Ogljikov dioksid

Biološka vloga

Ogljikov dioksid je končni produkt organizmov, ki pridobivajo energijo z razgradnjo sladkorjev, maščob in aminokislin s kisikom v okviru presnove. Ta proces je znan kot celično dihanje. To vključuje vse rastline, živali, številne glive in nekatere bakterije. Pri višjih živalih ogljikov dioksid v krvi potuje od telesnih tkiv do pljuč, kjer se izdihne. Rastline sprejemajo ogljikov dioksid iz ozračja in ga uporabljajo pri fotosintezi.

Suhi led

Suhi led ali trdni ogljikov dioksid je trdno stanje plina _CO2 pod -109,3 °F (-78,5 °C). Suhi led se ne pojavlja v naravi na Zemlji, ampak ga je izdelal človek. Je brezbarven. Ljudje uporabljajo suhi led za ohlajanje stvari in pripravo gaziranih pijač, za uničevanje sviščev in zamrzovanje bradavic. Hlapi suhega ledu povzročijo zadušitev in sčasoma smrt. Pri uporabi suhega ledu sta priporočljiva previdnost in strokovna pomoč.

Pri običajnem tlaku se ne stopi iz trdne snovi v tekočino, temveč se neposredno spremeni iz trdne snovi v plin. To se imenuje sublimacija. Iz trdne snovi se neposredno spremeni v plin pri vseh temperaturah, ki so višje od izjemno nizkih temperatur. Suhi led sublimira pri običajni temperaturi zraka. Suhi led, ki je izpostavljen običajnemu zraku, oddaja ogljikov dioksid, ki nima barve. Ogljikov dioksid se lahko utekočini pri tlaku nad 5,1 atmosfere.

Plinski ogljikov dioksid iz suhega ledu je tako hladen, da ob mešanju z zrakom ohladi vodno paro v zraku, da nastane megla, ki je videti kot gost bel dim. Pogosto se uporablja v gledališču za ustvarjanje videza megle ali dima.

Suhi led, ko ga damo v vodo

Izolacija in proizvodnja

Kemiki lahko ogljikov dioksid pridobijo iz ohlajenega zraka. Temu pravijo destilacija zraka. Ta metoda je neučinkovita, saj je treba za pridobivanje majhne količine CO2 ohladiti veliko količino zraka. Kemiki lahko za ločevanje ogljikovega dioksida uporabijo tudi več različnih kemijskih reakcij. Ogljikov dioksid nastaja pri reakcijah med večino kislin in večino kovinskih karbonatov. Na primer pri reakciji med klorovodikovo kislino in kalcijevim karbonatom (apnenec ali kreda) nastane ogljikov dioksid:

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}} }

Ogljikova kislina (_H2CO3) nato razpade na vodo in _CO2. Takšne reakcije povzročajo penjenje ali mehurjenje ali oboje. V industriji se takšne reakcije večkrat uporabljajo za nevtralizacijo tokov odpadnih kislin.

Kemikalijo, ki se pogosto uporablja, je mogoče izdelati s segrevanjem apnenca na približno 850 °C. Pri tej reakciji nastane tudi _CO2:

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

Ogljikov dioksid nastaja tudi pri zgorevanju vseh goriv, ki vsebujejo ogljik, kot so metan (zemeljski plin), naftni destilati (bencin, dizel, kerozin, propan), premog ali les. V večini primerov se sprošča tudi voda. Primer kemijske reakcije med metanom in kisikom je:

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} }

Ogljikov dioksid nastaja v jeklarnah. Železo se iz oksidov reducira s koksom v plavžu, pri čemer nastajata surovo železo in ogljikov dioksid:

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}} }

Kvasnice presnavljajo sladkor in proizvajajo ogljikov dioksid in etanol, znan tudi kot alkohol, pri proizvodnji vin, piva in drugih žganih pijač, pa tudi pri proizvodnji bioetanola:

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

Vsi aerobni organizmi proizvajajo CO
₂ pri oksidaciji ogljikovih hidratov, maščobnih kislin in beljakovin v mitohondrijih celic. Veliko število reakcij, ki pri tem sodelujejo, je izjemno zapletenih in jih ni mogoče enostavno opisati. (Vključujejo celično dihanje, anaerobno dihanje in fotosintezo). Fotoavtotrofi (npr. rastline, cianobakterije) uporabljajo še eno reakcijo: Rastline absorbirajo CO
₂ iz zraka in skupaj z vodo reagirajo v ogljikove hidrate:

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}} }

Ogljikov dioksid je topen v vodi, v kateri spontano prehaja med _CO2 in H
_2CO
3 (ogljikova kislina). Relativne koncentracije CO
₂, H
_2CO
3 in deprotoniranih oblik HCO-
₃ (bikarbonat) in ^CO2-
₃ (karbonat) so odvisne od kislosti (pH). V nevtralni ali rahlo alkalni vodi (pH > 6,5) prevladuje bikarbonatna oblika (> 50 %), ki postane prevladujoča (> 95 %) pri pH morske vode, v zelo alkalni vodi (pH > 10,4) pa prevladuje (> 50 %) karbonatna oblika. Bikarbonatna in karbonatna oblika sta zelo topni. Tako z zrakom uravnotežena oceanska voda (blago alkalna s tipičnim pH = 8,2-8,5) vsebuje približno 120 mg bikarbonata na liter.

Industrijska proizvodnja

Industrijski ogljikov dioksid nastaja predvsem v šestih procesih:

• Z zajemanjem naravnih izvirov ogljikovega dioksida, ki nastaja pri delovanju zakisane vode na apnenec ali dolomit.
• Kot stranski proizvod obratov za proizvodnjo vodika, kjer se metan pretvori v _CO2;
• Pri izgorevanju fosilnih goriv ali lesa;
• Kot stranski produkt fermentacije sladkorja pri varjenju piva, viskija in drugih alkoholnih pijač;
• Pri termični razgradnji apnenca se CaCO
  ₃ pri proizvodnji apna (kalcijevega oksida, CaO);

Kemijska reakcija

Ogljikov dioksid lahko nastane s preprosto kemijsko reakcijo:

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

ogljik + kisik → ogljikov dioksid