Oxid uhličitý

Oxid uhličitý

Obecné
Systematický název Oxid uhličitý
Triviální název Suchý led (pevný)
Ostatní názvy Kysličník uhličitý (Zastaralý název, neměl by se používat)
Latinský název Dioxidum carbonis
Anglický název Carbon dioxide
Německý název Kohlenstoffdioxid
Sumární vzorec CO2
Vzhled Bezbarvý plyn
Identifikace
Registrační číslo CAS 124-38-9
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP) 204-696-9
Číslo EC (enzymy) {{{Číslo EC}}}
PubChem

280
ChEBI [1]
SMILES C(=O)=O
InChI 1/CO2/c2-1-3
Vlastnosti
Molární hmotnost 44,0095(14) g/mol
Teplota tání −78 °C (195 K) (za normálního tlaku sublimuje)
Teplota varu −57 °C (216 K) (pod zvýšeným tlakem)
Teplota sublimace −78,48 °C (195 K)
Hustota 1,6 g/cm³,pevný; 1,98 kg/m³(plynný)
Dynamický viskozitní koeficient 0,07 cP při −78 °C
Index lomu 1,00045
Kritická teplota 31 °C
Kritický tlak 7390 kPa
Kritická hustota 0,468 g/cm
Disociační konstanta pKa 6,35 a 10,33
Rozpustnost ve vodě 1,45 kg/m³
Struktura
Dipólový moment nulový
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf -393,51 kJ/mol
Entalpie tání ΔHt 299 J/g
Entalpie varu ΔHv 901 J/g
Standardní molární entropie S 213,67 J K mol
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf -394,36 kJ/mol
Měrné teplo J K mol
Bezpečnost
S-věty S9, S26, S36 (v pevném skupenství)
NFPA 704 0 0 0
Číslo RTECS FF6400000
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).

Oxid uhličitý, archaicky uhlec je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu; při vyšších koncentracích může v ústech mít slabě nakyslou chuť. Je těžší než vzduch. Vzniká reakcí uhlíku s kyslíkem (spalováním):

hořením oxidu uhelnatého (například svítiplynu):

nebo organických látek, například methanu:

a to vždy za vývinu značného množství tepla. Podobnými reakcemi můžeme popsat i spalování fosilních paliv a biomasy. Je také produktem dýchání většiny živých organismů, kde je spolu s vodou konečným produktem metabolické přeměny živin obsažených v potravě.

V laboratoři se většinou připravuje reakcí uhličitanů, především uhličitanu vápenatého se silnými kyselinami například chlorovodíkovou:

Průmyslově se vyrábí tepelným rozkladem (žíháním) vápence (uhličitanu vápenatého):

Po chemické stránce je oxid uhličitý velice stálý a ani při velmi vysokých teplotách nad 2000 °C se znatelně nerozkládá. Ve vodě se snadno rozpouští, přičemž se přitom zčásti (asi z 0,003 %) slučuje s vodou na kyselinu uhličitou:

Oxid uhličitý reaguje se silnými hydroxidy za vzniku solí, které se vyskytují ve dvou formách, jako uhličitany a hydrogenuhličitany (starším názvem kyselé uhličitany); například s hydroxidem sodným vzniká buď hydrogenuhličitan sodný:

nebo při větším množství hydroxidu uhličitan sodný:

V zelených rostlinách je oxid uhličitý asimilován v procesu zvaném fotosyntéza za katalytického působení chlorofylu a dodávky energie ve formě světelných kvant na monosacharidy podle celkové rovnice:

Spalování sacharidů v těle živočichů (i rostlin v noci) je chemickým procesem právě opačným, stejně tak kvašení cukrů působením kvasinek.

Při geologickém vývoji planetárních těles hraje v chemismu oxidu uhličitého významnou roli rovnováha mezi oxidem uhličitým a oxidem křemičitým v kompetici o vápník podle vztahu:

Za běžných teplot panujících na Zemi je tato rovnováha posunuta téměř úplně vlevo, takže velké množství oxidu uhličitého je vázáno v uhličitanových horninách. Stoupne-li teplota zhruba nad 350 °C, rovnováha se vychýlí téměř úplně vpravo a oxid křemičitý vytěsní z hornin oxid uhličitý, který přejde do atmosféry. Tímto mechanismem se vysvětluje velmi hustá atmosféra planety Venuše, složená převážně z oxidu uhličitého.

Při ochlazení pod -80 °C mění plynný oxid uhličitý svoje skupenství přímo na pevné (desublimuje) za vzniku bezbarvé tuhé látky, nazývané suchý led.

Oxid uhličitý je nedýchatelný a ve vyšších koncentracích může způsobit ztrátu vědomí a smrt. Naruší totiž uhličitanovou rovnováhu v krvi a způsobí tak acidosu. Stejně tak ovšem pokles pod jeho normální koncentraci může způsobit alkalosu.

Výskyt v přírodě

Horní koláčový graf ukazuje složení suchého vzduchu. Oxid uhličitý představuje azurový podíl dolního grafu

Oxid uhličitý je běžnou součástí zemské atmosféry, přičemž jeho koncentrace (průměrně  0,038 % v roce 2004) v ovzduší kolísá v závislosti na místních podmínkách, na výšce nad povrchem a relativní vlhkosti vzduchu v ovzduší. V důsledku zejména průmyslových emisí jeho průměrná koncentrace ve vzduchu stále roste (viz odstavec „Vliv oxidu uhličitého na globální oteplování“).

Lokálně velmi vysoká koncentrace je v místech jeho výronu sopečných plynů ze země ve vulkanicky aktivních oblastech a v některých přírodních minerálních vodách. Vzhledem k tomu, že je těžší než vzduch může se v takových místech hromadit a představovat nebezpečnou past pro zvířata i lidi. Ročně tak vulkanické aktivity dodávají do ovzduší Země přibližně 130 až 230 Tg, což představuje řádově jen 1 až 2 % produkce CO2 lidstvem.

Oxid uhličitý byl také nalezen v mezihvězdném prostoru. Je hlavní složkou atmosfér planet Venuše a Mars. Spektroskopicky byl prokázán i v komě komet.

Využití

Oxid uhličitý je průmyslově lehce dostupný plyn. Využívá se jako:

Vliv oxidu uhličitého na globální oteplování

Koncentrace CO2 v atmosféře od roku 1740

Oxid uhličitý se podílí na vzniku skleníkového efektu. Největší podíl na skleníkovém efektu však překvapivě nemá oxid uhličitý ale vodní pára, která se na něm podílí z více než 60 procent. Jeho nárůst v ovzduší, což je považováno za hlavní příčinu globálního oteplování, je způsoben zejména spalováním fosilních paliv a úbytkem lesů. Naštěstí zatím nejvýkonnější ekosystém poutající vzdušný oxid uhličitý - mořský fytoplankton - není dosud příliš narušen.

Velké množství oxidu uhličitého je také rozpuštěno ve světových mořích a oceánech, které tak regulují jeho množství v atmosféře. Pozvolný nárůst globální teploty však negativně ovlivňuje rozpustnost CO2 v mořské vodě a pozitivní zpětnou vazbou se tak dostává zpět do vzduchu další dodatečné množství tohoto skleníkového plynu. Naštěstí většina oxidu uhličitého je v mořské vodě vázána chemicky ve formě uhličitanových a hydrogenuhličitanových iontů, za což vděčíme jeho reakci s vápenatými minerály podle rovnice:

Tato rovnováha se však se zvyšující teplotou posunuje doleva.

Také intenzita fotosyntézy fytoplanktonem je závislá na optimální teplotě a s jejím růstem nad optimum klesá.

Oxid uhličitý a biomasa

Kromě spalování biomasy či bioplynu vzniká oxid uhličitý také během kompostování. Navíc část organické hmoty zůstává na poli jako posklizňové (potěžební) zbytky, a kořenový systém.

V průběhu anaerobní digesce a kompostování je velká část organické hmoty přeměněna na stabilizované organo-minerální hnojivo s vysokým podílem humusových látek, takže velký podíl uhlíku zůstává dlouhodobě fixován v humusu, který zlepšuje vlastnosti půd (vododržnost, pufrační kapacitu, …). Navíc zlepšené vlastnosti půdy mají za následek vyšší výnosy, a tedy i intenzivnější asimilaci CO2 během fotosyntézy.

Historická poznámka

Oxid uhličitý byl první chemickou sloučeninou, která byla popsána jako plyn odlišný od vzduchu. V 17. století vlámský chemik Jan Baptist van Helmont zjistil, že při spalování dřevěného uhlí v uzavřené nádobě váha zbylého popele je menší, než původního uhlí. Vysvětlil to přeměnou části uhlí na neviditelnou substanci, kterou nazval plyn spiritus sylvestre.

V polovině 18. století vlastnosti tohoto plynu studoval podrobněji skotský lékař Joseph Black. Zjistil, že zahříváním vápence nebo jeho reakcí s kyselinami vzniká plyn, který nazval „fixovatelný vzduch“ („fixed air“), protože jej bylo možno vázat silnými zásadami (například hydroxidem vápenatým). Zjistil také, že je těžší než vzduch a že na rozdíl od normálního vzduchu nepodporuje hoření a že zvířata v něm hynou. Vázání na hydroxid vápenatý použil k důkazu, že je ve vydechovaném vzduchu a také, že se uvolňuje při procesu kvašení (fermentace).

Toxikologické hledisko

Koncentrace oxidu uhličitého ve vdechovaném vzduchu od 10 % výše má za následek rychlou ztrátu vědomí a při delší expozici smrt. Nebezpečí hrozí například v silážních či kanalizačních prostorech.

Literatura

Reference

  1. http://www.fi.muni.cz/~tomp/envi/eseje/vymola/esej.doc
  2. http://www.cenia.cz/www/webapp.nsf/webfiles/files-TT-sklen.%20efekt.pdf/$FILE/sklen.%20efekt.pdf
  3. Nátr L.: Země jako skleník, kapitola 4.4 na str. 53
  4. Bardoděj, Z.: Chemie v hygieně a toxikologii. LFH UK, Praha 1988.

Zpravodajství
díky, wikipedie! podporujeme stroke.cz podporujeme google.cz