gaz carbonique

Dioxyde de carbone (généralement du dioxyde de carbone en utilisation normale , mais souvent aussi à tort acide carbonique appelé) est un composé chimique de carbone et d'oxygène et appartient donc au groupe des oxydes de carbone avec le monoxyde de carbone (également appelé monoxyde de carbone), le sous-oxyde de carbone et le trioxyde de carbone instable.

Le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore. Avec une concentration d'environ 0,04 % (actuellement 381 ppm correspondant à 0,0381 %), c'est un composant naturel de l'air. Il se forme à la fois dans la combustion complète de substances contenant du carbone avec suffisamment d'oxygène et dans l'organisme des êtres vivants en tant que sous-produit de la respiration cellulaire. Le CO₂ est libéré par la respiration. A l'inverse, les plantes, certaines bactéries et archées sont capables de produire du CO₂ transformé en biomasse par fixation du dioxyde de carbone. Par exemple, les plantes produisent du CO₂ à partir de CO₂ inorganique lors de la photosynthèse glycémie.

Fabrication

Déchet de l'industrie énergétique

Le dioxyde de carbone est produit lorsque des combustibles contenant du carbone sont brûlés, y compris tous les combustibles fossiles. Pour une source d'énergie donnée, la quantité de CO produite est de₂ dépend directement de la quantité de carburant et donc de l'énergie convertie. Bien que les systèmes et les processus d'exploitation modernes puissent utiliser l'énergie contenue dans le combustible mieux que par le passé, ils ne peuvent pas empêcher la formation de gaz.

Cette production s'élève à environ 36 milliards de tonnes par an dans le monde. En l'absence d'un procédé de capture du carbone efficace et économique, cette quantité s'échappe dans l'atmosphère et contribue au réchauffement climatique (voir ci-dessous).

Technique

Techniquement, le dioxyde de carbone est obtenu en brûlant du coke avec un excès d'air ou en tant que sous-produit de la combustion de la chaux (~ 530 millions de tonnes par an) et de la purification ultérieure (par exemple, liaison au carbonate de potassium pour former du carbonate d'hydrogène et libération ultérieure par chauffage).

Des sources de gaz naturel (eau minérale) sont également utilisées pour l'extraction.

A l'échelle du laboratoire

En laboratoire, le dioxyde de carbone est généré par la libération de carbonates par les acides.

Preuve

Une détection simple du dioxyde de carbone est possible avec une solution aqueuse d'hydroxyde de calcium (eau de chaux). A cet effet, le gaz à examiner est introduit dans la solution. Contient le gaz CO₂ , puis le carbonate de calcium (chaux) précipite sous forme de solide blanchâtre et la solution devient trouble. (voir Échantillon d'eau de chaux)

Le dioxyde de carbone réagit avec l'hydroxyde de calcium pour former de l'eau et du carbonate de calcium.

Propriétés physiques

La molécule de dioxyde de carbone a une structure linéaire. Bien que les liaisons carbone-oxygène soient polaires, leurs moments dipolaires électriques s'annulent en raison de la symétrie moléculaire, de sorte que la molécule elle-même n'a pas de moment dipolaire électrique. Néanmoins, en raison des moments dipolaires internes, le dioxyde de carbone est très soluble dans l'eau et absorbe certaines parties étroites du spectre électromagnétique dans la région infrarouge.

Le dioxyde de carbone est utilisé à l'état solide sous le nom de neige carbonique dans la technologie. Il ne fond pas mais se sublime à −78 °C. Cependant, en dessous de la température critique de 31 °C, il peut être condensé en un liquide incolore en augmentant la pression. Une pression d'environ 60 bar est nécessaire à température ambiante, la pression critique à la température critique est d'environ 73,7 bar. Sous forme liquide, le dioxyde de carbone est commercialisé dans des bouteilles à pression.

Propriétés chimiques

Le dioxyde de carbone dissous dans l'eau forme de l'acide carbonique, H₂ CO₃ , mais plus de 99 % du dioxyde de carbone n'est dissous que physiquement. L'acide carbonique en tant que tel est en équilibre avec son produit de dissociation (espèce) le bicarbonate ("bicarbonate", HCO₃ ) et carbonate (CO₃ ), qui sont dans une proportion entre eux qui dépend de la valeur du pH. Si l'on capte les ions oxonium formés lors de la dissociation (H, en fait H₃ O) en ajoutant une base avec des ions hydroxyde (OH), la proportion se déplace en faveur du carbonate.

Utilisation

Lorsque la neige carbonique se sublime, un brouillard blanc se forme à partir du CO₂ froid -Mélange d'air et humidité de condensation, qui était utilisé auparavant comme effet dans la technologie scénique. Aujourd'hui, par exemple, il existe des accessoires de refroidissement du brouillard pour les machines à brouillard à évaporateur normales qui utilisent du CO liquide₂ opéré.

De nombreuses boissons contiennent du dioxyde de carbone afin d'obtenir un meilleur effet rafraîchissant lors de la consommation. Dans certaines boissons, il est produit par fermentation (bière, vin mousseux), dans d'autres, il est ajouté artificiellement (limonade, eau gazeuse) ou de l'eau minérale naturelle contenant du dioxyde de carbone est utilisée. En tant qu'additif alimentaire, il porte la désignation E 290. Pendant la production, le dioxyde de carbone est pompé dans la boisson sous haute pression, où environ 0,2% de celui-ci réagit avec l'eau pour former de l'acide carbonique; la majeure partie est dissoute sous forme de gaz dans l'eau. Si la pression chute à l'ouverture du récipient, une nucléation se produit, de sorte que l'excès de gaz dissous s'échappe sous forme de bulles et monte. La formation de bulles de gaz et le goût acide de l'acide carbonique sur la langue lors de la consommation stimulent les papilles gustatives, ce qui entraîne un effet rafraîchissant.

Le dioxyde de carbone est également utilisé dans les extincteurs car il déplace l'oxygène de la source de l'incendie (voir aussi extincteur CO2, lutte contre l'incendie, agent extincteur).

Le dioxyde de carbone est utilisé comme engrais dans les serres. La raison en est le CO₂ produit par la consommation photosynthétique -Manque d'apport insuffisant d'air frais, surtout en hiver avec ventilation fermée, car les plantes CO₂ besoin comme substance de base. Le dioxyde de carbone est introduit soit directement sous forme de gaz pur (relativement coûteux) soit sous forme de produit de combustion du propane ou du gaz naturel (couplage de la fertilisation et du chauffage). L'augmentation possible du rendement dépend de la gravité du manque de CO₂ est et quelle est la puissance de l'apport de lumière pour les plantes. Le dioxyde de carbone est également utilisé en aquariophilie comme engrais pour les plantes aquatiques (CO₂ -diffuseur). Le CO₂ -La teneur dans l'eau peut être augmentée (respiration, mais au détriment de la teneur en oxygène). (Voir aussi : fertilisation au dioxyde de carbone)

Le dioxyde de carbone supercritique a une solubilité élevée pour les substances non polaires et peut remplacer les solvants organiques toxiques. Il est utilisé comme agent d'extraction, par exemple pour extraire des substances naturelles telles que la caféine (production de sans caféine café par décaféination), et comme solvant pour le nettoyage et le dégraissage, par exemple des wafers dans l'industrie des semi-conducteurs et récemment aussi des textiles (nettoyage à sec). Des recherches intensives sont actuellement menées sur l'utilisation du dioxyde de carbone supercritique comme milieu de réaction pour la production de produits chimiques fins (par exemple pour la production d'arômes), car des enzymes isolées y restent souvent actives et aucun résidu de solvant (contrairement aux solvants organiques) restent dans les produits.

Le dioxyde de carbone est utilisé comme réfrigérant sous la désignation R744 ou R-744 dans les systèmes de climatisation des véhicules et stationnaires, dans la technologie de réfrigération industrielle, la réfrigération des supermarchés et des transports et dans les distributeurs automatiques. Il a une grande capacité de réfrigération volumétrique (efficacité plus élevée dans un volume donné), une compatibilité environnementale élevée (potentiel de réchauffement climatique par rapport aux réfrigérants utilisés aujourd'hui, environ 1/1000 par kg ; aucun potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone ; récupération des gaz résiduaires industriels) et à la en même temps, il peut être utilisé dans les cycles de chauffage comme dans les pompes à eau chaude et les chauffages de véhicules peuvent être utilisés.

Le dioxyde de carbone est également utilisé comme gaz protecteur dans la technologie du soudage - soit sous sa forme pure, soit plus souvent comme additif à l'argon et/ou à l'hélium. Étant donné que le dioxyde de carbone est thermodynamiquement instable à haute température, il n'est pas considéré comme un gaz inerte mais comme un gaz actif.

CO₂ également utilisé dans les laxatifs (suppositoires). Par une réaction chimique lors de la dissolution du suppositoire, le CO₂ libéré et étire l'intestin, qui à son tour déclenche le réflexe intestinal.

De plus en plus de CO₂ utilisé en conjonction avec un processus de sablage automatisé pour créer des surfaces de haute pureté. Grâce à sa combinaison de propriétés mécaniques, thermiques et chimiques, le CO₂ -La neige enlève et élimine une grande variété de contaminants de surface sans laisser de résidus.

Dans le soi-disant CO₂ -Des installations sont également utilisées depuis peu pour étourdir les porcs avant l'abattage. Pour ce faire, ils sont descendus par groupe dans un ascenseur paternoster dans une fosse contenant au moins 90 % de CO₂ contient et perd connaissance.

CO₂ dans l'atmosphère et l'effet de serre

Article principal :effet de serre

Le dioxyde de carbone absorbe une partie du rayonnement thermique (rayonnement infrarouge), tandis que le rayonnement à ondes plus courtes, i. H la majeure partie du rayonnement solaire peut passer à travers. Cette propriété fait du dioxyde de carbone un gaz dit à effet de serre. Après la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone est le plus puissant des gaz à effet de serre en termes de proportion, bien que les efficacités spécifiques du méthane et de l'ozone soient plus élevées. L'ensemble des gaz à effet de serre augmente la température moyenne à la surface de la Terre d'environ −18 °C à +15 °C (effet de serre naturel). Le dioxyde de carbone représente environ 9 à 26 % de cet effet global et est donc largement responsable du climat vivable sur terre.

Le CO₂ -Le pourcentage dans l'atmosphère terrestre a été soumis à des fluctuations considérables au cours de l'histoire de la Terre, qui ont diverses causes biologiques, chimiques et physiques. Cependant, depuis au moins 650 000 ans, la proportion a toujours été inférieure à 280 ppm. Le CO₂ la concentration au cours des 10 000 dernières années est restée relativement constante à 280 ppm. L'équilibre du cycle du dioxyde de carbone a donc été largement équilibré pendant cette période. Avec le début de l'industrialisation au 19ème siècle, le CO₂ a augmenté proportion dans l'atmosphère à 381 ppm jusqu'à présent (2006) et augmente par ex. Actuellement plus loin en moyenne de 1,5 à 2 ppm par an.

Cette augmentation est due à l'activité anthropique, c'est-à-dire. H synthétique, CO₂ -Émissions d'environ 36,3 Gt ou environ 9,9 Gt de carbone (8,4 GtC provenant de la combustion de combustibles fossiles et 1,5 ± 0,5 GtC provenant de l'utilisation des terres) par an. Cela ne représente qu'une petite proportion du dioxyde de carbone, qui provient principalement de sources naturelles, d'environ 550 Gt de CO₂ par an. ou 150 Gt carbone mais provoque un afflux net car le solde de CO₂ naturel cycle est nul. Le CO₂ anthropique -Les émissions sont partiellement absorbées par les puits naturels de dioxyde de carbone, de sorte que seulement 45 % environ du dioxyde de carbone anthropique s'accumule dans l'atmosphère.

La grande majorité des scientifiques pensent que l'augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère causée par l'homme contribue à l'effet de serre anthropique qui conduit au réchauffement climatique. Le CO₂ contribue de manière significative au réchauffement , qui est libéré par la combustion des combustibles fossiles pétrole, gaz naturel et charbon, tandis que la combustion de la biomasse et des combustibles qui en sont dérivés n'émet que du CO₂ dans le reste -Libérer des quantités préalablement liées photosynthétiquement. Les conséquences du réchauffement climatique devraient être réduites grâce à la protection du climat.

En général, il est reconnu par la science depuis au moins les années 1990 qu'il existe un changement climatique statistiquement significatif et que l'une des causes est l'augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Cette suspicion, initialement associée à une plus grande incertitude, s'est de plus en plus étayée au fil des recherches et après de vives polémiques sur le réchauffement climatique et fait aujourd'hui largement consensus scientifique. Les données de température observées ne peuvent être expliquées sans tenir compte des gaz à effet de serre.

Effets et dangers physiologiques

CO₂ -Concentrations (Vol%) dans l'air et effets sur l'homme :

• 0,038 % :concentration actuelle dans l'air
• 0,15 % :Directive relative à l'hygiène de l'air intérieur pour l'air frais
• 0,3 % :niveau de CMI en dessous duquel il n'y a pas de problèmes de santé liés à une exposition prolongée
• 0,5 % (9 g/m³) :TLV pour une exposition quotidienne de huit heures par jour
• 1,5 % :augmentation du volume du temps respiratoire de plus de 40 %.
• 4 % :souffle expiré
•  5 % : apparition de maux de tête, d'étourdissements et d'inconscience
• 8 % :perte de connaissance, la mort survient après 30 à 60 minutes

Les accidents avec le CO₂ se produisent encore et encore . Dans les caves à vin, les silos d'alimentation, les puits et les fosses septiques, des quantités considérables de CO₂ peuvent s'accumuler à la suite des processus de fermentation formulaire. Lors de la fermentation d'un litre de moût, jusqu'à 50 litres de gaz de fermentation sont produits. Si une ventilation adéquate n'est pas fournie, des niveaux dangereux se formeront en raison de la densité plus élevée de CO₂ par rapport à l'air, en particulier près du sol (lac de dioxyde de carbone ).

L'effet nocif direct sur les animaux et les humains peut être basé sur le déplacement de l'oxygène dans l'air dans des cas individuels. L'opinion populaire, CO₂ est inoffensif en soi et ne fonctionne qu'en déplaçant l'oxygène nécessaire à la vie, mais c'est faux. D'où l'ancien test de la bougie pas utile pour détecter les pénuries d'oxygène dangereuses. En raison du déplacement d'air (abaissement de l'O₂ pression partielle inférieure à 130 mbar) en raison du dioxyde de carbone plus lourd qu'il peut en plus sur les effets nocifs du CO₂ peut également entraîner une suffocation due au manque d'oxygène.

CO₂ dissous dans le sang active le centre respiratoire du cerveau à une concentration physiologique (naturelle) et légèrement augmentée, mais à une concentration significativement plus élevée, il entraîne une réduction voire une élimination du stimulus respiratoire réflexe (dépression respiratoire, arrêt respiratoire). Ces effets surviennent beaucoup plus rapidement que la suffocation.

À partir d'environ 5 % de CO₂ des maux de tête et des étourdissements se produisent dans l'air inhalé, et à des concentrations plus élevées, il y a une accélération du rythme cardiaque (tachycardie), une augmentation de la pression artérielle, un essoufflement et une perte de conscience (le soi-disant CO₂ -Anesthésie). CO₂ -Des concentrations de 8 % et plus entraînent la mort en 30 à 60 minutes.

De plus, le dioxyde de carbone a un effet indirect sur l'équilibre en oxygène du sang. S'il y a plus de dioxyde de carbone dans l'air ou dans l'eau douce, la valeur du pH dans le sang est réduite via l'équilibre de dissociation de l'acide carbonique - le sang devient "plus acide". L'hémoglobine est affectée par cette baisse de pH. À un pH plus bas, son O₂ diminue -Capacité de liaison. Cela signifie avec le même O₂ -La quantité d'oxygène dans l'air peut être liée et transportée par l'hémoglobine. Ce fait est décrit par l'effet Bohr et l'effet Haldane. Dans le tissu où l'oxygène doit être libéré, la concentration de CO₂ supérieur (=valeur pH inférieure, O₂ inférieur -capacité de liaison) et facilite ainsi l'O₂ -prélèvement. Dans les poumons, la situation est inversée, favorisant le "chargement" de l'hémoglobine en oxygène.

Cet effet indirect via la valeur du pH du sang doit être distingué de la toxicité beaucoup plus forte du monoxyde de carbone. En tant qu'agent complexant, le monoxyde de carbone masque de manière irréversible le noyau de fer de l'hémoglobine et empêche ainsi la fixation de l'oxygène dans les globules rouges. Il s'agit d'un mécanisme moléculaire différent (plus efficace) qu'avec le dioxyde de carbone.

Encore et encore, des familles entières sont victimes d'empoisonnement au gaz de fermentation parce que plusieurs personnes inhalent du dioxyde de carbone et deviennent elles-mêmes inconscientes lors du sauvetage d'un membre de la famille. Le premier intervenant ne se met en danger que lorsqu'il tente de secourir - personne ne peut sortir une personne inconsciente d'un sous-sol en retenant son souffle. Au lieu de cela, activez la ventilation (si disponible) et passez un appel d'urgence.

Secourir une victime du CO₂ - les situations suspectes (cave à vin, etc.) ne sont possibles que par des services de secours professionnels (pompiers) munis d'un appareil respiratoire autonome.

Dans de rares cas, il y a aussi des catastrophes naturelles avec du dioxyde de carbone; le plus célèbre s'est produit en 1986 au lac Nyos au Cameroun.

• solde boudouard
• CO₂ -Neutralité
• CO₂ -Pression partielle voir pression partielle
• CO₂ -Séquestration
• Échange de droits d'émission
• Le réchauffement climatique et ses conséquences
• air
• effet pasteur
• Consommation de carburant (CO₂ partager)
• Liste des centrales (émissions)
• Acidification des océans

Références

• Eike Roth :Problèmes environnementaux mondiaux :causes et solutions Friedmann, Munich 2004. (Effet de serre, y compris ses causes et discussion de l'influence anthropique.) ISBN 3-933431-31-X
• Pörtner :effets du CO₂ -Entrée et augmentation de la température sur la biosphère marine (pdf 1,3 Mo, 85 p.)
• Bauer, Kurt :Sur l'importance de l'acide carbonique dans les étangs à carpes. Pêche autrichienne 44/1991 p.49-64

Origine

1. ↑ Entrée sur le dioxyde de carbone dans la base de données des substances GESTIS du BGIA, récupérée le 31 août 2007 (JavaScript requis)
2. ↑ Le réfrigérant naturel 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 et Jean Jouzel (2005) :Cycle stable du carbone– Relation climatique au cours du Pléistocène supérieur , dans :Science, Vol. 5752, pp. 1313-1317, 25 novembre, voir résumé en ligne
4. ↑ Josep Canadella, Corinne Le Quéré, Michael Raupacha, Christopher Fielde, Erik Buitenhuisc, Philippe Ciaisf, Thomas Conwayg, Nathan Gillettc, R. Houghtonh et Gregg Marland (2007) :Contributions à l'accélération de la croissance du CO2 atmosphérique grâce à l'activité économique, à l'intensité carbone et à l'efficacité des puits naturels , dans :Actes de l'Académie nationale des sciences, en ligne (PDF)
5. ↑ Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (2001) :Changement climatique 2001 – Troisième rapport d'évaluation du GIEC CO₂ -Circuit
6. ↑ Oreskes, Naomi (2004) :Le consensus scientifique sur le changement climatique , dans :Science Volume 306 du 4 décembre (PDF)
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