dióxido de carbono

Dióxido de carbono (generalmente dióxido de carbono en uso normal , pero a menudo también erróneamente ácido carbónico llamado) es un compuesto químico de carbono y oxígeno y, por lo tanto, pertenece al grupo de los óxidos de carbono junto con el monóxido de carbono (también conocido como monóxido de carbono), el subóxido de carbono y el trióxido de carbono inestable.

El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro. Con una concentración de aproximadamente 0,04 % (actualmente 381 ppm correspondientes a 0,0381 %), es un componente natural del aire. Se forma tanto en la combustión completa de sustancias que contienen carbono con suficiente oxígeno como en el organismo de los seres vivos como subproducto de la respiración celular. El CO₂ se libera a través de la respiración. Por el contrario, las plantas, algunas bacterias y arqueas son capaces de producir CO₂ convertido en biomasa por fijación de dióxido de carbono. Por ejemplo, las plantas producen CO₂ a partir de CO₂ inorgánico durante la fotosíntesis. glucosa.

Fabricación

Producto de desecho de la industria energética

El dióxido de carbono se produce cuando se queman combustibles que contienen carbono, incluidos todos los combustibles fósiles. Para una fuente de energía determinada, la cantidad de CO producida es₂ depende directamente de la cantidad de combustible y, por tanto, de la energía convertida. Aunque los sistemas y procesos operativos modernos pueden utilizar la energía contenida en el combustible mejor que en el pasado, no pueden evitar que se forme el gas.

Esta producción asciende a alrededor de 36 mil millones de toneladas por año en todo el mundo. En ausencia de un proceso de captura de carbono efectivo y económico, esta cantidad se escapa a la atmósfera y contribuye al calentamiento global (ver más abajo).

Técnico

Técnicamente, el dióxido de carbono se obtiene quemando coque con exceso de aire o como un subproducto de la quema de cal (~530 millones de t por año) y posterior purificación (por ejemplo, unión a carbonato de potasio para formar carbonato de hidrógeno y posterior liberación por calentamiento).

Las fuentes de gas natural (agua mineral) también se utilizan para la extracción.

A escala de laboratorio

En el laboratorio, el dióxido de carbono se genera por la liberación de carbonatos por parte de los ácidos.

Prueba

Una simple detección de dióxido de carbono es posible con una solución acuosa de hidróxido de calcio (agua de cal). Para ello, el gas a examinar se introduce en la solución. Contiene el gas CO₂ , entonces el carbonato de calcio (cal) precipita como un sólido blanquecino y la solución se vuelve turbia. (ver muestra de agua de cal)

El dióxido de carbono reacciona con el hidróxido de calcio para formar agua y carbonato de calcio.

Propiedades físicas

La molécula de dióxido de carbono tiene una estructura lineal. Aunque los enlaces carbono-oxígeno son polares, sus momentos dipolares eléctricos se anulan entre sí debido a la simetría molecular, de modo que la molécula misma no tiene momento dipolar eléctrico. Sin embargo, debido a los momentos dipolares internos, el dióxido de carbono es altamente soluble en agua y absorbe algunas partes estrechas del espectro electromagnético en la región infrarroja.

El dióxido de carbono se utiliza en estado sólido agregado bajo el nombre de hielo seco en tecnología. No se funde pero se sublima a -78 °C. Sin embargo, por debajo de la temperatura crítica de 31 °C, puede condensarse en un líquido incoloro aumentando la presión. Se requiere una presión de aproximadamente 60 bar a temperatura ambiente, la presión crítica a la temperatura crítica es de aproximadamente 73,7 bar. En forma líquida, el dióxido de carbono se comercializa en botellas a presión.

Propiedades químicas

El dióxido de carbono disuelto en agua forma ácido carbónico, H₂ CO₃ , pero más del 99% del dióxido de carbono solo se disuelve físicamente. El ácido carbónico como tal está en equilibrio con su producto de disociación (especies) bicarbonato ("bicarbonato", HCO₃ ) y carbonato (CO₃ ), que están en una proporción entre sí que depende del valor del pH. Si uno atrapa los iones de oxonio formados durante la disociación (H, en realidad H₃ O) al agregar una base con iones de hidróxido (OH), la proporción cambia a favor del carbonato.

Uso

Cuando el hielo seco se sublima, se forma una niebla blanca a partir del CO₂ frío. -Mezcla de aire y humedad de condensación, que antes se utilizaba como efecto en la tecnología de escenarios. Hoy en día, por ejemplo, existen accesorios de enfriamiento de niebla para máquinas de niebla de evaporador normales que usan CO₂ líquido. operado.

Muchas bebidas contienen dióxido de carbono para lograr un mejor efecto refrescante al beber. En algunas bebidas se produce por fermentación (cerveza, vino espumoso), en otras se añade artificialmente (limonada, soda) o se utiliza agua mineral natural que contiene dióxido de carbono. Como aditivo alimentario, lleva la designación E 290. Durante la producción, el dióxido de carbono se bombea a la bebida a alta presión, donde aproximadamente el 0,2 % reacciona con el agua para formar ácido carbónico; la mayor parte se disuelve como gas en el agua. Si la presión cae cuando se abre el recipiente, se produce la nucleación, de modo que el exceso de gas disuelto escapa en forma de burbujas y asciende. La formación de burbujas del gas y el sabor agrio del ácido carbónico en la lengua al beber estimulan las papilas gustativas, dando como resultado un efecto refrescante.

El dióxido de carbono también se usa en los extintores porque desplaza el oxígeno de la fuente del fuego (ver también Extintor de CO2, extinción de incendios, agente extintor).

El dióxido de carbono se utiliza como fertilizante en los invernaderos. El motivo es el CO₂ producido por el consumo fotosintético -Falta de suministro insuficiente de aire fresco, especialmente en invierno con ventilación cerrada, porque las plantas CO₂ necesidad como sustancia básica. El dióxido de carbono se introduce directamente como gas puro (relativamente caro) o como producto de combustión a partir de propano o gas natural (acoplamiento de fertilización y calefacción). El posible aumento del rendimiento depende de la gravedad de la falta de CO₂ es y qué tan fuerte es el suministro de luz para las plantas. El dióxido de carbono también se utiliza en acuarística como fertilizante para plantas acuáticas (CO₂ -difusor). El CO₂ -Se puede aumentar el contenido en el agua (respiración, pero a expensas del contenido de oxígeno). (Véase también: fertilización con dióxido de carbono)

El dióxido de carbono supercrítico tiene una alta solubilidad en sustancias no polares y puede reemplazar a los solventes orgánicos tóxicos. Se utiliza como agente de extracción, por ejemplo para extraer sustancias naturales como la cafeína (producción de sin cafeína café mediante descafeinado), y como disolvente para limpieza y desengrasado, por ejemplo de obleas en la industria de semiconductores y recientemente también de textiles (limpieza en seco). Actualmente se está investigando intensamente el uso de dióxido de carbono supercrítico como medio de reacción para la producción de productos químicos finos (por ejemplo, para la producción de aromas), ya que las enzimas aisladas a menudo permanecen activas en ellos y no quedan residuos de disolventes (a diferencia de los disolventes orgánicos). permanecen en los productos.

El dióxido de carbono se utiliza como refrigerante bajo la designación R744 o R-744 en sistemas de aire acondicionado estacionarios y de vehículos, en tecnología de refrigeración industrial, refrigeración de supermercados y transporte y en máquinas expendedoras. Tiene una gran capacidad de refrigeración volumétrica (mayor eficiencia en un volumen dado), alta compatibilidad ambiental (potencial de calentamiento global en comparación con los refrigerantes utilizados hoy en día, alrededor de 1/1000 por kg; sin potencial de agotamiento de la capa de ozono; recuperación de gas residual industrial) y al Al mismo tiempo se puede utilizar en ciclos de calor como en bombas de agua caliente y se pueden utilizar calentadores de vehículos.

El dióxido de carbono también se utiliza como gas protector en la tecnología de soldadura, ya sea en su forma pura o, más a menudo, como aditivo para el argón y/o el helio. Dado que el dióxido de carbono es termodinámicamente inestable a altas temperaturas, no se lo denomina gas inerte sino gas activo.

CO₂ también se usa en laxantes (supositorios). A través de una reacción química durante la disolución del ovulo, CO₂ se libera y estira el intestino, lo que a su vez desencadena el reflejo intestinal.

Cada vez más, CO₂ se utiliza junto con un proceso de granallado automatizado para crear superficies de alta pureza. Con su combinación de propiedades mecánicas, térmicas y químicas, CO₂ -La nieve elimina y elimina una amplia variedad de contaminantes superficiales sin dejar ningún residuo.

En el llamado CO₂ -Las instalaciones también se utilizan recientemente para aturdir a los cerdos antes del sacrificio. Para ello, se bajan por grupos en un ascensor paternóster a un foso que contiene al menos un 90 % de CO₂ contiene y pierde el conocimiento.

CO₂ en la atmósfera y efecto invernadero

Artículo principal:efecto invernadero

El dióxido de carbono absorbe parte de la radiación térmica (radiación infrarroja), mientras que la radiación de onda más corta, i. h la mayor parte de la radiación solar, puede pasar a través. Esta propiedad hace que el dióxido de carbono sea el llamado gas de efecto invernadero. Después del vapor de agua, el dióxido de carbono es el más potente de los gases de efecto invernadero en términos de su proporción, aunque las eficiencias específicas del metano y el ozono son mayores. Todos los gases de efecto invernadero juntos aumentan la temperatura media en la superficie terrestre desde alrededor de -18 °C a +15 °C (efecto invernadero natural). El dióxido de carbono representa alrededor del 9 al 26 % de este efecto general y, por lo tanto, es en gran parte responsable del clima habitable en la Tierra.

El CO₂ -El porcentaje en la atmósfera terrestre ha estado sujeto a fluctuaciones considerables a lo largo de la historia de la Tierra, que tienen diversas causas biológicas, químicas y físicas. Sin embargo, durante al menos 650.000 años, la proporción siempre ha estado por debajo de 280 ppm. El CO₂ la concentración durante los últimos 10.000 años se ha mantenido relativamente constante en 280 ppm. El equilibrio del ciclo del dióxido de carbono se equilibró en gran medida durante este tiempo. Con el inicio de la industrialización en el siglo XIX, el CO₂ aumentó proporción en la atmósfera a 381 ppm hasta ahora (2006) y está aumentando, p. Actualmente más por un promedio de 1,5 a 2 ppm por año.

Este aumento se debe a la antropogénica, i. h hecho por el hombre, CO₂ -Emisiones de alrededor de 36,3 Gt o alrededor de 9,9 Gt de carbono (8,4 GtC por la quema de combustibles fósiles y 1,5 ± 0,5 GtC por el uso de la tierra) por año. Esto representa solo una pequeña proporción del dióxido de carbono, que proviene principalmente de fuentes naturales, de alrededor de 550 Gt CO₂ anualmente. o 150 Gt de carbono pero provoca una entrada neta porque el balance de CO₂ natural ciclo es cero. El CO₂ antropogénico -Las emisiones son parcialmente absorbidas por los sumideros naturales de dióxido de carbono, por lo que solo alrededor del 45 % del dióxido de carbono antropogénico se acumula en la atmósfera.

La gran mayoría de los científicos cree que los aumentos de gases de efecto invernadero en la atmósfera causados ​​por el hombre contribuyen al efecto invernadero antropogénico que conduce al calentamiento global. El CO₂ contribuye significativamente al calentamiento , que se libera a través de la combustión de los combustibles fósiles petróleo, gas natural y carbón, mientras que la combustión de biomasa y los combustibles derivados de ella sólo emite CO₂ en el balance -Liberar cantidades previamente unidas fotosintéticamente. Las consecuencias del calentamiento global deben reducirse mediante la protección del clima.

En general, la ciencia ha reconocido desde al menos la década de 1990 que existe un cambio climático estadísticamente significativo y que una de las causas es el aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. Esta sospecha, que inicialmente se asoció con una mayor incertidumbre, se ha ido confirmando cada vez más en el curso de la investigación y después de una feroz controversia sobre el calentamiento global y ahora es en gran parte un consenso científico. Los datos de temperatura observados no pueden explicarse sin tener en cuenta los gases de efecto invernadero.

Efectos y peligros fisiológicos

CO₂ -Concentraciones (%vol.) en aire y efectos en humanos:

• 0,038 %:concentración actual en el aire
• 0,15 %:Pauta de aire interior higiénico para aire fresco
• 0,3 %:nivel de MIC por debajo del cual no hay problemas de salud debido a una exposición prolongada
• 0,5 % (9 g/m³):TLV para una exposición diaria de ocho horas al día
• 1,5 %:aumento del volumen del tiempo respiratorio en más del 40 %.
• 4 %:respiración exhalada
• 5 %:aparición de dolor de cabeza, mareos y pérdida del conocimiento
• 8 %:pérdida del conocimiento, la muerte ocurre después de 30 a 60 minutos

Los accidentes con CO₂ ocurren una y otra vez . En bodegas, silos de alimentación, pozos y fosas sépticas se pueden acumular cantidades considerables de CO₂ como consecuencia de los procesos de fermentación forma. Durante la fermentación de un litro de mosto se producen hasta 50 litros de gas de fermentación. Si no se proporciona una ventilación adecuada, se formarán niveles peligrosos debido a la mayor densidad de CO₂ en comparación con el aire, especialmente cerca del suelo (lago de dióxido de carbono ).

El efecto dañino directo en animales y humanos puede basarse en el desplazamiento de oxígeno en el aire en casos individuales. La vista popular, CO₂ es inofensivo en sí mismo y solo funciona desplazando el oxígeno necesario para la vida, pero está mal. De ahí la antigua prueba de la vela no es útil para detectar peligrosas escaseces de oxígeno. Por el desplazamiento del aire (bajada del O₂ presión parcial a menos de 130 mbar) debido al dióxido de carbono más pesado que puede además sobre los efectos nocivos del CO₂ también puede provocar asfixia por falta de oxígeno.

CO₂ disuelto en la sangre activa el centro respiratorio del cerebro en una concentración fisiológica (natural) y ligeramente aumentada, pero en una concentración significativamente más alta conduce a una reducción o incluso a la eliminación del estímulo respiratorio reflejo (depresión respiratoria, paro respiratorio). Estos efectos aparecen mucho más rápido que la asfixia.

Desde alrededor del 5 por ciento de CO₂ se producen dolores de cabeza y mareos en el aire inhalado, y en concentraciones más altas hay un latido del corazón acelerado (taquicardia), un aumento de la presión arterial, dificultad para respirar y pérdida del conocimiento (el llamado CO₂ -Anestesia). CO₂ -Concentraciones del 8 por ciento y más causan la muerte en 30 a 60 minutos.

Además, el dióxido de carbono tiene un efecto indirecto sobre el balance de oxígeno de la sangre. Si hay más dióxido de carbono en el aire o en el agua dulce, el valor del pH en la sangre se reduce a través del equilibrio de disociación del ácido carbónico:la sangre se vuelve "más ácida". La hemoglobina se ve afectada por esta caída del pH. A pH más bajo, su O₂ disminuye -Capacidad de unión. Eso significa que con el mismo O₂ -La cantidad de oxígeno en el aire puede ser ligada y transportada por la hemoglobina. Este hecho está descrito por el efecto Bohr y el efecto Haldane. En el tejido donde se va a liberar el oxígeno, la concentración de CO₂ más alto (=valor de pH más bajo, O₂ más bajo -capacidad de unión) y por lo tanto facilita el O₂ -exacción. En los pulmones, la situación se invierte, favoreciendo la "carga" de la hemoglobina con oxígeno.

Este efecto indirecto a través del valor de pH de la sangre debe distinguirse de la toxicidad mucho más fuerte del monóxido de carbono. Como agente complejante, el monóxido de carbono enmascara irreversiblemente el núcleo de hierro de la hemoglobina y, por lo tanto, evita la unión de oxígeno en los glóbulos rojos. Este es un mecanismo molecular diferente (más eficiente) que con el dióxido de carbono.

Una y otra vez, familias enteras son víctimas del envenenamiento por gas de fermentación porque varias personas inhalan dióxido de carbono y pierden el conocimiento al rescatar a un miembro de la familia. El socorrista solo se pone en peligro cuando intenta rescatar:nadie puede sacar a una persona inconsciente de un sótano conteniendo la respiración. En su lugar, encienda la ventilación (si está disponible) y haga una llamada de emergencia.

Rescate de una víctima del CO₂ - las situaciones sospechosas (bodega, etc.) solo son posibles mediante servicios de emergencia profesionales (cuerpos de bomberos) con equipo de respiración autónomo.

En casos raros también hay desastres naturales con dióxido de carbono; el más famoso ocurrió en 1986 en el lago Nyos en Camerún.

• equilibrio de boudouard
• CO₂ -Neutralidad
• CO₂ -Presión parcial ver presión parcial
• CO₂ -Secuestro
• Comercio de emisiones
• El calentamiento global y sus consecuencias
• aire
• efecto pasteur
• Consumo de combustible (CO₂ compartir)
• Lista de centrales eléctricas (emisión)
• Acidificación de los océanos

Referencias

• Eike Roth:Problemas ambientales globales:causas y soluciones. Friedmann, Munich 2004. (Efecto invernadero, incluidas sus causas y análisis de la influencia antropogénica). ISBN 3-933431-31-X
• Pörtner:Efectos del CO₂ -Entrada y aumento de temperatura en la biosfera marina (pdf 1,3 MB, 85 p.)
• Bauer, Kurt:Sobre la importancia del ácido carbónico en los estanques de carpas. Pesca de Austria 44/1991 p.49-64

Fuentes

1. ↑ Entrada sobre Dióxido de carbono en la base de datos de sustancias GESTIS de la BGIA, recuperada el 31 de agosto de 2007 (se requiere JavaScript)
2. ↑ El refrigerante natural R744 (CO₂ )
3. ↑ Siegenthaler, Urs, Thomas F. Stocker, Eric Monnin, Dieter Lüthi, Jakob Schwander, Bernhard Stauffer, Dominique Raynaud, Jean-Marc Barnola, Hubertus Fischer, Valérie Masson-Delmotte y Jean Jouzel (2005):Ciclo estable del carbono– Relación climática durante el Pleistoceno tardío , en:Ciencia, vol. 5752, págs. 1313-1317, 25 de noviembre, véase Resumen en línea
4. ↑ Josep Canadella, Corinne Le Quéré, Michael Raupacha, Christopher Fielde, Erik Buitenhuisc, Philippe Ciaisf, Thomas Conwayg, Nathan Gillettc, R. Houghtonh y Gregg Marland (2007):Contribuciones para acelerar el crecimiento del CO2 atmosférico a partir de la actividad económica, la intensidad del carbono y la eficiencia de los sumideros naturales , en:Actas de la Academia Nacional de Ciencias, en línea (PDF)
5. ↑ Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (2001):Cambio Climático 2001 – Tercer Informe de Evaluación del IPCC CO₂ -Circuito
6. ↑ Oreskes, Naomi (2004):El consenso científico sobre el cambio climático , en:Science Vol. 306 del 4 de diciembre (PDF)
7. ↑ Meehl, A Gerald, Warren M Washington, Caspar M Ammann, Julie M Arblaster, TM L Wigleiy y Claudia Tebaldi (2004):Combinaciones de forzamientos naturales y antropogénicos en el clima del siglo XX , en:Journal of Climate, Vol. 17, 1 de octubre, págs. 3721–3727 (PDF)