Khí CO2 là gì? Tính chất, ứng dụng & vai trò của CO2 trong đời sống và công nghiệp

Tiếp nối chuỗi bài viết về Chất khí là gì ? Bài viết dưới đây sẽ cung cấp cho bạn thông tin về một trong các loại khí phổ biến nhất - Khí Co2

Khí CO2 được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, y tế và nhiều lĩnh vực khác trong đời sống. Tuy vậy, không phải ai cũng hiểu rõ về khí CO2 là gì, tại sao nó lại được sử dụng rộng rãi? Bài viết dưới đây sẽ giải thích về nguồn gốc khí CO2 và những ưu điểm, tính chất riêng biệt của hợp chất khí này!

1. Khí CO2 là gì?

Khí CO2, Carbon dioxide hay cacbonic oxide (tên gọi khác: thán khí, anhydride carbonic, khí cacbonic) là một hợp chất ở điều kiện bình thường có dạng khí trong khí quyển Trái Đất, bao gồm một nguyên tử carbon và hai nguyên tử oxy. Là một hợp chất hóa học được biết đến rộng rãi với tên gọi theo công thức hóa học là CO2.

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). Ở điều kiện thường, CO2 là 1 chất khí không mùi, nặng gấp 1,524 lần không khí.

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. Giảm nhiệt độ đột ngột khiến CO2 đóng thành tuyết, tuyết này sẽ được đóng thành viên hay khối.

Cacbonic là khí gì?

CO2 là một khí không màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao (nguy hiểm do nó gắn liền với rủi ro ngạt thở) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi và cổ họng.

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 2000 độ C)
• CO2 + 2Mg → 2MgO + C
• CO2 + C → 2CO

Vậy điều chế co2 như thế nào? Khí CO2 sinh ra từ đâu? Cùng tiếp tục tìm hiểu ở phần tiếp theo bạn nhé!

Xem thêm:

• Argon là khí gì? Đặc điểm của loại khí hiếm này là gì?
• Khí hydro là gì? Có ứng dụng như thế nào trong đời sống?
• Tính chất hóa học của benzen có thể bạn chưa biết?
• Ứng dụng của axetilen trong đời sống hiện nay là gì?
• Một vài thành phần khí gas mà bạn cần biết?

2. Khí CO2 (Cacbonic) sinh ra từ đâu?

CO2 thu được từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả khí thoát ra từ các núi lửa, 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 men 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 dị 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 cacbonic.

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 sinh ra khí cacbonic.

Trong công nghiệp, điều chế CO2 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.

3. Vai trò của khí CO2

3.1 Tác dụng của khí CO2 trong công nghệ chế biến

Ứng dụng của CO2 được sử dụng khá phổ biến trong chế biến và bảo quản thực phẩm. Ở dạng rắn, cacbon dioxit không nóng chảy mà chỉ thăng hoa. Người ta ứng dụng tính chất đặc biệt này để bảo quản các loại thực phẩm tươi sống.

Khí Cacbonic được sử dụng để tạo gas cho nhiều loại thức uống như nước coca, pepsi, bia tươi.

Với ngành công nghiệp thực phẩm, việc lưu trữ và bảo quản các sản phẩm đông lạnh rất cần đến CO2, chúng sẽ được được nén thành băng khô và sử dụng như chất làm lạnh.

3.2 Vai trò của khí CO2 trong công nghiệp

Khí cacbonic được dùng để vận hành các hệ thống khí nén trong nhà máy. Làm giảm độ ẩm trong hệ thống giúp kéo dài tuổi thọ, và ít tốn chi phí bảo trì . Ứng dụng CO2 trong sản xuất khuôn đúc để tăng độ cứng.

Khí CO2 được sử dụng trong công nghệ hàn MIG/MAG bảo vệ các mối hàn chống lại sự oxy hóa. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô mặc dù khi hàn trong môi trường này thì mối hàn giòn hơn so với các mối hàn trong môi trường các khí trơ, và các mối hàn này theo thời gian sẽ giảm chất lượng do sự tạo thành của axit cacbonic. Nó được sử dụng làm việc này chủ yếu là do giá thành phải chăng hơn nhiều so với các khí trơ như Argon hay Heli.

Duy trì áp suất trong các mỏ dầu , hòa tan một phần dầu làm cho nó ít nhớt và dễ chiết xuất

Nguyên liệu dùng trong chế biến và sản xuất methanol, urê…

CO2 cũng hay được bơm vào các giếng dầu. Nó có tác dụng như là tác nhân nén và khi hòa tan trong dầu thô dưới lòng đất thì làm giảm đáng kể độ nhớt của dầu thô, tạo điều kiện để dầu chảy nhanh hơn trong lòng đất vào các giếng hút.

3.3 Một số ứng dụng khác của CO2 trong đời sống

Ứng dụng CO2 trong các bình chữa cháy có tác dụng làm loãng nồng độ hơi chất cháy trong vùng cháy và dập tắt đám cháy khi có hỏa hoạn xảy ra. Băng khô được sử dụng làm sạch bề mặt thay cho cát, gây mưa nhân tạo, khói sân khấu.

Thực vật cần có carbon dioxide để thực hiện việc quang hợp, và các nhà kính có thể được làm giàu bầu khí quyển của chúng bằng việc bổ sung CO2 nhằm kích thích sự tăng trưởng của thực vật.

Trong sản xuất áo phao cứu hộ người ta thường thiết kế các hộp nhỏ chứa khí cacbonic đã nén bên trong áo để hỗ trợ việc thổi phồng áo lên nhanh chóng khi cần. CO2 nén cũng được ứng dụng vào:

• Sản xuất súng hơi, bơm lốp xe,…
• Trung hòa nước kiềm
• Thay thế thiết bị làm sạch khô thay cho dung môi thông thường
• Đá khô CO2 dùng để tạo hiệu ứng mây mù trong sân khấu biểu diễn.
• CO2 còn được dùng như một giải pháp thay thế an toàn cho axit khoáng để giảm độ pH, giảm chi phí và cải thiện tính an toàn, linh hoạt của cây trồng.

4. Khí Cacbonic có độc không?

CO2 không phải là một chất khí độc hại, 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. Khí CO2 tăng nhanh 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. Bạn có thể bị thiếu máu hoặc ngạt thở khi hít phải một lượng lớn khí carbon dioxide. Vì lượng carbon dioxide tăng cao có thể dẫn đến trường hợp giảm lượng oxy cần thiết.

Một trong những mối nguy hiểm tiềm ẩn là băng khô, một dạng rắn của cacbon dioxide. Băng khô thường không gây ngộ độc khí CO2 nhưng lại rất lạnh. Nếu bạn chạm vào nó, bạn có nguy cơ bị tê cống hoặc bỏng lạnh

5. Tác hại của khí Cacbonic CO2

Theo thống kê, con người đã thải ra bầu khí quyển ngày càng nhiều khí Cacbonic 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.

6. Cách xử lý khi bị ngộ độc C02

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.

Một số trường hợp nhiễm độc CO2 nhẹ có thể tự phục hồi đơn giản bằng cách hít không khí bình thường trong một thời gian ngắn. Nếu tình trạng nhiễm độc carbon dioxide nặng đi kèm triệu chứng nguy hiểm thì phải liên hệ ngay đến trung tâm y tế hoặc các cơ sở y tế gần nhất để được hỗ trợ và tư vấn.

7. Cách điều chế CO2

Một số cách điều chế CO2 có thể kể đến như:

• Cách 1: Qúa trình lên men bia, rượu:

C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH

• Cách 2: Trong phòng thí nghiệm

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

• Cách 3: Qúa trình hô hấp của người và động vật

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

• Cách 4: Qúa trình đốt cháy nhiên liệu

CxHy + (x + y/4)O2 → xCO2 + y/2H2O

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

8.1. 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.

Không dùng bình chữa cháy CO2 trong các trường hợp sau:

• Hóa chất chứa nguồn cung cấp oxy (như xenlulozo, nitrat)
• Kim loại có hoạt tính hoá học và hidroxit của chúng
• Than cốc và chất nổ đen.

Nguyên nhân là khi dùng CO2 để dập tắt các đám cháy có chứa các chất trên sẽ xảy ra phản ứng sinh ra khí CO là khí độc và rất dễ nổ. Đối với đám cháy ngoài trời sẽ không phát huy tốt tác dụng. Ngoài ra, có thể gây ngạt nếu sử dụng trong phòng có quá nhiều người. Gây bỏng lạnh nếu cầm trực tiếp vào đầu bình hoặc đầu vòi phun.

8.2. 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.
• Cần có hệ thống làm lạnh riêng để bảo quản CO2 dạng lỏng trong thời gian dài.
• Khi vận chuyển CO2 lỏng chứa trong chai cần phải xếp nằm ngang, giữa các chai có đệm lót để tránh va chạm và xe cần có mái che để nhiệt độ bên ngoài ko ảnh hưởng tới trạng thái của chất trong chai.

CO2 là một hợp chất khí quan trọng với nhiều ưu điểm nên ngày càng được sử dụng nhiều trong các ngành sản xuất. Tuy vậy, việc sử dụng khí CO2 tăng nhanh gây ra hiệu ứng nhà kính cùng với nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và hệ sinh thái. Song Mã Việt hy vọng bài viết trên đây đã giúp bạn có cái nhìn tổng quan về khí C02 là gì cũng như cách điều chế co2 để sử dụng một cách hợp lý và khoa học.