Oxid uhličitý
Oxid uhličitý (iné názvy: mimo odborných kontextov alebo staršie (t.j. do začiatku 80. rokov 20. stor.) odborne: kysličník uhličitý[1][2][3]; suchý ľad[1]) je atmosférický 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.
| Oxid uhličitý | |||||||
 | |||||||
 | |||||||
| Všeobecné vlastnosti | |||||||
| Sumárny vzorec | CO2 | ||||||
| Vzhľad | bezfarebný plyn | ||||||
| Fyzikálne vlastnosti | |||||||
| Molekulová hmotnosť | 44,0095 g/mol | ||||||
| Teplota topenia | −57 °C | ||||||
| Teplota varu | −78 °C | ||||||
| Teplota sublimácie | −78,48 °C | ||||||
| Kritická teplota | 31 °C | ||||||
| Kritický tlak | 7 390 kPa | ||||||
| Kritická hustota | 0,468 g/cm3 | ||||||
| Hustota | 1,6 g/cm³ (pevný) 1,98 kg/m³ (plynný) | ||||||
| Rozpustnosť | 1,45 kg/m³ | ||||||
| Termochemické vlastnosti | |||||||
| Štandardná zlučovacia entalpia | -393,51 kJ/mol | ||||||
| Štandardná entropia | 213,67 J K−1 mol−1 | ||||||
| Štandardná Gibbsová energia | -394,36 kJ/mol | ||||||
| Merná tepelná kapacita | 37,135 J K−1 mol−1 | ||||||
| |||||||
| Ďalšie informácie | |||||||
| Číslo CAS | 124-38-9 | ||||||
| Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI. Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok. | |||||||
Chemické reakcie
upraviťOxid uhličitý, pri vyšších koncentráciách môže v ústach mať slabo nakyslú chuť. Vzniká reakciou uhlíka s kyslíkom (spaľovaním):
- C + O2 → CO2,
spaľovaním 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.
Priemyselne 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 hydroxidmi za vzniku solí, ktoré sa vyskytujú vo dvoch formách, ako uhličitany a hydrogénuhličitany (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 kvánt 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 má 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
upraviťOxid uhličitý je bežnou súčasťou zemskej atmosféry, pričom jeho koncentrácia[4] 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 na to, že je ťažší 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 0,5% produkcie CO2 ľudstvom[5].
Oxid uhličitý bol tiež nájdený v medzihviezdnom priestore. Je hlavnou zložkou atmosfér planét Venuša a Mars. Spektroskopicky bol dokázaný i v kométach.
Využitie
upraviťOxid uhličitý je priemyselne ľahko dostupný plyn. Využíva sa ako:
- chemická surovina pre výrobu:
- anorganických uhličitanov
- metanolu
- polykarbonátov
- polyuretánov
- karbamátov
- isokyanátov
- iných organických zlúčenín
- hnací plyn a ochranná atmosféra pre potravinárske účely
- súčasť perlivých nápojov
- náplň snehových hasiacich prístrojov
- chladiace médium (suchý ľad)
- v medicíne sa pridáva (do 5 %) ku kyslíku pre zvýšenie efektivity dýchania
- v akvaristike na podporu rastu akvarijných rastlín
Vplyv oxidu uhličitého na globálne otepľovanie
upraviťVo 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. Našťastie zatiaľ najvýkonnejší ekosystém pútajúci vzdušný oxid uhličitý – morský fytoplanktón – nie je príliš narušený.
Veľké množstvo oxidu uhličitého je tiež rozpusteného vo 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 ďalšie dodatočné množstvo tohto skleníkového plynu. Našťastie väčšina oxidu uhličitého je v morskej vode viazaná chemicky vo forme uhličitanových a hydrogénuhličitanových iónov, za čo vďačíme jeho reakcii s vápenatými minerálmi podľa rovnice:
- CaCO3 + CO2 + H2O ←→ Ca2+ + 2 HCO3-
Táto rovnováha sa však so zvyšujúcou teplotou posúva doľava.
Taktiež intenzita fotosyntézy fytoplanktónom je závislá na optimálnej teplote a s jej rastom nad optimum klesá.
Oxid uhličitý a biomasa
upraviťOkrem 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 uhlíka 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
upraviťOxid 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. 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).
Referencie
upraviť- ↑ a b kysličník uhličitý. In: Malá encyklopédia chémie. 1981. S. 419
- ↑ PÍCHA, E. Oxid a kysličník. In: Kultúra slova 1988, č. 4 [1]
- ↑ kysličník. In: Krátky slovník slovenského jazyka
- ↑ merania CO2 [online]. [Cit. 2013-05-11]. Dostupné online. Archivované 2013-05-10 z originálu.
- ↑ CO2 Emissions by Year - Worldometer [online]. www.worldometers.info, [cit. 2020-09-04]. Dostupné online. (po anglicky)
Literatúra
upraviť- 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
Commons ponúka multimediálne súbory na tému Oxid uhličitý
