出品：科普中國
製作：雪楊
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
關於二氧化碳，其實我們並不陌生，它存在於周遭的空氣中，在美味的食品裡，看似溫和的它竟然會給我們的生活帶來安全隱患！
不過別擔心，“知者無畏”，有了科學的認知，就能消除這種隱患並且合理有效地讓二氧化碳為我們所用。
原來人體內二氧化碳濃度過高或過低都會中毒！
一聽到“人吸進氧氣”是不是會不假思索的接出下一句“呼出二氧化碳”？這在我們腦海裡看似根深蒂固的標準答案真的正確嗎？我們一探究竟：
呼出氣體中氣體含量（圖片來源：作者自製）
空氣中氣體含量（圖片來源：作者自製）
可見，呼出的氣體中，二氧化碳含量雖然有所上升，但也隻佔總氣體含量的4%，並非呼出的氣體全都是二氧化碳。也正是由於我們呼出的氣體中，還存在著16%的氧氣，足夠維持人體的呼吸作用，昏迷患者或心跳停止患者如無自主呼吸，急救人員會立即予以人工呼吸，以保證不間斷地向患者供氧，防止重要器官因缺氧造成不可逆性損傷。
（錦州醫科大學學生丁慧為素不相識的突發疾病暈倒的患者進行人工呼吸，圖片來源：央視新聞）
在以往的二氧化碳洩露事故中有人就是因為液態的二氧化碳大量氣化之後，擠走了事故現場的氧氣而窒息。
當人體在二氧化碳濃度較高的環境中呼吸時，若二氧化碳的濃度達到1%以上，就會使人頭暈目眩。看來著名歌手王力宏在他的歌曲《改變自己》中所唱的歌詞不假：“清早起床了，覺得頭有點痛，可能是二氧化碳太多氧氣不足”。
（圖片來源：作者提供）
當二氧化碳濃度達到4～5%，人便會惡心嘔吐，呼吸不暢。若濃度繼續提高超過10%，甚至會致人死亡。所以日常生活中，我們要盡量避免進入二氧化碳濃度高的區域，比如廢井、地窯、礦井、下水道等。
如果確有進入的必要，要先點燃蠟燭觀察燃燒情況，如果蠟燭立即熄火，說明空氣中二氧化碳濃度至少在8%以上，進入時必須采取保護措施，比如先通風排氣，並佩戴呼吸面罩。[4]
另外，當人體吸入的二氧化碳濃度過低時，同樣能對人產生致命的影響。
這是因為人體體內的一小部分（約5%）二氧化碳物理溶解在血中形成二氧化碳分壓Pa (CO2)，通過刺激中樞化學感受器和神經化學感受器來促使呼吸中樞興奮，進而維持人體呼吸活動持續不斷的進行。絕大部分（95%）CO2, 則以碳酸氫根（-HCO3）的方式存在於血液中，在調節體液pH值時起著非常重要的作用。
當你極度憤怒、悲痛或者情緒激動時，是否有過這樣的體驗：渾身顫抖、手腳發麻、頭暈甚至抽搐、不能呼吸、甚至背過氣去？
造成這些讓人不能自已的生理反應的罪魁禍首，就是人體缺二氧化碳，人在極端情緒中呼吸作用會加劇，呼出過多的二氧化碳，造成體內二氧化碳濃度偏低，pH值升高，大於7.45（正常7.35～7.45）而致使“呼吸性鹼中毒”[5,6]。
對於呼吸性鹼中毒，正常情況下，只有過度換氣才可發生，所以不要刻意去加快呼吸加速換氣，盡量避免情緒激動，如果發作，可以通過閉氣來控制呼吸次數。
二氧化碳不止用在可樂裡，這些領域也會用到
二氧化碳在我們日常生活中扮演著重要的角色。
我們選用材料時主要看它的物理和化學性質。由於二氧化碳不能支持燃燒，並且密度大於空氣，因此可以包覆在可燃物周圍而隔絕氧氣，所以人們常用二氧化碳製備滅火器。
而且用二氧化碳滅火的一大優勢是滅火之後二氧化碳會自然揮發，不留任何痕跡，“深藏身與名”，因此才更多地用於電子通信、互聯網等高科技公司的消防滅火當中，而不會給電子器件和設備帶來任何汙染。
（圖片來源：http://www.pajy999.com/zp_view.asp?id=690）
但是切記，對於鉀、鈣、鈉、鎂等活潑金屬失火，千萬不能用二氧化碳滅火器滅火，這是因為這些活潑金屬可以在二氧化碳中劇烈燃燒。以鎂為例，它與二氧化碳可發生如下反應：
Mg+CO2 = 2MgO+C
（圖片來源：https://baike.baidu.com/item/%E9%95%81）
鎂在二氧化碳中燃燒（圖片來源：http://m.sohu.com/a/116631147_117959）
在食品領域，由於二氧化碳可能是目前為止所有氣體中，唯一能夠少量溶解在水中，溶於水中無毒，並且產生能使人味覺愉悅的刺痛感（俗稱殺口感）的氣體，因此被廣泛用在雪碧、可樂、啤酒等碳酸飲料的製備中。
想象一下，在炎熱的夏天，喝上一口冰鎮的可樂或啤酒，一股清涼的衝擊自內而外向你襲來，而嘴裡殘留著微痛的刺激感，你一定會感歎：這錢花的真值！
你感受到的這種殺口感是因為碳酸飲料中的二氧化碳在口腔的高溫作用下迅速鼓泡並且破裂溢出，刺激口腔感官細胞而造成的。而飲用已經開封存放較久的碳酸飲料，殺口感就會大打折扣甚至蕩然無存，這是因為碳酸飲料開封之後，隨著存放時間的延長，飲料中所溶解的二氧化碳逐漸逸出，就難以給人帶來足夠的刺激。
（圖片來源：作者提供）
關於二氧化碳，在生活中還有很多應用，比如固態的二氧化碳（乾冰）可以應用於舞台演出，產生煙霧繚繞如仙境般的場景
（圖片來源：www.ycnews.cn）
有時也會出現在餐廳或者社交場所的水果拚盤中，還會加在紅酒當中來提升食物的口感
（圖片來源：http://app.myzaker.com/news/article.php?pk=5cd96301b15ec00cfd48acef）
在工業領域，二氧化碳還可以作為雷射器的出光介質，用來製備二氧化碳雷射器。二氧化碳雷射器是世界上最早的氣體雷射器，也是目前使用最廣泛的工業用雷射器[7]，在材料加工、切割、雕刻、焊接等領域有著無可替代的優勢[8]。
軍事領域中，二氧化碳雷射器在放電作用下，可以發射波長在10.6μm的紅外波長的雷射，人眼無法察覺，卻在大氣中具有較強的穿透力，所以在軍事上可以用作雷射武器，並且能做到殺敵於無形。
在醫療方面，由於紅外光較可見光和紫外光的穿透能力更強，並且更容易被人體組織中的水分子吸收，所以二氧化碳雷射器常被用來做雷射護膚、祛痘、脫毛、磨皮等雷射手術。
（圖片來源：https://new.qq.com/omn/20190515/20190515A0AQU800）
（圖片來源於網絡及作者提供）
面對二氧化碳引起的溫室效應 科學家研製出新型燃料
雖然二氧化碳有如此多的應用，但是地球上的二氧化碳濃度也不是越高越好。隨著二氧化碳濃度的提高，溫室效應等環境問題已悄然而至。
（圖片來源: https://diyitui.com/content-1470593998.50772487.html）
（圖片來源: https://item.btime.com/m_99802957058c5988c?from=so）
加利福尼亞大學聖地亞哥分校的研究人員稱：2019年4月,大氣二氧化碳月均濃度達到觀測史上的最大值。月均濃度超過了410ppm，在至少過去80萬年中，該數值達到了最高水準。
按照學者們的估計，大氣二氧化碳月均濃度指標在過去雖然一直波動，但在工業革命前，這一指標從未超過 300ppm，顯然，二氧化碳濃度的大幅度提高與人類社會進入工業革命直接相關，比如大量利用化石燃料作能源[9]。
面對地球二氧化碳濃度的升高，科學家們正在做出努力。
首先是減少化石燃料的使用，比如更多的利用太陽能。在這方面，中科院大連化物所李燦院士領導的研究團隊人工模擬植物的光合作用，在水中加入自己研製的催化劑，在太陽光的照射下就可以把水分解成氫氣和氧氣，實現了綠色燃料的製備。
（圖片來源：https://science.sciencemag.org/content/347/6225/970/tab-pdf）
光催化分解水（圖片來源視頻：）https://cen.acs.org/articles/87/i32/Hydrogen-Sun-Water.html
另外，還可以對已存在的二氧化碳做轉化利用。
大連化物所張濤院士領導的團隊首次在國際上創造性地提出了“單原子催化”的概念，並利用自己研製的單原子催化劑，對二氧化碳進行催化利用，不僅減少了二氧化碳的排放，還變廢為寶，利用二氧化碳製備出了甲酸、一氧化碳等重要的化工原料和能源燃料。
（圖片來源：https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30577-1）
減少碳排放，保護我們共同的家園，是每個公民義不容辭的責任。小編也在這裡呼籲大家，為人類戰勝溫室效應貢獻自己力所能及的力量，比如：
1、出門少開車，盡量走路、騎自行車或者坐公車；
2、盡量少喝可樂啤酒等碳酸飲料，多喝白開水；
3、夏天盡量多待在辦公室，減少在家開空調的時間。
（圖片來源：作者提供）
參考資料：
[1]https://baike.baidu.com/tashuo/browse/content?id=f97c8e264697a102f4c2c248&lemmaId=4051775&fromLemmaModule=pcBottom
[2] http://sdbwg.hzxh.gov.cn/art/2016/11/1/art_1241016_2631908.html
[3] https://baike.baidu.com/item/尼奧斯湖/9444591?fr=aladdin
[4]https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A2%B3%E4%B8%AD%E6%AF%92/4051775
[5] www.bjnews.com.cn/health/2013/12/31/299909.html
[6] https://m.dxy.com/disease/9127/detail
[7] Patel, C. K. N. Continuous-Wave Laser Action on Vibrational-Rotational Transitions of CO2. Physical Review. 1964, 136 (5A): A1187–A1193.
[8] Andreeta, M. R. B.; Cunha, L. S.; Vales, L. F.; Caraschi, L. C.; Jasinevicius, R. G. Bidimensional codes recorded on an oxide glass surface using a continuous wave CO2 laser. Journal of icromechanics and Microengineering. 2011, 21 (2): 025004. Bibcode:2011JMiMi..21b5004A. doi:10.1088/0960-1317/21/2/025004
[9] Carbon Dioxide in the Atmosphere Hits Record High Monthly Average. The Keeling Curve. 2018-05-02.
香港九龍灣馬來街興發大廈15樓D室