Dioxid de carbon

Rol biologic

Dioxidul de carbon este un produs final în organismele care obțin energie prin descompunerea zaharurilor, grăsimilor și aminoacizilor cu oxigen, ca parte a metabolismului lor. Acesta este un proces cunoscut sub numele de respirație celulară. Aceasta include toate plantele, animalele, multe ciuperci și unele bacterii. La animalele superioare, dioxidul de carbon călătorește în sânge din țesuturile corpului până la plămâni, unde este expirat. Plantele absorb dioxidul de carbon din atmosferă pentru a-l utiliza în fotosinteză.

Gheață carbonică

Gheața carbonică sau dioxidul de carbon solid este starea solidă a gazului CO₂ sub -78,5°C (-109,3°F). Gheața carbonică nu apare în mod natural pe Pământ, ci este produsă de om. Este incoloră. Oamenii folosesc gheața carbonică pentru a răci lucrurile și pentru a face băuturile spumoase, pentru a ucide popândăii și pentru a îngheța negii. Vaporii de gheață uscată provoacă sufocare și, în cele din urmă, moartea. Se recomandă prudență și asistență profesională ori de câte ori se folosește gheață carbonică.

La presiunea obișnuită, nu se va topi din solid în lichid, ci se va transforma direct din solid în gaz. Acest lucru se numește sublimare. Se transformă direct din solid în gaz la orice temperatură mai mare decât la temperaturi extrem de scăzute. Gheața carbonică se sublimează la temperatura normală a aerului. Gheața uscată expusă la aerul normal degajă dioxid de carbon, care nu are culoare. Dioxidul de carbon poate fi lichefiat la o presiune mai mare de 5,1 atmosfere.

Gazul de dioxid de carbon care se desprinde din gheața carbonică este atât de rece încât, atunci când se amestecă cu aerul, răcește vaporii de apă din aer până la ceață, care arată ca un fum alb și gros. Este adesea folosit în teatru pentru a crea aspectul de ceață sau fum.

Gheață carbonică atunci când este pusă în apă

Izolare și producție

Chimiștii pot obține dioxid de carbon din răcirea aerului. Ei numesc acest lucru distilare a aerului. Această metodă este ineficientă, deoarece o cantitate mare de aer trebuie să fie refrigerată pentru a extrage o cantitate mică de CO2. De asemenea, chimiștii pot folosi mai multe reacții chimice diferite pentru a separa dioxidul de carbon. Dioxidul de carbon este produs în reacțiile dintre majoritatea acizilor și majoritatea carbonaților metalici. De exemplu, reacția dintre acidul clorhidric și carbonatul de calciu (calcar sau cretă) produce dioxid de carbon:

2 H C l + C a C O 3 ⟶ C a C l 2 + H 2 C O 3 {\displaystyle \mathrm {2\ HCl+CaCO_{3}\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}CO_{3}}} }

Acidul carbonic (H₂ CO₃ ) se descompune apoi în apă și CO₂ . Astfel de reacții provoacă formarea de spumă sau de bule, sau ambele. În industrie, astfel de reacții sunt utilizate de multe ori pentru a neutraliza fluxurile de deșeuri acide.

Calcarul rapid (CaO), un produs chimic utilizat pe scară largă, poate fi obținut prin încălzirea calcarului la aproximativ 850 °C. Această reacție produce, de asemenea, CO₂:

C a C O 3 ⟶ C a O + C O 2 {\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}} }

Dioxidul de carbon se produce, de asemenea, la arderea tuturor combustibililor care conțin carbon, cum ar fi metanul (gazul natural), distilatele de petrol (benzină, motorină, kerosen, propan), cărbunele sau lemnul. În majoritatea cazurilor, se degajă și apă. Ca exemplu, reacția chimică dintre metan și oxigen este următoarea:

C H 4 + 2 O 2 ⟶ C O 2 + 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+2\ O_{2}\longrightarrow CO_{2}+2\ H_{2}O} }

Dioxidul de carbon este produs în oțelării. Fierul este redus din oxizii săi cu cocs într-un furnal, producând fontă brută și dioxid de carbon:

F e 2 O 3 + 3 C O ⟶ 2 F e + 3 C O 2 {\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+3\ CO\longrightarrow 2\ Fe+3\ CO_{2}}} }

Drojdia metabolizează zahărul pentru a produce dioxid de carbon și etanol, cunoscut și sub numele de alcool, în producția de vinuri, beri și alte băuturi spirtoase, dar și în producția de bioetanol:

C 6 H 12 O 6 ⟶ 2 C O 2 + 2 C 2 H 5 O H H {\displaystyle \mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 2\ CO_{2}+2\ C_{2}H_{5}OH} }

Toate organismele aerobe produc CO
₂ atunci când oxidează carbohidrații, acizii grași și proteinele în mitocondriile celulelor. Numărul mare de reacții implicate sunt extrem de complexe și nu pot fi descrise cu ușurință. (Acestea includ respirația celulară, respirația anaerobă și fotosinteza). Fotoautotrofele (adică plantele, cianobacteriile) folosesc o altă reacție: Plantele absorb CO
₂ din aer și, împreună cu apa, îl fac să reacționeze pentru a forma carbohidrați:

n C O 2 + n H 2 O ⟶ ( C H 2 O ) n + n O 2 {\displaystyle \mathrm {nCO_{2}+nH_{2}O\longrightarrow (CH_{2}O)n+nO_{2}}} }

Dioxidul de carbon este solubil în apă, în care se interconvertește spontan între CO₂și H
₂CO
₃ (acid carbonic). Concentrațiile relative de CO
₂, H
₂CO
₃și a formelor deprotonate HCO⁻
₃ (bicarbonat) și CO²⁻
₃ (carbonat) depind de aciditate (pH). În apa neutră sau ușor alcalină (pH > 6,5), forma bicarbonat predomină (>50%), devenind cea mai răspândită (>95%) la pH-ul apei de mare, în timp ce în apa foarte alcalină (pH > 10,4) forma predominantă (>50%) este carbonatul. Formele bicarbonat și carbonat sunt foarte solubile. Astfel, apa oceanică echilibrată cu aer (ușor alcalină, cu un pH tipic = 8,2-8,5) conține aproximativ 120 mg de bicarbonat pe litru.

Producția industrială

Dioxidul de carbon industrial este produs în principal în șase procese:

• Prin captarea izvoarelor naturale de dioxid de carbon acolo unde acesta este produs de acțiunea apei acidificate asupra calcarului sau dolomitei.
• Ca produs secundar al instalațiilor de producere a hidrogenului, unde metanul este transformat în CO₂;
• Din arderea combustibililor fosili sau a lemnului;
• Ca produs secundar al fermentării zahărului în fabricarea berii, a whisky-ului și a altor băuturi alcoolice;
• Din descompunerea termică a calcarului, CaCO
  ₃, în fabricarea varului (oxid de calciu, CaO);

Reacție chimică

Dioxidul de carbon poate fi creat printr-o reacție chimică simplă:

C + O 2 ⟶ C O 2 {\displaystyle \mathrm {C+O_{2}\longrightarrow CO_{2}} }

carbon + oxigen → dioxid de carbon