Oxid uhličitý

Oxid 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.

Oxid 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.

Oxid 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

Vo 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.

Okrem 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.

Oxid 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).

• 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.

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Oxid uhličitý