Oxid uhličitý
| Oxid uhličitý | |
|---|---|
 Struktura CO2 | |
 2D schéma molekuly CO2 | |
 2D model molekuly CO2 | |
| 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 | |
| Registrační číslo CAS | 124-38-9 |
| EC-no (EINECS/ELINCS/NLP) | 204-696-9 |
| PubChem | 280 |
| ChEBI | 16526 |
| 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) 1,977 kg/m³ (plyn, 0 °C, 101325 Pa) |
| 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) |
| 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 |  0
2
0
|
Některá data mohou pocházet z datové položky. | |
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. V pevném skupenství je znám také jako suchý led.
Jeho molekula je tvořena jedním atomem uhlíku a dvěma atomy kyslíku.
Příprava a výroba
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
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
Oxid uhličitý je běžnou součástí zemské atmosféry, přičemž jeho koncentrace (průměrně 0,040 % v roce 2013) 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“). V půdě je ho celkem 2x více než v atmosféře[1] a v oceánu zhruba 50x více než v atmosféře.[2]
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 milionů tun, 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
Oxid uhličitý je průmyslově lehce dostupný plyn. Využívá se jako:
- chemická surovina pro výrobu:
- anorganických uhličitanů
- polykarbonátů
- polyuretanů
- karbamátů
- isokyanátů
- a jiných organických sloučenin
- hnací plyn a ochranná atmosféra pro potravinářské účely, konzervant E290
- součást perlivých/sycených nápojů, což ovlivňuje i vnímání jejich chuti[3]
- náplň sněhových hasicích přístrojů
- chladicí médium (suchý led)
- v medicíně se přidává (do 5 %) ke kyslíku pro zvýšení efektivity dýchání
- hnojivo v akvaristice[4]
Vliv oxidu uhličitého na globální oteplování
Oxid uhličitý se podílí na vzniku skleníkového efektu. Celkově má však na skleníkovém efektu nižší vliv než vodní pára,[5] [6] která se na něm podílí z více než 60 procent.[7] Nárůst oxidu uhličitého v ovzduší je obecně považován za hlavní příčinu globálního oteplování. Historicky se objevily i opačné studie, které naznačovaly, že naopak nárůst obsahu CO2 je způsoben zejména nárůstem teplot[8] a že změny obsahu CO2 jsou zpožděny za změnami teplot.[9] Oxid uhličitý podporuje bujení pozemské vegetace.[10] Pozoruje se tak při jeho nárůstu zelenání pouští.[11] Uhlík by tedy neměl být stereotypicky považován za špatný.[12].
Od roku 2014 mapuje výskyt oxidu uhličitého družice NASA (Orbiting Carbon Observatory-2).[13] Změřený výskyt ale příliš nesouhlasil se staršími modely šíření oxidu uhličitého v atmosféře.[14]
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.
Argumentace použitá k teorii ohledně příčin nárůstu CO2 především v důsledku nárůstu teplot (viz výše) v uvedených článcích však byla pro v celku elementární opominutí vyvrácena [15].
Z posledních analýz satelitních dat (říjen 2017), prezentovaných vědci z Jet Propulsion Laboratory vyplývá[16], že variuje pouze (cca mezi 20% a 80% antropogenní produkce oxidu uhličitého) schopnost přírodního pohlcování CO2 v různých oblastech zeměkoule. V případě zvýšení teplot je příčinou relativního snížení pohlcování CO2 urychlení rozkladu rostlin, v případě sucha se pohlcování CO2 přírodou snižuje v důsledku lesních požárů, v případě kombinace vysokých teplot a sucha dále ještě v důsledku klesající fotosyntézy a tím snížení vytváření biomasy. To ale nic nemění na setrvalém nárůstu CO2 v ovzduší v důsledku činnosti člověka. Tento vliv pak přirozeně přináší řadu dalších pozitivních zpětných vazeb pro přírodní produkci CO2, které zpětně ovlivňují globální oteplování, s pokračující antropogenní produkcí CO2 pak narůstají i tyto sekundární efekty. Podle stejného zdroje současná antropogenní produkce činí dle dat z října 2017 cca 10 GT CO2 ročně, k čemuž se v posledních letech přidává redukce přírodního pohlcování CO2 v důsledku jevu El Niño, která znamená efektivní nárůst emisí o dalších cca 2,5 GT CO2 ročně.
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?]
Díky přecházení CO2 do oceánů dochází ke zvýšení jejich kyselosti v důsledku zvýšení koncentrace kyseliny uhličité v mořské vodě, rozpouštějící kalciové složky těl řady mořských organismů, díky kterému je očekáváno drastické proměnění druhové skladby mořských živočichů v oceánech[17][18]. Toto okyselení moří je někdy nazýváno "zlým dvojčetem globálního oteplování"[19][20].
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 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
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.[21]
Reference
- ↑ http://phys.org/news/2016-08-uncertainty-soil-carbon-feedbacks-affect.html - Managing uncertainty: How soil carbon feedbacks could affect climate change
- ↑ http://earthguide.ucsd.edu/virtualmuseum/climatechange1/06_2.shtml - The Biological Carbon Pump
- ↑ http://zdravi.e15.cz/clanek/priloha-lekarske-listy/oxid-uhlicity-a-sladka-chut-472603 - Oxid uhličitý a sladká chuť
- ↑ SCHLIENWEN, Ulrich. Naše akvarijní ryby. Praha: VAŠUT ISBN 978-80-7236-449-7. S. 72.
- ↑ http://www.fi.muni.cz/~tomp/envi/eseje/vymola/esej.doc
- ↑ {title}. www.cenia.cz [online]. [cit. 11-01-2007]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 11-01-2007.
- ↑ Nátr L.: Země jako skleník, kapitola 4.4 na str. 53
- ↑ http://www.klimaskeptik.cz/news/australsky-vedec-co2-je-rizen-teplotami-ne-naopak/ - Australský vědec: CO2 je řízen teplotami, ne naopak
- ↑ http://www.osel.cz/index.php?clanek=6577 - CO2 a teploty: Popletená příčina a důsledek
- ↑ http://www.osel.cz/index.php?clanek=6959 - Oxid uhličitý způsobuje zelenání planety
- ↑ http://www.scienceworld.cz/neziva-priroda/rostouci-hladina-co2-zpusobuje-zelenani-pousti/ - Rostoucí hladina CO2 způsobuje zelenání pouští
- ↑ http://phys.org/news/2016-11-urban-planner-carbon-enemy.html - Urban planner suggests 'carbon is not the enemy'
- ↑ http://www.nature.com/news/satellite-maps-global-carbon-dioxide-levels-1.16615 - Satellite maps global carbon dioxide levels
- ↑ http://www.nasa.gov/press/goddard/2014/november/nasa-computer-model-provides-a-new-portrait-of-carbon-dioxide/ - NASA Computer Model Provides a New Portrait of Carbon Dioxide
- ↑ http://scienceblogs.com/deltoid/2011/08/12/murry-salby-is-unhelpful/ diskuse na Scienceblogu (anglicky)
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=jniXc_Ct6ac NASA Carbon Science Results (anglicky)
- ↑ http://www.whoi.edu/ocean-acidification/?tid=7622&cid=25&c=2&type=11 What is Ocean Acidification? (anglicky)
- ↑ http://news.mit.edu/2015/ocean-acidification-phytoplankton-0720 Ocean acidification may cause dramatic changes to phytoplankton (anglicky)
- ↑ Huffington Post, 9 July 2012, "Ocean Acidification Is Climate Change's 'Equally Evil Twin,' (anglicky ředitel NOAA) ," http://www.huffingtonpost.com/2012/07/09/ocean-acidification-reefs-climate-change_n_1658081.html Archivováno 12. 7. 2012 na Wayback Machine.
- ↑ The other carbon dioxide problem (anglicky) http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/07/ocean-acidification
- ↑ Bardoděj, Z.: Chemie v hygieně a toxikologii. LFH UK, Praha 1988.
Literatura
- 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
Obrázky, zvuky či videa k tématu oxid uhličitý na Wikimedia Commons 
Slovníkové heslo oxid uhličitý ve Wikislovníku- Emise oxidu uhličitého podle zemí, v absolutních číslech, na 1000 obyvatel.
- Oxid uhličitý a další skleníkové plyny
