Dr. Rózsahegyi Márta
egyetemi docens
Eötvös Loránd Tudományegyetem, Budapest
 

Gáz van!


 

Ősszel, szüret után minden évben hallani, olvasni néhány olyan balesetről, hogy boros pincében holtan találnak nem megfelelő elővigyázattal oda lemenő gazdákat. A fűtési szezon kezdete óta ebben az évben döbbenetesen sok áldozatot szedett a gázfűtés szabálytalan használata.
     Mit kell tudnunk, mit csempészhetünk be kiegészítésként a két gyilkos gáz: a szén-monoxid és a szán-dioxid tanításakor a tankönyvekben leírt tananyaghoz?
     Az első gáznemű anyag, amelyet az emberiség ősidők óta ismert, természetesen a levegő volt. Sokáig minden gázt levegőnek hittek. A híres római természettudós, Plinius már a levegő két fajtájáról írt: az élethez elengedhetetlenül szükséges, valamint a bizonyos helyeken található fojtó levegőről. A fojtó levegőt különböző barlangok mélyén figyelték meg, ahol azt belélegezve ember, állat halálát is lelte.
     Belga kémikus  és alkimista volt van Helmont, aki az 1600-as évek elején kimutatta, hogy a levegőn kívül más gáznemű anyagok is léteznek. Kísérleteiben szén-dioxid, szén-monoxid, kén-dioxid, hidrogén keletkezését figyelte meg. Felismerte, hogy szerves anyagok és a szén égésekor, valamint az erjedéskor ugyanaz az anyag: szén-dioxid keletkezik. Arra is rájött, hogy ez a gáz bizonyos anyagokban „fixálódni” tud, és onnan később hevítéssel ismét felszabadítható.
 
    A szén kevés oxigénnel szén-monoxiddá, oxigénfeleslegben szén-dioxiddá ég el. Mindkét vegyület kiemelkedően nagy stabilitású és mérgező. Mindkettő fulladásos halált okoz, de más-más mechanizmus alapján.
     A szén-monoxid színtelen, szagtalan, a levegővel közel azonos sűrűségű gáz. Mérgező hatása azon alapul, hogy a vér hemoglobinjával kb. háromszázszor stabilisabb komplexet képez, mint az oxigén, így megakadályozza annak megkötését és szállítását, azaz a gázcserét, ezért fulladásos halált okoz. Ez azt jelenti, hogy már kis szén-monoxid-koncentráció is végzetes lehet. Azért is rendkívül veszélyes méreg, mert amikor kezdi rosszul érezni magát a mérgezett, már nincs ereje menekülni.
     A szén-dioxid  is színtelen, szagtalan, a levegőnél nagyobb sűrűségű gáz. A Föld légkörének állandó alkotórésze: minden 1 millió molekula közül 350 a szén-dioxid-molekulák száma. Száz évvel ezelőtt még csak 290 volt ez a számadat, azóta az őserdők kiirtása miatt a szén-dioxid megkötése állandóan csökken, kibocsátása  viszont az iparosodással és a közlekedés fejlődésével rohamosan nő, így a természet egyensúlya megbomlott. A további romlás megakadályozására született meg 1992-ben a riói környezetvédelmi konferencián az az egyezmény, amely meghatározza  az egyes országok szén-dioxid-kvótáját, amelynek túllépése büntetést von maga után.
     A szén-dioxid is fulladásos halált okoz. A belélegzett oxigénmolekula a tüdőben a vér hemoglobinmolekulájával komplexet képez, ez az oxihemoglobin, a vérárammal eljut az izmokhoz, ott viszont az oxigén kis parciális nyomása miatt átadja az oxigént a mioglobinnak. Az izmok működése közben termelt szén-dioxidot a vér szállítja a tüdőbe, amit kilégzünk. Tehát lényegében az oxigén-szén-dioxid gázcsere a tüdőben egyensúlyi folyamat. Amennyiben megnő a belélegzett levegőben a szén-dioxid koncentrációja, az megakadályozza a szén-dioxid leadását a tüdőben, és ezzel együtt az oxigén felvételét, ezért okoz végül fulladást. Ha a levegő megszokott 0,03 térfogat-százalékos szén-dioxid-tartalma a tízszeresére nő, akkor már fejfájás, légszomj jelentkezhet. Ezért is fontos például a tantermek megfelelő szellőztetése. Ennek szemléltetésére elvégezhetjük a következő számolást:
Ha egy ember 8 órát tölt egy 30 m3-es hermetikusan zárt kabinban, hogyan változik meg a levegő összetétele?
A megoldás a következő: percenként átlagosan 5 dm3 levegőt lélegez be és ki az ember. 8 óra alatt ez 8 × 60 × 5 = 2 400 dm3. Ennek oxigéntartalma 21 térfogatszázalékról 18 térfogatszázalékra csökken: 2 400(0,21 – 0,18) = 72 dm3 oxigén alakul át szén-dioxiddá. Így a szén-dioxid-koncentráció: 72/30 × 103 = 2,4 × 10-3 = 0,24%.
Tehát majdnem tízszeresére nő a szén-dioxid koncentrációja.
     A szén-dioxid a széntartalmú anyagok égését nem táplálja, ezért kimutatása legegyszerűbben égő gyertyával történhet. Ezzel kell lemenni a pincébe a must erjedésekor, ha a gyertya elalszik, akkor ott addig a magasságig szén-dioxid van, ami azt jelenti, hogy tilos lemenni. Összegyűlhet még a szén-dioxid csatornákban, elzárt barlangüregekben, és okozhat tragikus baleseteket.
     Nem ennyire egyszerű a szén-monoxid kimutatása, de néhány ezer forintért kapható olyan berendezés, amely jelzi a veszélyt, ha akár a tüzelőszerkezet, akár a kémény meghibásodása miatt szén-monoxid kerül a légtérbe. Többféle elv alapján működő különböző szén-monoxid-jelző készüléket fejlesztettek ki. Az 1960-as években került forgalomba a japán eredetű Taguchi-szenzor. Ez olyan fém-oxid (pl. ón-oxid)  félvezetőt tartalmaz, amelyet 250o C-ra melegítenek, ekkor  oxigénatomok kötődnek meg a felületén. A szén-monoxid redukáló hatású vegyület, ezért reakcióba lép ezekkel a lazán kötött oxigénatomokkal, ennek során elektronok jutnak a félvezetőbe, növelik annak  elektromos vezetését, ezáltal működésbe jön a jelzőrendszer. A berendezés hátránya, hogy elég gyorsan kimerül, illetve nem kellően szelektív, minden redukáló hatású gázt jelez.
      A korszerű szén-monoxid-jelző berendezéseket az 1980-as években az USA-ban fejlesztették ki. Ezek olyan vegyületet tartalmaznak, amelynek az összetétele és a szerkezete nagyon hasonlít a hemoglobinéhoz, ezért, ha szén-monoxid-molekula kapcsolódik hozzá, az anyag színe sötétebb lesz. A szenzoron átbocsátott fényt elektromos, majd hangjelzéssé alakítják. A probléma itt az volt, hogy a levegőben jelenlévő nagyon kis mennyiségű szén-monoxid egy idő után akkumulálódott a készülékben, és az jelzett.
      Van olyan berendezés is, amelyik színváltozással jelzi a felszaporodó szén-monoxidot. Ezt a kis átlátszó műanyagdobozt a gázkészülékhez közel kell a falra felragasztani. Narancsszínű kristályos anyag (palládium(II)-klorid) van benne, amelynek a színe szén-monoxid hatására sötét szürkére változik. A következő redoxireakció megy végbe a két anyag között:
            CO + PdCl2 · 2 H2O = CO2 + Pd + 2 HCl + H2O
Réz(II)-klorid is van a dobozban, ez oxidálja vissza szükség esetén a fémpalládiumot palládium-kloriddá:
                   Pd + 2 CuCl2 = PdCl2 + Cu2Cl2
A folyamat utolsó lépése: a réz(I)-klorid a levegő oxigénje hatására visszaoxidálódik réz(II)-kloriddá.
      A legújabb típusú háztartási berendezések elektrokémiai alapon működnek. Platina- katalizátor segíti az elektródokon a reakciót, amelynek a lényege a következő:
Anód:  CO + H2O ® CO2 + 2 H+ + 2 e-
Katód: 1/2O2+ 2 H+ + 2 e- ® H2O
Az elektródok között folyó áram arányos a szén-monoxid mennyiségével.

         A tűzvédelmi előírások szerint  a középületeket, laboratóriumokat füstriasztóval is fel kell szerelni. Az egyszerűbb típusú füstriasztó működése azon alapul, hogy a füstben lévő szilárd részecskék szórják a fényt, ami így a fotocellára esik, áram indul meg, ami megszólaltatja a csengőt.

Egy füstdetektor belseje. Az ionizáló kamra a fölső "doboz"

     A korszerűbb készülék a sugárzás ionizáló hatását használja ki. A készülék belsejében egy ionizáló kamra van, amely két töltött fémlapból áll. Az egyik lyukas tányér alatt van egy nagyon kis mennyiségű (kb. 0,2 mg) transzurán elem, például americium, amely bomlásakor a-sugarakat bocsát ki. Ezek a részecskék a lyukon keresztül a kamrába jutnak, ahol a nitrogén- és oxigénmolekulákkal ütközve elektronokat szakítanak ki azokból, így ionokat képeznek. Az ionokat vonzza a töltött fémlap, ezért kilépnek a kamrából, azaz áram folyik a fémlapok között.
    A füstrészecskék szintén nagy mennyiségben tartalmaznak ionokat, ezek belépve a kamrába semlegesítik az ott lévő ionokat, ezzel csökken, illetve megszakad az áram, és ez szólaltatja meg a csengőt.
    Amint látjuk, a kémikusok, fizikusok, mérnökök  minden feladatot megoldanak  biztonságunk érdekében, már csak azt kellene elérni, hogy az emberekben legyen annyi felelősségtudat, hogy beszerezzék és használják ezeket a  berendezéseket.


KÖKÉL-válogatás