Oxid uhličitý

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Oxid uhličitý
Carbon dioxide structure.png2D schéma molekuly CO22D model molekuly CO2Oxid uhličitý.PNG
Obecné
Systematický název Oxid uhličitý
Triviální název Suchý led (pevný)
Kysličník uhličitý
Ostatní názvy karbid dioxid
kyselina dioxy-karbanoxylová
Latinský název Dioxidum carbonis
Anglický název Carbon dioxide
Německý název Kohlenstoffdioxid
Sumární vzorec CO2
Vzhled bezbarvá plynná látka bez zápachu
Identifikace
UN kód 1013
SMILES C(=O)=O
InChI 1/CO2/c2-1-3
Číslo RTECS FF6400000
Vlastnosti
Molární hmotnost 44,009 5(14) g/mol
Molární objem VM 22,263 dm3/mol
Teplota tání -56,6 °C (527 kPa)
Teplota sublimace -78,476 °C
Hustota 1,56 g/cm³ (pevný, -79 °C)
1,101 g/cm³ (kapalina, -37 °C)
0,001 976 8 g/cm³ (plyn, 0 °C)
Dynamický viskozitní koeficient 0,008 96 cP (-78 °C)
0,010 61 cP (-60 °C)
0,013 90 cP (0 °C)
0,014 8 cP (20 °C)
0,015 3 cP (30 °C)
0,018 89 cP (104 °C)
0,033 0 cP (490 °C)
0,043 58 cP (850 °C)
0,047 86 cP (1 052 °C)
Index lomu nD=1,195 (kapalina, 15 °C)
nD=1,000 45 (0 °C)
Kritická teplota Tk 31 °C
Kritický tlak pk 7 390 kPa
Kritická hustota 0,468 g/cm3
Disociační konstanta pKa 6,35
10,33
Rozpustnost ve vodě 171,3 ml/100 ml(0 °C)
119 ml/100 ml(10 °C)
87,8 ml/100 ml(20 °C)
75,9 ml/100 ml(25 °C)
66,5 ml/100 ml(30 °C)
53,0 ml/100 ml(40 °C)
43,6 ml/100 ml(50 °C)
35,9 ml/100 ml(60 °C)
Rozpustnost v polárních
rozpouštědlech
alkoholy
ketony
estery
Rozpustnost v nepolárních
rozpouštědlech
uhlovodíky
Relativní permitivita εr 1,000 99 (plyn, 0 °C)
1,604 (kapalina, 0 °C)
1,600 (kapalina, 25 °C)
Van der Waalsovy konstanty stavové rovnice a= 0,359 2 Pa m6 mol-2
b= 42,67•10-6 m3 mol-1
Součinitel tepelné vodivosti 0,011 7 W m-1 K-1 (-40 °C)
0,013 3 W m-1 K-1 (-18 °C)
0,014 9 W m-1 K-1 (4,4 °C)
0,016 63 W m-1 K-1 (27 °C)
0,017 49 W m-1 K-1 (38 °C)
0,018 35 W m-1 K-1 (49 °C)
Struktura
Tvar molekuly rovinný
Dipólový moment 0 Cm
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf° -393,51 kJ/mol
-413,8 kJ/mol (vodný roztok)
Entalpie tání ΔHt 299 J/g
Entalpie varu ΔHv 900,7 J/g
Entalpie rozpouštění ΔHrozp -559 J/g (20 °C)
Standardní molární entropie S° 213,667 J K-1 mol-1
118 J K-1 mol-1 (vodný roztok)
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf° -394,36 kJ/mol
-386,0 kJ/mol (vodný roztok)
Izobarické měrné teplo cp 0,843 J K-1 g-1
1,325 J K-1 g-1 (kapalina, 25 °C)
Izochorické měrné teplo cV 0,654 6 J K-1 g-1
Bezpečnost
R-věty žádné nejsou
S-věty S9, S26, S36 (v pevném skupenství)
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
2
0
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).

Oxid uhličitý (dříve kysličník uhličitý) je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu; při vyšších koncentracích může mít v ústech slabě nakyslou chuť. Je těžší než vzduch.

Jeho molekula je tvořena jedním atomem uhlíku a dvěma atomy kyslíku.

Příprava a výroba[editovat | editovat zdroj]

Vzniká reakcí uhlíku s kyslíkem (spalováním):

C + O2 → CO2,

hořením oxidu uhelnatého (například svítiplynu):

2 CO + O2 → 2 CO2,

nebo organických látek, například methanu:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O,

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:

CaCO3 + 2 HCl → CO2 + CaCl2 + H2O.

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

CaCO3 → CaO + CO2.

Po chemické stránce je oxid uhličitý velice stálý a ani při velmi vysokých teplotách nad 2 000 °C se znatelně nerozkládá. Ve vodě se snadno rozpouští, přičemž se z malé části slučuje s vodou na kyselinu uhličitou:

CO2 + H2O ↔ H2CO3.

Významné reakce[editovat | editovat zdroj]

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

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:

CO2 + NaOH → NaHCO3,

nebo při větším množství hydroxidu uhličitan sodný:

CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O.

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:

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2.

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:

CaCO3 + SiO2 ↔ CO2 + CaSiO3.

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[editovat | editovat zdroj]

Fázový diagram oxidu uhličitého

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 řadě komet.

Využití[editovat | editovat zdroj]

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

Vliv oxidu uhličitého na globální oteplování[editovat | editovat zdroj]

Koncentrace CO2 v atmosféře od roku 1740

Oxid uhličitý se podílí na vzniku skleníkového efektu. Celkově má však na skleníkovém efektu nižší vliv než vodní pára[1][2], která se na něm podílí z více než 60 procent.[3] Nárůst oxidu uhličitého v ovzduší je obecně považován za hlavní příčinu globálního oteplování. Existují však i opačné studie, které naznačují, že naopak nárůst obsahu CO2 je způsoben zejména nárůstem teplot[4] a že změny obsahu CO2 jsou zpožděny za změnami teplot.[5] Oxid uhličitý podporuje bujení pozemské vegetace.[6] Pozoruje se tak při jeho nárůstu zelenání pouští.[7]

Velké množství oxidu uhličitého je také rozpuštěno ve světových mořích a oceánech, které tak regulují jeho množství v atmosféře. Pozvolný nárůst globální teploty však ovlivňuje rozpustnost CO2 v mořské vodě a pozitivní zpětnou vazbou se tak dostává zpět do vzduchu další dodatečné množství tohoto skleníkového plynu.

Většina oxidu uhličitého je v mořské vodě vázána chemicky ve formě uhličitanových a hydrogenuhličitanových iontů, což je způsobeno jeho reakci s vápenatými minerály podle rovnice:

CaCO3 + CO2 + H2O ←→ Ca2+ + 2 HCO3-

Tato rovnováha se však se zvyšující teplotou posunuje doleva – dochází tedy k uvolňování oxidu uhličitého do ovzduší.

Velké množství oxidu uhličitého z ovzduší poutá mořský fytoplankton, který jej fotosyntézou přeměňuje na vodu, živiny a další produkty. Tato reakce je závislá na optimální teplotě a s jejím růstem nad optimum klesá.[zdroj?] Tento nejvýkonnější ekosystém poutající vzdušný oxid uhličitý není dosud příliš narušen.[zdroj?]

Oxid uhličitý a biomasa[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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 je váha zbylého popele menší než původního uhlí. Vysvětlil to přeměnou části uhlí na neviditelnou substanci, kterou nazval plyn spiritus sylvestre.

V polovině 18. století studoval vlastnosti tohoto plynu 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 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[editovat | editovat zdroj]

Na 3 % v ovzduší člověk nereaguje. 5 % způsobuje závratě, nouzi o dech, ospalost. 8-10 % bezvědomí a smrt. Při 20 % se člověk náhle zhroutí, smrt nastává do 5-10 minut.

Nebezpečí hrozí například v silážních či kanalizačních prostorech.[8]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  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. http://www.klimaskeptik.cz/news/australsky-vedec-co2-je-rizen-teplotami-ne-naopak/ - Australský vědec: CO2 je řízen teplotami, ne naopak
  5. http://www.osel.cz/index.php?clanek=6577 - CO2 a teploty: Popletená příčina a důsledek
  6. http://www.osel.cz/index.php?clanek=6959 - Oxid uhličitý způsobuje zelenání planety
  7. http://www.scienceworld.cz/neziva-priroda/rostouci-hladina-co2-zpusobuje-zelenani-pousti/ - Rostoucí hladina CO2 způsobuje zelenání pouští
  8. Bardoděj, Z.: Chemie v hygieně a toxikologii. LFH UK, Praha 1988.

Literatura[editovat | editovat 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.
  • WALTER, Carsten, STUPAVSKÝ, Vladimír: Velký CO2 podvod. Biom.cz [online]. 2008-12-15 [cit. 2009-06-09]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/velky-co2-podvod>. ISSN: 1801-2655.
  • NÁTR, Lubomír. 2006. Země jako skleník : proč s bát CO2?. vydala Academia, ISBN 80-200-1362-8
  • VOHLÍDAL, JIŘÍ; ŠTULÍK, KAREL; JULÁK, ALOIS. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha : Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.  

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Kategorie Carbon dioxide ve Wikimedia Commons