CO2

Dioxidul de carbon, cunoscut și ca CO2, este o compoziție chimică formată din carbon și oxigen. Are formula chimică CO2, conținând un atom de carbon legat de două atomi de oxigen. Dioxidul de carbon este un gaz incolor și fără miros, fiind prezent în atmosfera Pământului într-o cantitate foarte mică.

Definiția și utilizarea dioxidului de carbon:

Formulă chimică: CO2
Structură: Dioxidul de carbon are o structură moleculară cu un atom de carbon și două atomi de oxigen.

Utilizarea dioxidului de carbon:

Fotosinteză: Dioxidul de carbon este o componentă importantă a fotosintezei, procesului în care plantele și unele microorganisme absorb dioxidul de carbon din atmosferă și îl transformă în compuși organici, cum ar fi glucoza. Fotosinteza este un proces fundamental pentru producerea hranei și oxigenului în plante.
Respirație: Dioxidul de carbon este un produs secundar al metabolismului organismelor, inclusiv al omului. În timpul respirației, organismele eliberează dioxid de carbon în atmosferă.
Ciclu oxigen: Dioxidul de carbon este parte a ciclului oxigenului, procesul în care are loc o schimbare între oxigenul atmosferic și dioxidul de carbon din oceane și plante.
Conservarea alimentelor: Dioxidul de carbon se folosește uneori ca conservant în industria alimentară pentru a prelungi durata de păstrare a alimentelor.
Creșterea fertilității solului: Dioxidul de carbon poate fi folosit pentru a crește fertilitatea solului sub formă de oxid de calciu (var) sau alte fertilizatori.
Pudră pentru copt: În industria alimentară, dioxidul de carbon se folosește ca component de bază a pudrei de copt, care ajută la ridicarea aluatului și eliberează dioxid de carbon sub formă de gaz, ceea ce asigură umflarea aluatului.
Producția de băuturi: Dioxidul de carbon este prezent în băuturile spumoase, cum ar fi soda și sucurile cu bule, unde asigură bulele de gaz și gustul răcoritor.

Este important de reținut că dioxidul de carbon este și un gaz de seră, ceea ce înseamnă că contribuie la menținerea căldurii în atmosferă și influențează schimbările climatice. Prin urmare, se discută despre nevoia de a controla emisiile sale și de a căuta metode de reducere a impactului său asupra sistemului climatic.

Formulă: CO₂

Temperatura de fierbere: -78,46 °C

Masă molară: 44,01 g/mol

Densitate: 1,6 g/cm³ (solid); 1,98 kg/m³ (gaz)

Solubilitate: 1,45 kg/m³

Formulă sumară: CO₂

Masă moleculară: 44,0095 g/mol

Prezența în natură

Dioxidul de carbon este o componentă obișnuită a atmosferei terestre, iar concentrația sa^[4] în aer variază în funcție de condițiile locale, de altitudine și de umiditatea relativă a aerului. Din cauza emisiilor industriale, concentrația medie a dioxidului de carbon în aer crește în mod constant (vezi secțiunea „Influența dioxidului de carbon asupra încălzirii globale“).

O concentrație locală foarte mare este în locurile unde se eliberează din pământ în regiunile vulcanic active și în unele ape minerale naturale. Deoarece este mai greu decât aerul, se poate acumula în aceste locuri și reprezintă o capcană periculoasă pentru animale și oameni. Anual, activitățile vulcanice adaugă în atmosfera Pământului aproximativ 130-230 Tg, ceea ce reprezintă doar 0,5% din producția de CO₂ al omenirii^[5].

Dioxidul de carbon a fost de asemenea găsit în spațiul interstelar. Este o componentă principală a atmosferelor planetelor Venus și Marte. Spectroscopic a fost confirmat și în comete.

Utilizare

Dioxidul de carbon este un gaz industrial ușor accesibil. Se folosește ca:

resursă chimică pentru producția:
- compuși anorganici carbonați
- metanol
- polikarbonați
- poliuretani
- carbamați
- izocianati
- alți compuși organici compuși
gaz propulsor și atmosferă de protecție pentru scopuri alimentare
component al băuturilor spumoase băuturi
umplutură pentru extinctoarele de zăpadă extinctoare
mediu de răcire (gheață uscată)
în medicină se adaugă (până la 5 %) la oxigen pentru a crește eficiența respirației
în acvarismă pentru a susține creșterea plantelor acvatice

Influența dioxidului de carbon asupra încălzirii globale

În esență, CO₂ nu reprezintă o substanță dăunătoare, deoarece nu este toxic. La sfârșitul anului 1997 la Conferința privind atmosfera organizată în Japonia (Kjóto), țările negociante au ajuns la adoptarea unor limite pentru producția de CO₂. Aceste limite sunt cunoscute sub numele de Protocolul de la Kjóto. Creșterea CO₂ în atmosferă este considerată cauză principală a încălzirii globale, fiind cauzată în principal de arderea combustibililor fosili și de scăderea pădurilor. Din fericire, cel mai eficient ecosistem care fixează dioxidul de carbon din aer – fitoplanctonul maritim – nu este prea perturbat.

O cantitate mare de dioxid de carbon este și dizolvată în oceanele și mările globale, care astfel reglează cantitatea sa în atmosferă. Creșterea treptată a temperaturii globale însă influențează negativ solubilitatea CO₂ în apa de mare și prin feedback pozitiv revine în aer o cantitate suplimentară a acestui gaz de seră. Din fericire, cea mai mare parte a dioxidului de carbon este chimic legată în apa de mare sub formă de ioni de carbonat și bicarbonat, pentru care mulțumim reacției sale cu mineralele de calciu conform ecuației:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ←→ Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

Această echilibru se deplasează însă spre stânga odată cu creșterea temperaturii.

De asemenea, intensitatea fotosintezei fitoplanctonului depinde de temperatura optimă și cu creșterea acesteia peste optimum scade.

Dioxidul de carbon și biomasa

În afară de arderea biomasei sau gazului biologic dioxidul de carbon se formează și în timpul compostării. O parte din materia organică rămâne pe câmp ca resturi de recoltă și sistemul de rădăcini.

În timpul compostării o mare parte din materia organică este transformată în un fertilizator organo-mineral stabilizat cu un conținut ridicat de substanțe hulice, astfel că o mare parte din carbon rămâne fixată pe termen lung în humus, care îmbunătățește proprietățile solului (capacitatea de reținere a apei, capacitatea de tamponare, etc.). În plus, îmbunătățirea proprietăților solului are ca rezultat un randament mai mare, deci și o asimilație mai intensă a CO₂ în timpul fotosintezei.

Scurte istorii

Dioxidul de carbon a fost prima compoziție chimică descrisă ca un gaz distinct de aer. În secolul al XVII-lea chimistul flamand Jan Baptist van Helmont a descoperit că în timpul arderii cărbunelui lemnos într-un recipient închis greutatea cenușii este mai mică decât a cărbunelui original. A explicat acest lucru prin transformarea unei părți din cărbune într-o substanță invizibilă pe care a numit-o spiritus sylvestre.

În jumătatea secolului al XVIII-lea proprietățile acestui gaz au fost studiate mai detaliat de medicul scoțian Joseph Black. A descoperit că prin încălzirea calcarului sau reacția sa cu acizi se formează un gaz pe care l-a numit „aer fix” („fixed air”), deoarece putea fi legat de baze puternice (de exemplu hidroxidul de calciu). A descoperit de asemenea că este mai greu decât aerul și că, spre deosebire de aerul normal, nu susține arderea și că animalele mor în el. Legarea la hidroxidul de calciu a fost folosită pentru a dovedi că este prezent în aerul exhalat și că se eliberează în procesul fermentației (fermentației).