Въглероден диоксид

Въглероден диоксид
Имена
По IUPAC	Въглероден диоксид
Други	Въглероден двуокис Въглероден (IV) оксид
Структура
Кристална структура	тригонална
Молекулна форма	линейна
Свойства
Формула	CO2
Моларна маса	44,01 g/mol
Външен вид	безцветен газ
Плътност	1,977 kg/m3 (1 atm и 0 °C)
Вискозитет	7×10−5 kg/m·s (−78,5 °C)
Точка на топене	−56,6 °C; 216,6 K (Тройна точка – 5,1 atm)
Сублимация	−78,5 °C; 194,7 K (1 atm)
Парно налягане	5,73 MPa (20 °C)
Разтворимост във вода	1,45 g/L (25 °C, 100 kPa)
pKa	6,35; 10,33
Магнитна възприемчивост	−20,5×10−6 cm3/mol
Показател на пречупване	1,00045
Диполен момент	0 D
Термохимия
Стандартна енталпия на образуване	394 kJ/mol
Стандартна моларна ентропия	213,7 J/(mol·K) (газ)
Специфичен топлинен капацитет	37,135 J/K·mol
Опасности
NFPA 704	0 2 0 SA
Сродни съединения
Сродни аниони	Въглероден дисулфид, Въглероден диселенид, Въглероден дителурид
Сродни катиони	Силициев диоксид, Германиев диоксид, Калаен диоксид, Оловен диоксид
Сродни	Въглероден оксид, Въглероден субоксид, Дивъглероден оксид, Въглероден триоксид
Други	Въглеродна киселина, Карбонилсулфид
Идентификатори
CAS номер	124-38-9
PubChem	280
ChemSpider	274
Номер на ООН	1013 (газ), 1845 (тв. вещество)
DrugBank	DB09157
KEGG	D00004
MeSH	Carbon+dioxide
ChEBI	16526
ChEMBL	1231871
RTECS	FF6400000
ATC	V03AN02
SMILES	O=C=O C(=O)=O
InChI	1S/CO2/c2-1-3
InChI ключ	CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N
UNII	142M471B3J
Gmelin	989
Данните са при стандартно състояние на материалите (25 °C, 100 kPa), освен ако не е указано друго.
Въглероден диоксид в Общомедия

Въглеродният диоксид (въглероден двуокис) е химично съединение. Молекулата му се състои от един атом въглерод и два атома кислород. Химичната формула на въглеродния диоксид е CO₂. Той е газ без цвят и без миризма (при ниски до средни концентрации; при високи концентрации има остра и задушлива миризма). Получава се като продукт при дишането на живите организми, както и при горенето. Участва като изходно вещество при фотосинтезата на растенията. Натрупването му в по-големи от нормалните количества в атмосферата води до парников ефект.

Химични и физични свойства

Въглеродният диоксид е безцветен газ. Плътността му при 25 °C е 1,98 kg/m³, която е 1,65 пъти по-голяма от тази на въздуха. Молекулата на въглеродния диоксид (O=C=O) съдържа две двойни връзки и има линейна форма. Последната няма диполен момент. Тъй като е напълно окислена, не е много реактивоспособна и в частност е невъзпламенима.

При температури под −78.5 °C въглеродният диоксид променя агрегатното си състояние от газообразно в твърдо – десублимация. Твърдият въглероден диоксид се нарича „сух лед“, процесът на получаване се нарича утаяване. При атмосферно налягане сухият лед преминава директно от твърдо в газообразно състояние при процес, наречен сублимация. Течен въглероден диоксид се получава само при налягане над 5,1 bar.

Въглеродният диоксид е разтворим във вода, при което той спонтанно се преобразува във въглеродна киселина (H₂CO₃) и обратно в CO₂. Процесът се нарича „газиране“, а продуктът е „газирана вода“.

CO₂ при големи концентрации предизвиква кисел вкус в устата и жилене (дразнение) на гърлото и носа. Тези ефекти са в резултат на образуването на слаб разтвор на въглеродна киселина на тези места.

Съдържанието на въглероден диоксид във вдишвания въздух или в някаква газова смес е субективният критерий, предизвикващ чувство на задушаване. Човек няма рецептори за недостатъчно съдържание на кислород, което е фатално.

Употреба и разпространение

• При производство на безалкохолни напитки
• При производството на пукащи бонбони. Тяхното производството се извършва под налягане и в присъствие на СО₂
• За производство на сода бикарбонат
• Като необходим компонент за фотосинтезата. Използва се за засилване растежа на растенията при тяхното отглеждане във водни или сухоземни среди
• Като евтин незапалим газ в пожарогасителите
• В пневматичните оръжия
• Течният СО₂ е добър разтворител на много органични съединения и се използва за премахване на кофеина от кафето, както и във фармацевтиката
• В медицината се използва за стимулация на дишането и при балансиране на кръвта, като се прибавя 5% СО₂ към кислорода
• Течният и твърдият СО₂ са много добри охладители и като такива се използват широко в хранително-вкусовата промишленост.

СО₂ е крайният продукт, който организмите отделят, когато получават енергия при разграждането на захари и мазнини с кислород и е част от техния метаболизъм. Това важи и за всички растения, животни, много гъби и някои бактерии. При висшите животни СО₂ се транспортира от хемоглобина в кръвта, от тъканите към белите дробове, където се отделя. При растенията участва във фотосинтезата. Океанът е един от големите консуматори на СО₂.

Съдържанието на СО₂ във въздуха варира между 0,03% (300 ppm) и 0,06% (600 ppm), в зависимост от района, а в издишания въздух е приблизително 4,5%. Когато СО₂ се вдиша във високи концентрации (повече от 5% обемни), води моментално до опасност за живота и здравето на животните и хората. Максималното допустимо безопасно ниво за възрастни за 8-часов работен ден е 0,5% (5000 ppm), а за деца и възрастни с белодробни заболявания е значително по-ниско. Хората, които вдишат 7 – 10% СО₂, могат моментално или след няколко минути да изпаднат в безсъзнание или кома.

Съдържание на СО₂ в атмосферата

През 1953 г. американският учен Чарлз Кийлинг започва да изследва как карбонатът постига химично равновесие в разтвор от вода, варовик и атмосферен въглероден диоксид. За тази цел конструира прецизен уред, който измерва извлечения от водата СО₂. В отдалечена от производствени центрове и жилищни зони местност в окръг Монтерей, щата Калифорния, Кийлинг измерва концентрация на СО₂ в земната атмосфера от 310 ppm (0,031%). Скоро след това открива денонощните и годишните колебания на концентрацията на СО₂ в земната атмосфера.

Предвид общото тегло на земната атмосфера, което се оценява на 5,1х10¹⁸ кг, концентрация от 1 ppm означава общо съдържание на 5,1 Gt (гигатона) CO₂ в нея. И понеже молекулната маса на въглеродния диоксид М(CO₂) = 44, а молекулната маса на въглерода М(C) = 12, 1 ppm CO₂ = 5,1 Gt (гигатона) CO₂ = 1,39 Gt въглерод (С).

През 1956 г. Роджър Ревел от Института по океанография „Скрипс“ и Хари Уекслър от Метеорологичната служба на САЩ се присъединяват към изследванията на Кийлинг, като предлагат през предстоящата Година на геофизиката (1957-1958) да се проведе едно по-мащабно глобално измерване на атмосферните концентрации на CO₂ в множество отдалечени и предполагаемо незасегнати от замърсяване локации. През март 1958 г. Кийлинг инсталира на Мауна Лоа първия си инфрачервен газов анализатор, който през първия ден регистрира концентрация на CO₂ 313 ppm (0,0313%).

През 2020 г. концентрацията на СО₂ в земната атмосфера вече надвишава 415 ppm (0,0415%). За периода 1958 - 2020 увеличението е около 100 ppm, което е около 1,6 ppm годишно или 22,4 милиона тона CO₂ на ден.

Парников ефект

През последните двеста години, много промишлени процеси са били използвани за производство на енергия (главно изгаряне на изкопаеми горива), които отделят големи количества въглероден диоксид в атмосферата (заедно с други замърсители). Наред с намаляването на растителността на планетата, след обезлесяването и други фактори, естественият баланс на въглеродния диоксид и неговото количество в атмосферата е редуциран до такава степен, че днес нивото на въглероден диоксид в атмосферата е 1,5 пъти по-голямо, отколкото преди 200 години. Тъй като въглеродният диоксид е един от най-разпространените парникови газове, се предполага, че това покачване е причина за глобалното затопляне.

Галерия

• 
  Сублимация на сух лед, поставен във вода
• 
  Фазова диаграма на въглеродния диоксид
• 
  Диаграма на отделения в атмосферата парников газ по тип на сектора