Oxid uhličitý sa často používa ako ochranné médium pri zváraní uhlíkových ocelí metódou GMAW. Ak sa tento plyn použije pre iné kovy, môže vyvolať oxidáciu zvarov a zhoršiť metalurgické vlastnosti kovu. Pri uhlíkových oceliach oxid uhličitý interaguje opačne. Prikladá prospešné vlastnosti zvaru a neprispieva k jeho deformácii.

Aká je sila oxidu uhličitého na zváranie?

Pri použití čistého oxidu uhličitého ako ochranného média by ste nemali počítať s neuveriteľne krásnym zvarom, ale v kombinácii s inými plynmi, napríklad s argónom, sa môžete spoľahnúť na zlepšenie stability zváracieho oblúka, získanie optimálneho toku kovu v zvarový kúpeľ a zvýšenie pevnosti zvarov.

Aby sme pochopili, prečo je oxid uhličitý taký dôležitý pre zváranie, stojí za to najprv zodpovedať ďalšie otázky:

• Ako je možné s týmto plynom zvárať, ak podporuje oxidáciu?
• Čím je výnimočný?

9 faktov a výhod oxidu uhličitého

Tu sú niektoré z hlavných dôvodov, prečo sa oxid uhličitý používa ako ochranný plyn na oblúkové zváranie uhlíkových ocelí. 9 faktov

zlepšená penetrácia

Ako ochranný plyn poskytuje oxid uhličitý lepšiu penetráciu a hlbšiu penetráciu. Teda prítomnosť v tieniacej zmesi oxid uhličitý zlepšuje fyzikálno-chemické vlastnosti zváraný kov v oblasti bočnej steny a koreňa zvaru.

Minimalizácia nákladov

Jednou z najväčších výhod, ktorá okrem iných ochranných plynov výrazne zvyšuje hodnotu oxidu uhličitého na zváranie, je jeho nízka cena. Použitím oxidu uhličitého namiesto kyslíka sa dá zabrániť oxidácii zvarového kovu. CO2 je ťažší ako kyslík najlepší výkon tienenie. Ale je tu jedna pripomienka. Čistý oxid uhličitý na zváranie je lacnejší ako argón a hélium, ale v porovnaní s nimi sa pri jeho použití zhoršuje kvalita zvarov, môže dochádzať k rozstreku pri zváraní. Preto sa najčastejšie používa v kombinácii s inými plynmi, čo umožňuje zvýšiť produktivitu zváracích prác a znížiť ich náklady.

Účinné v kombinácii s inými plynmi

Ako sme už povedali, čistý oxid uhličitý pri zváraní veľmi nedáva vysoké výsledky pre väčšinu kovov. Ale ak sa zmieša s inými plynmi, dá sa dosiahnuť výrazné zlepšenie kvalitatívnych vlastností zvaru a parametrov zváracieho oblúka. Napríklad v kombinácii s inertnými plynmi (rovnaký argón, pomer 75 % Ar + 25 % CO 2 alebo 82 % Ar + 18 % CO 2 (podľa normy)) odpadá problém rozstrekovania a nestability oblúka. .

Ak sa pri zváraní uhlíkových a legovaných ocelí tavnou elektródou použije zmes oxidu uhličitého (do 20 %), kyslíka (do 5 %) a argónu, potom sa dá zabrániť pórovitosti zvaru, vlastnostiam možno optimalizovať zvárací oblúk a zlepšiť tvorbu zvarov. Zmesi s obsahom týchto zložiek sa spájajú ako univerzálne. Pomocou nich môžete vykonávať zváranie s rôzne režimy: pulzný a cyklický s krátkym oblúkovým, prúdovým, veľkokvapkovým a rotačným prenosom kovu. Takéto zmesi pomáhajú zvárať uhlíkové a nízkolegované ocele rôznych hrúbok.

Oxid uhličitý môže byť v ternárnych zmesiach (Ar + CO 2 + O 2) alebo len v kombinácii s čistým kyslíkom (pridáva sa od 2 - 5 % do 20 %). AT posledný prípad dvojitá zmes pomáha znižovať straty kovu počas striekania o 30-40%, pretože prenos kovu elektródy sa stáva malými kvapôčkami v dôsledku povrchové napätie.

Treba poznamenať, že binárne zmesi plynov(Ar + CO 2) sa používajú v technike konvenčného aj pulzného prúdového prenosu kovu pre väčšinu známych druhov uhlíkových ocelí, nehrdzavejúcej ocele.

Prevencia podrezania zvaru

Ako viete, oxid uhličitý je hustejší plyn, znižuje zvukové vibrácie počas zvárania. Použitie oxidu uhličitého teda môže zabrániť vážnym chybám zvárania, medzi ktoré patrí podrezanie zvaru.

Bezpečnosť

Oxid uhličitý je netoxický a nevýbušný plyn. Ak nevyhoviete elementárne pravidlá bezpečnosť, prekročenie povolenej koncentrácie CO 2 viac ako 92 g / m 3 (5%) v uzavretých priestoroch, kontajnery vyvoláva nedostatok kyslíka, dusenie.

Dobré vetranie na pracovisku je dôležitý krok aby bola vaša práca bezpečnejšia.

Ochrana proti hrdzi

Oxid uhličitý ako ochranné médium pri zváraní je najmenej citlivý na prípadnú hrdzu na hranách (v rozumné limity, samozrejme) a zabraňuje jeho výskytu vo zvare. Na jednej strane použitie CO 2 chráni roztavený kov a zvárací oblúk pred vplyvom okolitá atmosféra na druhej strane sa tento plyn rozkladá pri vysokej teplote oblúka na oxid uhoľnatý a kyslík, čo prejavuje oxidačný účinok na roztavený kov. Na naviazanie kyslíka a jeho odstránenie zo zvarového kúpeľa je dôležité zvýšené množstvo dezoxidantov, ako sú kremík a mangán. Oxid uhličitý s normálnym obsahom vlhkosti, ak je správne kombinovaný s inými plynmi, pomáha predchádzať defektom zvárania, ako je pórovitosť, nedostatok tavenia, nedostatok tavenia vo zvarovom kove.

Jednoduchosť a všestrannosť

• Schopnosť pracovať v rôznych priestorových polohách v automatických a poloautomatických režimoch zvárania.
• Nie sú potrebné zariadenia na privádzanie a odber taviva.

Použitie CO 2 je najúčinnejšie pri zváraní tenkých plechov z uhlíkovej ocele. Tento plyn sa často používa v oprava karosérie osobné autá, nákladné autá. Tu vychádzajú obzvlášť jasne najavo výhody ochranného prostredia CO 2 .

Zlepšenie pevnosti zvaru

V procese zvárania je vhodné zloženie plynov a príslušné prídavné materiály primárnymi nástrojmi a faktormi ovplyvňujúcimi získanie požadovanej húževnatosti kovu vo zvare. Oxid uhličitý v kombinácii s inými plynmi zvyšuje húževnatosť zvarového spoja.

Zníženie povrchového napätia

Ďalším problémom uhlíkových ocelí je povrchové napätie. Z tohto dôvodu je pre nich horší prienik taveniny. Zvarový kov v roztavenom stave získava vysoké povrchové napätie, ktoré nie je možné znížiť pri použití takých inertných plynov, ako je hélium, argón atď. V tomto prípade je oxid uhličitý jediným ochranným plynom schopným znížiť intenzitu povrchového napätia a zabezpečiť tak lepšiu penetráciu. Vyššie opísané výhody teda robia z oxidu uhličitého na zváranie uhlíkových ocelí veľmi dôležitý nástroj pre dobrý zvar, najmä ak rozprávame sa o práškových elektródach.

Zastarané - šumivá voda, hovorové - sóda.

Jedná sa o nealkoholický nápoj vyrobený z bežnej ochutenej alebo minerálnej vody nasýtenej oxidom uhličitým.

Druhy. Podľa úrovne nasýtenia oxidom uhličitým existujú tri typy sýtenej vody:

Mierne sýtené oxidom uhličitým s úrovňou nasýtenia 0,2 – 0,3 %,

Stredne sýtené - 0,3-0,4%,

Vysoko sýtené - nad 0,4%.

Výroba. Splyňovanie sa vykonáva dvoma spôsobmi.

1. Mechanické - nasýtenie kvapaliny oxidom uhličitým, minerálnymi a ovocnými vodami, perlivými alebo perlivými vodami a vínami. Nápoje sú sýtené oxidom uhličitým v špeciálnych zariadeniach - saturátoroch, sifónoch, akratofóroch, tlakových kovových nádržiach, pred ktorými sa ochladzuje a odstraňuje vzduch z vody. Nápoje zasýtia do 5-10 g/l. Počas nasýtenia vody oxidom uhličitým nedochádza k dezinfekcii.

2. Chemický - nápoj je počas fermentácie sýtený oxidom uhličitým: akratoforické a fľaškové šampanské, pivo, jablčný mušt, šumivé vína, chlebový kvas, alebo pri pití sódy a kyseliny interagujú - sodovka (alias sódová voda).

Alternatívne plyny k oxidu uhličitému. Sýtená voda sa vyrába a predáva, je nasýtená buď kyslíkom alebo zmesou oxidu dusného a oxidu uhličitého.

Príbeh. Sýtené oxidom uhličitým prírodná voda známy už od staroveku. Používal sa na liečebné účely. Hippokrates venoval tejto vode celú kapitolu svojho diela a prikázal chorým nielen piť, ale aj kúpať sa v nej. Od 18. stor minerálka zo zdrojov sa plnia do fliaš a prepravujú po celom svete. Bola však drahá a rýchlo sa jej minula para.

Anglický chemik Joseph Priestley ako prvý vytvoril v roku 1767 vodu sýtenú oxidom uhličitým.

V roku 1770 Švéd Tobern Bergman skonštruoval prístroj schopný pomocou pumpy sýtiť vodu bublinkami oxidu uhličitého pod tlakom a nazval ho saturátor (saturo – saturát).

Priemyselnú výrobu sýtenej vody ako prvý začal Jacob Schwepp. V roku 1783 zdokonalil saturátor a postavil závod na výrobu perlivej vody.

Vlastnosti oxidu uhličitého v sýtenej vode.

Oxid uhličitý je vysoko rozpustný vo vode, rovnako ako iné plyny, ktoré vstupujú do vody s vodou. chemická interakcia: oxid siričitý, sírovodík, amoniak a iné. Ostatné plyny sú menej rozpustné vo vode. Oxid uhličitý slúži ako konzervačná látka a na obale je označený kódom E290.

Vplyv na zdravie. V zlievárňach by podľa medziodvetvových pravidiel ochrany práce v zlievarni mali byť k dispozícii zariadenia, ktoré pracovníkom poskytujú slanú perlivú vodu, ktorá obsahuje 0,5% chlorid sodný v množstve 4-5 litrov na osobu a zmenu.

Príliš veľa sladenej sódovej vody zvyšuje pravdepodobnosť obezity, ako aj cukrovky. Mnoho krajín po celom svete zaviedlo zákaz predaja sýtených nápojov na školských pozemkoch.

Páni! .. Tu áno! .. Buďte zdraví! ..

Uhlík je neuveriteľný prvok. Usporiadajte atómy uhlíka v jednom smere a stanú sa mäkkými, poddajnejšími ako grafit.

Obnovte polohu a presto! Atómy tvoria diamant, jeden z najtvrdších materiálov na svete.

Uhlík je tiež kľúčovou zložkou pre veľkú časť života na Zemi; pigment, ktorý vytvoril prvé kresby; a základom pre technologické zázraky ako je grafén, čo je materiál pevnejší ako oceľ a pružnejší ako guma. [Cm. Periodická tabuľka prvkov].

Uhlík sa prirodzene vyskytuje ako uhlík-12, ktorý tvorí takmer 99 % uhlíka vo vesmíre; uhlík-13, čo je asi 1% a uhlík-14, čo je zanedbateľné množstvo celkového uhlíka, a to je veľmi dôležité pri datovaní organických objektov.

Uhlík je jedinečný svojimi vlastnosťami, pretože pri vzájomnom kombinovaní tvorí počet zložiek vyšší ako celkový prídavok všetkých ostatných prvkov.

Fyzikálne a chemické vlastnosti uhlíka závisia od kryštalickej štruktúry prvku.

• Atómové číslo (počet protónov v jadre): 6
• atómový symbol(na periodická tabuľka prvky): s
• Atómová hmotnosť (Priemerná hmotnosť atóm): 12,0107
• Hustota: 2,2670 gramov na centimeter kubický
• Fázy pri izbová teplota: Pevná
• Teplota topenia: 6,422 stupňov Fahrenheita (3,550 stupňov C)
• Bod varu: 6,872 F (3,800 s) (sublimácia)
• Počet izotopov: celkom 15; dva stabilné izotopy, v ktorom sa nachádzajú atómy jedného prvku s iná suma neutróny.
• Najbežnejšie izotopy: uhlík-12 (6 protónov, 6 neutrónov a 6 elektrónov) a uhlík-13 (6 protónov, 7 neutrónov a 6 elektrónov)
• Vanderwaalsov polomer 0,091 nm
• Iónový polomer 0,26 nm (-4); 0,015 nm (+4)
• Izotopy 3
• Elektronické náboje [He] s 2S 2 2P 2
• Prvá ionizačná energia 1086,1 kJ.mol -1
• Druhá ionizačná energia 2351,9 kJ.mol -1
• Tretia ionizačná energia 4618,8 kJ.mol -1

Uhlík: od hviezd k životu

Ako šiesty najrozšírenejší prvok vo vesmíre sa uhlík tvorí vo vnútri hviezd v reakcii nazývanej proces trojitého alfa, podľa Centra pre astrofyziku.

V starých hviezdach, ktoré horeli najviac z jeho vodíka sa zachová zostávajúce hélium. Každé jadro hélia má dva protóny a dva neutróny. Vo veľmi vysoké teploty— viac ako 100 000 000 Kelvov. (179.999.540.6 F) - Jadrá hélia sa začínajú spájať, najskôr ako páry do nestabilných 4-protónových jadier berýlia a nakoniec, keď sa objaví dostatočný počet jadier berýlia, do berýlia a hélia. Konečný výsledok: atómy so šiestimi protónmi a šiestimi neutrónmi - uhlík.

Carbon je tvorca vzorov. Môže sa viazať so sebou a vytvárať dlhé elastické reťazce nazývané polyméry. Môže sa tiež viazať so štyrmi ďalšími atómami vďaka svojmu usporiadaniu elektrónov. Atómy sú usporiadané ako jadro obklopené elektrónovým oblakom, pričom elektróny sa pohybujú v rôznych vzdialenostiach od jadra. Podľa University of California Davis chemici chápu tieto vzdialenosti ako obaly a vlastnosti atómov určujú podľa toho, čo je v jednotlivých obaloch.

Karbón má dve elektrónové obaly, z ktorých prvý obsahuje dva elektróny a druhý obsahuje štyri z možných ôsmich priestorov. Keď sú atómy spojené, zdieľajú v nich elektróny vonkajšia škrupina. Uhlík má vo svojom vonkajšom obale štyri prázdne miesta, čo mu umožňuje spojiť sa so štyrmi ďalšími atómami. (Môže sa tiež stabilne viazať na menej atómov vytváraním dvojitých a trojitých väzieb).

Inými slovami, uhlík má možnosti. A používa ich: bolo objavených asi 10 miliónov zlúčenín uhlíka a vedci sa domnievajú, že uhlík je základným kameňom pre 95 percent známych zlúčenín. Neuveriteľná schopnosť uhlíková väzba s mnohými ďalšími prvkami je hlavným dôvodom, prečo je rozhodujúca pre takmer celý život.

Uhlík v organizmoch

Objav uhlíka je históriou. Živel bol známy prehistorických ľudí vo forme dreveného uhlia. Podľa Svetová asociácia uhlie, uhlík ako uhlie je stále hlavným svetovým zdrojom paliva a poskytuje asi 30 percent svetovej energie. Uhlie je tiež kľúčovou zložkou pri výrobe ocele a grafit, ďalšia forma uhlíka, je bežným priemyselným mazivom.

Uhlík-14 je rádioaktívny izotop uhlík používaný archeológmi pre moderné organizmy a pozostatky. Uhlík-14 sa prirodzene vyskytuje v atmosfére. Podľa Colorado State University ho rastliny prijímajú dýchaním, pri ktorom premieňajú cukry vytvorené počas fotosyntézy na energiu, ktorú využívajú na rast a udržanie ďalších procesov. Živé organizmy inkorporujú uhlík-14 do svojich tiel jedením rastlín alebo iných živočíchov, ktorí sa živia rastlinami. Podľa University of Arizona má uhlík-14 polčas rozpadu 5 730 rokov, čo znamená, že po tomto čase sa polovica uhlíka-14 vo vzorke rozpadla.

Pretože organizmy po smrti prestanú prijímať uhlík-14, vedci môžu použiť polčas rozpadu uhlíka-14 ako druh hodín na meranie, koľko času uplynulo od smrti organizmu. Táto metóda funguje na raz žijúcich organizmoch, vrátane predmetov vyrobených z dreva alebo iného rastlinného materiálu.

Uhlík dostal svoj názov z latinského slova carbo, čo znamená uhlie.

• Diamanty a grafit patria medzi najtvrdšie a najjemnejšie prírodné materiály známe, resp. Jediný rozdiel medzi nimi je ich kryštálová štruktúra.
• Podľa Encyclopedia of the Earth tvorí uhlík 0,032 percenta zemskej litosféry (kôry a vonkajšieho plášťa). Hrubý odhad hmotnosti litosféry od geológa Davida Smitha z La Salla University je 300 000 000 000 000 000 000 000 (alebo 3*10^23) libier.
• Oxid uhličitý (atóm uhlíka plus dva atómy kyslíka) je asi 0,04 percenta zemskú atmosféru, podľa národná správa Výskum oceánov a atmosféry (NOAA) — nárast od predindustriálnych čias v dôsledku spaľovania fosílnych palív.
• Oxid uhoľnatý (atóm uhlíka plus jeden atóm kyslíka) je zápach plynu, ktorý vzniká pri spaľovaní fosílnych palív. Oxid uhoľnatý zabíja väzbou na hemoglobín, zlúčenina obsahujúca kyslík v krvi. Oxid uhličitý sa viaže na hemoglobín 210-krát silnejšie ako kyslík, viaže sa na hemoglobín, čím efektívne vytláča kyslík.
• Diamant, najjasnejšia verzia uhlíka, sa tvorí pod veľký tlak hlboko v zemská kôra. Väčšina veľký diamant od vzácny kameň kedy bol nájdený diamant Cullinan, ktorý bol objavený v roku 1905. Hrubý diamant mal 3 106,75 karátu. Väčšina veľký kameň, vybrúsený z 530,2 karátového diamantu, je jedným z kráľovských klenotov Spojeného kráľovstva a je známy ako Veľká hviezda Afriky.
• Podľa štúdie z roku 2009 v časopise Archaeological Science boli tetovania ľadového muža Ötziho, 5300 rokov starých mŕtvol nájdených v Alpách, vyrobené z uhlíka. Na koži boli urobené malé rezy a vtierané drevené uhlie, možno ako súčasť akupunktúrnej liečby.

Nové molekuly uhlíka

Molekuly uhlíka sú dlho skúmaným prvkom, ale to neznamená, že sa už nedá nájsť. V skutočnosti ten istý prvok, ktorý naši pravekí predkovia pálili ako drevené uhlie, by mohol byť kľúčom k ďalšej generácii technologických materiálov.

V roku 1985 objavili Rick Smalley a Robert Curl z Rice University v Texase a ich kolegovia nový formulár uhlíka. Podľa Americkej chemickej spoločnosti vedci odparením grafitu pomocou laserov vytvorili záhadnú novú molekulu z čistého uhlíka. Táto molekula sa ukázala ako guľatá guľa pozostávajúca zo 60 atómov uhlíka. Nová molekula uhlíka je teraz známejšia ako „buckyball“. Vyhrali výskumníci, ktorí to objavili nobelová cena v chémii v roku 1996. Podľa štúdie publikovanej v roku 2009 v časopise Journal of Chemical Information and Modeling sa zistilo, že buckyballs inhibujú šírenie HIV; výskumníci v oblasti medicíny pracujú na pripájaní liekov, molekúl k molekulám, na buckyballs, aby mohli dodávať lieky priamo na miesta infekcie alebo nádoru v tele; to zahŕňa výskum Kolumbijskej univerzity.

Odvtedy ďalšie nové čisté molekuly uhlík - fullerény, vrátane eliptických a uhlíkových nanorúriek s úžasnými vodivými vlastnosťami. Uhlíková chémia je stále dostatočne horúca. Výskumníci v Japonsku a USA zisťujú, ako spojiť atómy uhlíka dohromady pomocou atómov paládia, aby vytvorili komplexné nové molekuly uhlíka.

Grafén

rozprávanie jednoduchý jazyk, grafén, je tenká vrstva čistého uhlíka; je to jedna, husto nahromadená vrstva atómov uhlíka, ktoré sú držané pohromade v hexagonálnej hexagonálnej mriežke. Za zložitejších podmienok ide o alotrop uhlíka v štruktúre roviny atómov SP2 s dĺžkou väzby 0,142 nm v molekule. Vrstvy grafénu naskladané na sebe tvoria grafit s medzirovinným rozostupom 0,335 nm.

Toto je najtenšie spojenie človeku známy, je známy ľahký materiál s hrúbkou jedného atómu (asi 0,77 miligramu na meter štvorcový), najsilnejšia nájdená zlúčenina (100 až 300-krát pevnejšia ako oceľ as pevnosťou 150 000 000 ps), najlepší vodič tepla pri izbovej teplote ( v (4,84±0,44) × 10^3 k (5,30±0,48) × 10^3 W m-1 K s-1). Iné známe vlastnosti grafén jeho jedinečné úrovne absorpcie svetla v πα ≈ 2,3 % biele svetlo a jeho potenciálnej vhodnosti na použitie v spinovej doprave.

S ohľadom na to vás možno prekvapí, že uhlík je druhým najrozšírenejším materiálom v ľudskom tele a štvrtým najrozšírenejším prvkom vo vesmíre (podľa hmotnosti), po vodíku, héliu a kyslíku. To vytvára uhlík chemický základ pre každú známu formu života na Zemi, takže grafén by mohol byť veľmi dobre ekologickým a udržateľným riešením pre takmer neobmedzený počet aplikácií. Od objavu (či presnejšie mechanickej výroby) grafénu napreduje v rámci rôznych vedných odborov explodoval, s obrovským pokrokom, najmä v elektronike a biotechnológiách.

Uhlíková nanorúrka (CNT) je drobná slamkovitá štruktúra zložená z atómov uhlíka. Tieto rúrky sú mimoriadne užitočné v široký rozsah elektronické, magnetické a mechanické technológie. Priemery týchto trubíc sú také malé, že sa merajú v nanometroch. Nanometer je jedna miliardtina metra, čo je asi 10 000-krát menej ako ľudský vlas.

Uhlíkové nanorúrky sú najmenej 100-krát pevnejšie ako oceľ, no len o jednu šestinu ťažšie, takže dokážu dodať pevnosť takmer akémukoľvek materiálu. Sú tiež lepšie ako meď pri vedení elektriny a tepla.

Nanotechnológia sa využíva na premenu morskej vody na pitnú. V novej štúdii vedci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) vyvinuli proces uhlíkových nanorúrok, ktorý dokáže odstrániť soľ z morská voda oveľa efektívnejšie ako tradičné technológie.

Pri štúdiu nanorúriek vedci napodobnili spôsob biologické membrány: v podstate matrica s pórmi v membráne. Používali najmä malé nanorúrky – viac ako 50 000-krát tenšie ako ľudský vlas. Tieto drobné nanorúrky poskytujú veľmi vysoký prietok vody, ale taký úzky, že trubicou môže prejsť iba jedna molekula vody. A čo je najdôležitejšie, ióny soli sú príliš veľké na to, aby sa zmestili do skúmavky.

Vedci veria, že nový objav má dôležité dôsledky pre ďalšiu generáciu procesov úpravy vody a vysokoprietokových membránových technológií.

Či už kráčame, beháme, myslíme a dokonca aj snívame – absolútne energia je potrebná pre akékoľvek činnosti a procesy. Keď si len ľahneme, telo pokračuje vo výdaji energie. Ani v spánku sa spotreba energie na sekundu nezastaví: srdce bije, dýchacie svaly sa sťahujú, vylučovací systém funguje a nervy prebiehajú impulzy. Táto nepretržitá výmena hmoty a energie je jedným z hlavných rozdielov medzi živými organizmami a neživou prírodou.

Väčšina efektívnym spôsobom získať drahocenné kalórie - oxidačné procesy za účasti kyslíka. Práve s cieľom zabezpečiť telu nekonečnú oxidáciu organických látok v ňom obsiahnutých prebieha proces dýchania. Dýchanie zvyčajne znamená nepretržitý nádych a výdych. ktoré tvoria pľúca. Toto je však vonkajšie dýchanie, prvé štádium najzložitejšieho procesu.

Akonáhle je v krvi, kyslík v hemoglobínovom proteíne prechádza cez obehový systém a dodáva sa do každej bunky v tele. Tam, kde sa kapiláry nemôžu priblížiť k bunke priamo, hrá medzibunková tekutina úlohu sprostredkovateľa. Len v bunke, a to v jej časti zvanej mitochondrie, prebiehajú oxidačné procesy, v dôsledku ktorých sa uvoľňuje potrebná energia.

Odkiaľ pochádza materiál na oxidáciu? Jedlo – tuky, bielkoviny a sacharidy – je palivo, ktoré pomaly, ale isto spaľuje v kyslíkovej „peci“ nášho tela.

Ako pri každej výrobe, ani tu nevzniká odpad. Odpadové produkty dýchania sú oxid uhličitý a voda. ktoré opúšťajú telo rôzne cesty: oxid uhličitý ide rovnakou cestou ako kyslík, ale v opačnom poradí (bunka - krv - pľúca) sa voda odstraňuje pľúcami (s vodnou parou), obličkami (močom), kožou (potom) a črevami.

Aké sily v pľúcach spôsobujú, že kyslík prúdi do krvi a oxid uhličitý ju opúšťa?

Akýkoľvek plyn v zmesi (v tento prípad takouto zmesou bude vzduch, ktorý dýchame) má vlastnou silou nazývaný parciálny tlak. Rovnakú silu majú aj rozpustené plyny tekuté médium(v našom príklade je kvapalinou krv), len tu sa táto sila nazýva napätie. Obe sily sa merajú v milimetroch ortuťového stĺpca. Celá „scéna“ výmeny sa odohráva v pľúcnych mechúrikoch – alveolách, ktoré ako strapce hrozna visia na koncoch najmenších priedušiek. Stenu alveoly tvorí vrstva alveolárnych buniek, vrstva kapilárnych buniek a vrstva spojivové tkanivo medzi nimi a slúži ako hranica medzi nimi vzdušné prostredie pľúc a krvných kapilár. Je veľmi tenký – celková hrúbka všetkých troch vrstiev je len 1 mikrón – a je veľmi malou bariérou pre plyny.

Ak čiastočný tlak plynu v zmesi plynov je väčšie ako napätie toho istého plynu v kvapaline, plyn má tendenciu prenikať do kvapaliny a rozpúšťať sa v nej a naopak, ak je tlak plynu v kvapaline väčší ako jeho parciálny tlak v zmesi plynov plyn opúšťa kvapalinu. Napríklad v prírode týmto spôsobom atmosférický kyslík sa dostáva do vodných útvarov – riek a jazier, a oxid uhličitý – z vodných útvarov do atmosféry.

Ako prebieha výmena plynov v pľúcach? Na hladine mora má vzduch, ktorý dýchame, parciálny tlak kyslíka asi 100 mmHg. Art., a jeho napätie v žilovej krvi -40 mm Hg. čl. Prirodzene, kyslík „tlačí“ v plyne viac ako „napína“ v kvapaline a táto sila ho núti prúdiť do krvi, kým sa tlak a napätie kyslíka nevyrovnajú. Krv pretečie kapilárami pľúc za 0,5 s a polovica tohto času stačí na to, aby krv prešla z venóznej do arteriálnej. V zdravom stave človeka je arteriálna krv nasýtená kyslíkom o 95-97%.

Pre oxid uhličitý je obraz opačný. Jeho parciálny tlak v alveolách je 40 mm Hg. Art., a krvný tlak - 46 mm Hg. Čl., takže oxid uhličitý je „vytláčaný“ z krvi, kým nenastane rovnováha. Môže sa zdať trochu zvláštne, že napriek menšiemu rozdielu medzi napätím a tlakom oxid uhličitý opúšťa krv 20-krát rýchlejšie ako kyslík. Toto sa deje preto rozpustnosť oxidu uhličitého 25-krát viac ako kyslík. Arteriálna krv však vždy obsahuje spolu s kyslíkom aj malé množstvo oxidu uhličitého.

Dýchanie je do určitej miery riadené vedomím. Môžeme sa prinútiť viac či menej často dýchať, alebo dokonca zadržať dych. Avšak bez ohľadu na to, ako dlho sa snažíme zadržať dych, príde bod, kedy sa to stane nemožným. Signál pre ďalší nádych je nie nedostatok kyslíka, čo by sa mohlo zdať logické, ale prebytok oxidu uhličitého. Akumuluje sa v krvi oxid uhličitý je fyziologický stimulant dýchania. Po objavení úlohy oxidu uhličitého ho začali pridávať do plynných zmesí potápačov, aby stimulovali prácu dýchacieho centra. Rovnaký princíp sa používa pri anestézii.

AT normálnych podmienkach v pokoji človek vykoná asi 15 dychových cyklov, to znamená, že nádych-výdych nastáva každých 4-5 sekúnd. Ak umelo znížite obsah oxidu uhličitého v krvi hyperventiláciou, šesť až osem častých hlbokých nádychov a výdychov, potom po poslednom výdychu príde zaujímavý stav- na chvíľu zmizne potreba dýchať. Túžba nadýchnuť sa sa objaví asi po 0,5 minúte namiesto zvyčajných 4-5 sekúnd. Pri hyperventilácii sa totiž z tela aktívne odstraňuje oxid uhličitý a jeho napätie v arteriálnej krvi výrazne klesá. Teraz bude trvať dlhšie nabudenie dýchacieho centra, kým nedosiahne obsah oxidu uhličitého správnu úroveň. Čo je pre potápačov plné hyperventilácie, sa dozviete neskôr.

Príkladom hypoxie, ktorá často vedie k smrti, je otrava oxid uhoľnatý . Jeho obsah je obzvlášť vysoký vo výfukových plynoch automobilov. Zákernosť tohto plynu je v tom je bez farby a bez zápachu. Jediným znakom začínajúcej otravy je neodolateľná túžba spať. Oxid uhoľnatý sa podobne ako kyslík spája s hemoglobínom, no táto väzba je 300-krát silnejšia. Čím dlhšie človek dýcha oxid uhoľnatý, tým menej kyslíka zostáva v jeho krvi. Jediná vec, ktorá môže zachrániť človeka v prípade ťažkej otravy, je urgentná transfúzia krvi, pretože v tomto prípade do tela vstúpia červené krvinky bez oxidu uhoľnatého a schopné prenášať kyslík.

Otrava oxidom uhoľnatým je extrémnym prípadom hypoxie. Vo všeobecnosti má človek, podobne ako iné živé bytosti, rôzne prispôsobenia, aby sa vysporiadal s nedostatkom kyslíka – zvýšené dýchanie, zvýšená tvorba červených krviniek a zrýchlená syntéza hemoglobínu. Ak sa obsah kyslíka mení s životné prostredie, potom už len v smere poklesu, ale telo sa nemá čím chrániť pred prebytkom kyslíka.

prekvapivo, pri dýchaní čistého kyslíka dochádza k otravám organizmu a potom smrť z udusenia, teda udusenia. Ak je obsah kyslíka vo vdychovanom vzduchu nadmerne vysoký, krvný hemoglobín je 100% nasýtený kyslíkom a molekuly kyslíka, ktoré nemajú dostatok miesta v červených krvinkách, sa rozpustia v krvi a idú na „voľné plávanie“. Keď červené krvinky odovzdávajú bunkám kyslík, jeho „voľne plávajúce“ molekuly zaberajú uvoľnený priestor. Pri prechode cez kapiláry nemajú erytrocyty čas prijať väčšinu oxidu uhličitého, pretože 75 % z neho sa prenáša do pľúc erytrocytmi a iba 25 % sa rozpustí v krvnej plazme. Potom molekuly oxidu uhličitého nie sú veľa, pretože môžu „sedieť“ červené krvinky iba vtedy, keď plávajú cez kapiláry, pretože výmena plynov prebieha výlučne v týchto cievach. Takže namiesto žilovej krvi prúdi žilami krv plná kyslíka a oxid uhličitý zostáva v bunkách a vyvoláva záchvat dusenia.

V pľúcach je krv opäť nasýtená kyslíkom nad rámec normy a história sa opakuje. Veľmi rýchlo sa množstvo oxidu uhličitého v bunkách a tkanivách prejaví natoľko, že tvár sčervenie, objaví sa dýchavičnosť, bolesť hlavy a kŕče (zášklby v svaloch pier, viečok, tváre a prstov na rukách a nohách) a nakoniec človek stratí vedomie a „bezdomovský“ kyslík naďalej dáva veci do poriadku. Jeho molekuly sú mimoriadne aktívne a strácajú oxidačné sily vpravo a vľavo. V prvom rade ničia bunkové membrány, ktoré pozostávajú najmä z ľahko oxidovateľných lipidových (tuku podobných) molekúl. Niekoľko stoviek molekúl oxidovaných lipidov môže spustiť reťazovú reakciu sebazničenia celej bunky. Rozpadajúce sa molekuly už nielenže nedokážu plniť svoje funkcie – sú veľmi toxické. zničenie pľúcnych buniek a cievy trpia srdcom, pečeňou, mozgom a miecha. V atmosfére čistého kyslíka človek neprežije viac ako jeden deň.

JE TO ZAUJÍMAVÉ

Venózna krv má tmavú čerešňovú farbu a v trópoch získava šarlátový odtieň. V teplom a vlhkom podnebí totiž človek potrebuje menej energie na udržanie životne dôležitých procesov a normálnej telesnej teploty. V dôsledku toho telo spotrebuje menej kyslíka, takže krv bohatá na kyslík sa vracia do žíl. Orgánmi, ktoré najviac spotrebúvajú kyslík, sú srdcový sval a mozog. Na 1 mm 2 týchto orgánov pripadá 2,5-3 tisíc kapilár, zatiaľ čo len 0,3-1 tisíc kapilár na 1 mm 2 kostrového svalstva.

Asi 15% všetkého kyslíka, ktorý sa dostane do tela v pokoji, spotrebuje srdce.

Pri nádychu sa kontrakcie srdca zväčšujú a pri výdychu sa spomalia.

Celková plocha alveol u dospelého človeka je asi 50-krát väčšia ako povrch tela.

Soda, sopka, Venuša, chladnička - čo majú spoločné? Oxid uhličitý. Vyzbierali sme pre vás najviac zaujímavé informácie o jednej z najdôležitejších chemických zlúčenín na Zemi.

Čo je oxid uhličitý

Oxid uhličitý je známy hlavne pre svoje plynné skupenstvo, t.j. ako oxid uhličitý s jednoduchým chemický vzorec CO2. V tejto forme existuje za normálnych podmienok - pri atmosferický tlak a "normálne" teploty. Ale pri vysoký krvný tlak, nad 5 850 kPa (ako je napr. tlak na morská hĺbka asi 600 m), tento plyn sa mení na kvapalinu. A pri silnom ochladení (mínus 78,5 °C) kryštalizuje a stáva sa z neho takzvaný suchý ľad, ktorý sa v obchode široko používa na skladovanie mrazených potravín v chladničkách.

Kvapalný oxid uhličitý a suchý ľad sa vyrábajú a používajú pri ľudských činnostiach, ale tieto formy sú nestabilné a ľahko sa rozkladajú.

Ale plynný oxid uhličitý je všadeprítomný: uvoľňuje sa pri dýchaní zvierat a rastlín a je dôležitou súčasťou chemické zloženie atmosféra a oceán.

Vlastnosti oxidu uhličitého

Oxid uhličitý CO2 je bezfarebný a bez zápachu. AT normálnych podmienkach tiež nemá chuť. Pri vdychovaní vysokých koncentrácií oxidu uhličitého je však v ústach cítiť kyslú chuť spôsobenú tým, že oxid uhličitý sa rozpúšťa na slizniciach a v slinách a vytvára slabé riešenie kyselina uhličitá.

Mimochodom, práve schopnosť oxidu uhličitého rozpúšťať sa vo vode sa využíva na výrobu perlivých vôd. Bubliny limonády - rovnaký oxid uhličitý. Prvý prístroj na sýtenie vody CO2 bol vynájdený už v roku 1770 a už v roku 1783 začal podnikavý Švajčiar Jacob Schwepp s priemyselnou výrobou sódy ( ochranná známka Schweppes stále existuje).

Oxid uhličitý je 1,5-krát ťažší ako vzduch, preto má tendenciu „usadzovať sa“ vo svojich spodných vrstvách, ak je miestnosť zle vetraná. Známy je efekt „psej jaskyne“, kedy sa CO2 uvoľňuje priamo zo zeme a hromadí sa vo výške asi pol metra. Dospelý človek, ktorý sa dostane do takejto jaskyne, vo výške svojej výšky nepociťuje nadbytok oxidu uhličitého, ale psy sa ocitnú priamo v hrubej vrstve oxidu uhličitého a sú otrávené.

CO2 nepodporuje spaľovanie, preto sa používa v hasiacich prístrojoch a hasiacich systémoch. Trik s hasením horiacej sviečky obsahom údajne prázdneho pohára (ale v skutočnosti oxidom uhličitým) je založený práve na tejto vlastnosti oxidu uhličitého.

Oxid uhličitý v prírode: prírodné zdroje

Oxid uhličitý sa v prírode vyrába z rôznych zdrojov:

• Dýchanie zvierat a rastlín.
  Každý školák vie, že rastliny absorbujú oxid uhličitý CO2 zo vzduchu a využívajú ho pri fotosyntéze. Niektoré gazdinky to skúšajú hojne izbové rastliny odčiniť nedostatky. Rastliny však nielen absorbujú, ale aj uvoľňujú oxid uhličitý v neprítomnosti svetla ako súčasť procesu dýchania. Preto džungľa v zle vetranej spálni nie je veľmi dobrý nápad: Hladiny CO2 stúpnu ešte viac v noci.
• Sopečná činnosť.
  Oxid uhličitý je súčasťou sopečných plynov. V oblastiach s vysokým vulkanickej činnosti CO2 sa môže uvoľňovať priamo zo zeme – z trhlín a trhlín nazývaných mofety. Koncentrácia oxidu uhličitého v mofetových údoliach je taká vysoká, že keď sa tam dostanú, uhynie veľa malých zvierat.
• rozklad organickej hmoty.
  Oxid uhličitý vzniká pri spaľovaní a rozklade organických látok. Objemové prirodzené emisie oxidu uhličitého sprevádzajú lesné požiare.

Oxid uhličitý sa v prírode „uskladňuje“ vo forme zlúčenín uhlíka v mineráloch: uhlie, ropa, rašelina, vápenec. Obrovské zásoby CO2 sa nachádzajú v rozpustenej forme vo svetových oceánoch.

Uvoľnenie oxidu uhličitého z otvoreného zásobníka môže viesť k limnologickej katastrofe, ako sa to stalo napríklad v rokoch 1984 a 1986. v jazerách Manun a Nyos v Kamerune. Obe jazerá vznikli na mieste sopečných kráterov – teraz sú vyhasnuté, no v hĺbkach sopečná magma stále vyžaruje oxid uhličitý, ktorý stúpa do vôd jazier a rozpúšťa sa v nich. V dôsledku viacerých klimatických a geologických procesov prekročila koncentrácia oxidu uhličitého vo vodách kritickú hodnotu. Do atmosféry sa uvoľnilo obrovské množstvo oxidu uhličitého, ktorý sa ako lavína spustil po horských svahoch. Asi 1800 ľudí sa stalo obeťami limnologických katastrof na kamerunských jazerách.

Umelé zdroje oxidu uhličitého

Hlavnými antropogénnymi zdrojmi oxidu uhličitého sú:

• priemyselné emisie spojené so spaľovacími procesmi;
• automobilová doprava.

Napriek tomu, že podiel dopravy šetrnej k životnému prostrediu vo svete rastie, drvivá väčšina svetovej populácie tak skoro nebude môcť (alebo ochotná) presedlať na nové autá.

Aktívne odlesňovanie na priemyselné účely vedie aj k zvýšeniu koncentrácie oxidu uhličitého CO2 vo vzduchu.

CO2 je jedným z konečných produktov metabolizmu (rozklad glukózy a tukov). Vylučuje sa v tkanivách a hemoglobínom sa prenáša do pľúc, cez ktoré je vydychovaný. Vo vzduchu vydychovanom osobou je asi 4,5% oxidu uhličitého (45 000 ppm) - 60-110-krát viac ako vo vdychovanom vzduchu.

Oxid uhličitý hrá veľkú rolu pri regulácii krvného zásobovania a dýchania. Zvýšenie hladiny CO2 v krvi spôsobuje rozšírenie kapilár, čo umožňuje veľká kvantita krv, ktorá dodáva kyslík do tkanív a odstraňuje oxid uhličitý.

Dýchací systém je stimulovaný aj nárastom oxidu uhličitého, a nie nedostatkom kyslíka, ako by sa mohlo zdať. V skutočnosti nedostatok kyslíka telo dlhodobo nepociťuje a je dosť možné, že v riedkom vzduchu človek stratí vedomie skôr, ako pocíti nedostatok vzduchu. Stimulačná vlastnosť CO2 sa využíva v prístrojoch na umelé dýchanie: tam sa oxid uhličitý zmieša s kyslíkom, aby sa „naštartoval“ dýchací systém.

Oxid uhličitý a my: prečo je CO2 nebezpečný?

Je potrebný oxid uhličitý Ľudské telo rovnako ako kyslík. Ale rovnako ako pri kyslíku, aj nadbytok oxidu uhličitého škodí našej pohode.

Vysoká koncentrácia CO2 vo vzduchu vedie k intoxikácii organizmu a spôsobuje stav hyperkapnie. Pri hyperkapnii človek pociťuje ťažkosti s dýchaním, nevoľnosť, bolesti hlavy a môže dokonca omdlieť. Ak sa obsah oxidu uhličitého nezníži, prichádza rad – hladovanie kyslíkom. Faktom je, že oxid uhličitý aj kyslík sa pohybujú po tele na rovnakom "doprave" - ​​hemoglobíne. Normálne „cestujú“ spolu, pričom sa pripájajú na rôzne miesta na molekule hemoglobínu. Avšak zvýšená koncentrácia oxid uhličitý v krvi znižuje schopnosť kyslíka viazať sa na hemoglobín. Množstvo kyslíka v krvi klesá a vzniká hypoxia.

Takéto nezdravé následky pre organizmus nastávajú pri vdychovaní vzduchu s obsahom CO2 vyšším ako 5000 ppm (môže to byť napríklad vzduch v baniach). Aby som bol spravodlivý, v bežný život s takým vzduchom sa prakticky nestretávame. Ani oveľa nižšia koncentrácia oxidu uhličitého však zdraviu neprospieva.

Podľa zistení niektorých už 1 000 ppm CO2 spôsobuje únavu a bolesť hlavy u polovice subjektov. Mnoho ľudí začne pociťovať blízkosť a nepohodlie ešte skôr. o ďalšie zvýšenie kritické sú koncentrácie oxidu uhličitého do 1 500 – 2 500 ppm, mozog je „lenivý“ prevziať iniciatívu, spracovávať informácie a robiť rozhodnutia.

A ak je úroveň 5 000 ppm takmer nemožná v Každodenný život, potom 1 000 a dokonca 2 500 ppm môže byť kľudne súčasťou reality moderný človek. Naša ukázala, že v zriedka vetraných školské triedy Hladiny CO2 zostávajú väčšinu času nad 1 500 ppm a niekedy vyskočia nad 2 000 ppm. Existuje dôvod domnievať sa, že podobná situácia je v mnohých kanceláriách a dokonca aj v bytoch.

Fyziológovia považujú 800 ppm za bezpečnú hladinu oxidu uhličitého pre ľudské zdravie.

Iná štúdia zistila súvislosť medzi hladinami CO2 a oxidačným stresom: čím vyššia je hladina oxidu uhličitého, tým viac trpíme, čo ničí bunky nášho tela.

Oxid uhličitý v zemskej atmosfére

V atmosfére našej planéty je len asi 0,04 % CO2 (to je približne 400 ppm) a nedávno to bolo ešte menej: hranicu 400 ppm prekročil oxid uhličitý až na jeseň 2016. Vedci pripisujú nárast hladiny CO2 v atmosfére industrializácii: v r polovice osemnásteho storočia, predtým Priemyselná revolúcia, bolo to len asi 270 ppm.