二酸化炭素

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1,二酸化炭素とは

炭素とその化合物の完全燃焼、生物の呼吸や発酵の際などに生じる気体。

俗称炭酸ガス、無水炭酸。炭の燃焼で生じる気体と発酵で生じる気体が

同じ物質であることを認め、gas sylvestreとしたのはベルギーのファン・ヘルモントであるが、

その化学的性質を詳細に調べたのはイギリスのJ・ブラックである。

ブラックは、二酸化炭素は大気中あるいは人間の呼気中に含まれ、

石灰水に吸収されると白濁を生じること、

カ性アルカリを固定して温和アルカリとすることなどを明らかにして、

二酸化炭素を固定空気fixed airとよんだ。

ブラックの研究は、化学的性質の違う気体の存在を認める、

いわゆる気体化学の時代（18世紀なかばから約50年間）の端緒となった。

二酸化炭素は大気中容積で約0.03％含まれ、動物の呼気、発酵などでも生成し、

また炭素を含む物質の燃焼、あるいは時に火山の噴気などに含まれる。

液化したものは液化炭酸とよばれ、ボンベ詰め（ボンベの色は緑）として市販されている。

固体二酸化炭素は固体炭酸またはドライアイス（商品名）とよばれ市販されている。

［守永健一・中原勝儼］

製法

実験室ではキップの装置を用い、炭酸カルシウム（大理石）と希塩酸から発生させる。

　　CaCO₃＋2HCl→CaCl₂＋H₂O＋CO₂
　
発生気体に含まれる微量の酸は炭酸水素カリウム水溶液を通して除き、

濃硫酸を通して乾燥すると純粋なものが得られる。

炭酸水素ナトリウムまたは炭酸マグネシウムを熱分解する方法もある。

　　2NaHCO₃→Na₂CO₃＋H₂O＋CO₂
　
工業的には、石炭、コークスをガス化する際、石灰石CaCO₃を焼いて

生石灰CaOを製造するときや、アルコール発酵の際の副産物、天然ガス、

石油生成の副生ガス、アンモニア合成工程の副生ガスとして多量に得られる。

精製には、炭酸ナトリウムまたはエタノールアミン冷水溶液を用い、

これに吸収させてから熱分解してもとへ戻す方法が普通用いられる。

精製した気体は鋼鉄製のボンベ内に60気圧で液体（液体炭酸）として蓄えられる。

［守永健一・中原勝儼］

性質

無色、無臭、不燃性の気体で空気より重い。

空気中に約2.5％含まれると、ろうそくに点火することができない。

3～4％含まれると人間は活動能力を失い、20～25％になると仮死状態となるが、

元来一酸化炭素と違って有毒ではない。

液化しやすく、常温でも50気圧にすると液化する。

液体二酸化炭素は常温では加圧下でなければ安定に存在することができず、

ボンベの口にズックの袋をかぶせてボンベから液体炭酸を

空気中に吹き出させると盛んに蒸発し、

その際蒸発熱を吸収して周囲の温度が下がり、

液体炭酸の一部が固化し、袋の中には雪のような固体炭酸ができる。

これを型に入れて固めたものがドライアイスである。
　

気体、液体、固体中でつねに分子の存在が認められる。

［守永健一・中原勝儼］

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薬用

呼吸興奮薬の一種。

二酸化炭素は呼吸中枢を刺激して吸気作用をおこさせる働きをもつ。

動脈血中の二酸化炭素の量が減少すると、呼吸数が減じ、

末梢(まっしょう)血管の拡張がおこって、血圧低下、

心拍数の増加と血液拍出量の減少がみられる。

もともと二酸化炭素は呼気より排出される生体の代謝産物であるが、

これが動脈血中に増加すると、呼吸中枢が興奮して呼吸が速くなり、

ガス交換を盛んにして血中の二酸化炭素の量を少なくしようとする。

また、空気中の二酸化炭素の濃度が3～5％になると生理的影響が現れ、

8％を超えると呼吸困難を訴え、

10％以上になると意識喪失がみられ、18％で致命的となる。
　

［幸保文治］




『井上祥平・泉井桂・田中晃二編『二酸化炭素――化学・生化学・環境』（1994・東京化学同人）　

▽大前巌著『二酸化炭素と地球環境』（中公新書）』