Kemičar u kući (#8): treba znati kada jesu, a kada nisu opasni ugljikov dioksid, monoksid i metan

U serijalu „Kemičar u kući“ objavljujemo kemijske zanimljivosti iz svakodnevnog života. Želimo vam pokazati kako znanje kemije može svakome, pa i ne-kemičaru, pomoći u svakodnevnom životu.

Nenad Raos nedjelja, 31. svibnja 2020. u 07:00

– Kemijski pokus nije zato da prikaže prirodne zakone nego da se prirodni zakoni iz njega izvedu – reče mi neki, sada već pokojni profesor kemije. Učenici bi trebali, gledajući pokus, sami doći do kemijskih zakona – uz  minimalnu pomoć nastavnika. No kako to izgleda u praksi?

Profesor o kojem je riječ postavio je na satu kemije uređaj za elektrolizu vode, poznati Hofmannov aparat, a potom pozvao učenike da ga dobro pogledaju i napišu što vide. Vidjeli su ovo i ono, sve i sva, ali nitko u cijelom razredu nije napisao ono najvažnije – da je vidio kako na elektrodama nastaju mjehurići plina! Vodika i kisika, razumije se. Pa se profesor čudi. A nema se čemu čuditi.

Kemija je kao znanost bila stara već gotovo dvije tisuće godina kada su se kemičari počeli zanimati za plinove. Riječ gas skovao je istom holandski liječnik i kemičar Jan Baptista van Helmont na prijelazu 16. i 17. stoljeća. Joseph Priestley je krajem 18. stoljeća otkrio kisik, no imao je sasvim drugačiju  predodžbu o naravi i sastavu zraka nego što je mi imamo. Prava narav plinova bit će objašnjena tek u 19. stoljeću, a kemijska formula glavnih sastojaka zraka, kisika (O2) i dušika (N2), ustanovljena tek 1860. godine.

Sve ovo pišem ne zato da čitatelja provedem kroz povijest kemije, nego da opravdam profesorove učenike – koji nisu u 45 minuta uspjeli riješiti problem kojim su se (al)kemičari mučili više od dva tisućljeća. Plinovi su zagonetni. I onda se ne treba čuditi da su zagonetni i u svakodnevnom životu. Ljudi ih ne poznaju.

Nedavno vidjeh videosniku ruskog kupanja u hladnoj vodi. Lijepo. No nije lijepo što je voda bila topla, a ne ledeno hladna, pa „morži“ odlučiše da je ohlade. I onda u bazen (i to zatvoren!) nabacaše suhoga leda. I svi pogiboše. Ali ne od hladne vode.

Pri nagloj (adijabatskoj) ekspanziji ugljikova dioksida nastaje suhi led
Pri nagloj (adijabatskoj) ekspanziji ugljikova dioksida nastaje suhi led

Jasno je: suhi led nije drugo doli kruti ugljikov dioksid, CO2. Vrlo je hladan (-78,5 oC) i dobro dođe ugostiteljima kada treba ohladiti piće, jer iza njega – samo ime kaže – ne zaostaje voda, ne zaostaje ništa mokro. No jedno je ohladiti čašu limunade, a drugo bazen vode. U bazenu se i oko njega, jednom riječju, nakupilo toliko ugljikova dioksida da su se kupači u njemu ugušili.  (Maksimalna dopuštena koncentracija ugljikova dioksida u zraku je 900 mg/m3 – 100 grama suhoga leda može zatrovati 100 m3 zraka.) Još je gore što je CO2 1,5 puta teži od zraka, pa nije mogao bez jakog provjetravanja izići iz prostora bazena. Za to svojstvo ugljikova dioksida znaju i podrumari kada u vinski podrum uvijek ulaze s upaljenom svijećom, koju drže što bliže tlu. Ako se svijeća ugasi, treba bježati iz podruma.

Još je opasniji i nadasve podmukliji drugi oksid ugljika, ugljikov monoksid, CO. Zašto to kažem? Zato što se CO2 osjeti, jer izaziva osjet gušenja (refleks izdisanja nastaje kada volumni udio CO2 u aleveolama prijeđe 5%  –  ne kada nestane kisika). Nasuprot tome, trovanje ugljikovim monoksidom  nema jasne simptome: otrovani od njega onemoća – i zaspe zauvijek. Usto koncentracija tog plina  u zraku ne smije prijeći 30 mg/m3 – CO je dakle 30 puta otrovniji od CO2.

Kao što su se Rusi otrovali ugljikovim dioksidom zbog neznanja (da ne kažem gluposti), tako bi se isto moglo reći i za ljude koji stradavaju od ugljikova monoksida. Riječ je naime o štednji. Ako peć slabije vuće, manje će vrućeg zraka polaziti kroz dimnjak, pa će više topline ostajati u prostoriji koju grijemo. To kaže fizika. No kemija kaže da će onda biti manje kisika u peći, pa ugljen ili plin neće do kraja izgorjeti, a baš time, nepotpunim izgaranjem nastaje ugljikov monoksid (umjesto ugljikova dioksida). Drugi su uzrok trovanja ugljikovim monoksidom ispušni plinovi iz automobila – no to smo već mnogo puta vidjeli na filmu, naročito ako volimo gledati one starije. U zatvorenoj se garaži nikad ne pali motor!

Ima još jedna priča o plinu. Dođe meni ekipa iz plinare, da zamijeni plinsku uru. Majstor vidi da mi plin na dovodnoj cijevi pušta. Pa kaže da je to dimnjačar trebao vidjeti. A ja njemu, majstoru, da dimnjačar nije ništa trebao vidjeti jer njega zanima plin koji izlazi iz peći, ugljikov monoksid, a ne plin koji ulazi u peć, zemni ili prirodni plin. Njemu pak ništa nije jasno. Plin je plin, a plin je opasan!

Da budemo sasvim jasni, plin koji ulazi u peć jest opasan (jer je zapaljiv i eksplozivan), ali nije otrovan. Riječ je o metanu. No nekoć do peći i štednjaka nije dolazio zemni nego gradski plin – plin koji se dobivao propuštanjem zraka ili vodene pare preko užarenog ugljena. Taj se plin sastojao poglavito od ugljikova monoksida, koji je – razumije se – otrovan. I što sad reći? Riječ „plin“ označava agregatno stanje, a ne kemijsku narav tvari. U plin se mogu prevesti oksidi, kloridi, kovine, kiseline, čak i stijene – pri udaru velikih meteorita. No tako što ne viđamo u našoj kuhinji.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, a u posljednje vrijeme i za mrežne stranice Zg-magazin te, naravno, Bug online. Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, među njima i knjige  „Deset kemijskih pokusa koji su promijenili svijet“ koja je izišla 2000. godine kao prošireni katalog istoimene izložbe u zagrebačkom Tehničkom muzeju Nikola Tesla. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.