Dwutlenek węgla

Dwutlenek węgla
Nazewnictwo
Nomenklatura systematyczna (IUPAC) tlenek węgla(IV), ditlenek węgla
Inne nazwy i oznaczenia dwutlenek węgla Suchy lód (stały)
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	CO2
Masa molowa	44,0095 g/mol
Wygląd	bezbarwny gaz
SMILES O = C = O
Identyfikacja
Numer CAS	124-38-9
PubChem	280
Właściwości Gęstość i stan skupienia 0,00198 g/cm³; gaz Rozpuszczalność w wodzie 1,45 kg/m³ Temperatura topnienia -57 °C (pod ciśnieniem) Temperatura wrzenia -78 °C (sublimuje) Temperatura krytyczna 31,05 °C Ciśnienie krytyczne 7,3771 MPa Kwasowość (pKa) pKa1 6,35 pKa2 10,33 Lepkość 0,07 (-78 °C)
Budowa Typ hybrydyzacji i VSEPR sp − liniowy Układ krystalograficzny jak kwarc Moment dipolowy 0 D
Niebezpieczeństwa NFPA 704 0 0 0   Temperatura zapłonu niepalny Temperatura samozapłonu niepalny Numer RTECS FF6400000
Podobne związki
Pochodne węglany	węglan sodu węglan potasu węglan wapnia
Podobne związki	tlenek węgla podtlenek węgla disiarczek węgla diselenek węgla ditlenek krzemu
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons

Dwutlenek węgla (CO₂, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV)) – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

W temperaturze pokojowej jest to bezbarwny, bezwonny i niepalny gaz, dobrze rozpuszczalny w wodzie i cięższy od powietrza (ok. 1,5 raza). Pod normalnym ciśnieniem przechodzi ze stanu stałego do gazowego (sublimuje) z pominięciem fazy ciekłej w temperaturze -78,5 °C. Pod zwiększonym ciśnieniem (5,1 atm) można go jednak skroplić w temperaturze -57 °C.

W czerwcu 2006 francusko-włoska grupa badawcza pod kierownictwem Mario Santoro opublikowała w Nature informację o uzyskaniu, dzięki ciśnieniu rzędu 40–48 GPa (ok. 400 000–480 000 atm), stałego dwutlenku węgla o charakterze amorficznym. Podobny charakter mają tlenki pierwiastków tej samej grupy układu okresowego: SiO₂ (→szkło) i GeO₂.

W naturze występuje w stanie wolnym w atmosferze i związanym (np. jako składnik CaCO₃).

Dwutlenek węgla jest produktem spalania i oddychania. Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie fotosyntezy. Tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych. Występuje w kopalniach, cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach i studzienkach kanalizacyjnych. W małych stężeniach nie jest trujący, w większych stężeniach dwutlenek węgla jest szkodliwy dla zdrowia a nawet zabójczy, a jego działanie powoduje powstawanie hiperkapni, a co za tym idzie kwasicy oddechowej i w następstwie obrzęku mózgu.

Właściwości fizyczne

Indywidualna stała gazowa	0,18892	kJ/kgK
Temperatura krytyczna	31,05	°C
Ciśnienie krytyczne	73,771	bar
Gęstość krytyczna	467,9	kg/m³
Ciśnienie punktu potrójnego	5,18	bar
Temperatura punktu potrójnego	-56,6	°C
Potencjał niszczenia warstwy ozonowej ODP	0
Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego GWP	1
Właściwości dla temperatury nasycenia -20 °C:
Ciśnienie nasycenia	16,831	bar
Gęstość właściwa cieczy	1057,29	kg/m³
Gęstość właściwa pary	44,31	kg/m³
Entalpia parowania (Ciepło parowania)	289,75	kJ/kg
Ciepło właściwe cp cieczy	2,154	kJ/kgK
Ciepło właściwe cp pary	1,292	kJ/kgK
Współczynnik przewodności cieplnej cieczy	0,0394	W/(m·K)
Współczynnik przewodności cieplnej pary	0,0164	W/(m·K)
Lepkość dynamiczna cieczy	124,4	μPas
Lepkość dynamiczna pary	13,64	μPas
Lepkość kinematyczna cieczy	0,1202	μm²/s
Lepkość kinematyczna pary	0,261	μm²/s
Liczba Prandtla cieczy	6,808
Liczba Prandtla pary	1,073
Stała Poissona	1,725
Wykładnik izentropy	1,292
Napięcie powierzchniowe	8,81	mN/m

Wytwarzanie

W laboratorium najłatwiej wytworzyć dwutlenek węgla poprzez prażenie węglanu wapnia CaCO₃:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑

lub działając praktycznie dowolnym kwasem (np. octowym, solnym, cytrynowym) na węglany, np. węglan wapnia, węglan (Na₂CO₃) lub wodorowęglan (NaHCO₃) sodu i in.

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

Najdogodniej przeprowadza się takie reakcje chemiczne w aparacie Kippa.

W przemyśle dwutlenek węgla otrzymuje się podczas spalania węglowodorów lub jako produkt uboczny fermentacji alkoholowej.

Dwutlenek węgla w atmosferze

Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej wynosi ok. 385 ppm (wg krzywej Keelinga), czyli 0,0385% składu chemicznego atmosfery.

Dwutlenek węgla jest jednym z gazów cieplarnianych.

Zastosowanie

• jako suchy lód jest wykorzystywany jako chłodziwo
• zawarty w powietrzu wywołuje twardnienie zaprawy wapiennej
• jako atmosfera neutralna w dojrzewalniach owoców
• czynnik chłodniczy w obiegach nadkrytycznych
• czynnik roboczy w gaśnicach śniegowych i instalacjach gaśniczych
• w cukrownictwie – do wytrącania resztek wodorotlenku wapnia z soku buraczanego
• stosowany jako gaz napędowy do broni pneumatycznej
• w spawalnictwie wykorzystywany jako otulina gazowa przy spawaniu stali czarnych metodą M.A.G.
• w przemyśle spożywczym składnik napojów gazowanych (dodatek do żywności nr E290).

Zatrucie dwutlenkiem węgla

Do zatruć dwutlenkiem węgla dochodzi przede wszystkim w różnych zakładach przemysłowych, głównie kopalniach, jednak zatrucia są także możliwe w zamkniętych pomieszczeniach, gdzie wydzielany w wyniku fermentacji dwutlenek węgla zwiększa stężenie tego gazu w powietrzu wdechowym. Wejście do takich pomieszczeń bez sprawdzenia składu powietrza lub bez aparatów tlenowych zagraża zatruciem, a nawet śmiercią.

CO₂ tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych – powietrze zostaje zubożone w tlen, a zwiększa się w nim procentowa zawartość dwutlenku węgla. Dzieje się tak w cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach, studzienkach kanalizacyjnych i innych podobnych. Odmienna sytuacja ma miejsce w kopalniach, gdzie nagle na skutek prac górniczych lub ruchów górotworu zostają uwolnione znaczne ilości gazów, w tym najczęściej dwutlenku węgla.

Zatrucie CO₂ ma nieco odmienny charakter od zatruć innymi gazami takimi jak tlenek węgla, siarkowodór czy cyjanowodór. Polega zwykle na połączeniu zagrażającego życiu niedotlenienia (hipoksja) i hiperkapnii, a co za tym idzie powstającej kwasicy oddechowej. Przy znacznej hiperkapnii dochodzi do obrzęku mózgu i porażenia ośrodka oddechowego.

Przy oddychaniu powietrzem zawierającym dwutlenek węgla w małych stężeniach (poniżej 5% w powietrzu wdechowym) zwiększa się jego ciśnienie parcjalne we krwi (hiperkapnia), co powoduje uczucie duszności, niepokój, pobudzenie ośrodka oddechowego i zwiększenie częstości oddechów. Przy zwiększaniu się jego stężenia dochodzi do bólów i zawrotów głowy, szumu w uszach, zaburzeń postrzegania, tachykardii, nadmiernej potliwości i przekrwienia spojówek. Przy stężeniach powyżej 10% narasta duszność i osłabienie, pojawiają się omamy i zaburzenia świadomości do śpiączki włącznie oraz drgawki. Stężenia powyżej 20% powodują śmierć w ciągu kilkunastu minut, a powyżej 30% śmierć natychmiastową^{[potrzebne źródło]}. Niedotlenienie i obrzęk mózgu mogą spowodować nieodwracalne zmiany w mózgu, mimo uratowania zatrutej osoby.

Mieszanka dwutlenku węgla i tlenu (tzw. "mikstura Meduny" lub "karbogen") była stosowana przez węgierskiego lekarza Ladislasa Medunę jako jedna z wstrząsowych terapii chorób psychicznych, podobnie jak ceniony przez Medunę pentetrazol. Stężenie dwutlenku było zawarte w przedziale od 1,5%[1] do 50%.

Postępowanie

Przedszpitalne postępowanie z osobą zatrutą: usunięcie z miejsca o dużym stężeniu CO₂ bez narażania osób ratujących na niebezpieczeństwo, ułożenie nieprzytomnych w pozycji bezpiecznej – bocznej ustalonej, transport do szpitala. W szpitalu stosuje się intensywną tlenoterapię, a także w razie potrzeby oddech kontrolowany lub wspomagany.

Wykrywanie

Obecność dwutlenku węgla można stwierdzić za pomocą wody wapiennej. W zetknięciu się wody wapiennej z dwutlenkiem węgla następuje reakcja:

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O

Wytrącenie się węglanu wapnia powoduje zmętnienie wody wapiennej.

Zobacz też

• podtlenek węgla
• tlenki węgla
• lista państw według emisji dwutlenku węgla na jednego mieszkańca
• globalne ocieplenie
• sztuczna fotosynteza
• sekwestracja dwutlenku węgla