Oxid uhličitý

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Schéma molekuly oxidu uhličitého

Oxid uhličitý je atmosferický plyn tvorený dvoma atómami kyslíka a jedným atómom uhlíka. Jeho sumárny chemický vzorec je CO2. Je bezfarebný, nehorľavý, málo reaktívny, ťažší než vzduch. Vzniká ako produkt biologických procesov, napríklad dýchania a kvasenia a ako produkt horenia zlúčenín uhlíka vo vzduchu. Pri normálnom tlaku v neviazanej forme sa vyskytuje vo forme plynu, pri normálnom tlaku nestabilná pevná forma sa nazýva suchý ľad.

Chemické reakcie[upraviť | upraviť zdroj]

Oxid uhličitý, pri vyšších koncentráciách môže v ústach mať slabo nakyslú chuť. Vzniká reakciou uhlíka s kyslíkom (spaľovaním):

C + O2 → CO2,

horením oxidu uhoľnatého (napr. svietiplynu):

2 CO + O2 → 2 CO2,

alebo organických látok, napr. metánu:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O,

a to vždy za vývinu značného množstva tepla. Podobnými reakciami môžeme popísať i spaľovanie fosílnych palív a biomasy. Je tiež produktom dýchania väčšiny živých organizmov, kde je spolu s vodou konečným produktom metabolickej premeny živín obsiahnutých v potrave živočíchov.

V laboratóriu sa väčšinou pripravuje reakciou uhličitanov, predovšetkým uhličitanu vápenatého so silnými kyselinami napr. chlorovodíkovou:

CaCO3 + 2 HCl → CO2 + CaCl2 + H2O.

Priemyslene sa vyrába tepelným rozkladom (žíhaním) vápenca (uhličitanu vápenatého):

CaCO3 → CaO + CO2.

Po chemickej stránke je oxid uhličitý veľmi stály a ani pri veľmi vysokých teplotách nad 2 000 °C sa nerozkladá. Vo vode sa ľahko rozpúšťa, pričom sa pri tom sčasti (asi z 0,003 %) zlučuje s vodou na kyselinu uhličitú:

CO2 + H2O ↔ H2CO3.

Oxid uhličitý reaguje so silnými hydroxidami za vzniku solí, ktoré sa vyskytujú v dvoch formách, ako uhličitany a hydrogenuhličitany (starším názvom kyslé uhličitany); napr. s hydroxidom sodným vzniká buď hydrogenuhličitan sodný:

CO2 + NaOH → NaHCO3,

alebo pri väčšom množstve hydroxidu uhličitan sodný:

CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O.

V zelených rastlinách je oxid uhličitý asimilovaný v procese zvanom fotosyntéza za katalytického pôsobenia chlorofylu a dodávky energie vo forme svetelných kvant na monosacharidy podľa celkovej rovnice:

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2.

Spaľovanie sacharidov v tele živočíchov (a rastlín v noci) je opačným chemickým procesom (podobne ako kvasenie cukrov pôsobením kvasiniek).

Pri geologickom vývoji planetárnych telies hrá v chemizme oxidu uhličitého významnú rolu rovnováha medzi oxidom uhličitým a oxidom kremičitým podľa vzťahu:

CaCO3 + SiO2 ↔ CO2 + CaSiO3.

Za bežných teplôt panujúcich na Zemi je táto rovnováha posunutá takmer úplne vľavo, takže veľké množstvo oxidu uhličitého je viazané v uhličitanových horninách. Ak stúpne teplota zhruba nad 350 °C, rovnováha sa vychýli takmer úplne vpravo a oxid kremičitý vytlačí z hornín oxid uhličitý, ktorý prejde do atmosféry. Týmto mechanizmom sa vysvetľuje veľmi hustá atmosféra planéty Venuše, zložená prevažne z oxidu uhličitého.

Pri ochladení pod −80 °C mení plynný oxid uhličitý svoje skupenstvo priamo na pevné (desublimuje) za vzniku bezfarebnej tuhej látky nazývanej suchý ľad.

Oxid uhličitý je nedýchateľný a vo vyšších koncentráciách môže spôsobiť stratu vedomia a smrť.

Výskyt v prírode[upraviť | upraviť zdroj]

Oxid uhličitý je bežnou súčasťou zemskej atmosféry, pričom jeho koncentrácia (merania CO2) v ovzduší kolíše v závislosti na miestnych podmienkach, na nadmorskej výške a relatívnej vlhkosti vzduchu v ovzduší. V dôsledku hlavne emisií priemyslu jeho priemerná koncentrácia vo vzduchu stále rastie (pozri odsek „Vplyv oxidu uhličitého na globálne otepľovanie“).

Lokálne veľmi vysoká koncentrácia je v miestach jeho výronu zo zeme vo vulkanicky aktívnych oblastiach a v niektorých prírodných minerálnych vodách. Vzhľadom k tomu, že je ťažši než vzduch môže sa v takýchto miestach hromadiť a predstavovať nebezpečnú pascu pre zvieratá i ľudí. Ročne takto vulkanické aktivity dodávajú do ovzdušia Zeme približne 130 až 230 Tg, čo predstavuje rádovo len 1 až 2 % produkcie CO2 ľudstvom.

Oxid uhličitý bol tiež nájdený v medzihviezdnom priestore. Je hlavnou zložkou atmosfér planét Venuša a Mars. Spektroskopicky bol dokázaný i v kométach.

Chemické vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

  • Molová hmotnosť = 44,0095(14) g/mol
  • Teplota topenia = −57 °C (216 K) (pod tlakom)
  • Teplota varu −78 °C (195 K) (za normálneho tlaku sublimuje)
  • Teplota sublimácie = −78,48 °C (195 K)
  • Hustota = 1,6 g/cm³, pevný; 1,98 kg/m³ (plynný)
  • Dynamický viskozitný koeficient = 0,07 cP pri −78 °C
  • Index lomu = 1,00045
  • Kritická teplota = 31 °C
  • Kritický tlak = 7 390 kPa
  • Kritická hustota = 0,468 g/cm3
  • pKa = 6,35 a 10,33
  • Rozpustnosť = 1,45 kg/m³
  • Štandardná zlučovacia entalpia = -393,51 kJ/mol
  • Entalpia topenia = 299 J/g
  • Entalpia varu = 901 J/g
  • Štandardná molárna entropia = 213,67 J K−1 mol−1
  • Štandardná zlučovacia Gibbsova energia = -394,36 kJ/mol
  • Merné teplo = J K−1 mol−1

Využitie[upraviť | upraviť zdroj]

Oxid uhličitý je priemyselne ľahko dostupný plyn. Využíva sa ako:

Vplyv oxidu uhličitého na globálne otepľovanie[upraviť | upraviť zdroj]

Vo svojej podstate nepredstavuje CO2 škodlivinu, pretože nie je jedovatý. Koncom roku 1997 na Konferencii o ovzduší konanej v Japonsku (Kjóto), dospeli rokujúce krajiny k prijatiu obmedzení pre produkciu CO2. Tieto obmedzenia sú známe pod názvom Kjótsky protokol. Nárast CO2 v ovzduší, je považovaný za hlavnú príčinu globálneho otepľovania, je spôsobený hlavne spaľovaním fosílnych palív a úbytkom lesov. Naštastie zatiaľ najvýkonnejší ekosystém pútajúci vzdušný oxid uhličitý – morský fytoplanktón – nie je príliš narušený.

Veľké množstvo oxidu uhličitého je tiež rozpusteného v svetových moriach a oceánoch, ktoré tak regulujú jeho množstvo v atmosfére. Pozvoľný nárast globálnej teploty však negatívne ovplyvňuje rozpustnosť CO2 v morskej vode a pozitívnou spätnou väzbou sa tak dostáva späť do vzduchu dalšie dodatočné množstvo tohoto skleníkového plynu. Našťastie väčšina oxidu uhličitého je v morskej vode viazaná chemicky vo forme uhličitanových a hydrogenuhličitanových iónov, za čo vďačíme jeho reakciou s vápenatými minerálmi podľa rovnice:

CaCO3 + CO2 + H2O ←→ Ca2+ + 2 HCO3-

Táto rovnováha sa však so zvyšujúcou teplotou posunuje doľava.

Taktiež intenzita fotosyntézy fytoplanktónom je závislá na optimálnej teplote a s jej rastom nad optimum klesá.

Oxid uhličitý a biomasa[upraviť | upraviť zdroj]

Okrem spaľovania biomasy resp. bioplynu vzniká oxid uhličitý tiež počas kompostovania. Časť organickej hmoty zostáva na poli ako požatvové zvyšky a koreňový systém.

V priebehu kompostovania je veľká časť organickej hmoty premenená na stabilizované organo-minerálne hnojivo s vysokým podielom humusových látok, takže veľký podiel uhlíku zostáva dlhodobo fixovaný v humuse, ktorý zlepšuje vlastnosti pôd (vododržnosť, pufračnú kapacitu, a pod.). Navyše zlepšené vlastnosti pôdy majú za následok vyššie výnosy, a teda i intenzívnejšiu asimiláciu CO2 počas fotosyntézy.

Historické súvislosti[upraviť | upraviť zdroj]

Oxid uhličitý bol prvou chemickou zlúčeninou, ktorá bola popísaná ako plyn odlišný od vzduchu. V 17. storočí flámsky chemik Jan Baptist van Helmont zistil, že pri spaľovaní dreveného uhlia v uzatvorenej nádobe váha popola je menšia, než pôvodného uhlia. Vysvetlil to premenou časti uhlia na neviditeľnú substanciu, ktorú nazval plyn spiritus sylvestre.

V polovici 18. teho storočia vlastnosti tohto plynu študoval podrobnejšie škótsky lekár Joseph Black. Zistil, že zahrievaním vápenca alebo jeho reakciou s kyselinami vzniká plyn, ktorý nazval „fixovateľný vzduch“ („fixed air“), pretože ho bolo možné viazať silnými zásadami (napr. hydroxidom vápenatým). Zistil tiež, že je ťažší ako vzduch a že na rozdiel od normálneho vzduchu nepodporuje horenie a že zvieratá v ňom hynú. Viazanie na hydroxid vápenatý použil na dôkaz, že je vo vydychovanom vzduchu a tiež, že sa uvoľňuje pri procese kvasenia (fermentácii).

Literatúra[upraviť | upraviť zdroj]

  • Neftel, A., H. Friedli, E. Moore, H. Lotscher, H. Oeschger, U. Siegenthaler, and B. Stauffer. 1994. Historical carbon dioxide record from the Siple Station ice core. pp. 11-14. In T.A. Boden, D.P. Kaiser, R.J. Sepanski, and F.W. Stoss (eds.) Trends'93: A Compendium of Data on Global Change. ORNL/CDIAC-65. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tenn. U.S.A.
  • Keeling, C.D., and T.P. Whorf. 1994. Atmospheric carbon dioxide records from sites in the SIO air sampling network. pp. 16-26. In T.A. Boden, D.P. Kaiser, R.J. Sepanski, and F.W. Stoss (eds.) Trends'93: A Compendium of Data on Global Change. ORNL/CDIAC-65. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tenn. U.S.A.

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]