Anglies dioksidas

Biologinis vaidmuo

Anglies dioksidas yra galutinis organizmų, kurie energiją gauna skaidydami cukrų, riebalus ir aminorūgštis su deguonimi, galutinis produktas. Šis procesas vadinamas ląsteliniu kvėpavimu. Tai apima visus augalus, gyvūnus, daugelį grybų ir kai kurias bakterijas. Aukštesniųjų gyvūnų krauju anglies dioksidas iš organizmo audinių keliauja į plaučius, kur iškvepiamas. Augalai iš atmosferos ima anglies dioksidą, kad jį panaudotų fotosintezei.

Sausas ledas

Sausasis ledas, arba kietasis anglies dioksidas, yra kietos būsenos _CO2 dujos, esančios žemesnėje nei -109,3 °F (-78,5 °C) temperatūroje. Sausasis ledas natūraliai žemėje neatsiranda, jį gamina žmogus. Jis yra bespalvis. Žmonės sausąjį ledą naudoja daiktams atšaldyti, gėrimams gazuoti, žudyti suopiams ir užšaldyti karpoms. Sauso ledo garai sukelia uždusimą ir galiausiai mirtį. Naudojant sausą ledą rekomenduojama būti atsargiems ir kreiptis profesionalios pagalbos.

Esant įprastam slėgiui jis netirps iš kietojo kūno į skystį, o tiesiogiai pereis iš kietojo kūno į dujas. Tai vadinama sublimacija. Bet kurioje aukštesnėje nei itin žemoje temperatūroje jis iš kietojo kūno tiesiogiai virsta dujomis. Sausas ledas sublimuojasi esant įprastai oro temperatūrai. Sausas ledas, veikiamas įprasto oro, išskiria anglies dioksido dujas, kurios neturi spalvos. Anglies dioksidas gali suskystėti esant didesniam nei 5,1 atmosferos slėgiui.

Iš sausojo ledo išsiskiriančios anglies dioksido dujos yra tokios šaltos, kad susimaišiusios su oru atšaldo ore esančius vandens garus iki rūko, kuris atrodo kaip tiršti balti dūmai. Jis dažnai naudojamas teatre rūkui ar dūmams sukurti.

Sausas ledas, įdėtas į vandenį

Izoliavimas ir gamyba

Chemikai gali gauti anglies dioksido iš atvėsusio oro. Jie tai vadina oro distiliavimu. Šis metodas neefektyvus, nes norint išgauti nedidelį kiekį CO2, reikia atšaldyti didelį kiekį oro. Chemikai taip pat gali naudoti kelias skirtingas chemines reakcijas anglies dioksidui atskirti. Anglies dioksidas susidaro vykstant daugumos rūgščių ir daugumos metalų karbonatų reakcijoms. Pavyzdžiui, vykstant druskos rūgšties ir kalcio karbonato (kalkakmenio arba kreidos) reakcijai, susidaro anglies dioksidas:

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}} }

Anglies rūgštis (_H2CO3) skyla į vandenį ir _CO2. Tokios reakcijos sukelia putojimą arba burbuliavimą, arba ir viena, ir kita. Pramonėje tokios reakcijos daug kartų naudojamos rūgščių atliekų srautams neutralizuoti.

Plačiai naudojamos cheminės medžiagos - negesintos kalkės (CaO) - gali būti gaminamos kaitinant kalkakmenį iki maždaug 850 °C temperatūros. Šios reakcijos metu taip pat susidaro _CO2:

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

Anglies dioksidas taip pat susidaro degant visam anglies turinčiam kurui, pavyzdžiui, metanui (gamtinėms dujoms), naftos distiliatams (benzinui, dyzelinui, žibalui, propanui), anglims ar medienai. Daugeliu atvejų taip pat išsiskiria vanduo. Pavyzdžiui, cheminė reakcija tarp metano ir deguonies yra tokia:

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} }

Anglies dioksidas gaminamas plieno gamyklose. Aukštojoje krosnyje geležis iš oksidų redukuojama su koksu, taip gaunamas ketus ir anglies dioksidas:

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}} }

Mielės perdirba cukrų ir gamina anglies dioksidą bei etanolį, dar vadinamą alkoholiu, iš kurio gaminami vynai, alus ir kiti spiritiniai gėrimai, taip pat bioetanolis:

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

Visi aerobiniai organizmai gamina CO
_2, kai ląstelių mitochondrijose oksiduoja angliavandenius, riebalų rūgštis ir baltymus. Daugybė vykstančių reakcijų yra nepaprastai sudėtingos ir nelengvai aprašomos. (Jos apima ląstelinį kvėpavimą, anaerobinį kvėpavimą ir fotosintezę). Fotoautotrofai (t. y. augalai, cianobakterijos) naudoja kitą reakciją: Augalai absorbuoja CO
₂ iš oro ir kartu su vandeniu reaguoja į angliavandenius:

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}}} }

Anglies dioksidas tirpsta vandenyje, kuriame savaime virsta _CO2 ir H
_2CO
3 (angliarūgštė). Santykinė CO
₂, H
_2CO
3 ir deprotonuotų formų HCO-
₃ (bikarbonato) ir ^CO2-
₃ (karbonato) koncentracija priklauso nuo rūgštingumo (pH). Neutraliame arba šiek tiek šarminiame vandenyje (pH > 6,5) vyrauja bikarbonato forma (> 50 %), kuri tampa vyraujančia (> 95 %) jūros vandens pH, o labai šarminiame vandenyje (pH > 10,4) vyraujanti (> 50 %) forma yra karbonatas. Bikarbonato ir karbonato formos yra labai tirpios. Taigi, ore subalansuotame vandenyno vandenyne (silpnai šarminiame, kurio tipinis pH = 8,2-8,5) yra apie 120 mg bikarbonato viename litre.

Pramonės gamyba

Pramoninis anglies dioksidas daugiausia susidaro vykstant šešiems procesams:

• Gaudydami natūralius anglies dioksido šaltinius, kuriuose jis susidaro rūgštintam vandeniui veikiant kalkakmenį arba dolomitą.
• Kaip šalutinis produktas vandenilio gamybos įmonėse, kuriose metanas paverčiamas _CO2;
• Deginant iškastinį kurą arba medieną;
• Kaip cukraus fermentacijos šalutinis produktas gaminant alų, viskį ir kitus alkoholinius gėrimus;
• Terminio kalkakmenio skilimo metu CaCO
  _3, gaminant kalkes (kalcio oksidą, CaO);

Cheminė reakcija

Anglies dioksidą galima sukurti paprasta chemine reakcija:

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

anglis + deguonis → anglies dioksidas