترند و تنفس آن‌ها موجب افزایش دی‌اکسید کربن می‌شود. موجودات ذره‌بینی بقایای گیاهان و جانوران را تجزیه و به بازیابی مواد شیمیایی در پیکر موجودات زنده کمک می‌کنند. درختان دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند و با آن سلولز می‌سازند که بخشی از چوب است. از این‌رو درختان «مجاری» حذف دی‌اکسید کربن از هوایند.