Koldioxid (CO2) – egenskaper, roll i naturen och klimatpåverkan

Koldioxid är en slutprodukt i organismer som får energi genom att bryta ner socker, fett och aminosyror med syre som en del av sin ämnesomsättning. Detta är en process som kallas cellandning. Detta omfattar alla växter, djur, många svampar och vissa bakterier. Hos högre djur färdas koldioxiden i blodet från kroppens vävnader till lungorna där den andas ut. Växter tar upp koldioxid från atmosfären för att använda den i fotosyntesen.

Torris, eller fast koldioxid, är koldioxidgasens fasta tillstånd under -78,5 °C (-109,3 °F). Torris förekommer inte naturligt på jorden utan är konstgjord av människan. Den är färglös. Människor använder torris för att kyla ner saker och för att göra drycker sprudlande, döda jordgubbar och frysa vårtor. Torrisens ångor orsakar kvävning och så småningom döden. Försiktighet och professionell hjälp rekommenderas när torris används.

Vid vanligt tryck smälter den inte från fast form till vätska utan övergår direkt från fast form till gas. Detta kallas sublimering. Den övergår direkt från fast ämne till gas vid alla temperaturer som är högre än extremt kalla temperaturer. Torris sublimerar vid normal lufttemperatur. Torris som utsätts för normal luft avger koldioxidgas som inte har någon färg. Koldioxid kan bli flytande vid ett tryck över 5,1 atmosfärer.

Koldioxidgasen som kommer från torris är så kall att när den blandas med luft kyls vattenångan i luften till dimma, som ser ut som en tjock vit rök. Den används ofta på teatern för att skapa dimma eller rök.

Kemister kan få fram koldioxid från kylande luft. Detta kallas luftdestillation. Denna metod är ineffektiv eftersom en stor mängd luft måste kylas för att utvinna en liten mängd koldioxid. Kemister kan också använda flera olika kemiska reaktioner för att separera koldioxid. Koldioxid bildas vid reaktioner mellan de flesta syror och de flesta metallkarbonater. Till exempel bildas koldioxid vid reaktionen mellan saltsyra och kalciumkarbonat (kalksten eller krita):

2 H C l + C a C O 3 ⟶ C a C l 2 + H 2 C O 3 {\displaystyle \mathrm {2\ HCl+CaCO_{3}\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}CO_{3}} }

Kolsyra (_H2CO3) sönderdelas sedan till vatten och _koldioxid. Sådana reaktioner orsakar skumning eller bubblande, eller både och. Inom industrin används sådana reaktioner många gånger för att neutralisera syraavfall.

Kvick kalk (CaO), en kemikalie som används i stor utsträckning, kan framställas genom att man värmer kalksten till cirka 850 °C. Vid denna reaktion bildas också _koldioxid:

C a C O 3 ⟶ C a O + C O 2 {\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}} }

Koldioxid bildas också vid förbränning av alla kolhaltiga bränslen, t.ex. metan (naturgas), petroleumdestillat (bensin, diesel, fotogen, propan), kol och trä. I de flesta fall frigörs också vatten. Som exempel kan nämnas den kemiska reaktionen mellan metan och syre:

C H 4 + 2 O 2 ⟶ C O 2 + 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {CH_{4}+2\ O_{2}\longrightarrow CO_{2}+2\ H_{2}O} }

Koldioxid framställs i stålverk. Järn reduceras från sina oxider med koks i en masugn, vilket ger råjärn och koldioxid:

F e 2 O 3 + 3 C O ⟶ 2 F e + 3 C O 2 {\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+3\ CO\longrightarrow 2\ Fe+3\ CO_{2}} }

Jäst omvandlar socker till koldioxid och etanol, även känd som alkohol, för att producera vin, öl och andra spritdrycker, men även för att producera bioetanol:

C 6 H 12 O 6 ⟶ 2 C O 2 + 2 C 2 H 5 O H H {\displaystyle \mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 2\ CO_{2}+2\ C_{2}H_{5}OH} }

Alla aeroba organismer producerar CO
₂ när de oxiderar kolhydrater, fettsyror och proteiner i cellernas mitokondrier. Det stora antalet reaktioner som är inblandade är oerhört komplexa och svårbeskrivliga. (De omfattar cellandning, anaerob andning och fotosyntes). Fotoautotrofa organismer (dvs. växter och cyanobakterier) använder en annan reaktion: Växter absorberar CO
₂ från luften och reagerar den tillsammans med vatten för att bilda kolhydrater:

n C O 2 + n H 2 O ⟶ ( C H 2 O ) n + n O 2 {\displaystyle \mathrm {nCO_{2}+nH_{2}O\longrightarrow (CH_{2}O)n+nO_{2}}} }

Koldioxid är löslig i vatten, där den spontant omvandlas mellan _CO2 och H
_2CO
3 (kolsyra). De relativa koncentrationerna av CO
₂, H
_2CO
3 och de deprotonerade formerna HCO-
₃ (bikarbonat) och ^CO2-
₃ (karbonat) beror på surheten (pH). I neutralt eller svagt alkaliskt vatten (pH > 6,5) dominerar bikarbonatformen (> 50 %) och blir den mest dominerande (> 95 %) vid havsvattens pH, medan karbonatformen dominerar (> 50 %) i mycket alkaliskt vatten (pH > 10,4). Bikarbonat- och karbonatformerna är mycket lättlösliga. Så luftkvilibrerat havsvatten (milt alkaliskt med typiskt pH = 8,2-8,5) innehåller ca 120 mg bikarbonat per liter.

Industriproduktion

Industriell koldioxid produceras huvudsakligen från sex processer:

• Genom att fånga upp naturliga koldioxidkällor där den bildas genom att försurat vatten påverkar kalksten eller dolomit.
• Som en biprodukt från vätgasproduktionsanläggningar, där metan omvandlas till _koldioxid;
• Från förbränning av fossila bränslen eller trä;
• Som en biprodukt vid jäsning av socker vid bryggning av öl, whisky och andra alkoholhaltiga drycker;
• Från termisk nedbrytning av kalksten, CaCO
  _3, vid framställning av kalk (kalciumoxid, CaO);

Koldioxid kan skapas genom en enkel kemisk reaktion:

C + O 2 ⟶ C O 2 {\displaystyle \mathrm {C+O_{2}\longrightarrow CO_{2}} }

Kol + syre → koldioxid