diossido di carbonio

Anidride carbonica (di solito anidride carbonica nel normale utilizzo , ma spesso erroneamente anche acido carbonico chiamato) è un composto chimico di carbonio e ossigeno e quindi appartiene al gruppo degli ossidi di carbonio insieme al monossido di carbonio (noto anche come monossido di carbonio), al subossido di carbonio e al triossido di carbonio instabile.

L'anidride carbonica è un gas incolore e inodore. Con una concentrazione di circa lo 0,04% (attualmente 381 ppm corrispondenti a 0,0381%) è un componente naturale dell'aria. Si forma sia nella combustione completa di sostanze contenenti carbonio con sufficiente ossigeno sia nell'organismo degli esseri viventi come sottoprodotto della respirazione cellulare. Il CO₂ viene rilasciato attraverso il respiro. Al contrario, le piante, alcuni batteri e gli archei sono in grado di produrre CO₂ convertito in biomassa dalla fissazione dell'anidride carbonica. Ad esempio, le piante producono CO₂ da CO ₂ inorganica durante la fotosintesi glucosio.

Produzione

Prodotto di scarto dell'industria energetica

L'anidride carbonica viene prodotta quando vengono bruciati combustibili contenenti carbonio, compresi tutti i combustibili fossili. Per una data fonte di energia, la quantità di CO prodotta è ₂ dipende direttamente dalla quantità di carburante e quindi dall'energia convertita. Sebbene i moderni sistemi e processi operativi possano utilizzare l'energia contenuta nel combustibile meglio che in passato, non possono impedire la formazione del gas.

Questa produzione ammonta a circa 36 miliardi di tonnellate all'anno in tutto il mondo. In assenza di un processo di cattura del carbonio efficace ed economico, questa quantità fuoriesce nell'atmosfera e contribuisce al riscaldamento globale (vedi sotto).

Tecnico

Tecnicamente, l'anidride carbonica si ottiene bruciando coke con aria in eccesso o come sottoprodotto della combustione della calce (~530 milioni di t all'anno) e successiva purificazione (ad esempio legandosi al carbonato di potassio per formare carbonato acido e successivo rilascio per riscaldamento).

Anche le fonti di gas naturale (acqua minerale) vengono utilizzate per l'estrazione.

Su scala di laboratorio

In laboratorio, l'anidride carbonica è generata dal rilascio di carbonati da parte degli acidi.

Prova

Una semplice rilevazione dell'anidride carbonica è possibile con una soluzione acquosa di idrossido di calcio (acqua di calce). A tale scopo si introduce nella soluzione il gas da esaminare. Contiene il gas CO₂ , quindi il carbonato di calcio (calce) precipita come un solido biancastro e la soluzione diventa torbida. (vedi Campione di acqua calcarea)

L'anidride carbonica reagisce con l'idrossido di calcio per formare acqua e carbonato di calcio.

Proprietà fisiche

La molecola di anidride carbonica ha una struttura lineare. Sebbene i legami carbonio-ossigeno siano polari, i loro momenti di dipolo elettrico si annullano a vicenda a causa della simmetria molecolare, quindi la molecola stessa non ha momento di dipolo elettrico. Tuttavia, a causa dei momenti di dipolo interni, l'anidride carbonica è altamente solubile in acqua e assorbe alcune parti strette dello spettro elettromagnetico nella regione dell'infrarosso.

L'anidride carbonica viene utilizzata allo stato aggregato solido sotto il nome di ghiaccio secco nella tecnologia. Non si scioglie ma sublima a -78 °C. Tuttavia, al di sotto della temperatura critica di 31 °C, può essere condensato in un liquido incolore aumentando la pressione. A temperatura ambiente è necessaria una pressione di circa 60 bar, la pressione critica alla temperatura critica è di circa 73,7 bar. In forma liquida, l'anidride carbonica viene commercializzata in bombole a pressione.

Proprietà chimiche

L'anidride carbonica disciolta in acqua forma acido carbonico, H₂ CO₃ , ma più del 99% dell'anidride carbonica viene disciolto solo fisicamente. L'acido carbonico in quanto tale è in equilibrio con il suo prodotto di dissociazione (specie) bicarbonato ("bicarbonato", HCO₃ ) e carbonato (CO₃ ), che sono in proporzione tra loro che dipende dal valore del pH. Se si catturano gli ioni ossonio formatisi durante la dissociazione (H, in realtà H₃ O) aggiungendo una base con ioni idrossido (OH), la proporzione si sposta a favore del carbonato.

Utilizzo

Quando il ghiaccio secco sublima, si forma una nebbia bianca dal freddo CO₂ -Miscela d'aria e umidità di condensazione, che è stata utilizzata in precedenza come effetto nella tecnologia scenica. Oggi, ad esempio, ci sono accessori per il raffreddamento della nebbia per normali macchine per la nebbia dell'evaporatore che utilizzano CO ₂ liquida operato.

Molte bevande contengono anidride carbonica per ottenere un migliore effetto rinfrescante durante il consumo. In alcune bevande è prodotto per fermentazione (birra, spumante), in altre viene aggiunto artificialmente (limonata, seltz) o si utilizza acqua minerale naturale contenente anidride carbonica. Come additivo alimentare, porta la designazione E 290. Durante la produzione, l'anidride carbonica viene pompata nella bevanda ad alta pressione, dove circa lo 0,2% di essa reagisce con l'acqua per formare acido carbonico; la maggior parte viene disciolta come gas nell'acqua. Se la pressione diminuisce quando il vaso viene aperto, si verifica la nucleazione, in modo che il gas disciolto in eccesso fuoriesca sotto forma di bolle e salga. La formazione di bollicine del gas e il sapore aspro dell'acido carbonico sulla lingua durante il consumo stimolano le papille gustative, determinando un effetto rinfrescante.

L'anidride carbonica viene utilizzata anche negli estintori perché sposta l'ossigeno dalla fonte dell'incendio (vedi anche estintore a CO2, antincendio, agente estinguente).

L'anidride carbonica è usata come fertilizzante nelle serre. Il motivo è la CO₂ prodotta dal consumo di fotosintetici -Mancanza di insufficiente apporto di aria fresca, soprattutto in inverno con ventilazione chiusa, perché gli impianti CO₂ bisogno come sostanza di base. L'anidride carbonica viene immessa o direttamente come gas puro (relativamente costoso) o come prodotto della combustione da propano o gas naturale (accoppiamento di concimazione e riscaldamento). Il possibile aumento della resa dipende dalla gravità della mancanza di CO₂ è e quanto è forte la fornitura di luce per le piante. L'anidride carbonica è utilizzata anche in acquaristica come fertilizzante per le piante acquatiche (CO₂ -diffusore). Il CO₂ -Il contenuto nell'acqua può essere aumentato (respirazione, ma a scapito del contenuto di ossigeno). (Vedi anche: concimazione con anidride carbonica)

L'anidride carbonica supercritica ha un'elevata solubilità per le sostanze non polari e può sostituire i solventi organici tossici. Viene utilizzato come agente di estrazione, ad esempio per estrarre sostanze naturali come la caffeina (produzione di senza caffeina caffè per decaffeinizzazione), e come solvente per la pulizia e lo sgrassaggio, ad esempio dei wafer nell'industria dei semiconduttori e recentemente anche dei tessili (lavaggio a secco). Attualmente è in corso un'intensa ricerca sull'utilizzo dell'anidride carbonica supercritica come mezzo di reazione per la produzione di prodotti della chimica fine (ad esempio per la produzione di aromi), poiché in essi rimangono spesso enzimi isolati e senza residui di solventi (contrariamente ai solventi organici) rimangono nei prodotti.

L'anidride carbonica è utilizzata come refrigerante con la denominazione R744 o R-744 nei sistemi di condizionamento dell'aria per veicoli e fissi, nella tecnologia di refrigerazione industriale, nella refrigerazione dei supermercati e dei trasporti e nei distributori automatici. Ha una grande capacità di refrigerazione volumetrica (maggiore efficienza a un dato volume), un'elevata compatibilità ambientale (Global Warming Potential rispetto ai refrigeranti utilizzati oggi, circa 1/1000 per kg; nessun potenziale di deplezione dell'ozono; recupero da gas di scarico industriali) e al allo stesso tempo può essere utilizzato nei cicli di riscaldamento come in Pompe per acqua calda e riscaldatori per veicoli.

L'anidride carbonica è anche usata come gas protettivo nella tecnologia di saldatura, sia nella sua forma pura sia più spesso come additivo all'argon e/o all'elio. Poiché l'anidride carbonica è termodinamicamente instabile alle alte temperature, non viene indicata come gas inerte ma come gas attivo.

CO₂ usato anche nei lassativi (supposte). Attraverso una reazione chimica durante la dissoluzione della supposta, CO₂ rilasciato e allunga l'intestino, che a sua volta innesca il riflesso intestinale.

Sempre più CO₂ utilizzato in combinazione con un processo di sabbiatura automatizzato per creare superfici di elevata purezza. Con la sua combinazione di proprietà meccaniche, termiche e chimiche, CO₂ -La neve rimuove e rimuove un'ampia varietà di contaminanti superficiali senza lasciare alcun residuo.

Nel cosiddetto CO₂ -Le strutture sono recentemente utilizzate anche per stordire i maiali prima della macellazione. Per fare ciò, vengono calati in gruppi in un ascensore paternoster in una fossa contenente almeno il 90% di CO₂ contiene e perde conoscenza.

CO₂ nell'atmosfera e nell'effetto serra

Articolo principale:Effetto serra

L'anidride carbonica assorbe parte della radiazione termica (radiazione infrarossa), mentre la radiazione a onde corte, i. H. la maggior parte della radiazione solare, può passare. Questa proprietà rende l'anidride carbonica un cosiddetto gas serra. Dopo il vapore acqueo, il biossido di carbonio è il più potente dei gas serra in termini di proporzione, sebbene le efficienze specifiche di metano e ozono siano più elevate. Tutti i gas serra insieme aumentano la temperatura media sulla superficie terrestre da circa -18 °C a +15 °C (effetto serra naturale). L'anidride carbonica rappresenta circa il 9-26% di questo effetto complessivo ed è quindi in gran parte responsabile del clima vivibile sulla terra.

Il CO₂ -La percentuale nell'atmosfera terrestre è stata soggetta a notevoli fluttuazioni nel corso della storia terrestre, che hanno varie cause biologiche, chimiche e fisiche. Per almeno 650.000 anni, tuttavia, la proporzione è sempre stata inferiore a 280 ppm. Il CO₂ concentrazione negli ultimi 10.000 anni è rimasta relativamente costante a 280 ppm. L'equilibrio del ciclo dell'anidride carbonica è stato quindi ampiamente bilanciato durante questo periodo. Con l'inizio dell'industrializzazione nel 19° secolo, la CO₂ è aumentata proporzione nell'atmosfera a 381 ppm finora (2006) e sta aumentando ad es. Attualmente ulteriormente di una media di 1,5-2 ppm all'anno.

Questo aumento è dovuto all'azione antropica, i. H. artificiale, CO₂ -Emissioni di circa 36,3 Gt o circa 9,9 Gt di carbonio (8,4 GtC dalla combustione di combustibili fossili e 1,5 ± 0,5 GtC dall'uso del suolo) all'anno. Ciò rappresenta solo una piccola parte dell'anidride carbonica, che proviene principalmente da fonti naturali, di circa 550 Gt CO₂ all'anno o 150 Gt carbonio fuori, ma provoca un afflusso netto a causa del saldo di CO₂ naturale il ciclo è zero. La CO₂ antropogenica -Le emissioni sono parzialmente assorbite dai pozzi naturali di anidride carbonica, in modo che solo il 45% circa dell'anidride carbonica antropogenica si accumula nell'atmosfera.

La stragrande maggioranza degli scienziati ritiene che l'aumento dei gas serra nell'atmosfera causato dall'uomo contribuisca all'effetto serra di origine antropica che porta al riscaldamento globale. CO₂ contribuisce in modo significativo al riscaldamento , che viene rilasciato attraverso la combustione dei combustibili fossili petrolio, gas naturale e carbone, mentre la combustione di biomassa e combustibili da essa derivati ​​emette solo CO₂ a saldo -Rilascia gli importi precedentemente legati fotosinteticamente. Le conseguenze del riscaldamento globale dovrebbero essere ridotte attraverso la protezione del clima.

In generale, è stato riconosciuto dalla scienza almeno dagli anni '90 che esiste un cambiamento climatico statisticamente significativo e che una delle cause è l'aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera. Questo sospetto, che inizialmente era associato a una maggiore incertezza, è diventato sempre più sostanziato nel corso della ricerca e dopo aspre polemiche sul riscaldamento globale ed è ora in gran parte un consenso scientifico. I dati sulla temperatura osservata non possono essere spiegati senza tenere conto dei gas serra.

Effetti fisiologici e pericoli

CO₂ -Concentrazioni (Vol%) nell'aria ed effetti sull'uomo:

• 0,038%:attuale concentrazione nell'aria
• 0,15%:Linee guida per l'igiene dell'aria interna per l'aria fresca
• 0,3%:livello MIC al di sotto del quale non ci sono problemi per la salute dovuti a un'esposizione prolungata
• 0,5% (9 g/m³):TLV per un'esposizione giornaliera di otto ore al giorno
• 1,5%:aumento del volume del tempo respiratorio di oltre il 40%.
• 4%:respiro esalato
• 5%:Presenza di mal di testa, vertigini e stato di incoscienza
• 8%:incoscienza, la morte avviene dopo 30-60 minuti

Gli incidenti con CO₂ si verificano ancora e ancora . Nelle cantine, nei silos di mangime, nei pozzi e nelle fosse settiche possono accumularsi notevoli quantità di CO₂ a causa dei processi di fermentazione modulo. Durante la fermentazione di un litro di mosto si producono fino a 50 litri di gas di fermentazione. Se non viene fornita un'adeguata ventilazione, si formeranno livelli pericolosi a causa della maggiore densità di CO₂ rispetto all'aria, soprattutto vicino al suolo (lago di anidride carbonica ).

L'effetto dannoso diretto su animali e esseri umani può essere basato sullo spostamento di ossigeno nell'aria in singoli casi. La vista popolare, CO₂ è innocuo di per sé e funziona solo sostituendo l'ossigeno necessario alla vita, ma è sbagliato. Da qui il vecchio test della candela non utile per rilevare pericolose carenze di ossigeno. A causa dello spostamento dell'aria (abbassamento dell'O₂ pressione parziale inferiore a 130 mbar) a causa della maggiore anidride carbonica può in aggiunta sugli effetti nocivi della CO₂ può anche portare al soffocamento per mancanza di ossigeno.

CO₂ disciolto nel sangue attiva il centro respiratorio del cervello in una concentrazione fisiologica (naturale) e leggermente aumentata, ma in una concentrazione significativamente più alta porta ad una riduzione o addirittura all'eliminazione dello stimolo respiratorio riflesso (depressione respiratoria, arresto respiratorio). Questi effetti si manifestano molto più velocemente del soffocamento.

Da circa il 5 percento di CO₂ mal di testa e vertigini si verificano nell'aria inalata e a concentrazioni più elevate si ha un battito cardiaco accelerato (tachicardia), un aumento della pressione sanguigna, mancanza di respiro e perdita di coscienza (il cosiddetto CO₂ -Anestesia). CO₂ -Concentrazioni dell'8% e oltre causano la morte entro 30-60 minuti.

Inoltre, l'anidride carbonica ha un effetto indiretto sull'equilibrio di ossigeno nel sangue. Se c'è più anidride carbonica nell'aria o nell'acqua dolce, il valore del pH nel sangue viene ridotto attraverso l'equilibrio di dissociazione dell'acido carbonico - il sangue diventa "più acido". L'emoglobina è influenzata da questo calo del pH. A pH più basso, il suo O₂ diminuisce -Capacità di rilegatura. Ciò significa con lo stesso O₂ -La quantità di ossigeno nell'aria può essere legata e trasportata dall'emoglobina. Questo fatto è descritto dall'effetto Bohr e dall'effetto Haldane. Nel tessuto in cui deve essere rilasciato l'ossigeno, la concentrazione di CO₂ superiore (=valore pH inferiore, O₂ inferiore -capacità di legame) e quindi facilita l'O₂ -prelievo. Nei polmoni la situazione si ribalta, favorendo il "caricamento" dell'emoglobina con ossigeno.

Questo effetto indiretto attraverso il valore del pH del sangue deve essere distinto dalla tossicità molto più forte del monossido di carbonio. In quanto agente complessante, il monossido di carbonio maschera irreversibilmente il nucleo di ferro dell'emoglobina e impedisce così il legame dell'ossigeno nei globuli rossi. Questo è un meccanismo molecolare diverso (più efficiente) rispetto all'anidride carbonica.

Ancora e ancora, intere famiglie sono vittime di avvelenamento da gas di fermentazione perché diverse persone inalano anidride carbonica e perdono conoscenza quando salvano un membro della famiglia. Il primo soccorritore si mette in pericolo solo quando cerca di soccorrere:nessuno può portare una persona priva di sensi fuori da un seminterrato con il fiato sospeso. Attivare invece la ventilazione (se disponibile) ed effettuare una chiamata di emergenza.

Soccorrere una vittima dal CO₂ - situazioni sospette (cantina, ecc.) sono possibili solo da servizi professionali di emergenza (vigili del fuoco) con autorespiratore.

In rari casi si verificano anche disastri naturali con anidride carbonica; il più famoso si è verificato nel 1986 al Lago Nyos in Camerun.

• bilancia Boudouard
• CO₂ - Neutralità
• CO₂ -Pressione parziale vedi pressione parziale
• CO₂ -Sequestro
• Commercio di emissioni
• Il riscaldamento globale e le sue conseguenze
• aria
• effetto pastore
• Consumo di carburante (CO₂ condividi)
• Elenco delle centrali elettriche (emissioni)
• Acidificazione degli oceani

Riferimenti

• Eike Roth:Problemi ambientali globali:cause e soluzioni. Friedmann, Monaco di Baviera 2004. (Effetto serra, comprese le sue cause e la discussione sull'influenza antropogenica.) ISBN 3-933431-31-X
• Pörtner:effetti di CO₂ -Entrata e aumento della temperatura nella biosfera marina (pdf 1.3 MB, 85 p.)
• Bauer, Kurt:sull'importanza dell'acido carbonico negli stagni delle carpe. La pesca austriaca 44/1991 p.49-64

Fonti

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2. ↑ Il refrigerante naturale 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 e Jean Jouzel (2005):Ciclo del carbonio stabile– Relazione climatica durante il tardo Pleistocene , in:Scienza, vol. 5752, pp. 1313-1317, 25 novembre, vedi Abstract online
4. ↑ Josep Canadella, Corinne Le Quéré, Michael Raupacha, Christopher Fielde, Erik Buitenhuisc, Philippe Ciaisf, Thomas Conwayg, Nathan Gillettc, R. Houghtonh e Gregg Marland (2007):Contributi all'accelerazione della crescita della CO2 atmosferica derivanti dall'attività economica, dall'intensità del carbonio e dall'efficienza dei pozzi naturali , in:Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze, online (PDF)
5. ↑ Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (2001):Cambiamenti climatici 2001 – Terzo rapporto di valutazione dell'IPCC CO₂ -Circuito
6. ↑ Oreskes, Naomi (2004):Il consenso scientifico sui cambiamenti climatici , in:Science Vol. 306 del 4 dicembre (PDF)
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