Co2-----

ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ 2003

ΤΟ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ

CO2

Μοριακός τύπος

Προσομοίωμα μορίου

Φυσικές ιδιότητες Αέριο Άοσμο

CO2

Άχρωμο Σ.π =-56,6ο C Σ.ζ = -78ο C Πυκνότητα = 1,98 g/l

Υπάρχει στην ατμόσφαιρα σε ποσοστό 0,032 % κατ’ όγκο. Η σημασία του όμως για τη ζωή είμαι μεγάλη, αφού είναι απαραίτητο στα φυτά για τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Προέρχεται από την καύση ουσιών που περιέχουν άνθρακα. Είναι αδρανές αέριο που δεν καίγεται και δεν συντηρεί την καύση. Γι’ αυτό χρησιμοποιείται στους πυροσβεστήρες ως υλικό κατάσβεσης της φωτιάς. Τέτοια συστήματα πυρόσβεσης χρησιμοποιούνται στα αεροπλάνα, στα πλοία στα εργοστάσια και άλλου. Το διοξείδιο του άνθρακα με ψύξη στερεοποιείται. Το στερεό διοξείδιο του άνθρακα είναι γνωστό ως «Ξηρός πάγος». Μίγματα ξηρού πάγου με διάφορους διαλύτες χρησιμοποιούνται πάρα πολύ ως ψυκτικά μέσα (ψυκτικά μίγματα). Το διοξείδιο του άνθρακα διαλυμένο αποτελεί συστατικό διάφορων αναψυκτικών και ποτών (αναψυκτικά με ανθρακικό, αφρώδεις οίνοι, αεριούχα ποτά).

ΕΝΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO2)

1.

Ιστορικό

Ο Πρώτος που παρασκεύασε διοξείδιο του άνθρακα ήταν ο Φλαμανδός ιατρός και χημικός Βάν Χέλμοντ (Van Helmont) γύρω στα 1630. Ερευνήθηκε αργότερα από τον Άγγλο χημικό Τζ. Μπλέκ (J. Black – 1755) και το Σουηδό χημικό Τ.Ο. Μπέργκμαν (Τ.Ο. Bergman – 1774). Λεπτομερέστερα ασχολήθηκε ο Λαβουαζιέ (Lavouasier – 1783), ο οποίος απέδειξε ότι είναι ένα οξείδιο του άνθρακα. Προσδιόρισε τη σύσταση του καίγοντας ξυλάνθρακα και αδάμαντα με οξυγόνο και ανακάλυψε πώς ενώνεται με βάσεις ονομάζοντάς το όξινο ανθρακικό αέριο. Στις 9 Μαΐου 1794 κατά την περίοδο του τρόμου, οδήγησαν τον Antoine-Laurent Lavoisier στην γκιλοτίνα. Αυτό το γεγονός έκλεισε το πρώτο και μεγαλύτερο κεφάλαιο στη φυσιολογία του διοξειδίου του άνθρακα. Για την αρχή παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα και τη σχέση του προς το οξυγόνο και τη ζωή, που είχε ανακαλύψει o Lavoisier πριν από το θάνατό του, αποτελεί ακόμη και σήμερα τη σημαντικότερη από τις γνώσεις στον τομέα αυτό. Πράγματι, όπως είπε ο συνάδελφός του Lagranz, "χρειάστηκε μόνο ένα λεπτό για να κόψουμε ένα κεφάλι, που παρόμοιο δεν πρόκειται να γεννηθεί ούτε σε 100 χρόνια". Η μεγάλη συμβολή του Lavoisier στην επιστήμη ήταν ότι απέδειξε πως, σε γενικές γραμμές, η καύση της φωτιάς και ο αναπνευστικός μηχανισμός στα ζώα είναι ίδια. Και οι δύο αυτές λειτουργίες χρειάζονται ένωση οξυγόνου από τον αέρα και ανθρακούχο υλικό: και τα δύο υλικά καταλήγουν σε απελευθέρωση θερμότητας και παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα είχε ανακαλυφθεί νωρίτερα το 1757 και το οξυγόνο το είχαν περιγράψει οι Mayow, Scheele και Priestley. Αλλά ο Lavoisier ήταν εκείνος που πρώτος έδειξε το ρόλο που παίζει το οξυγόνο και τη διαδικασία με την οποία παράγεται το διοξείδιο του άνθρακα. Έναν αιώνα αργότερα το πρώτο βιβλίο φυσιολογίας που κυκλοφόρησε στην Αγγλική γλώσσα ήταν εκείνο του Michael Foster του Πανεπιστημίου Cambridge. Το βιβλίο ανέφερε την πρώιμη εκπαίδευση πολλών φυσιολόγων που κατά την διάρκεια των 35 χρόνων συνετέλεσαν στην ανάπτυξη της αναπνοής και στην αυξανόμενη αναγνώριση του ρόλου που παίζει στη φυσιολογία του σώματος το διοξείδιο του άνθρακα. Τα γεγονότα και οι ιδέες που παρουσίασε ο Foster δείχνουν την πρόοδο που σημειώθηκε, 100 χρόνια μετά το θάνατο του Lavoisier, και το σημείο εκκίνησης της σύγχρονης έρευνας. Το πρώτο κεφάλαιο της φυσιολογίας του διοξειδίου του άνθρακα ασχολείται με το Lavoisier και κλείνει με το θάνατό του, το δεύτερο το παρουσιάζει ο Foster, και συμβαδίζει με το 19ο αι. και το τρίτο , με το υλικό του οποίου ασχολείται αυτή η εργασία, είναι προϊόν της γενιάς που έχει κάνει πειράματα τις τρεις πρώτες δεκαετίες του 20ου αι., και με τα θεωρητικά αποτελέσματά της συνέβαλε ουσιαστικά στην κλινική ιατρική και χειρουργική και ειδικά στη θεραπεία.

·

Αντίθεση μεταξύ ζωής και φωτιάς.

Η σημαντικότερη πρόοδος που σημειώθηκε στη φυσιολογία της αναπνοής, όπως παρουσιάζεται από το Foster, πέρα από τη θεωρία του Lavoisier, ήταν ότι η οξείδωση της ζώσας ύλης, σε σχέση με τη φωτιά στα υλικά και τα προϊόντα, είναι σημαντικά διαφορετική στη διαδικασία της και τον έλεγχό της. Αν τροφοδοτήσουμε τη φωτιά με καθαρό οξυγόνο, τότε η καύση αποκτά μεγαλύτερη ένταση. Αλλά όταν ένας άνθρωπος ή ζώο αναπνεύσουν οξυγόνο, δεν σημαίνει ότι θα καταναλώσει περισσότερο οξυγόνο ούτε ότι θα παράγει περισσότερη θερμότητα. Ούτε βέβαια ότι θα εκπνεύσει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από το αν αναπνεύσει μόνο αέρα. Αν και οι γιατροί δύσκολα μπορούν να πεισθούν, το οξυγόνο δεν είναι σε καμιά περίπτωση διεγερτικό των ανθρώπινων όντων. Είναι απλά μια βασική τροφή, μια τροφή που δεν μπορούμε να αναγκάσουμε το σώμα να πάρει περισσότερο. Ακόμη και αραιωμένος ο αέρας, ή σε περιπτώσεις καρδιακού νοσήματος - σε περιπτώσεις που ο άνθρωπος υποφέρει από έλλειψη παροχής οξυγόνου - το σώμα καταναλώνει το φυσιολογικό ποσό. Τα συμπτώματα ασφυξίας αποτελούν έκφραση της έντασης του σώματος να επιτύχει μεγαλύτερο ποσό. Είτε το επιτυγχάνει είτε πεθαίνει. Ο Lavoisier είχε υποθέσει ότι η ζωτική καύση μπορεί να συμβεί στα πνευμόνια όπου έρχεται ο αέρας που εισπνέουμε. Ο αέρας αυτός έρχεται στους ιστούς, στους οποίους μεταφέρεται το οξυγόνο. Το γεγονός αυτό απέδειξε ο Magnus, o Γερμανός φιλόσοφος, που απέσπασε πρώτος αέρια από το αίμα με αντλία και έδειξε ότι το αρτηριακό αίμα περιέχει περισσότερο οξυγόνο και λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα από ότι το φλεβικό αίμα. Στη συνέχεια ο Hoppe-Seyler, ένας από τους πρώτους βιοχημικούς, απομόνωσε την αιμοσφαιρίνη, το χρωστικό υλικό των ερυθροκυττάρων του αίματος, με μορφή καθαρών κρυστάλλων, και έδειξε ότι αυτή η ουσία αποτελεί ένα χαλαρό συνθετικό υλικό με το οξυγόνο. Η αιμοσφαιρίνη είναι το μέσο με το οποίο το αίμα μεταφέρει το οξυγόνο.

·

Αλκάλια του αίματος ως μέσα μεταφοράς του Διοξειδίου του άνθρακα.

Αργότερα κατά τον 19ο αι. στο Βερολίνο ο Ζuntz αναγνώρισε ότι το διοξείδιο του άνθρακα, σε αντίθεση προς το οξυγόνο, δεν μεταφέρεται μέσω της αιμοσφαιρίνης. Έδειξε ότι το διοξείδιο του άνθρακα συνδυάζεται στο αίμα με βάσεις, κυρίως με το διττανθρακικό νάτριο. Απέδειξε λοιπόν για πρώτη φορά αυτό που ονομάζουμε σήμερα γενικά, αλλά μάλλον σωστά "αλκαλικά αποθέματα". Ο τρόπος μεταφοράς του διοξειδίου του άνθρακα είναι ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του αίματος και της αναπνοής. Η απόδειξη έγκειται σε δύο περιστατικά που έδειξε ο Pflager και άλλοι κατά τη διάρκεια μιας σημαντικής περιόδου του 19ου αι. Ένα από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ότι το πλάσμα του αίματος, αν αποσυντεθεί στα στοιχεία που το αποτελούν, θα διαθέτει λίγο από το διοξείδιο του άνθρακα ακόμη και σε κενό αέρα. Το άλλο γεγονός είναι ότι όλο το διοξείδιο του άνθρακα στο πλάσμα, και σε απλό διάλυμα, σε συνδυασμό με αλκαλικά και διττανθρακικά εξέρχεται εύκολα αν υπάρχουν τα ερυθρά αιμοσφαίρια του αίματος. Έτσι η αιμοσφαιρίνη των ερυθρών αιμοσφαιρίων, εφοδιάζοντας με αλκάλια, δυναμώνει την ικανότητα του πλάσματος να μεταφέρει διοξείδιο του άνθρακα. Δίνουν, λοιπόν τη δυνατότητα στο αίμα να απορροφά αυτό το αέριο στους ιστούς και να το αποβάλει στους πνεύμονες με ελαφρές διαφορές πίεσης. Στο μεταξύ ένα άλλο πρόβλημα πρωτογενούς σημασίας τράβηξε την προσοχή των ερευνητών: το πρόβλημα αφορούσε όχι μόνο το πώς αναπνέουμε, αλλά το γιατί, όχι με την έννοια της ανάγκης, αλλά επίσης , το γιατί με την έννοια της αιτίας. Είναι κοινοτυπία να αναφέρουμε ότι η φυσική άσκηση, που έχει σαν αποτέλεσμα την αυξημένη κατανάλωση οξυγόνου και την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα, συνοδεύεται από αύξηση του όγκου του αέρα που αναπνέουμε. Η ανάγκη είναι προφανής. Αλλά ποια είναι η φύση του ερεθίσματος και ποιοι οι μηχανισμοί ελέγχου που προξενούν αυτή τη ρύθμιση του αερισμού των πνευμόνων; Αυτό το θέμα έχει συζητηθεί επί μακρόν. Αλλά είναι λάθος να υποθέσουμε ότι υπάρχει μόνο ένας λόγος που θα εξηγούσε τα πάντα, αφού η αναπνοή είναι αποτέλεσμα πολλών παραγόντων.

·

Νευρική και χημική ρύθμιση της αναπνοής.

Οι παράγοντες που έχουν αποκαλυφθεί ανήκουν σε δύο κατηγορίες. Aν ρίξετε ένα κουβά παγωμένο νερό σ' ένα άτομο, θα δείτε ότι κρατάει την αναπνοή του. Πειράξτε ένα κεντρομόλο νεύρο, θα σας προκαλέσει πόνο και τότε θα φωνάξετε. Γαργαλίστε το λαιμό σας ή τη μύτη σας, θα βήξετε ή θα φταρνιστείτε. Υπάρχουν αναπνευστικά αντανακλαστικά που διεγείρουν τις νευρικές ώσεις στο αναπνευστικό κέντρο. Αλλά το σημαντικότερο από οποιοδήποτε νευρικό στοιχείο στην αναπνοή είναι τα νεύρα των οποίων οι ίνες υπάρχουν στις απολήξεις των πνευμόνων και μεταφέρουν ώσεις στο αναπνευστικό κέντρο, ώστε να απελευθερώνει ένα αντανακλαστικό στο διάφραγμα και σε άλλους αναπνευστικούς μύες για να μειώνουν την αναπνοή. Αντίθετα, κάθε αναπνοή προξενεί αντανακλαστικά μία εκπνοή. Στο μηχανισμό αυτό οφείλει η αναπνοή το ρυθμικό της χαρακτήρα ή, όπως θα έλεγε και ένας μηχανικός, η αναπνοή είναι ένας μηχανισμός παλινδρόμησης. Όμως για την εξήγηση αυτή που βασίζεται σε νευρικούς παράγοντες, συγκεντρώθηκαν στοιχεία που συνηγορούν για το χημικό έλεγχο της δραστηριότητας της αναπνοής. Το αίμα που ρέει προς και από το αναπνευστικό κέντρο, βρέθηκε ότι επηρεάζει σημαντικά τη δραστηριότητα της αναπνοής. Όταν το αίμα γίνει αγγειακό, διεγείρεται το κέντρο για να παράγει μία αντίρροπο αύξηση στον όγκο της αναπνοής. Αντίθετα, αν το αίμα υπεραεριστεί στους πνεύμονες, η δραστηριότητα του κέντρου σταματά και έχουμε άπνοια. Στην κατάσταση αυτή το υποκείμενο ούτε αναπνέει ούτε θέλει να το κάνει. Σχετικά με τη θεωρία του χημικού ελέγχου, αναπτύχθηκαν δύο ομάδες. Η μία υποστηρίζει ότι το αναπνευστικό κέντρο επηρεάζεται πρωτίστως από το βαθμό που έχει οξυγονωθεί το αίμα, και η άλλη παρουσίασε στοιχεία που στηρίζουν ότι καθοριστικό ρόλο παίζει το ποσό του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα. Και οι δύο ομάδες προσκόμισαν στοιχεία που στήριξαν την άποψή τους. Σίγουρα η αναπνοή επηρεάζεται από την πίεση οξυγόνου που έχει συνηθίσει το άτομο, μία πίεση που εξαρτάται από το ύψος που βρίσκεται η χώρα στην οποία ζει, πάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Ο εγκλιματισμός στο ύψος είναι αργή διαδικασία, χρειάζεται μέρες και εβδομάδες. Μόνο κάτω από συνθήκες ξαφνικής έλλειψης οξυγόνου ή μετά από μυϊκή καταπόνηση παρουσιάζεται άμεση ανάγκη για οξυγόνο. Από την άλλη πλευρά η φύση προβλέπει ότι στον υγιή άνθρωπο και στο ζωικό βασίλειο, εκτός από εξαιρετικές περιπτώσεις, το οξυγόνο είναι πάντα άφθονο και κατά συνέπεια η επίδρασή του στην αναπνοή θα ήταν, υπό φυσιολογικές συνθήκες, σχετικά ελαφριά. Οι αλλαγές στο ποσό του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται κατά τη σωματική παύση και άσκηση είναι που επηρεάζουν τον ερεθισμό που προκαλεί τις ρυθμίσεις της αναπνοής σε διαφορετικές ανάγκες οξυγόνου. Ο Foster , στο βιβλίο που αναφέραμε πιο πάνω, γράφει ότι από τα στοιχεία που διαθέτουμε, το οξυγόνο είναι σημαντικότερο από το διοξείδιο του άνθρακα. Αλλά ήδη από το 1885 ο Miescher, ένας Ελβετός φυσιολόγος, σε μία εργασία που θεωρείται υψίστης σημασίας, συνοψίζει ότι οι μεταβολές του διοξειδίου του άνθρακα προκαλούν την άμεση ρύθμιση της αναπνοή.

·

Η αναπνοή της ζωής.

Κατά τις τρεις πρώτες δεκαετίες του αιώνα μας παρουσιάστηκαν στοιχεία που δείχνουν ότι το οξυγόνο είναι το σημαντικότερο για τη ζωή από το διοξείδιο του άνθρακα. Όμως ανακαλύψεις για το θέμα αυτό, που αρχικά ήταν καθαρά επιστημονικές και θεωρητικές, βρίσκουν σήμερα ευρεία εφαρμογή για απάλειψη του πόνου και την εξασφάλιση της ζωής. Πριν εξετάσουμε κάθε ένα από τα θέματα αυτά, καλό θα ήταν να διευκρινίσουμε ορισμένες βαθιά εντυπωμένες, αλλά λανθασμένες, απόψεις που δεν αντιστοιχούν στην πραγματικότητα και εμποδίζουν την αλήθεια να εκφραστεί. Ο ανθρώπινος νους έχει από τη φύση του την τάση να αντιλαμβάνεται τη φύση ηθοπλαστικά. Πριν τη σύγχρονη επιστημονική περίοδο, που χρονικά τοποθετείται στα τελευταία είκοσι χρόνια, κάθε πρόβλημα είχε δύο όψεις: του καλού και του κακού, του δίκαιου και του άδικου, του Θεού και του διαβόλου. Αυτές οι δεισιδαιμονίες, ήταν ακόμα βαθιά ριζωμένες στα θέματα που αφορούσαν την υγεία και την αρρώστια. Ο Lavoisier συνέβαλε χωρίς να το θέλει στην αντίληψη αυτή όταν όριζε το οξυγόνο ως το μέσο που στηρίζει τη ζωή και τόνιζε την αποπνικτική δύναμη του διοξειδίου του άνθρακά. Έτσι ένα τουλάχιστον αιώνα μετά το θάνατό του, ακόμη και σήμερα, στον τομέα της αναπνοής το οξυγόνο θεωρείται καλό ενώ το διοξείδιο του άνθρακα κακό.

2.

Ύπαρξη

Είναι η σπουδαιότερη ένωση του άνθρακα. Περιέχεται πάντοτε στον ατμοσφαιρικό αέρα (0,2 του λίτρου κατά κυβ. μέτρο). σε μεγάλη αναλογία στο μετά μεταλλικά νερά και σε μικρότερη στο πόσιμα, στα οποία και δίνει ευφραντική γεύση. Ενωμένο βάσεις, σχηματίζει εκτεταμένα στρώματα της Γης. Επίσης βρίσκεται ενωμένο με πολλά ορυκτά, όπως είναι ο ανθρακικός σιδηρίτης (FeCO3), ο ανθρακικός μόλυβδος (PbCO3) κ.α. Παράγεται επίσης κατά τη ζύμωση σακχαρούχων οπών όπως είναι (γλεύκος), καθώς επίσης κατά την αναπνοή των ζώων και των φυτών και οργανικών ουσιών και σε κάθε είδους καύση.

3.

Περιέχεται με πολλές σίδηρος ή ο μούστος

Παρασκευή

Παρασκευάζεται κυρίως, βιομηχανικά και εργαστηριακά, από ασβεστόλιθους, αφού επιδράσουμε με θειικό ή υδροχλωρικό οξύ, όπως π.χ. CaCo3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2 MgCO3 + 2HCL → MgCl2 + H2O + CO2 Επίσης εάν θερμάνουμε στους 700 – 800οC ανθρακικά άλατα, όπως π.χ. ασβεστόλιθου και μαγνησίου, παίρνουμε διοξείδιο του α. σε

ποσοστό 50% περίπου του βάρους του ασβεστόλιθου και λίγο περισσότερο του μαγνησίου, όπως πχ. CaCO3 → CaO + CO2 Από όλα τα ανθρακικά άλατα τα μόνα που δεν δίνουν διοξείδιο του α. θερμαινόμενα είναι τα Κ2CΟ3 (ανθρακικό νάτριο), τα οποία δεν αποσυντίθενται. Πιο εύκολη είναι η θερμική διάσπαση των όξινων αλάτων, όπως π.χ. του όξινου ανθρακικού νατρίου. Ca (HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 Μεγάλα ποσά διοξειδίου του άνθρακα παίρνουμε βιομηχανικά από τη ζύμωση σακχαρούχων οπών, σαν δεύτερο προϊόν, στη βιομηχανία του κρασιού, του ζύθου, κ.α. σύμφωνα με την αντίδραση. C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 Τέλος το CO2 παράγεται και από οποιοδήποτε τέλεια καύση του άνθρακα η οξειδώσίμου ανθρακικής ενώσεως, όπως π.χ.

C + O2 → CO2 2CO + O2 → 2CO2

4. ·

Ιδιότητες Φυσικές Ιδιότητες

Είναι αέριο, άχρωμο με ελαφρά δηκτική οσμή και όξινη γεύση. Είναι βαρύτερο του αέρα,, με ειδικό βάρος 1,529 gr/cm3. Σε 0οC κα πίεση 760 mmHg έχει πυκνότητα 1,977 gr/lit. Υγροποιείται με πίεση 34 ατμοσφαιρών και θερμοκρασία 0οC, ενώ με πίεση 1 ατμόσφαιρας υγροποιείται σε θερμοκρασία – 78oC. Έχει κρίσιμη θερμοκρασία 31ο,35C , κρίσιμη πίεση 78 ατμόσφαιρες και κρίσιμη πυκνότητα 0,46 gr/cm3. Εάν αφήσουμε να εξαερωθεί απότομα υγρό CO2, τότε αυτό απορροφάει μεγάλο ποσό θερμότητας (4kcal/mole, 4 χιλιοθερμίδες ανά γραμμάριο), με αποτέλεσμα να ψυχθεί ταχύτατα και να στερεοποιηθεί ένα μέρος του CO2 ονομάζεται «ξηρός πάγος»., γιατί από τη στερεά κατάσταση μεταβαίνει αυτόματα, σε συνήθεις συνθήκες, στην αέρια, χωρίς να μεσολαβήσει αυτόματα, σε συνήθεις συνθήκες, στην αέρια, χωρίς να μεσολαβήσει υγρή φάση. Το CO2 διαλύεται εύκολα στο νερό. Με κανονικές συνθήκες ένα λίτρο νερού διαλύει 1,5 λίτρα CO2. Δεν είναι δηλητηριώδες, σε αντίθεση με το μονοξείδιο, που είναι ισχυρότατο δηλητήριο.. Η δυσφορία που δημιουργείται σε κλειστούς χώρους, οφείλεται κυρίως στην αύξηση της σχετικής υγρασίας από την εκπνοή υδρατμών, και όχι στο CO2. Το CO2 προκαλεί αναισθησία ή και θάνατο ακόμα. Εάν ο εισπνεόμενος αέρας περιέχει 20 – 30% CO2 m εμποδίζει την απόδοση CO2 του αίματος με την εκπνοή, με αποτέλεσμα την βαθμιαία δηλητηρίαση του οργανισμού και το θάνατο του ανθρώπου. Όλα αυτά τα συμπτώματα εξαφανίζονται μόλις μεταφέρουμε αυτόν που πάσχει στον καθαρό αέρα.

· οξύ.

Χημικές Ιδιότητες

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα αμεταλλοξείδιο κα σαν τέτοιο αντιδρά με το νερό και δίνει το αντίστοιχο οξύ, δηλ. το ανθρακικό

CO2 + H2O → H2CO3 Το ανθρακικό οξύ δεν είναι καθόλου σταθερό γι’ αυτό, εύκολα αποσυντίθεται με ελάχιστη θέρμανση. Εξ’ αιτίας όμως των ίδιων χημικών ιδιοτήτων καλείται συνήθως ανθρακικό οξύ και το ίδιο το CO2. Το CO2 με βάσεις και οξείδια μετάλλων σχηματίζει άλατα. Σε χαμηλές θερμοκρασίες με αμμωνία (NH3), αλκάλια ή αλκαλικές γαίες, δίνει όξινα άλατα. Π.χ. με αμμωνία δίνει όξινο ανθρακικό αμμώνιο: CO2 + NH3 + H2O → NH4HCO3 Με καυστικό κάλι (KOH) δίνει όξινο ανθρακικό κάλι: CO2 + KOH → KHCO3 Με θέρμανση έχουμε: CO2 + 2NH2 + H2O → (NH4)2CO3 (ανθρακικό αμμώνιο) CΟ2 + 2KOH → C2CO3 + H2O (ανθρακικό κάλι) Με άλατα πολλών βαρέων μετάλλων σχηματίζει αδιάλυτα ιζήματα, όπως π.χ. CO2 + H2O + FeCl2 → FeCO3 +2HCL CO2 + H2O + Zn (NO3)2 → ZnCO3 + 2HNO3 Δεν καίγεται ούτε συντελεί στην καύση. Παρ’ όλα αυτά μερικές ουσίες πολύ ευοξείδωτες, όπως το μαγνήσιο και κατά δεύτερο λόγο το κάλιο, το νάτριο κ.α., όταν θερμανθούν έντονα, μπορούν να καούν με το οξυγόνο του CO2,αποβάλλοντας τον άνθρακα κατά την αντίδραση: 2Mg + CO2 → 2MgO + C Το αργίλιο επίσης σε πολύ υψηλή θερμοκρασία καίγεται μερικώς ενώνεται με τον άνθρακα που αποβάλλεται, σχηματίζοντας ανθρακαργίλιο:

3CO2 + 4Al → 2Al2O3 + 3C 4Al +C → Al4C3 Το διοξείδιο του άνθρακα είναι σταθερή ένωση. Σε θερμοκρασία 2.000οC η διάσταση του σε μονοξείδιο και οξυγόνο είναι 1,8%. Ανάγεται προς μονοξείδιο, όταν διέλθει πάνω από διάπυρο άνθρακα: CΟ2 + C→ 2CO Η αντίδραση αυτή γίνεται στις υψικαμίνους, όταν το CO2 που παράγεται από την τέλεια καύση του α., ανάγεται προς μονοξείδιο.

5. Σημασία του διοξειδίου του άνθρακα στη ζωή Η ποσότητα CO2 που υπάρχει στην ατμόσφαιρα παραμένει σταθερή. Με ορισμένες χημικές αντιδράσεις μειώνεται, ενώ με άλλες αυξάνεται στο ίδιο, με τη μείωση ή του ,ποσό. Στην πρώτη περίπτωση ανήκει κυρίως η λειτουργία αφομοιώσεως των φυτών η διάλυση CO2 στο νερό των λιμνών , ποταμών και θαλασσών και ο μετασχηματισμός των πυριτικών αλάτων των πετρωμάτων σε ανθρακικά. Το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται διαλυμένο στη θάλασσα σε ποσοστό περίπου 50 φορές μεγαλύτερο από το αντίστοιχο της ατμόσφαιρας, κυρίως με τη μορφή όξινων ανθρακικών ιόντων, παίζει δε σημαντικότατο ρόλο στην παραγωγή οξυγόνου με φωτοσύνθεση του φυτοπλαγκτόν. Στη δεύτερη ανήκουν η αναπνοή και οι κάθε είδους καύσεις του άνθρακα και των ανθρακούχων ουσιών, καθώς και η παραγωγή του από τα ηφαίστεια και από τις μεταλλικές πηγές. Στα φυτά συγκεκριμένα η αναπνοή λειτουργεί όταν το φυτό προσλαμβάνει οξυγόνο από τον αέρα και αποβάλλει διοξείδιο του άνθρακα. Η αναπνοή γίνεται σε όλη τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου. Την ημέρα η αναπνοή στα φύλλα γίνεται κυρίως από τα στόματα και τη νύχτα περισσότερο από την επιδερμίδα των φύλλων. Στις ρίζες και στο πράσινο μέρος του βλαστού η αναπνοή γίνεται από την επιδερμίδα τους. Κατά την αναπνοή το οξυγόνο χρησιμοποιείται για τις καύσεις των οργανικών ενώσεων από τις οποίες ελευθερώνεται ενέργεια για τις διάφορες λειτουργίες του φυτού. Το διοξείδιο του άνθρακα, ως προϊόν καύσης αποβάλλεται από τα στόματα των φύλλων και την επιδερμίδα των φύλλων, της ρίζας και του πράσινου βλαστού.

Με αυτό τον τρόπο το CO2 συντίθεται και αποσυντίθεται χωρίς να ελαττώνεται, συμμετέχοντας στη λειτουργία της ζωής των οργανικών όντων, ενώ ταυτόχρονα, κατά το βιοχημικό αυτό κύκλο παρέχεται στους φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς το απαραίτητο ποσό ενέργειας για τη διατήρηση της ζωής και τις λειτουργίες αυτής. Η ενέργεια αυτή δημιουργείται από την ηλιακή ενέργεια και αποθηκεύεται με μορφή χημικής ενέργειας στις σχηματιζόμενες στα φυτά ανθρακούχες ενώσεις με τη φωτοσύνθεση, ύστερα μεταβάλλεται σε θερμότητα δια της καύσεως στους οργανισμούς με το οξυγόνο του αέρα, που με τη σειρά παράγεται φωτοσυνθετικά. ·

Στον έλεγχο της Αναπνοής και της Κυκλοφορίας.

Η σύγχρονη ανάπτυξη της γνώσης του ρόλου που παίζει το διοξείδιο του άνθρακα στον έλεγχο της αναπνοής, άρχισε με την κλασική εργασία των Haldane και Pristley με τίτλο "Η ρύθμιση του αερισμού των πνευμόνων" και ακολούθησαν κι άλλες σημαντικές δημοσιεύσεις των Haldane και Douglas. Στις εργασίες αυτές φάνηκε, από έρευνες που έγιναν σε υγιείς ανθρώπους, ότι η αναπνοή δεν επηρεάζεται από την εισπνοή αέρα πλούσιου σε οξυγόνο ούτε από τη μέτρια μείωση οξυγόνου όπως συμβαίνει μόλις αρχίσουμε να ανηφορίζουμε κάποιο ύψωμα. Από την άλλη η αναπνοή αλλάζει τον όγκο της αυτόματα από το ποσό του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται στο σώμα, ώστε ο αέρας των κυψελίδων να κρατιέται σχεδόν σταθερός για το σκοπό αυτό. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι η βασική έμμεση αναπνευστική ορμόνη. Λίγους μήνες μετά την εργασία του Haldane φάνηκε η επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα στην αναπνοή. Ο Henderson και οι συνεργάτες του άρχισαν τη δημοσίευση μίας ευρείας σειράς εργασιών που ασχολείται με την επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα στην κυκλοφορία. Έδειξαν ότι η έλλειψη CO2 μπορεί να προκαλέσει οξεία διαταραχή της καρδιάς και ανεπάρκεια της περιφερειακής κυκλοφορίας. Αυτές οι καταστάσεις μοιάζουν με τη λειτουργική καταπληξία σε ασθενείς μετά από παρατεταμένη αναισθησία και σοβαρές επεμβάσεις. Από την άλλη πλευρά βρέθηκε ότι αν η περιεκτικότητα του διοξειδίου του άνθρακα στο σώμα διατηρηθεί μετά από μικρή αναπνοή, η ζωτικότητα ενός ζώου, ακόμη και υπό παρατεταμένες και έντονες ασκήσεις και τραυματισμούς, δεν είναι καθόλου χαμηλή. Αυτές οι παρατηρήσεις επί της κυκλοφορίας έδειξαν ότι στα ζώα όταν καταλήγουν σε κατάσταση καταπληξίας, το διοξείδιο του άνθρακα του αίματος, ή αυτό που ονομάζουμε "απόθεμα αλκαλικών" μειώνεται σημαντικά. Αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν από τις παρατηρήσεις του Cannon σε τραυματίες - στρατιώτες κατά την διάρκεια του πολέμου. Οι παρατηρήσεις που αφορούν την αναπνοή των ζώων όταν βρίσκονται σε αναισθησία, έδειξαν ότι η διαταραχή της αναπνοής, που μέχρι τότε συνιστούσε έναν από τους κινδύνους της χειρουργικής επέμβασης, οφείλεται κυρίως σε υπερβολικό αριθμό αναπνοών λόγω διέγερσης. Αν, κατά τα αρχικά στάδια αναισθησίας προκαλέσουμε υπερβολική έλλειψη διοξειδίου του άνθρακα, θα δημιουργήσουμε ευαισθησία στο αναπνευστικό κέντρο και με ελαφριά αύξηση του αναισθητικού, η αναπνοή σταματά. Δεν επιστρέφει στο κανονικό μέχρις ότου το χημικό ερέθισμα των αερίων του σώματος και η ευαισθησία του αναπνευστικού κέντρου αποκατασταθεί αρκετά για να προκαλέσει και πάλι δραστηριότητα της αναπνοής.Η κυκλοφορία του αίματος Μια από τις πιο ζωτικές λειτουργίες για τη φυσιολογική λειτουργία του ανθρώπινου οργανισμού είναι η κυκλοφορία του αίματος. Αυτή εξασφαλίζει την ομαλή λειτουργία των οργάνων του σώματος και την ομαλή διεξαγωγή των διαδικασιών του μεταβολισμού σε κυτταρικό επίπεδο. Κατά συνέπεια, οποιαδήποτε διαταραχή στην ομαλή κυκλοφορία του αίματος, προκαλεί διαταραχή στα όργανα και στις βιοχημικές αντιδράσεις του οργανισμού. Όσο υγιής κι αν είναι ο οργανισμός, η ελάττωση της ροής κυκλοφορίας του αίματος προκαλεί διαταραχές μέσα σε μ ικρό χρονικό διάστημα, οι οποίες γίνονται αισθητές με την εκδήλωση διαφόρων ενοχλήσεων και συμπτωμάτων. Η πλήρης διακοπή της κυκλοφορίας μπορεί να προκαλέσει το θάνατο μέσα σε μερικά λεπτά. Κανείς δεν μπορεί να αμφισβητήσει την αξία που έχει η κυκλοφορία του αίματος για την υγεία. Κανείς όμως μέχρι τώρα δεν έχει αναπτύξει κάποια θεωρία που να αναλύει τον τρόπο με τον οποίο βελτιώνεται, καθώς επίσης και τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται και από τους οποίους μπορεί να ελεγχθεί. Δεν υπάρχει καμιά μέθοδος εκτός από τη σωματική άσκηση και από κάποιες φαρμακευτικές ουσίες, που με τις βιοχημικές αντιδράσεις που προκαλούν βελτιώνουν προσωρινά την κυκλοφορία του αίματος. Αυτά όμως δεν αρκούν γιατί η διάρκεια της θετικής επίδρασής τους περιορίζεται στο χρονικό διάστημα της σωματικής άσκησης και στο διάστημα της δράσης του φαρμάκου. Η καλή κυκλοφορία του αίματος όμως είναι απαραίτητη 24 ώρες το εικοσιτετράωρο. Αφού η κακή κυκλοφορία θεωρείται η αιτία για πολλές αρρώστιες, είναι πολύ σημαντική η διατήρηση της καλής κυκλοφορίας όλο το εικοσιτετράωρο.

·

Από τι εξαρτάται η καλή κυκλοφορία του αίματος

Το μήκος των αιμοφόρων αγγείων (αρτηριών, φλεβών, τριχοειδών αγγείων), μέσα από τα οποία ρέει το αίμα στον ανθρώπινο οργανισμό, είναι περίπου 66.000 km, ενώ το συνολικό μήκος των τριχοειδών αγγείων φτάνει τα 44.000 km. Μέσα στα αγγεία μαζί με το αίμα κυκλοφορούν αέρια, όπως το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία ασκούν πιέσεις στα τοιχώματά τους. Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) διαλύεται δύσκολα στο νερό, άρα και στο αίμα. Λόγω αυτής της ιδιότητάς του καταφέρνει να διατηρεί σταθερή τη διαστολή των αιμοφόρων αγγείων. Πιο συγκεκριμένα, όταν η πίεση του CO2 στο αίμα κυμαίνεται στα φυσιολογικά επίπεδα των 35-45 mmHg σημαίνει ότι η κυκλοφορία του αίματος είναι στα φυσιολογικά επίπεδα. Είναι σημαντικό να διευκρινίσουμε ότι η ποσότητα του ελεύθερου CO2 στο αίμα ρυθμίζει τη διαστολή των αιμοφόρων αγγείων και κατά συνέπεια την κυκλοφορία του αίματος. Πολλοί θα αντιμετωπίσουν αρχικά με δυσπιστία κι επιφυλάξεις αυτή τη διαπίστωση. Δεν θα βρουν ικανοποιητική την εξήγηση ότι το CO2 αποτελεί το βασικό παράγοντα ρύθμισης της κυκλοφορίας του αίματος και θα ισχυριστούν ότι υπάρχουν κι άλλοι σαν κι αυτόν. Το τεστ όμως που αναφέρουμε παρακάτω είναι αρκετό για να πείσει και τους πιο δύσπιστους: Κάνοντας μερικές βαθιές εισπνοές μειώνουμε το CO2 στα πνευμόνια κι έτσι μειώνεται η ποσότητά του στο αίμα. Αυτό έχει σαν συνέπεια να αισθανθούμε ζαλάδες, ταχυπαλμίες, ενοχλήσεις και σπασμούς στην περιοχή της καρδιάς, ενώ μια παρατεταμένη μείωση του CO2 μπορεί να προκαλέσει ακόμη και λιποθυμία. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται συχνά σε ασθενείς που κάνουν σπειρομέτρηση. Μόλις σταματήσουμε τις βαθιές αναπνοές επανέρχεται η αρχική ισορροπία στην κυκλοφορία μέσα σε λίγα λεπτά κι εξαφανίζονται τα συμπτώματα. Στην ίδια διαπίστωση θα καταλήξουμε αν επαναλάβουμε δυο τρεις φορές ακόμη το ίδιο τεστ. Όσο πιο έντονη είναι η έλλειψη του CO2 τόσο πιο έντονα θα εμφανίζονται τα συμπτώματα τα οποία είναι απόρροια κακής κυκλοφορίας, κακής αιμάτωσης και οξυγόνωσης του εγκεφάλου. Αν τα συμπτώματα οφείλονταν σε άλλους παράγοντες πέρα από τη μείωση του CO2, δεν θα παρουσιαζόταν με τόση ένταση και σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα. Άρα ο αρχικός ισχυρισμός μας είναι λογικός και επιβεβαιώνει την αξία και το ρόλο του CO2 στην κυκλοφορία του αίματος. Η πίεση του CO2 θεωρείται φυσιολογική όταν κυμαίνεται από 35 ως 45 mmHg. Το 45 αποτελεί το άριστα στην κλίμακα κι όσο κατεβαίνουμε προς τα κάτω η ποσότητα του CO2 μειώνεται στο αίμα με όριο για την ομαλή κυκλοφορία το 35. Κάτω από το 35 οι διαταραχές στην κυκλοφορία είναι έντονες, ενώ στο 26 η πίεση του CO2 δεν είναι αρκετή για να διαστείλει τα αιμοφόρα αγγεία, ιδίως τα

τριχοειδή και να εξασφαλίσει την ομαλή ροή του αίματος. Στατιστικές έρευνες έδειξαν ότι το ποσοστό του CO2 στο αίμα για τους περισσότερους ανθρώπους είναι κάτω από τα φυσιολογικά όρια, περίπου 28-32 mmHg. Μπορεί ο καθένας από μόνος του να βρει αν είναι αρκετό το CO2 στο αίμα του κάνοντας μια 'παύση' στην αναπνοή του, δηλαδή να σταματήσει να εισπνέει μετά από μια φυσιολογική εκπνοή. Ο χρόνος μετριέται από τη στιγμή της εκπνοής μέχρι τη στιγμή που θα παρουσιαστεί ανάγκη για εισπνοή. Στατιστικά διαπιστώθηκε ότι οι περισσότεροι αντέχουν από 10 ως 35 δευτερόλεπτα. Το φυσιολογικό όριο είναι τα 60 δευτερόλεπτα, στο οποίο το CO2 φτάνει στα 45 mmHg στο αίμα. Ανάλογο με τη διάρκεια της παύσης είναι και το ποσό του CO2 στο αίμα. Είναι λογικό, όσο μεγαλύτερη 'παύση' έχει κάποιος τόσο καλύτερη κυκλοφορία του αίματος έχει, το οξυγόνο αποδεσμεύεται πιο εύκολα από την αιμοσφαιρίνη και γενικά οξυγονώνεται καλύτερα όλος ο οργανισμός.

ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΗ ·

Στην αναισθησία.

Το 1920 οι Henderson, Haggard και Coburn εφάρμοσαν τις παρατηρήσεις τους στην κλινική και βρήκαν ότι όταν χορηγήθηκε εισπνοή αέρα με διοξείδιο του άνθρακα (8%) σε ασθενείς μετά από σοβαρή χειρουργική επέμβαση με ανοικτή αναισθησία αιθέρα, τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά ευεργετικά. Με την επαναφορά της βαθιάς αναπνοής, η κυάνωση, συνηθισμένη μετά από αναισθησία, εξαφανίστηκε. Η υποδόρια κυκλοφορία βελτιώθηκε. Το δέρμα άλλαξε χρώμα και θερμοκρασία, και από μπλε γκρι και ψυχρό έγινε ροζ και ζεστό. Ο όγκος παλμού, που πριν ακουγόταν μόνο με δυσκολία, σύντομα έγινε πλήρης. Η αρτηριακή πίεση επανήλθε στα φυσιολογικά επίπεδα. Το αναισθητικό (αιθέρας), λόγω του υψηλού όγκου της αναπνοής , σύντομα έπαιρνε αέρα έξω από το αίμα και η συνείδηση επέστρεψε μέσα σε λίγα λεπτά, ακόμη και μετά από βαθιά αναισθησία. Ο εμετός και η ζάλη είτε μειώθηκαν στο ελάχιστο είτε απουσίαζαν εντελώς και μετά την αναπνοή έπεσαν σε ύπνο. Μετά από αυτές τις παρατηρήσεις ο White βρήκε ότι όταν παρατηρηθεί αργή αιμορραγία μετά από επέμβαση στον εγκέφαλο, o ρυθμός της αναπνοής μειώνεται μέχρι να επέλθει ο θάνατος. Σε πολλές από τις περιπτώσεις η ζωή σώθηκε από πρόκληση αναπνοής με εισπνοή διοξειδίου του άνθρακα. Η χρήση αυτής της εισπνοής σχετίζεται γενικά με την αναισθησία. Σχεδόν κάθε Αμερικανική συσκευή αναισθησίας συνδέεται με ένα κύλινδρο διοξειδίου του άνθρακα ή ένα μίγμα διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου. Έτσι κάθε αποτυχία της αναπνοής στο χειρουργικό τραπέζι αποκαθίσταται. Σε κλειστή εγχείρηση, δίνεται εισπνοή διοξειδίου του άνθρακα για να διεγείρει την αναπνοή και τη σύντομη εξάλειψη μεγάλου μέρους του αναισθητικού. Με την αναπνοή αυτή αποκαθίσταται μια ρωμαλέα καρδιακή λειτουργία και επίσης ο τόνος της περιφερικής κυκλοφορίας.

·

Μετεγχειρητική ατελεκτασία και πνευμονία.

Από τη χρήση του διοξειδίου του άνθρακα για τους λόγους που μόλις τώρα περιγράψαμε, έχει προκύψει μία ακόμη σοβαρότερη εφαρμογή, η πρόληψη της μετεγχειρητικής ατελεκτασίας και πνευμονίας. Πολλοί ερευνητές σημείωσαν ότι μετά από σοβαρές χειρουργικές επεμβάσεις, η ζωτική ικανότητα των πνευμόνων συχνά μειώνεται μέχρι στο 1/3 της προεγχειρητικής δυνατότητάς τους. Το διάφραγμα μπορεί να ανέβει προς το θώρακα κατά πολλά εκατοστά. Σε ακτινογραφίες αυτή η κατάσταση της μερικής πτώσης του στήθους συνεχίζει για πολλές μέρες. Η θέση του θώρακα είναι αναγκαία σαν αυτή που παρατηρείται σε φυσιολογικό άνθρωπο μετά από εντατική αναγκαστική αναπνοή. Πρόκειται λοιπόν για φαινόμενο ακαπνίας. Αυτή η θέση ακαπνίας του θώρακα μπορεί να αφήσει σημαντικά τμήματα των πνευμόνων χωρίς αέρα. Οι δίοδοι αέρα στα σημεία αυτά μπορεί να κλείσουν και ο εμφρακτικός και ο εισπνεόμενος αέρας απορροφάται τότε στο αίμα. Ως συνέπεια προκύπτει ατελεκτασία του λοβού, ή μπορεί να προκύψει ακόμη μαζική πτώση ολόκληρου του πνεύμονα. Από την κατάσταση αυτή όπως έχει δείξει ο Coryllos και Bimbaum πειραματικά, μπορεί να αναπτυχθεί πνευμονία, επειδή υπάρχουν οι παθογόνοι μικροοργανισμοί και σε ατελεκτασικές καταστάσεις των πνευμόνων ευνοείται η ανάπτυξή τους. Η βασική διόρθωση αυτής της αντίληψης της αρχής της μετεγχειρητικής ατελεκτασίας και πνευμονίας καταμαρτυρείται μέσα από προφυλακτικά και θεραπευτικά μέσα που είναι αποτελεσματικά για αλληλεπίδραση ή για πρόληψη. Σε πολλές χειρουργικές κλινικές στην Αμερική και την Γερμανία έχουμε πάρει αποτελέσματα που δείχνουν ότι η εισπνοή του διοξειδίου του άνθρακα χορηγείται σε όλες τις περιπτώσεις επεμβάσεων με αναισθησία. Οι πνεύμονες διογκώνονται, ο τόνος των αναπνευστικών μυών επανέρχεται, η ατελεκτασία προλαμβάνεται και ουσιαστικά εξαλείφεται ο κίνδυνος της μετεγχειρητικής πνευμονίας.

·

Πνευμονία

Τα πιθανά πλεονεκτήματα παρόμοιας θεραπείας της ιατρικής πνευμονίας, για παράδειγμα μετά από γρίπη, σήμερα εξετάζονται εντατικά. Οι Haggard, Coryllos και Birnbaum έχουν δείξει ότι σε σκύλους, στους οποίους προκλήθηκε πνευμονία, μπορούσαν να καθαριστούν τα πνευμόνια και η ασθένειά τους να θεραπευτεί όταν τοποθετούσαν τα ζώα σε ατμόσφαιρα αέρα με περιεκτικότητα 8% σε διοξείδιο του άνθρακα για 12 και 24 ώρες. Αν χαμηλώσουμε το pH με το διοξείδιο του άνθρακα, βοηθάμε στην αυτόλυση και την ρευστοποίηση των ουσιών που ευθύνονται για την ατελεκτασία των πνευμόνων στην πνευμονία. Πολλές περιπτώσεις έχουν θεραπευτεί με εισπνοή διοξειδίου του άνθρακα. Και οι Henderson και Haggar έχουν κάνει μνεία μίας παρόμοιας ειδικής θεραπείας. Αυτοί που την έχουν εφαρμόσει πιστεύουν ότι είναι σαφώς ανώτερη από εκείνη στην οποία χρησιμοποιούμε μόνο οξυγόνο.

·

Στηθάγχη και Αδιάλειπτη Απόφραξη.

Έχουμε ήδη συζητήσει αρκετές από τις εφαρμογές της θεραπείας μέσω της εισπνοής διοξειδίου του άνθρακα. Η ίσης σημασίας επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα στα κοντινά και περιφερειακά αγγεία δεν έχει εξεταστεί στον ίδιο βαθμό. Ο Henderson έδειξε εδώ και πολλά χρόνια ότι υπό ορισμένες πειραματικές καταστάσεις η καρδιά τείνει να αναπτύσσει μερικό τέτανο ή κράμπα και ότι αυτή η κατάσταση μπορεί να ξεπεραστεί με διοξείδιο του άνθρακα. Έδειξαν ότι, λόγω της απώλειας μυϊκού τόνου σε ζώα με παρατεταμένη αναισθησία σε εγχείρηση, το αίμα λιμνάζει στα περιφερειακά αγγεία. Η επιστροφή του φλεβικού αίματος στην καρδιά μειώνεται παροδικά και η κυκλοφορία σταματά. Έχοντας όλες τις πληροφορίες κατά νου, ελέγξαμε την επίδραση από εισπνοή διοξειδίου του άνθρακα σε περίπτωση στηθάγχης. Δεν πρόκειται για επείγουσα θεραπεία, αλλά για θεραπεία με παρατεταμένη εφαρμογή. Χορηγείται για 10΄΄ με 15΄΄ δύο με τρεις φορές την ημέρα. Η μέθοδος εισπνοής μοιάζει με εκείνη που εφάρμοσαν οι Henderson, Haggar, Coburn και White, μετά από αναισθησία σε επέμβαση. Καθώς η εισπνοή απαιτεί μόνο αέρα, αντί για οξυγόνο, το κόστος, εκτός από τη συσκευή ελέγχου, είναι μικρό. Τα αποτελέσματα από αυτή τη θεραπεία είναι η σημαντική βελτίωση στο χρώμα και τη θερμοκρασία των χειλιών και του δέρματος και παρουσιάζει την ίδια επίδραση στην περιφερειακή κυκλοφορία που μοιάζει με εκείνη της amyl nitrate. Η αρτηριακή πίεση και ο αριθμός παλμών δεν αυξάνεται, αν και είναι εμφανής μία σημαντικά πληρέστερη κυκλοφορία. Η αίσθηση πίεσης στο στήθος και ο πόνος που εμφανίζεται στον ώμο και το χέρι μειώνεται σημαντικά. Μπορεί να σταματήσει για μερικές ώρες μετά την εισπνοή. Μετά από ορισμένες εβδομάδες καθημερινής αναπνοής, η δυνατότητα για μέτρια άσκηση μειώνεται σημαντικά. Σε εισπνοή διοξειδίου έχουμε καταφύγει μόνο σε ορισμένες περιπτώσεις ολοκληρωτικής απόφραξης. Η σημαντική βελτίωση στην τοπική κυκλοφορία ήταν αποτέλεσμα της εισπνοής σαν μια συνολική επίδραση της θεραπείας για μερικές εβδομάδες. Όταν η παροχή σταμάτησε, οι ασθενείς σύντομα επανήλθαν στην προηγούμενη κατάσταση.

Φυσιολογία ·

Σχέσεις διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου στο αίμα.

Το διοξείδιο του άνθρακα, πράγματι, είναι το σημαντικότερο συστατικό της ζώσας ύλης, πολύ περισσότερο από το οξυγόνο. Ίσως υπήρχε ζωή στη γη για εκατομμύρια χρόνια όταν η ατμόσφαιρα περιείχε μεγαλύτερο ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα. Ακόμη και σήμερα, ζώα όπως η άσκαρις θα ζήσουν και θα λειτουργούν κανονικά σε ατμόσφαιρα υδρογόνου και χωρίς να έχουν την ελάχιστη ανάγκη από οξυγόνο. Στα σπονδυλωτά, η διαδικασία μυϊκής σύσπασης γίνεται κατά κύριο λόγο αναερόβια. Οι μύες του βατράχου θα συστέλλονται συνεχώς με την κατάλληλη διέγερση υπό μία ατμόσφαιρα καθαρού αζώτου. Κατά τη συστολή, ένας μυς παράγει γαλακτικό οξύ από τη μετατροπή της ζάχαρης. Με άλλα λόγια το οξυγόνο δεν είναι ένας από τους πρωτογενείς παράγοντες μυϊκού έργου. Οι αποθήκες οξυγόνου στο σώμα είναι μικρές. Εντατική αναπνοή δεν λαμβάνει χώρα πριν από την άσκηση, η άσκηση γίνεται πρώτα και μετά εμφανίζεται η ανάγκη για οξυγόνο, που χρειάζεται για να καθαρίσει το σύστημα για να προετοιμαστεί για την επόμενη άσκηση. Η ανάγκη για οξυγόνο, προκειμένου να γίνει αυτό το καθάρισμα και να επανακτηθεί η δύναμη ονομάζεται, όπως την όρισε ο A.V. Hill, "έλλειμμα οξυγόνου" της άσκησης. Από την άλλη πλευρά, στοιχεία που διαθέτουμε σήμερα δείχνουν ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα απαραίτητο συστατικό του πρωτοπλάσματος. Είναι ένας από τους παράγοντες της ισορροπίας των αλκαλικών και των όξινων στοιχείων για τη διατήρηση του φυσιολογικού pH των ιστών. Η ελάττωση του επιπέδου της φυσιολογικής ποσότητας του διοξειδίου του άνθρακα, προκαλεί διαταραχή σε μια από τις βασικές καταστάσεις της ζωής. Μια άλλη φυσική αλλά παραπλανητική έννοια είναι ότι το διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο είναι τόσο ανταγωνιστικά που στο αίμα αύξηση του ενός εκ των δύο στοιχείων οδηγεί σε αντίστοιχη απώλεια του άλλου. Αντίθετα τα δύο αέρια κρατιούνται και μεταφέρονται στο αίμα με διαφορετικό τρόπο: το οξυγόνο μεταφέρεται από την αιμοσφαιρίνη των ερυθροκυττάρων, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα συνδυάζεται με τα αλκαλικά στοιχεία στο αίμα. Ένα δείγμα αίματος μπορεί να έχει και τα δύο αέρια σε ψηλά ή και τα δύο σε χαμηλά επίπεδα. Όμως, σε φυσιολογικές συνθήκες χαμηλό οξυγόνο και χαμηλό διοξείδιο του άνθρακα - ανοξαιμία και ακαπνία - γενικά εμφανίζονται μαζί. Κάθε μια από αυτές τις αφύσικες καταστάσεις τείνουν να προξενούν και να εντατικοποιούν η μια την άλλη. Η

θεραπευτική αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα, με εισπνοή αυτού του αερίου διαλυμένου στο αίμα, συχνά αποδεικνύεται αποτελεσματικός παράγοντας βελτίωσης της οξυγόνωσης του αίματος και των ιστών. Σε τέτοιες συνθήκες οξείας έλλειψης οξυγόνου, όπως είναι η περίπτωση της ασφυξίας από το μονοξείδιο του άνθρακα, το σώμα υποφέρει από υπερβολική έλλειψη διοξειδίου του άνθρακα και η αποκατάστασή του είναι χρήσιμη. Σε ένα πνιγμένο άνθρωπο ή σε νεογέννητο που δεν αναπνέει, η έλλειψη του οξυγόνου δεν προκαλεί ούτε δημιουργεί πλεόνασμα διοξειδίου του άνθρακα. Αντίθετα, όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου, το γαλακτικό οξύ και άλλα προϊόντα πρωτογενούς αποσύνθεσης των ιστών δεν μπορούν να μετατραπούν σε διοξείδιο του άνθρακα, επειδή γι' αυτή τη μετατροπή η παρουσία οξυγόνου είναι αναγκαία.

·

Ως παράγοντας οξεο-βασικής ισορροπίας.

Η σύγχρονη φυσιολογία έχει δείξει, ότι εκτός από τον έλεγχο και τη ρύθμιση που επιβάλλεται από το νευρικό σύστημα, υπάρχουν πολλές χημικές ουσίες που παράγονται στο σώμα και επηρεάζουν τη λειτουργία και τη μορφή του. Ο Starling τους έδωσε το όνομα "ορμόνες". Ανάμεσα στις ορμόνες αυτές είναι η αδρεναλίνη, θυροξίνη, ινσουλίνη και πολλά άλλα προϊόντα εσωτερικής έκκρισης άλλων οργάνων. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι η σημαντικότερη ορμόνη ολόκληρου του σώματος: είναι η μόνη που παράγεται σε κάθε ιστό και που λειτουργεί ίσως σε κάθε όργανο. Στη ρύθμιση των λειτουργιών του σώματος, το διοξείδιο του άνθρακα ασκεί τουλάχιστον τρεις λειτουργίες: 1) Είναι ένας από τους κύριους παράγοντες στην ισορροπία οξέων-βάσεων του αίματος. 2) Είναι ο βασικός ρυθμιστής της αναπνοής. 3) Ασκεί σημαντική επίδραση στην καρδιά και την κυκλοφορία. Τα τελευταία χρόνια η βιβλιογραφία διογκώθηκε αρκετά σε θέματα που αφορούν τα "αλκαλικά αποθέματα", την ισορροπία οξέωνβάσεων, το PΗ ή τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου του πλάσματος. Έχουν γίνει πολλές έρευνες και συζητήσεις των πραγματικών ή υποθετικών σχέσεων αυτών των χαρακτηριστικών του αίματος σε κλινική οξέωση και αλκάλωση. Σε περίπλοκες ρυθμίσεις της φυσικής και χημικής ισορροπίας στο αίμα, το διοξείδιο του άνθρακα συμμετέχει περισσότερο από κάθε άλλο παράγοντα, σε διαταραχές λόγω αλλαγών στη δραστηριότητα του σώματος ή στην παραγωγή θερμότητας. Αλλά είναι και ο παράγοντας που αναπροσαρμόζεται άμεσα. Οι αυτόματες αντιδράσεις που επηρεάζουν αυτή την αναπροσαρμογή είναι η αύξηση ή η μείωση του όγκου αναπνοής. Ο όγκος εξαρτάται από το βάθος περισσότερο παρά από το ρυθμό της αναπνοής: ή μάλλον είναι προϊόν βάθους και ρυθμού. Καθορίζει το βαθμό αερισμού του αίματος καθώς περνά μέσα από τους πνεύμονες. Φυσιολογικά ρυθμίζεται έτσι ώστε το διοξείδιο του άνθρακα στον κυψελιδικό αέρα των πνευμόνων να διατηρείται σε μερική πίεση κάπως μεγαλύτερη του 5% μιας ατμόσφαιρας. Αυτό το ποσό του διοξειδίου στον κυψελιδικό αέρα παράγει ακριβώς αυτή την ποσότητα ανθρακικού οξέος σε διάλυμα στο αίμα που χρειάζεται για να εξισορροπήσει το ποσό των αλκαλίων και έτσι να διατηρήσει το φυσιολογικό PΗ. Αυτή η αρχή εκφράζεται με την εξίσωση του Henderson: pH=Kx[H2CO3]/[NaHCO3].

Αν όμως λόγω της διαταραχής της λειτουργίας των νεφρών ή άλλων οργάνων, τα αλκαλικά στοιχεία του αίματος που χρησιμοποιούνται δεν είναι στη φυσιολογική ποσότητα, το pH του αίματος θα πρέπει να είναι επίσης αφύσικο, εκτός αν λαμβάνει χώρα ο έλεγχος της αναπνοής στο διοξείδιο του άνθρακα στον κυψελιδικό αέρα και έτσι πάνω στο ανθρακικό οξύ στο διάλυμα του αίματος. Όταν τα αλκαλικά του αίματος είναι χαμηλότερα από τα φυσιολογικά επίπεδα, η αναπνοή αυξάνει και εξασφαλίζει πνευμονικό αερισμό. Το αντικείμενο και το αποτέλεσμα της αύξησης είναι ότι το κυψελιδικό διοξείδιο αναμιγνύεται με πιο φρέσκο αέρα και διαλύεται. Κατά συνέπεια το ανθρακικό οξύ της αρτηριακής πίεσης του αίματος μειώνεται αναλογικά. Αυτό αποτελεί εξήγηση της αυξημένης αναπνοής που παρατηρείται στην οξέωση οξείας νεφρίτιδας και στο διαβητικό κώμα και καταλήγει σε έλλειψη αέρα καθώς πλησιάζει ο θάνατος. Η αύξηση της αναπνοής είναι φυσικό επακόλουθο της μείωσης των αλκαλίων του αίματος. Από την άλλη πλευρά, αν το ποσό του διοξειδίου του άνθρακα είναι λιγότερο από αυτό που χρειάζεται και υπάρχουν ταυτόχρονα φυσιολογικά ή υπερβολικά αλκαλικά στο αίμα, η αναπνοή μειώνεται και πέφτει ολοκληρωτικά. Αυτές οι αναπνευστικές αντιδράσεις εξαρτώνται από την σχετική επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα στη χημική ισορροπία με τα αλκαλικά του αίματος. Αυτές οι αναπνευστικές αντιδράσεις εξαρτώνται από τη σχετική επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα στη χημική ισορροπία με τα αλκαλικά του σώματος, επειδή αν τα αλκαλικά είναι ελαφρά εκτός ισορροπίας, το αναπνευστικό κέντρο ερεθίζεται δυναμικά ή μειώνεται. Δεν έχει εξακριβωθεί ακόμη αν οι φυσιολογικές αντιδράσεις προς το διοξείδιο του άνθρακα οφείλονται ευθέως στην ουσία αυτή, ή μάλλον στο PH του αίματος και σε άλλα υγρά στα οποία το διοξείδιο είναι βασικό συστατικό. Όμως, πρέπει να σημειωθεί ότι η ύπαρξη αυτών των αντιδράσεων θέτει σε αμφισβήτηση πολλές από τις σημερινές θεωρίες της χημείας περί χημικής οξέωσης και αλκάλωσης. Δεν είναι σωστό από την πλευρά της χημείας ή της φυσιολογίας να υποθέσουμε ότι, επειδή το ποσό των αλκαλικών είναι υψηλό ή χαμηλό, το PH και το αίμα πρέπει να επηρεάζονται αντίστοιχα. Υψηλό ή χαμηλό επίπεδο αλκαλικών στο αίμα προκαλεί αντίστοιχη μείωση ή αύξηση του όγκου αναπνοής για να εξισορροπηθεί και να μπορέσει να συγκρατηθεί το PH σε φυσιολογικά επίπεδα. Αν λοιπόν υπάρχει πρόβλημα νεφρίτιδας ή διαβήτη ή άλλες διαταραχές, το PH δεν είναι φυσιολογικό και το αίμα γίνεται πιο όξινο ή πιο αλκαλικό από το φυσιολογικό. Μπορεί να υπάρξει κάποια διαταραχή της αναπνευστικής ρύθμισης του διοξειδίου του άνθρακα των κυψελίδων που δεν μπορούμε να κατανοήσουμε ακόμη. Κρίνεται απαραίτητη μία φυσιολογική ρύθμιση της πίεσης του διοξειδίου του άνθρακα για να ρυθμίσουμε είτε την υψηλή είτε τη χαμηλή αλκαλικότητα, ιδιαίτερα σε όλες τις συνθήκες που συμβαδίζουν με τη συνέχιση της ζωής.

6.

Ραδιανθρακική χρονολόγηση

Στο CO2 της ατμόσφαιρας περιέχεται σε ελάχιστα ίχνη και το ραδιενεργό ισότοπο 6΄14. Το ισότοπο αυτό εκπέμπει ακτινοβολία β. Προκύπτει από την επίδραση νετρονίων επί του αζώτου της ατμόσφαιρας, σύμφωνα με την πυρηνική αντίδραση: 14

14

7

N+

1

η→

0

N +1n →

14

14

6

C+

1

1

H

C + 1H

Το ισότοπο 14C περιέχεται σε σταθερή αναλογία (ένα άτομο αυτού περιέχεται σε 10.000.000.000.000 άτομα του άνθρακα δώδεκα). Με αυτήν την αναλογία βρίσκεται κα στους φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς. Μετά το θάνατο του οργανισμού παύει η αφομοίωση του CO2 της ατμόσφαιρας από αυτόν και η περιεκτικότητα του 14C αρχίζει να ελαττώνεται εκθετικά .Η ελάττωση αυτή ζωής των ραδιοϊσοτόπων. Στον 14C η ημιζωή είναι 5.568 έτη. Μετά δηλ. από 5.568 έτη η ποσότητα του 14C θα ελαττωθεί κατά το μισό, μετά από 2 x 5.568 = 11.136 έτη κατά το 1/4 κ.ο.κ. Υπολογίζοντας λοιπόν τη ραδιενέργεια ενός δείγματος φυτικών ή ζωικών λειψάνων, είναι δυνατό να καθοριστεί με αρκετά μεγάλη ακρίβεια ο αριθμός των ετών που πέρασαν αφ’ ότου πέθανε ο φυτικός ή ζωικός αυτός οργανισμός. Η τεχνική αυτή της ραδιανθρακικής χρονολογήσεως αναπτύχθηκε από τον Αμερικανό χημικό W.F. Libby και προς το παρόν εφαρμόζεται με ακρίβεια ±300 έτη για κάθε ημιζωή και μέχρι 40.000 ετών.

1.

Χρησιμοποίηση

Το CO2 χρησιμοποιείται για την Παρασκευή ανθρακικών αλάτων, όπως της ανθρακικής σόδας (Na 2CO3),του ανθρακικού μολύβδου6 (στουπέτσι (PbCO3) κ.α. Το υγρό CO2 χρησιμοποιείται , μεταφερόμενο μέσα σε χαλύβδινους κυλίνδρους, σαν πηγή CO2 στα εργαστήρια, εργοστάσια, στη Ιατρική σαν τονωτικό της αναπνοής σε ορισμένες περιπτώσεις, καθώς επίσης και στην κατάψυξη και διατήρηση ( όπως ο ξηρός πάγος, το στερεό CΟ2) αγγειακών μοσχευμάτων. Χρησιμοποιείται στη χαλυβουργία για τη σκλήρυνση και εκδίωξη των φυσαλίδων αέρος που υπάρχουν στο χάλυβα, στη βιομηχανία ζάχαρης για την καταβύθιση της ασβέστου και στην κατά Σολβάι (Solvay) μέθοδο παρασκευής της σόδας. Επίσης τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται κατά πολύ στη διατήρηση και μεταφορά φρούτων (κυρίως μήλων), στη μεταφορά κατεψυγμένων κρεάτων και την απολύμανση (αποθηκών σίτου κ.λ.π.), γιατί καταστρέφει τα μικρόβια. Μεγάλες ποσότητες CO2 χρησιμοποιούνται στη Παρασκευή, διατήρηση και διακίνηση διαφόρων ποτών (μεταλλικά νερά, οίνοι μπύρα κ.λ.π.). Τέλος χρησιμοποιείται για το γέμισμα πυροσβεστήρων εξ αιτίας της ιδιότητάς του να μην συντελεί στη καύση (σβήνει τη φωτιά).

8.

Ανίχνευση

Εάν το αέριο που εξετάζουμε, διαβιβαστή σε διάλυμα ασβέστου, το διάλυμα θολώνει από την παρουσία CO2 λόγω σχηματισμού CaCO3 (ανθρακικού ασβεστίου), σύμφωνα με την αντίδραση CO2 + Ca (OH)

2

→ CaCO3 + H2O

Εν κατακλείδι το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί το φυσικό συστατικό της ατμόσφαιρας και προϊόν της αναπνοής όλων των οργανισμών και της καύσης όλων των οργανικών ενώσεων. Αποτελεί τη μορφή με την οποία ο άνθρακας βρίσκεται στο νερό και στην ατμόσφαιρα και με την οποία πραγματοποιεί το μεγαλύτερο τμήμα του κύκλου του στη φύση. Η παρουσία του στην ατμόσφαιρα είναι εξαιρετικά σημαντική για τη ζωή, σε όλο τον πλανήτη, γιατί, όπως και οι υδρατμοί, επιτρέπει τη διέλευση της μικρού μήκους κύματος ηλιακής ακτινοβολίας, απορροφά όμως την ανακλώμενη από την επιφάνεια της Γης μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (υπέρυθρη), εμποδίζοντας τη διαφυγή της θερμότητας στο διάστημα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη θέρμανση της ατμόσφαιρας σε θερμοκρασίες που ευνοούν τη δημιουργία και διατήρηση της ζωής. Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα -αποτέλεσμα της ευρείας χρησιμοποίησης ορυκτών καυσίμων στις διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες (συγκοινωνίες, λειτουργία βιομηχανιών κ.λπ.) και της αποψίλωσης δασικών εκτάσεων σε όλο τον πλανήτη- είναι μια από τις κύριες αιτίες για τη δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου και κατά συνέπεια για τις κλιματικές μεταβολές που παρατηρούνται παγκοσμίως . Η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα που εκλύεται στην ατμόσφαιρα αυξήθηκε κατά την εκατονταετία 1890-1990 κατά 20% και πρόσφατες μετρήσεις δείχνουν ότι ετησίως σε όλο τον πλανήτη ανέρχεται σε 22 δισεκατομ. τόνους. Σημαντικό βήμα για την αντιμετώπιση του φαινομένου αποτέλεσε η λεγόμενη συνθήκη για την υπερθέρμανση του πλανήτη, που υπογράφηκε από 154 χώρες στη Διάσκεψη του Ρίο το 1992 , οι οποίες και δεσμεύτηκαν να περιορίσουν έως το 2000 την εκπομπή CΟ2 στο επίπεδο που είχε το 1990. Όσον αφορά τις χώρες από τις οποίες εκλύεται CΟ2, πρώτες σε ποσοστό έρχονται οι ΗΠΑ (23% του παγκοσμίως εκλυόμενου CΟ2), δεύτερη η Κοινοπολιτεία Ανεξάρτητων Κρατών (16%) και ακολουθούν η Κίνα, η Ιαπωνία και η Ινδία.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1.

Παγκόσμια Εγκυκλοπαίδεια 2002, τόμ. 2, σελ. 252-254

2.

Ηλεκτρονική Εγκυκλοπαίδεια « Επιστήμη και Ζωή » άρθρο : Διοξείδιο του άνθρακα.

3.

Χημεία Οργανισμού Β΄ Γυμνασίου κεφ. 2.1.3 σελ.94-95

4.

http://www.primedu.uoa.gr/sciedu/BIBLIO/bookTeachers/sheet/plants/plantsIntrud.htm

5.

http://www.nask.gr/ianapnoi.html Της μαθήτριας : Τζιάτζιου Μαρίας Καθ. : Τσελούδης Βύρων Β΄ Γυμνασίου Τμήμα: Β3