Karbondioksit nedir? Karbondioksit gazının özellikleri, elde edilmesi ve kullanım alanları nelerdir? Karbondioksit gazı ile ilgili olarak genel bilgiler yer aldığı yazımız.
«Karbondioksit» bir karbon atomu ile bir oksijen molekülünün birleşmesinden doğan renksiz, kokusuz bir gazdır. Doğada çeşitli şekillerde bulunur. Karbondioksit; kokusuz, renksiz, tatsız ve havadan 1.5 kez daha ağır gazdır.
Serbest gaz halinde volkanik bölgelerden çıkan gazlar arasında, suda çözünmüş halinde de maden sularında rastlanır. İçinde karbondioksit çözünmüş sular kireçli bölgelerde çok çeşitli özellikler gösteren mağara ve çukurlar açar. Sarkıt ve dikitler bu mağaralarda doğan şekillerdir.
Normal atmosfer basıncından (101.32 N/m2) ve 21°C deki özgül hacmi 0.546 m3/kg’dır. Normal koşullar altında stabil olup, zehirleyici değil, boğucu bir gazdır. Tüm organik maddeler, çürümeleri sırasında CO2 çıkarırlar. Temiz havada ise birim hacmin % 0.033’ü oranında CO2 vardır. Ayrıca insan ve hayvanlar, solunumları sırasında oksijen alarak bunu besinlerin yakılmasında kullanır ve dışarı CO2 verirler. Yeşil bitkiler ise ışıklı ortamda havadan CO2 alır, suyla birleştirerek besin yapar ve dışarı oksijen verirler. CO2 ağaç ve petrol gibi karbon içeren her türlü yakıtın yakılmasıyla da elde edilir. Bu yakıtlar, yanmaları sırasında yeterince oksijen bulamazlarsa CO2 çıkarırlar. Yüksek yoğunluğu nedeniyle CO2 bazen kuyu diplerinde, silolarda mağara ve madenlerde birikir.
Bu gibi yerler boğulma tehlikesi yüzünden oldukça tehlikelidir. Boğucu etkisi, ağırlığından çökerek oksijenle ilişkiyi kesmesinden ileri gelir. CO2 sıvılaştırılabilen ve katılaş-tırılabilen bir gazdır. Örneğin 1 psi (6895 n/m3) basınçla sıkıştırılır, -27° C’ye kadar soğutulursa ya da 21°C’de 838 psi basınçla sıkıştırılırsa sıvı hale geçer. 31.1°C41ik kritik sıcaklığın üzerinde ise basınca bğlı olmaksızın gaz halinde kalır. Sıvı CO2, -295°C’ye kadar soğutulduğunda basınç 60.4 psi’ye düşer ve kuru buz oluşur. Bu basınç ve sıcaklık, C02in aynı anda ve denge durumunda katı-sıvı-gaz olabildiği değerlerdir. CO2 bu değerlerin altında sıvı olarak görülmez. Açık havada kuru buzu ince bir CO2 örtüsü kaplar ve süblimleşme ısısı 78.5°C olarak gerçekleşir, fakat vakumda ya da hava akımında CO2 örtüsü kalkar ve süblimleşme olayı 90°C’ye düşer.
Karbondioksit bir solunum ürünüdür. Bütün canlılar solunum yaparlar. Solunum sırasında hava alınır, içindeki oksijen canlının vücudunda bir çeşit yanma olayına yardım eder, karbondioksit haline geçerek soluk şeklinde havaya çıkar. İnsanlarda, hayvanlarda, bitkilerde bu olay günün her saatinde sürekli olarak devam eder. Yalnız, bitkilerde bu olay değişiktir. Onlar gündüz havadan karbondioksit, gece ise oksijen alırlar.
Normal havada 10.000’de 3-4 oranında karbondioksit vardır. Bu oran kesin değildir, artar, azalır. Şehir dışı yerlerin havası şehir havasından oksijen bakımından daha zengindir. Kalabalık, büyük şehirlerde çeşitli yakıtlardan çıkan gazlar çok miktarda karbondioksit taşır. Motorlu araçların egzozlarından çıkan gazda % 13 kadar karbondioksit bulunabilir. Laboratuvarlarda karbondioksit, kızdırılmış kok kömürü üzerinden hava geçirilerek elde edilir.
Karbondioksit
Elde Edilmesi
Karbondioksit genellikle dört kaynaktan elde edilir 1. Gaz kuyuları; 2. Fermantasyon; 3. Karbonlu yakıtların yanmasıyla çıkan egzost; 4. Kimyasal işlemlerde yan ürün olarak, en yaygın biçimde ise amonyakın, gazyağının ve bazı kimyasal maddelerin buhar-hidrokarbon ıslahından yan ürün olarak alınır. Bundan başka, öteki üç yöntemle üretilen ve % 80 CO2 içeren gaz karışımı, birkaç aşamalı sıkışmaya uğratılır, soğutulur, saflaştırılır ve yoğunlaştırılarak depolarda sıvı halde tutulur. Depolanan bu sıvı CO2, sürekli 225-325 psi basınç altında saklanır.
Kullanım Alanları
Soğutucu Etkisi
Katı CO2in (kuru buz) soğutma etkisi buzdan daha fazladır; kuru buzun sıvılaşabilmesi için gerekli ısı 590.3 kkal/kg; normal buzun sıvılaşabilmesi için gerekli ısı ise 333.5 kkal/kg’dır. Katı CO2 kullanıcıya 22-27 kg’lık preslenmiş kalıplar halinde verilir. Normal atmosfer basıncının üzerinde bir basınca, 285 psi’ye çıkarılan sıvı CO2in ağırlıkça % 474’si kuru buz, % 53’ü gaz haline gelir. Sıvı CO2 -27°C’ye kadar ısıtıldığında, sıvının soğutma etkisinin % 85’i kuru buzda, % 15’i ise gazda kalmaktadır.
Ağırlık Etkisi
CO2‘in oksijenle reaksiyona girmek ve oksitleyici etkisi yoktur. 1.538°C gibi yüksek bir sıcaklıkta, CO2 ve oksijene ayrılır. Sıvı CO2 tutuşma sıcaklığının altında, yanan maddelerin ısısını düşürerek, gaz CO2 ise ağırlığıyla yangının havayla ilişkisini keserek bir söndürücü etki yapar. Fuel-oil ve elektrik yangınları gibi suyun kullanılamayacağı durumlarda kolaylıkla kullanılabilir. CO2‘in kimyasal amaçlı en büyük kullanımı; karbonatlı içeceklerde tadın artırılması ve korunmasıdır. Ayrıca CO2 sudaki fazla alkaliğin ve endüstri artıklarının nötralizasyonu, aspirin yapısındaki salisilik asitin üretmi, titanyum dioksitin eldesi ve gaz ve petrol kuyularının harekete geçirilmesi gibi pek çok çeşitli alanda kullanılır.
Yangın Söndürme Aracı
Karbondioksit içinde yanma olayları devam edemez, bu özelliğinden yangın söndürme işlerinde kullanılır. Çelik tüplerde, 50 atmosfer basınç altında saklanan bu gaz, tüp içinde sıvı halindedir. Tüpün musluğu açılınca hızla kaynayarak gaz halinde dışarı çıkar, yanan cismin üzerini örterek hava ile ilişiğini keser, ateş söner.
Karbon Dioksit Karı
Sıvı halindeki karbondioksidi, tüpü eğerek, dışarı dökersek, etrafa şiddetle saçılarak, gürültüyle kaynamaya başlar. Bu sırada gereken kaynama ısısının tamamını dışarıdan alamayarak kendi içinden alır, kendisini soğutarak donar, kar şeklinde etrafa yayılır. Buna «karbondioksit karı» denir. —79° C kadar soğumuştur. Ergime noktasının altındaki bu ısıda kaynamaya devam ederek tamamen gaz haline geçer. Bu olaydan faydalanarak, istenilen zamanda —80° C soğuk ortam elde edilebilir. Karbondioksit karı asetonla karıştırılarak «Dewar kapları» denilen termoslara konur, dışarı ile ısı alışverişi yapmayan bu kaplarda —80° C ısı elde edilmiş olur.
Karbonat Asidi
Karbondioksit suda biraz çözünür. Bu sırada «karbonat asidi» (asit karbonik) denilen bir bileşik haline geçmiştir. Zayıf asit özelliği gösterir Gazoz ve soda imalinde kullanılır. Basınç altında şişelere konan gaz şişe açıldığı zaman kaynama sesi vererek dışarı çıkar, suda çözünmüş kısmı da gazoza, sodaya tat verir.
