diossido di carbonio

Formula strutturale
Struttura dell'anidride carbonica
Generale
Cognome diossido di carbonio
altri nomi
  • Diossido di carbonio
  • Gas di acido carbonico
  • Ossido di carbonio (IV)
  • diossidocarbonio
  • Anidride carbonica
  • E 290
  • R744
  • ANIDRIDE CARBONICA ( INCI )
Formula molecolare CO 2
Breve descrizione

gas incolore e inodore

Identificatori esterni / banche dati
numero CAS 124-38-9
numero CE 204-696-9
Scheda informativa dell'ECHA 100.004.271
PubChem 280
ChemSpider 274
DrugBank DB09157
Wikidata Q1997
Informazioni sui farmaci
Codice ATC

V03 AN02

proprietà
Massa molare 44,01 g mol −1
Stato fisico

gassoso

densità

1,98 kg m -3 (0 ° C e 1013 hPa)

Punto di fusione

nessun punto di fusione (punto triplo a -56,6 ° C e 5,19 bar)

Punto di sublimazione

-78,5 ° C / 1013 mbar

Pressione del vapore

5,73 MPa (20 ° C)

solubilità

in acqua: 3,3 g l -1 a 0 ° C, 1,7 g l -1 a 20 ° C, ciascuno a 1013 hPa

momento di dipolo

0

Indice di rifrazione
istruzioni di sicurezza
Si prega di notare l'esenzione dall'obbligo di etichettatura per farmaci, dispositivi medici, cosmetici, alimenti e mangimi
Etichettatura di pericolo GHS
04 - bombola del gas

Attenzione

Frasi H e P H: 280
P: 403
MAK
  • DFG : 9100 mg m -3
  • Svizzera: 5000 ml m -3 o 9000 mg m -3
Potenziale di riscaldamento globale

1 (per definizione)

Proprietà termodinamiche
H f 0

−393.5 kJ mol −1 (g)

Per quanto possibile e consueto, vengono utilizzate unità SI . Salvo diversa indicazione, i dati forniti si applicano alle condizioni standard . Indice di rifrazione: linea Na-D , 20° C

L'anidride carbonica o anidride carbonica è un composto chimico di carbonio e ossigeno con la formula empirica CO 2 , un gas incombustibile, acido e incolore . Si scioglie bene in acqua: colloquialmente viene spesso erroneamente chiamato " acido carbonico ", soprattutto in relazione alle bevande contenenti anidride carbonica . Con gli ossidi o idrossidi di metalli basici forma due tipi di sali , detti carbonati e bicarbonati .

La CO 2 è una parte importante del ciclo globale del carbonio e, come componente naturale dell'aria, un importante gas serra nell'atmosfera terrestre : le attività umane, soprattutto la combustione di combustibili fossili , hanno aumentato la percentuale nell'atmosfera terrestre di circa 280 parti per milione (ppm, parti per milione ) all'inizio dell'industrializzazione a 407,8 ppm nel 2018. A maggio 2019, presso la stazione di monitoraggio NOAA Mauna Loa alle Hawaii, è stata misurata una media mensile di circa 415 ppm e la tendenza è in aumento. Questo aumento aumenta l' effetto serra , che a sua volta è la causa dell'attuale riscaldamento globale . Circa 100 milioni di tonnellate di anidride carbonica vengono rilasciate nell'atmosfera ogni giorno attraverso le attività umane (a partire dal 2020).

Con un adeguato apporto di ossigeno , la CO 2 viene prodotta sia quando vengono bruciate sostanze contenenti carbonio, sia nell'organismo degli esseri viventi come prodotto della respirazione cellulare . Piante , alghe così come alcuni batteri e archaea convertono la CO 2 attraverso la fissazione ( assimilazione dell'anidride carbonica ) in biomassa . Durante la fotosintesi , il glucosio è creata da inorganica CO 2 e acqua .

La CO 2 può essere tossica. Le concentrazioni nell'aria o le quantità dovute al consumo di limonata , ad esempio, sono tutt'altro che sufficienti per questo. La CO 2 ha un ampio spettro tecnico di applicazioni nell'industria chimica per. B. è usato per estrarre l' urea . In forma solida come ghiaccio secco , viene utilizzato come refrigerante , mentre l' anidride carbonica supercritica viene utilizzata come solvente e agente di estrazione .

storia

La CO 2 è stato uno dei primi gas a cui è stato dato un nome. Il chimico fiammingo Johan Baptista van Helmont (1580-1644) osservò che la massa del carbone diminuiva durante la combustione perché la massa della cenere rimanente era inferiore a quella del carbone utilizzato. La sua interpretazione fu che il resto del carbone si fosse trasformato in una sostanza invisibile che chiamò gas o spiritus sylvestre ("spirito della foresta").

The Scottish medico Joseph Black (1728-1799) ha studiato le proprietà di CO 2 più a fondo. Nel 1754 scoprì che quando le soluzioni di carbonato di calcio vengono mescolate con acidi, viene rilasciato un gas che chiamò aria fissa . Si rese conto che era più pesante dell'aria e non supportava i processi di combustione. Quando questo gas è stato introdotto in una soluzione di idrossido di calcio , è stato in grado di generare un precipitato . Con questo fenomeno dimostrò che l'anidride carbonica si trova nel respiro dei mammiferi e viene rilasciata attraverso la fermentazione microbiologica. Il suo lavoro ha dimostrato che i gas possono essere coinvolti nelle reazioni chimiche e ha contribuito al caso della teoria del flogisto .

Joseph Priestley riuscì a produrre per la prima volta acqua gassata nel 1772 aggiungendo acido solforico a una soluzione calcarea e sciogliendo l'anidride carbonica risultante in un bicchiere d'acqua. William Brownrigg aveva riconosciuto in precedenza la connessione tra anidride carbonica e acido carbonico . Nel 1823, Humphry Davy e Michael Faraday liquefarono l' anidride carbonica aumentando la pressione. Henry Hill Hickman ha operato animali dal 1820, operazione che è stata ottenuta senza dolore dopo aver inalato anidride carbonica per ottenere l' anestesia . Ha anche descritto i processi fisiologici durante l'anestesia. La prima descrizione dell'anidride carbonica solida viene da Adrien Thilorier , che nel 1834 aprì un contenitore pressurizzato di anidride carbonica liquida e scoprì che l'evaporazione spontanea avviene con il raffreddamento, che porta alla CO 2 solida .

Evento

L'anidride carbonica si trova nell'atmosfera , nell'idrosfera , nella litosfera e nella biosfera . Lo scambio di carbonio tra queste sfere terrestri avviene in gran parte attraverso l'anidride carbonica. Intorno al 2015 c'erano circa 830 gigatonnellate (830 miliardi di tonnellate ) di carbonio nell'atmosfera  sotto forma di anidride carbonica. L'idrosfera contiene circa 38.000 gigatoni di carbonio sotto forma di anidride carbonica disciolta fisicamente, nonché idrogenocarbonati e carbonati disciolti . La litosfera contiene di gran lunga la proporzione maggiore di anidride carbonica legata chimicamente. Rocce carbonatiche come calcite e dolomite contengono circa 60.000.000 di gigatonnellate di carbonio. Inoltre, grandi quantità di carbonio sono memorizzati nelle aree di permafrost , come le tundre dei artiche e antartiche regioni polari, in boschi di conifere boreali o alte montagne e nelle paludi .

Presenza nell'atmosfera e cambiamento climatico causato dall'uomo

Per l'influenza dell'uomo vedere anche l' aumento specifico di origine antropica della concentrazione di CO2 e la curva di Keeling .
L'anidride carbonica come fattore climatico
Andamento della concentrazione di CO 2 negli ultimi 420.000 anni secondo misurazioni dirette e indirette
Distribuzione globale dell'anidride carbonica nella troposfera , registrata dallo strumento Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) della NASA nel luglio 2008

L'anidride carbonica è un naturale gas traccia nella l' atmosfera terrestre che ha un impatto sul clima , ma la sua concentrazione aumenta, in particolare a causa della combustione di combustibili fossili . I dati sulle carote di ghiaccio hanno mostrato che i livelli di CO 2 atmosferica hanno oscillato tra 190 ppm durante il culmine delle ere glaciali e 280 ppm durante i periodi caldi negli ultimi 420.000 anni fino all'inizio dell'industrializzazione a metà del XVIII secolo  .

Con l' industrializzazione , le attività umane hanno portato a un forte aumento della quantità di anidride carbonica nell'atmosfera, che continua. Tra il 1750 e il 1958 (l'inizio delle misurazioni sistematiche di Charles David Keeling ), il valore di CO 2 è inizialmente aumentato moderatamente a 315 ppm, per poi aumentare a 401 ppm entro il 2015. La concentrazione ha superato la soglia di 400 ppm (0,04% in volume dell'intero inviluppo del gas) il 9 maggio 2013 nella media giornaliera locale, misurata dalla National Agency for Ocean and Atmospheric Research (NOAA) degli Stati Uniti sul Svelato Mauna Loa (Hawaii). Il valore medio globale mensile misurato dal NOAA ha superato per la prima volta il limite di 400 ppm nel marzo 2015; a febbraio 2018 questo valore era di 408 ppm (stato provvisorio, poiché i dati dell'anno precedente sono ancora in fase di verifica). Infine, i dati per il 2017 mostrano un nuovo record di 405,5 ppm, che è del 46% al di sopra del valore preindustriale . Nel 2018 è stato nuovamente raggiunto un nuovo record a 407,8 ppm. Le fonti principali sono la combustione di combustibili fossili per la produzione di energia e nel settore industriale. Anche il rilascio di anidride carbonica immagazzinata nei suoli e nelle foreste attraverso i cambiamenti nell'uso del suolo, ad esempio attraverso il disboscamento, contribuisce in misura molto minore all'aumento. Nel 2014, l'uso dell'energia e l'uso industriale dei combustibili fossili, nonché l'uso del suolo, hanno rappresentato rispettivamente il 70% e il 5% delle emissioni totali di gas serra prodotte dall'uomo (misurate in equivalenti di anidride carbonica ).

La massa totale di anidride carbonica nell'atmosfera è di circa 3000 gigatonnellate o circa 800 Gt di carbonio (il rapporto tra le masse molari di CO 2 e C è di circa 44:12). La concentrazione varia stagionalmente e localmente, soprattutto in prossimità del suolo. Nelle aree urbane la concentrazione è generalmente maggiore, nei locali chiusi la concentrazione può arrivare fino a dieci volte il valore medio.

L'anidride carbonica assorbe parte della radiazione termica (radiazione infrarossa ), mentre la parte a onde più corte della radiazione solare può attraversarla quasi senza ostacoli. Un corpo assorbente emette anche in base alla sua temperatura. Queste proprietà rendono l'anidride carbonica un cosiddetto gas serra . Dopo il vapore acqueo , l'anidride carbonica è il secondo più efficace dei gas serra in termini di proporzione, sebbene l'efficacia specifica di metano e ozono sia maggiore. Tutti i gas serra insieme aumentano la temperatura media sulla superficie terrestre da circa -18°C a +15°C a causa dell'effetto serra naturale . L'anidride carbonica ha una quota relativamente ampia nell'effetto complessivo e contribuisce quindi al clima rispettoso della terra.

La proporzione di anidride carbonica nell'atmosfera terrestre è stata soggetta a notevoli fluttuazioni nel corso della storia della terra, che hanno diverse cause biologiche, chimiche e fisiche. 500 milioni di anni fa, la concentrazione di anidride carbonica era almeno dieci volte superiore a quella di oggi. Di conseguenza, la concentrazione di CO 2 è diminuita costantemente ed è stata di circa 300 milioni di anni fa durante l' era glaciale del Permocarbonio , al passaggio dal Carbonifero al Permiano , a una media di circa 300 ppm ed è scesa brevemente all'inizio del Permiano a un livello basso di probabilmente 100 ppm durante il Nell'era mesozoica , il livello di CO 2 era per lo più tra 1.000 e 2.000 ppm, per poi scendere ben al di sotto di 1.000 ppm nella Nuova Era della Terra , dopo un ottimale climatico nel primo Eocene , fino all'inizio del l' era glaciale cenozoica circa 34 milioni di anni fa.

Per almeno 800.000 anni il contenuto di anidride carbonica è sempre stato inferiore a 300 ppm. La concentrazione di anidride carbonica è rimasta relativamente costante a 300 ppm negli ultimi 10.000 anni. L'equilibrio del ciclo dell'anidride carbonica è stato quindi bilanciato durante questo periodo. Con l'inizio dell'industrializzazione nel 19° secolo, la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera è aumentata. La concentrazione attuale è probabilmente la più alta da 15 a 20 milioni di anni. Nel periodo dal 1960 al 2005, il contenuto di anidride carbonica è aumentato in media di 1,4 ppm all'anno. Nel 2017, l'aumento medio a 10 anni è stato di ben 2 ppm all'anno.

La curva di Keeling mostra l'aumento dei livelli di anidride carbonica atmosferica a Mauna Loa dal 1958

Il antropico artificiale emissioni di anidride carbonica quantità, cioè a circa 36,3 gigatonnellate all'anno e sono solo una piccola parte del biossido di carbonio, che proviene principalmente da fonti naturali, di circa 550 gigatonnellate all'anno. Tuttavia, poiché le naturali pozzi di carbonio assorbono la stessa quantità di CO 2 di nuovo, la concentrazione di anidride carbonica rimaneva relativamente costante prima industrializzazione. Circa la metà dell'anidride carbonica aggiuntiva viene assorbita dalla biosfera e dagli oceani (questo porta alla loro acidificazione ), in modo che questi assorbano ora più anidride carbonica di quanta ne emettano. Di conseguenza, dal 1982 c'è stato un "inverdimento" della terra (Leaf Area Index), come è stato dimostrato dai dati satellitari della NASA. Tuttavia, dati più recenti suggeriscono che questo rinverdimento, osservato fino alla fine del XX secolo, si sia poi interrotto e, a seguito di un maggiore deficit di saturazione (più siccità), si sia sviluppato un andamento opposto; H. la terra sta attualmente perdendo vegetazione. L'altra metà dell'anidride carbonica emessa rimane nell'atmosfera e porta ad un misurabile aumento di concentrazione, che Charles Keeling ha potuto dimostrare per la prima volta all'inizio degli anni '60 con la curva di Keeling a lui intitolata .

È ampiamente riconosciuto scientificamente che esiste un impatto umano statisticamente significativo sul clima che è la causa primaria del riscaldamento globale . Questo riscaldamento è molto probabilmente dovuto in gran parte all'amplificazione antropica dell'effetto serra naturale attraverso l'emissione di gas serra. L'anidride carbonica aggiuntiva prodotta contribuisce per circa il 60% all'intensificazione dell'effetto serra.

Calcolato pro capite, Lussemburgo , Belgio e Svizzera hanno la più grande impronta di CO 2 in tutta Europa. Le conseguenze del riscaldamento globale dovrebbero essere ridotte attraverso la protezione del clima .

Presenza negli oceani

L'acqua degli oceani contiene anidride carbonica in forma disciolta e come acido carbonico in equilibrio con idrogenocarbonati e carbonati. La quantità disciolta cambia con la stagione, in quanto dipende dalla temperatura e dalla salinità dell'acqua: l'acqua fredda scioglie più anidride carbonica. Poiché l'acqua fredda ha una densità maggiore, l'acqua ricca di anidride carbonica affonda in strati più profondi. Solo a pressioni superiori a 300 bar e temperature superiori a 120 °C (393 K) avviene il contrario, ad esempio in prossimità di bocche geotermiche profonde .

Gli oceani contengono circa 50 volte più carbonio dell'atmosfera. L'oceano agisce come un grande pozzo di anidride carbonica e assorbe circa un terzo della quantità di anidride carbonica rilasciata dalle attività umane. Negli strati superiori degli oceani, è parzialmente legato dalla fotosintesi. Poiché la soluzione di aumenti di biossido di carbonio, l' alcalinità del acqua salata diminuisce , che è noto come acidificazione degli oceani ed è molto probabile avere conseguenze negative per gli ecosistemi degli oceani. Molte creature marine sono sensibili alle fluttuazioni dell'acidità degli oceani; Gli eventi di acidificazione nella storia della terra hanno portato a estinzioni di massa ea un netto calo della biodiversità negli oceani del mondo. Sono particolarmente colpiti gli organismi che costruiscono strutture di carbonato di calcio , poiché questo si dissolve all'aumentare dell'acidità degli oceani. I coralli , le cozze e gli echinodermi come le stelle marine ei ricci di mare sono particolarmente vulnerabili .

Tra l'altro, si teme che ciò avrà un effetto negativo sulla formazione dei gusci di cozze, tra l'altro . Questi effetti sono già visibili nelle barriere coralline e in alcuni allevamenti di ostriche; con l'aumento dell'acidificazione, sono attese conseguenze ecologiche più forti. D'altra parte, ci sono indicazioni che una maggiore concentrazione di anidride carbonica stimoli alcune specie a produrre più gusci di cozze.

Presenza in acqua dolce

I batteri aerobici e gli animali che vivono nell'acqua (sotto) consumano ossigeno ed emettono CO 2 . Se c'è un contatto sufficiente con l'atmosfera, questo gas può essere rilasciato nell'aria e l'ossigeno può essere assorbito allo stesso tempo. Una superficie che confina liberamente con l'aria ed è priva di ghiaccio o olio è benefica, così come i movimenti delle onde, le turbolenze con l'aria, cioè la formazione di schiuma e spruzzi, le correnti d'acqua che includono anche strati più profondi e il vento. Senza un sufficiente scambio di gas, un corpo idrico può diventare povero di ossigeno e ricco di CO 2 in superficie . Dicono "si ribalta".

A causa delle particolari condizioni geologiche, l'acqua dolce può essere caricata con notevoli quantità di anidride carbonica proveniente da fonti vulcaniche, come l'acqua delle sorgenti minerali o nei laghi sui vulcani spenti, i cosiddetti maar . Sotto la pressione della grande profondità dell'acqua, la CO 2 può essere dissolta in una concentrazione di massa molto più elevata rispetto alla pressione atmosferica sulla superficie dell'acqua. Se un lago non è (sufficientemente) attraversato dall'acqua o è mescolato da vento e/o correnti di convezione di calore e se dal basso viene immessa più CO 2 di quanta la miscelazione e la diffusione possa trasportare verso l'alto , allora si formano acque profonde ricche di CO 2 , che ha il potenziale per aumentare un rilascio catastrofico di CO 2 nell'aria. Un degassamento locale una volta attivato localmente sott'acqua porta all'innalzamento di un corpo idrico, lo sfogo della pressione idrostatica che si verifica nel processo intensifica il degassamento. Questo processo di autorinforzamento può portare al rilascio di grandi quantità di CO 2 , che può uccidere persone e animali in prossimità del lago.

Uno di questi disastri naturali si è verificato nel 1986 presso il lago Nyos in Camerun . Il lago si trova in un vecchio cratere vulcanico nell'area vulcanica di Oku. Una camera magmatica alimenta il lago con anidride carbonica e ne satura l'acqua. Probabilmente innescato da una frana nel 1986, dal lago sono state rilasciate grandi quantità di anidride carbonica, uccidendo circa 1.700 residenti e 3.500 capi di bestiame nei villaggi circostanti. Un'altra catastrofe si è verificata nel 1984 al lago Manoun , la cui acqua è satura di anidride carbonica con un meccanismo simile. 37 persone sono state uccise in questo rilascio di anidride carbonica. Il lago Kiwu in Africa centrale ha anche alte concentrazioni di gas disciolti nelle sue acque profonde. Si stima che in questo lago siano disciolti circa 250 km³ di anidride carbonica.

Evento extraterrestre

Rilevamento di anidride carbonica (verde) nei dischi protoplanetari (Fonte: NASA)

L'atmosfera di Venere è costituita per il 96,5% da anidride carbonica, ha circa 90 volte la massa dell'atmosfera terrestre e una pressione di circa 90 bar. L'elevata percentuale di anidride carbonica è una delle cause del forte effetto serra. Inoltre, la distanza dal sole è in media 41 milioni di chilometri più corta della terra, il che porta a una temperatura superficiale di circa 480 ° C. Con una quota del 95%, l'anidride carbonica costituisce anche la parte principale dell'atmosfera marziana . Ai poli di Marte, l'anidride carbonica atmosferica è parzialmente legata come ghiaccio secco. A causa della bassa pressione atmosferica di circa sette millibar, l'effetto serra porta solo a un aumento di circa 5 K, nonostante l'alto contenuto di anidride carbonica.Le atmosfere dei pianeti esterni e dei loro satelliti contengono anidride carbonica, la cui origine sono gli impatti da comete come Shoemaker-Levy 9 e polvere cosmica è attribuito. Utilizzando gli strumenti del telescopio spaziale Hubble , la NASA ha trovato anidride carbonica su pianeti extrasolari come HD 189733 b .

L'anidride carbonica si trova sia nello spazio interstellare che nei dischi protoplanetari attorno a giovani stelle. La formazione avviene attraverso reazioni superficiali di monossido di carbonio e ossigeno su particelle di ghiaccio d'acqua a temperature intorno a -123 ° C (150 K). Quando il ghiaccio evapora, l'anidride carbonica viene rilasciata. La concentrazione nello spazio interstellare libero è relativamente bassa, poiché le reazioni con l'idrogeno atomico e molecolare formano acqua e monossido di carbonio.

Estrazione e presentazione

L'anidride carbonica viene prodotta bruciando combustibili carboniosi, in particolare combustibili fossili . In tutto il mondo, ogni anno vengono rilasciate nell'atmosfera circa 36 gigatonnellate (miliardi di tonnellate) di anidride carbonica. I processi per separare l' anidride carbonica e immagazzinarla in strati rocciosi profondi sono attualmente (2016) all'inizio del loro sviluppo e non sono ancora pronti per la produzione in serie; la loro efficacia e redditività, soprattutto nei sistemi energetici sostenibili, sono valutate criticamente.

L'anidride carbonica viene prodotta quando il carbonio reagisce con l' ossigeno :

Tecnicamente, l'anidride carbonica viene prodotta quando il coke viene bruciato con aria in eccesso. Nella gassificazione del carbone e nel steam reforming del gas naturale , l'anidride carbonica viene prodotta, tra l'altro, come prodotto della reazione di spostamento acqua-gas nella produzione di gas di sintesi .

Per l'uso nella sintesi dell'ammoniaca e nella produzione di metanolo , ad esempio, il gas di sintesi viene lavato utilizzando il processo Rectisol , il che significa che vengono prodotte grandi quantità di anidride carbonica in forma molto pura. L'anidride carbonica è un sottoprodotto della combustione della calce . La successiva depurazione tramite formazione di carbonato di potassio ad idrogenocarbonato e successivo rilascio per riscaldamento, si ottengono circa 530 milioni di tonnellate all'anno.

In laboratorio, l'anidride carbonica può essere rilasciata dal carbonato di calcio e dall'acido cloridrico , ad esempio in un apparato Kipp . Il dispositivo è stato precedentemente utilizzato nei laboratori. Il metodo è usato raramente, poiché l'anidride carbonica è disponibile in bombole di gas o sotto forma di ghiaccio secco .

Anche l'anidride carbonica viene estratta dall'aria mediante il processo di cattura diretta dell'aria (DAC).

proprietà

Diagramma di fase dell'anidride carbonica (non in scala)

Proprietà fisiche

anidride carbonica solida ( ghiaccio secco )

A una pressione normale inferiore a -78,5 ° C, l' anidride carbonica è presente come un solido, noto come ghiaccio secco . Se questa viene riscaldata, non fonde, ma sublima , cioè si trasforma direttamente nello stato gassoso di aggregazione. Non ha quindi punto di fusione e punto di ebollizione in queste condizioni.

Il punto triplo in cui le tre fasi solida, liquida e gassosa sono in equilibrio termodinamico è ad una temperatura di -56,6°C e ad una pressione di 5,19  bar .

La temperatura critica è 31,0°C, la pressione critica 73,8 bar e la densità critica 0,468 g/cm³. Al di sotto della temperatura critica, l'anidride carbonica gassosa può essere compressa in un liquido incolore aumentando la pressione. A tal fine è necessaria una pressione di circa 60 bar a temperatura ambiente.

L'anidride carbonica solida cristallizza nel sistema cristallino cubico nel gruppo spaziale Pa 3 (gruppo spaziale n. 205) con il parametro reticolare a  = 562,4  pm .Modello: gruppo di stanze / 205

L'anidride carbonica assorbe la radiazione elettromagnetica principalmente nella gamma spettrale della radiazione infrarossa ed è stimolata a far vibrare le molecole . Il suo effetto come gas serra si basa su questa proprietà .

La solubilità in acqua è relativamente alta. A 20°C a pressione normale, la saturazione è in equilibrio con la fase di anidride carbonica pura a 1688 mg/l. Per confronto, la solubilità dell'ossigeno o dell'azoto è mostrata di seguito : con una fase di ossigeno puro si raggiunge la saturazione a 44 mg/l e con una fase di azoto puro a 19 mg/l. In condizioni standard la densità dell'anidride carbonica è di 1,98 kg/m.

Proprietà molecolari

Lunghezze di legame in anidride carbonica

La molecola di anidride carbonica è lineare, tutti e tre gli atomi sono in linea retta. Il carbonio è legato ai due atomi di ossigeno con doppi legami , con entrambi gli atomi di ossigeno che hanno due coppie solitarie di elettroni . La distanza carbonio-ossigeno è 116:32 pm. I legami carbonio-ossigeno sono polarizzati dalle diverse elettronegatività del carbonio e dell'ossigeno ; i momenti di dipolo elettrico si annullano a causa della simmetria molecolare , in modo che la molecola non abbia un momento di dipolo elettrico. L' (bending) modo di vibrazione della molecola, in cui si muove atomo di carbonio perpendicolare all'asse e gli atomi di ossigeno si muovono nella direzione opposta (e viceversa), corrisponde ad una lunghezza d'onda all'infrarosso di 15 um . Questo 15 um radiazione è il componente principale l'effetto dell'anidride carbonica come gas serra .

Proprietà chimiche

Anidride carbonica perlante

L'anidride carbonica è un gas incombustibile, acido e incolore; A basse concentrazioni è inodore, ad alte concentrazioni si percepisce un odore da acuto ad aspro, anche se anche qui (simile ad esempio all'acido cianidrico ) ci sono persone che non riescono a percepire questo odore. L'anidride carbonica disciolta in acqua forma acido carbonico (H 2 CO 3 ), per cui più del 99% dell'anidride carbonica viene dissolto solo fisicamente; la soluzione acquosa reagisce quindi leggermente acida. L'acido carbonico in quanto tale e l'anidride carbonica disciolta sono in equilibrio con i loro prodotti di dissociazione ( specie ) idrogenocarbonato ( bicarbonato , HCO 3 - ) e carbonato (CO 3 2 − ), che sono in proporzione tra loro in funzione del pH valore . In acqua, questo equilibrio è prevalentemente dal lato dell'anidride carbonica e gli ioni idrogenocarbonato si formano solo in piccola parte. Se gli ioni ossonio (H 3 O + ) formati durante la dissociazione vengono intercettati con ioni idrossido (OH - ) mediante l'aggiunta di una liscivia , il rapporto quantitativo si sposta a favore del carbonato.

L'anidride carbonica è un agente ossidante molto debole . I metalli di base come il magnesio , che agiscono come forti agenti riducenti , reagiscono con l'anidride carbonica per formare ossidi di carbonio e metallici secondo:

A causa della carica parziale positiva sul carbonio, l'anidride carbonica reagisce come elettrofilo nella carbossilazione di nucleofili di carbonio come composti di alchinilidene metallico o alchil magnesio per formare un legame carbonio-carbonio. L'anidride carbonica reagisce con i fenolati per formare acidi fenolici carbossilici .

utilizzo

Nell'industria, l'anidride carbonica viene utilizzata in vari modi. È poco costoso, non infiammabile e viene utilizzato fisicamente come gas compresso, in forma liquida, solido come ghiaccio secco o in fase supercritica. L'industria chimica utilizza l'anidride carbonica come materia prima per la sintesi chimica. Questa CO 2 proviene da z. B. dalla produzione di fertilizzanti, dove è molto puro, o dai gas di scarico che richiedono una pulizia a valle per rimuovere le sostanze di accompagnamento indesiderate.

Utilizzo nella tecnologia alimentare

Bollitore per acqua potabile con schienale aperto

L'anidride carbonica contenuta nelle bevande stimola le cellule sensoriali del gusto quando si beve, che ha un effetto rinfrescante. In bevande come la birra o lo spumante , viene prodotto attraverso la fermentazione alcolica , in altre come la limonata o l' acqua gassata viene aggiunta artificialmente o viene utilizzata acqua minerale naturale contenente anidride carbonica . Durante la produzione, l'anidride carbonica viene pompata nella bevanda ad alta pressione, circa lo 0,2% della quale reagisce con l'acqua per formare acido carbonico, mentre la maggior parte si dissolve come gas nell'acqua. Come additivo alimentare , reca la designazione E 290. Nelle abitazioni private, l' anidride carbonica dalle cartucce a pressione viene fatta passare attraverso la bevanda per essere arricchita con produttori di soda .

Il lievito di birra sviluppa anidride carbonica attraverso la fermentazione dello zucchero e viene utilizzato come agente lievitante nella produzione di pasta di lievito . Il lievito in polvere , una miscela di bicarbonato di sodio e un sale acido, rilascia anidride carbonica quando riscaldato ed è anche usato come agente lievitante.

Nella vinificazione, il ghiaccio secco viene utilizzato come refrigerante per raffreddare l'uva appena raccolta senza diluirla con acqua, evitando così fermentazioni spontanee. I viticoltori del Beaujolais utilizzano la macerazione con acido carbonico per produrre il Beaujolais Primeur .

In aggiunta alla temperatura, la composizione dell'atmosfera gioca un ruolo importante nella la conservazione di frutta e verdura. Nei magazzini di produttori e rivenditori di frutta, le mele sono conservate in atmosfera controllata per molti decenni. La consapevolezza che la frutta matura consuma ossigeno ed emette anidride carbonica e che un'atmosfera senza ossigeno blocca la maturazione risale all'inizio del XIX secolo. Negli anni '30, in Gran Bretagna, viene allestito per la prima volta un magazzino in grado di regolare i livelli di ossigeno e anidride carbonica nell'aria. L'importanza economica di atmosfere controllate precisamente adattate nella conservazione della frutta è considerevole. Aggiungendo anidride carbonica all'atmosfera, la durata di conservazione può essere prolungata di mesi, riducendo così la dipendenza dalle importazioni dalle regioni più calde per parte dell'inverno e della primavera. D'altra parte, un'aggiunta impropria di anidride carbonica può causare difetti nella polpa e rendere inutile un intero inventario o una spedizione di container. I processi biochimici che portano alla maturazione ritardata non sono ancora stati decifrati. Attualmente si ipotizza che sia il rallentamento del processo di maturazione che la formazione dei vari tipi di danno siano controllati da reazioni di stress a livello cellulare.

Frutta, verdura e funghi confezionati in pellicola per la vendita al dettaglio , non lavorati o tagliati, sono dotati di atmosfera protettiva per prolungare la durata di conservazione e non perdere l'impressione di freschezza lungo la strada per il consumatore. Oggi vengono proposti anche carne, pesce e frutti di mare , pasta, prodotti da forno e latticini . La percentuale di anidride carbonica nell'atmosfera protettiva è significativamente maggiore nei prodotti confezionati che non sono destinati a essere conservati per mesi rispetto a frutta e verdura immagazzinate (1–5%, raramente fino al 20%), per i quali l'anidride carbonica può causare danni . Le proporzioni tipiche sono il 20% di anidride carbonica per la carne bovina, il 50% per vitello, maiale e pasta , il 60% per i prodotti da forno e l'80% per il pesce. Si evita invece il confezionamento sotto anidride carbonica pura, in quanto favorirebbe lo sviluppo di germi patogeni, anaerobici e in molti casi comprometterebbe il colore e il gusto dei prodotti. La determinazione dell'atmosfera protettiva ottimale per un prodotto è oggetto di un'intensa ricerca nell'industria alimentare .

L'anidride carbonica supercritica ha un'elevata solubilità per le sostanze non polari e può sostituire i solventi organici tossici . Viene utilizzato come estrazione agente, ad esempio per l'estrazione di sostanze naturali come la caffeina nella produzione di decaffeinato caffè attraverso decaffeinizzazione .

Uso tecnico

L'anidride carbonica è dovuta alle sue proprietà di spostamento dell'ossigeno per scopi antincendio , in particolare negli estintori portatili e nei sistemi di estinzione automatica, come agente estinguente utilizzato. Gli impianti di estinzione a CO 2 inondano l'intero locale di anidride carbonica per proteggere silos o capannoni di stoccaggio di liquidi infiammabili. Ciò ha portato a ripetuti incidenti, alcuni dei quali hanno provocato la morte per soffocamento. Uno studio della US Environmental Protection Agency (EPA) ha identificato 51 incidenti tra il 1975 e il 1997 con 72 morti e 145 feriti.

Come refrigerante , l'anidride carbonica viene utilizzata con la denominazione R744 nei sistemi di condizionamento dell'aria per veicoli e fissi, nella tecnologia della refrigerazione industriale, nella refrigerazione di supermercati e trasporti e nei distributori di bevande. Ha una grande capacità di raffreddamento volumetrico e quindi una maggiore efficienza per un dato volume. L'anidride carbonica è più rispettosa dell'ambiente perché il suo potenziale di riscaldamento globale è solo una frazione di quello dei refrigeranti sintetici. Al contrario di questi, non contribuisce alla riduzione dell'ozono. L'anidride carbonica viene utilizzata anche negli impianti di condizionamento per autoveicoli. Nei reattori nucleari raffreddati a gas del tipo AGR , l'anidride carbonica viene utilizzata come refrigerante .

L'anidride carbonica viene utilizzata come gas protettivo nella tecnologia di saldatura, sia nella sua forma pura che come additivo all'argon o all'elio . Ad alte temperature è termodinamicamente instabile, motivo per cui non viene chiamato gas inerte , ma gas attivo .

Con il laser ad anidride carbonica , il gas laser, una miscela di azoto , elio e anidride carbonica, scorre continuamente attraverso il tubo di scarica. Oltre ai laser a stato solido , questi laser a gas sono tra i laser più potenti nell'uso industriale con potenze comprese tra 10 watt e 80 kilowatt. L'efficienza è intorno al 10-20%.

In forma liquida, l'anidride carbonica viene commercializzata in bombole di gas pressurizzate . Sono di due tipi: bottiglie a tubo ascendente per il prelievo di liquidi e bottiglie senza tubo ascendente per il prelievo di anidride carbonica gassosa. Entrambi devono essere verticali per la rimozione. Il cilindro montante è sempre azionato senza, l'altro con un riduttore di pressione . Finché c'è ancora anidride carbonica liquida nella bombola a pressione, la pressione interna dipende solo dalla temperatura. Una misurazione del livello di riempimento è quindi possibile solo con entrambi i tipi di bottiglia mediante pesatura . La velocità di rimozione è limitata dal fatto che l'anidride carbonica liquida deve evaporare nuovamente nella bottiglia a causa dell'assorbimento di calore dall'ambiente circostante per ristabilire la pressione corrispondente alla temperatura.

Durante la sublimazione del ghiaccio secco , si crea una nebbia bianca dalla miscela fredda di anidride carbonica-aria e umidità di condensazione, che funge da effetto scenico. Esistono anche accessori per il raffreddamento della nebbia per le macchine per la nebbia con evaporatore che funzionano con anidride carbonica liquida.

Sempre più spesso, l'anidride carbonica viene utilizzata in combinazione con un processo di sabbiatura automatizzabile per produrre superfici di elevata purezza. Con la sua combinazione di proprietà meccaniche, termiche e chimiche, la neve ad anidride carbonica , ad esempio, può sciogliere e rimuovere vari tipi di contaminazione superficiale senza lasciare residui.

L'anidride carbonica supercritica viene utilizzata come solvente per la pulizia e lo sgrassaggio, ad esempio i wafer nell'industria dei semiconduttori e i tessuti nel lavaggio a secco . L'anidride carbonica supercritica viene utilizzata come mezzo di reazione per la produzione di prodotti della chimica fine, ad esempio per la produzione di aromi, poiché spesso gli enzimi isolati rimangono attivi in ​​essi e, contrariamente ai solventi organici, nei prodotti non rimangono residui di solvente.

Nella produzione di petrolio terziario , l'anidride carbonica supercritica viene utilizzata per allagare i giacimenti di petrolio al fine di far scorrere il petrolio in superficie da maggiori profondità.

I tubi di calore riempiti con anidride carbonica vengono utilizzati per fornire energia geotermica e sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai cicli con salamoia.

Utilizzare come materia prima chimica

Nell'industria chimica, l'anidride carbonica viene utilizzata principalmente per la produzione di urea mediante conversione con ammoniaca . Nella prima fase, ammoniaca e anidride carbonica reagiscono per formare carbammato di ammonio , che nella seconda fase reagisce ulteriormente per formare urea e acqua.

La formammide si ottiene per riduzione con idrogeno . Per reazione con ammine come la dimetilammina si ottiene la dimetilformammide .

Facendo reagire l'anidride carbonica con il fenolato di sodio, la reazione di Kolbe-Schmitt produce acido salicilico .

Rappresentazione dell'acido salicilico mediante la reazione di Kolbe-Schmitt

Per reazione con ossido di etilene viene prodotto etilene . Nel processo OMEGA, questo viene convertito in glicole monoetilenico in modo altamente selettivo con acqua .

La reazione dell'anidride carbonica con un reagente di Grignard porta ad acidi carbossilici , ad es. B .:

Reazione di Grignard con CO2

La telomerizzazione dell'anidride carbonica con due molecole di 1,3-butadiene sotto palladio omogeneo - catalisi porta a prodotti chimici fini come i lattoni in condizioni di reazione blande.

Esempio di telomerizzazione del butadiene con CO2

Nel processo Solvay , l'anidride carbonica viene utilizzata per produrre soda (carbonato di sodio). Alcuni carbonati metallici come il carbonato di piombo , che si ottengono, ad esempio, facendo reagire gli idrossidi metallici con l'anidride carbonica, sono importanti come pigmenti .

Con un prezzo elevato del petrolio e prezzi bassi dell'elettricità per le energie rinnovabili, ad esempio da energia eolica e solare , potrebbe essere utile in futuro utilizzare l'anidride carbonica per altre applicazioni come la produzione di metano nei sistemi power-to-gas ( processo Sabatier ) e produzione di metanolo ( Power-to-Liquid ) con idrogeno da elettrolisi . Ulteriori potenziali campi di applicazione sarebbero la produzione di acido formico e gas di sintesi per la produzione di combustibili ( power-to-fuel ) e materie prime chimiche ( power-to-chemicals ). Questo può essere fatto tramite una sintesi Fischer-Tropsch o l'uso diretto insieme all'ossido di etilene o all'ossido di propilene per la produzione di polioli e polimeri come poliuretani o policarbonati. Per ragioni termodinamiche , tuttavia, l'uso dell'anidride carbonica è attualmente per lo più antieconomico.

Riciclo dell'anidride carbonica

Oltre alla separazione e allo stoccaggio dell'anidride carbonica , la ricerca è finalizzata alla conversione dell'anidride carbonica che deriva dalla combustione dei combustibili fossili in composti utilizzabili e, se possibile, nuovamente in fonti energetiche. Composti come metanolo e acido formico possono già essere prodotti tramite riduzione .

È anche possibile la sintesi dell'urea . Un gruppo di ricerca francese sta studiando la conversione organocatalitica in formammide o suoi derivati. Poiché l'energia di processo deve essere fornita, questi processi non sono adatti per la produzione economica di vettori energetici. Gli scienziati della RWTH Aachen University hanno sviluppato un processo catalitico omogeneo per la produzione di metanolo da anidride carbonica e idrogeno sotto pressione con uno speciale complesso rutenio-fosfina in cui il catalizzatore ei materiali di partenza sono in soluzione. Allo stesso modo, è stato sviluppato un processo continuo per la produzione di acido formico con un complesso organometallico di rutenio, in cui l'anidride carbonica ha il doppio ruolo sia come reagente che in forma supercritica come fase estrattiva per l'acido formico formato. In un'altra variante sviluppato da un gruppo di ricerca spagnolo, l'anidride carbonica può essere convertita tramite un iridio-catalizzata idrosililazione e catturato nella forma di un formiato silile dalla quale acido formico può essere facilmente separati. Questa reazione, che potrebbe già essere condotta su scala grammo, avviene in condizioni di reazione molto blande, è molto selettiva ed ha un'elevata conversione.

Nel “ Coal Innovation Center ”, RWE e Brain AG stanno studiando come i microrganismi convertono la CO 2 .

Altri usi

L'anidride carbonica è stata utilizzata abitualmente come anestetico negli esseri umani fino agli anni '50, in particolare negli Stati Uniti, ed è risultata molto soddisfacente. Questo metodo non è più utilizzato nell'anestesia tradizionale per l'uomo, poiché sono stati introdotti anestetici inalabili più efficaci.

Questo metodo è ancora utilizzato oggi per lo stordimento degli animali da macello . I maiali vengono calati in una fossa in gruppi con un sistema di ascensori, la cui atmosfera contiene almeno l'80% di anidride carbonica e perdono conoscenza al suo interno. Questo processo è controverso ed è soggetto a intensi sforzi per migliorare il benessere degli animali . I pesci vengono anestetizzati iniettando anidride carbonica gassosa o aggiungendo acqua gassata. In Germania, lo stordimento degli animali da macello con anidride carbonica è consentito solo per suini, tacchini , pulcini di un giorno e salmone .

Nel contesto dell'eutanasia animale , l'anidride carbonica viene utilizzata per uccidere. In Germania, l'applicazione è limitata ai piccoli animali da laboratorio , anche per scopi come l'approvvigionamento di animali da allevamento negli allevamenti. Tuttavia, la legalità di tali uccisioni di animali senza previo stordimento è stata messa in discussione. Per l'uccisione del bestiame ufficialmente ordinata, il club , l'anidride carbonica può essere utilizzata anche per uccidere altri animali se è disponibile un permesso speciale. La Veterinary Association for Animal Welfare (DVT) descrive questo metodo come adatto per il pollame.

L'anidride carbonica è usata come lassativo nelle supposte . La reazione del sodio diidrogeno fosfato e del sodio idrogenocarbonato durante la dissoluzione della supposta rilascia anidride carbonica e allunga l'intestino, che a sua volta innesca il riflesso delle feci .

Nella concimazione con anidride carbonica , viene utilizzato come fertilizzante nelle serre . Il motivo è la carenza di anidride carbonica causata dal consumo di fotosintetico quando l'aria fresca è insufficiente, soprattutto in inverno quando la ventilazione è chiusa. L'anidride carbonica viene introdotta direttamente come gas puro o come prodotto di combustione da propano o gas naturale. In questo modo si ottiene un accoppiamento di fertilizzazione e riscaldamento. Il possibile aumento della resa dipende da quanto è forte la mancanza di anidride carbonica e quanto è forte la luce disponibile per le piante. L'anidride carbonica è utilizzata in acquaristica come fertilizzante per le piante acquatiche (CO 2 diffusore). Aggiungendo materia organica, il contenuto di anidride carbonica nell'acqua può essere aumentato per inalazione a spese del contenuto di ossigeno.

Il gas viene utilizzato per catturare insetti succhiatori di sangue e vettori che utilizzano l'anidride carbonica presente nell'alito per trovare ospiti , come le zanzare . Si libera dal ghiaccio secco , dalle bombole del gas o dalla combustione di propano o butano e attira gli insetti in prossimità delle aperture di aspirazione di apposite trappole. Il gas viene utilizzato anche nella coltivazione di microrganismi , soprattutto per i batteri (rigorosamente) anaerobi obbligati , che possono crescere solo in condizioni anossiche . Possono essere incubate in CO 2 incubatore che viene fornito da una bombola di gas. Oltre ai batteri strettamente anaerobici, ci sono anche i cosiddetti batteri capnofili, che richiedono una proporzione del 5-10 percento in volume di anidride carbonica nell'atmosfera circostante per crescere. Sono spesso coltivati ​​in un vaso anaerobico richiudibile in cui è posto un supporto per reagenti disponibile in commercio, le cui camere sono riempite con bicarbonato di sodio e acido tartarico o acido citrico . L'umidità rilascia CO 2 , simile al principio del lievito in polvere .

Effetti fisiologici e pericoli

Effetto su animali e persone

Sintomi di avvelenamento da anidride carbonica

Una percentuale troppo elevata di anidride carbonica nell'aria che respiriamo ha effetti dannosi sugli animali e sull'uomo. Questi non si basano solo sullo spostamento dell'ossigeno nell'aria. La norma DIN EN 13779 suddivide l' aria ambiente in quattro livelli di qualità a seconda della concentrazione di anidride carbonica. A valori inferiori a 800 ppm, la qualità dell'aria interna è considerata buona, i valori tra 800 e 1000  ppm (da 0,08 a 0,1% in volume) sono considerati medi e i valori da 1000 a 1400 ppm sono considerato di discreta qualità. A valori superiori a 1400 ppm, la qualità dell'aria interna è considerata bassa. Per confronto: la media globale del contenuto di CO 2 nell'aria è di circa 400 ppm in volume; tuttavia, fluttua fortemente a livello regionale, a seconda dell'ora del giorno e della stagione.

La concentrazione massima sul posto di lavoro per un'esposizione giornaliera di otto ore al giorno è di 5000 ppm. Ad una concentrazione dell'1,5% (15.000 ppm) il volume del tempo respiratorio aumenta di oltre il 40%.

Secondo gli studi, un aumento significativo delle concentrazioni di CO 2 e/o la mancanza di ventilazione in ambienti con aria ambiente relativamente pulita può portare a una forte ed evitabile compromissione delle prestazioni cerebrali - specialmente nel processo decisionale e nel pensiero strategico complesso - in ambienti come le aule.

L'anidride carbonica disciolta nel sangue attiva il centro respiratorio del cervello in una concentrazione fisiologica e leggermente aumentata .

In concentrazioni significativamente più elevate, porta ad una riduzione o eliminazione dello stimolo respiratorio riflesso, inizialmente a depressione respiratoria ed infine ad arresto respiratorio . Da circa il 5% di anidride carbonica nell'aria inalata si verificano mal di testa e vertigini, con concentrazioni più elevate battito cardiaco accelerato ( tachicardia ), aumento della pressione sanguigna, mancanza di respiro e perdita di coscienza , la cosiddetta anestesia da anidride carbonica . Concentrazioni di anidride carbonica dell'8% portano alla morte entro 30-60 minuti. Un accumulo di anidride carbonica nel sangue è chiamato ipercapnia .

Gli incidenti si verificano ripetutamente nelle cantine, nei silos di alimentazione, nei pozzi e nei pozzi neri a causa delle elevate concentrazioni di anidride carbonica. I processi di fermentazione vi producono notevoli quantità di anidride carbonica; durante la fermentazione di un litro di mosto, ad esempio, circa 50 litri di gas di fermentazione. Spesso molte persone cadono vittime di avvelenamento da gas di fermentazione perché gli aiutanti inalano anidride carbonica durante il tentativo di salvataggio e diventano incoscienti. Il salvataggio di una persona ferita da situazioni sospette di anidride carbonica è possibile solo da operatori di emergenza professionali con autorespiratore .

Se non viene fornita un'adeguata ventilazione, le fonti naturali di anidride carbonica nelle grotte e nei tunnel minerari possono creare elevate concentrazioni di gas. Questi sono quindi vicini al suolo, in modo che gli animali più piccoli in particolare possano soffocare. Ad esempio, la grotta dei cani in Italia ha una concentrazione di anidride carbonica di circa il 70%. Circa 1700 persone sono morte in un focolaio di CO 2 nel lago Nyos nel 1986.

La concentrazione di anidride carbonica nel sangue influenza il suo valore di pH e quindi ha un effetto indiretto sull'equilibrio dell'ossigeno. Il sistema acido carbonico-bicarbonato , un tampone acido carbonico - bicarbonato , rappresenta circa il 50% della capacità tampone totale del sangue, che è catalizzata dall'enzima anidratasi carbonica .

Ad un valore di pH più basso, la capacità di legare l'ossigeno dell'emoglobina del pigmento rosso sangue è ridotta . Con lo stesso contenuto di ossigeno nell'aria, l'emoglobina trasporta quindi meno ossigeno. L' effetto Bohr e l' effetto Haldane descrivono questo fatto.

Effetto sulle piante

Sulle piante, una concentrazione di anidride carbonica leggermente aumentata ha l'effetto della fertilizzazione con anidride carbonica , poiché le piante hanno bisogno di CO 2 per l'assimilazione dell'anidride carbonica durante la fotosintesi . Tuttavia, concentrazioni eccessivamente elevate sono anche dannose per le piante. Per gli impianti C3 l'optimum è solitamente compreso tra 800 e 1000 ppm, per gli impianti C4 , invece, è solo poco più di 400 ppm. Il mais della pianta C4 come pianta indicatrice ha mostrato striature sulle foglie a 10.000 ppm di CO 2 dopo un periodo di esposizione di sei giorni. Nel riso sono stati notati cambiamenti nella composizione dei nutrienti (proteine, micronutrienti e vitamine). Proteine, ferro, zinco, vitamine B1, B2, B5 e B9 diminuiscono all'aumentare eccessivamente della concentrazione di CO 2 , mentre aumenta la vitamina E. Una tale riduzione della qualità degli alimenti vegetali aggraverebbe il problema della malnutrizione globale .

Importanza ecologica

Panoramica della fotosintesi e della respirazione

Piante e batteri fotosintetici assorbono l'anidride carbonica dall'atmosfera e la convertono in carboidrati come il glucosio attraverso la fotosintesi sotto l'azione della luce e l'assorbimento dell'acqua .

equazione di reazione netta semplificata per la fotosintesi ossigenata

Questo processo rilascia contemporaneamente ossigeno dalla decomposizione dell'acqua. I carboidrati risultanti servono come fonte di energia e materiale da costruzione per tutte le altre sostanze biochimiche come polisaccaridi , acidi nucleici e proteine . L'anidride carbonica fornisce quindi la materia prima per la formazione di tutta la biomassa nella produzione primaria degli ecosistemi .

La scomposizione della biomassa attraverso la respirazione aerobica è, inversamente al processo di fotosintesi, legata alla formazione di anidride carbonica e al consumo di ossigeno.

equazione di reazione netta semplificata per la respirazione aerobica

Tutti gli organismi di un ecosistema respirano continuamente, mentre la fotosintesi è legata alla disponibilità di luce. Questo porta ad un ciclico aumento e diminuzione dell'anidride carbonica nel ritmo giornaliero e stagionale in funzione delle diverse intensità luminose.

Nei corpi idrici la concentrazione di anidride carbonica varia anche secondo i ritmi giornalieri e stagionali citati. L'anidride carbonica è in equilibrio chimico con le altre specie di acido carbonico disciolto, che essenzialmente determina il valore del pH nell'acqua. L'equilibrio chimico delle dissociazioni di ammonio / ammoniaca , nitriti / nitroso acido , solfuro / idrogeno solforato e altre coppie acido-base, che sono visibili attraverso la tossicità per gli organismi in acqua, dipendono dal valore del pH .

Se l'apporto di anidride carbonica in un corpo idrico è esaurito dalla fotosintesi, che è rilevabile da un valore di pH vicino a 8,3, alcuni tipi di alghe e piante acquatiche sono in grado di ottenere l'anidride carbonica necessaria dall'idrogenocarbonato disciolto, per cui rilasciare ioni idrossido , in modo che il valore del pH diventi sempre più alcalino. In acque ricche di sostanze nutritive come gli stagni di carpe, il valore del pH può quindi salire a 12, con le corrispondenti conseguenze sulla salute dei pesci, ad esempio la necrosi delle branchie della carpa .

Nel 2012, gli scienziati del Centro di ricerca sulla biodiversità e il clima hanno calcolato per la prima volta in uno studio congiunto con altre istituzioni che strati crittogami di licheni, alghe e muschi legano circa 14 miliardi di tonnellate di anidride carbonica all'anno oltre all'azoto. Legano tanta anidride carbonica quanta ne viene rilasciata ogni anno dagli incendi boschivi e dalla combustione della biomassa in tutto il mondo. Tuttavia, non è possibile combattere il cambiamento climatico con l'aiuto degli strati crittogame, perché l'estesa vegetazione immagazzina solo per pochi anni l'anidride carbonica, gas serra.

Lo stoccaggio e il rilascio di anidride carbonica nel suolo è importante . La misura in cui il rilascio di carbonio organico nel suolo è influenzato dalle rispettive condizioni ambientali e da altri fattori è attualmente in gran parte sconosciuta. Tuttavia, il rilascio è accelerato dal riscaldamento, che è stato dimostrato in studi recenti, e potrebbe avere un impatto sul clima. Uno studio pubblicato nel 2019 mostra che se la concentrazione di CO 2 supera i 1.200 ppm, gli stratocumuli si disgregano in nubi sparse, il che potrebbe alimentare ulteriormente il riscaldamento globale.

Specificando le emissioni di CO 2 è possibile confrontare diversi processi in termini di energia ed ecologia. A tal fine, viene convertito il rilascio di anidride carbonica durante la combustione di combustibili fossili.

Rilevazione e determinazione quantitativa

Una semplice rilevazione dell'anidride carbonica è possibile con una soluzione acquosa di idrossido di calcio , il cosiddetto campione di acqua di calce . A tale scopo si introduce nella soluzione il gas da esaminare. Se il gas contiene anidride carbonica, reagisce con l'idrossido di calcio per formare acqua e carbonato di calcio (calce), che precipita come un solido biancastro e rende torbida la soluzione.

Con l'acqua di bario , una soluzione acquosa di idrossido di bario , la rilevazione è più sensibile, poiché il carbonato di bario è meno solubile del carbonato di calcio.

In soluzione acquosa, l'anidride carbonica viene determinata mediante titolazione con soluzione di idrossido di sodio 0,1 N fino a pH 8,3, il cambiamento di colore dell'indicatore fenolftaleina . La misura della capacità di legame acido (SBV) , del valore del pH e della conducibilità elettrica o della forza ionica permette di calcolare il contenuto di anidride carbonica da questi parametri secondo l'equilibrio di dissociazione dell'acido carbonico. L' elettrodo Severinghaus , un elettrodo pH con una soluzione tampone a base di bicarbonato di sodio, determina la concentrazione di anidride carbonica di una soluzione misurando la variazione del valore di pH.

L'anidride carbonica può essere rilevata utilizzando la spettroscopia infrarossa o Raman , per cui le vibrazioni di stretching asimmetrico e le vibrazioni di inclinazione sono attive nell'infrarosso, mentre le vibrazioni di stretching simmetriche a un numero d' onda di 1480 cm -1 sono attive in Raman. Il dispositivo di misurazione utilizzato per questo è chiamato sensore a infrarossi non dispersivo .

letteratura

link internet

Commons : anidride carbonica  - Raccolta di immagini, video e file audio
Wikizionario: anidride carbonica  - spiegazione dei significati, origine delle parole, sinonimi, traduzioni

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