Oxid uhličitý

Biologická role

Oxid uhličitý je konečným produktem organismů, které v rámci svého metabolismu získávají energii štěpením cukrů, tuků a aminokyselin pomocí kyslíku. Tento proces se nazývá buněčné dýchání. Patří sem všechny rostliny, živočichové, mnohé houby a některé bakterie. U vyšších živočichů putuje oxid uhličitý v krvi z tělesných tkání do plic, kde je vydechován. Rostliny přijímají oxid uhličitý z atmosféry a využívají ho při fotosyntéze.

Suchý led

Suchý led neboli pevný oxid uhličitý je pevný plynný _{CO2 v} teplotách pod -109,3 °F (-78,5 °C). Suchý led se na Zemi nevyskytuje přirozeně, ale je vyráběn člověkem. Je bezbarvý. Lidé používají suchý led k ochlazování věcí a k výrobě šumivých nápojů, k hubení syslů a zmrazování bradavic. Páry suchého ledu způsobují udušení a nakonec smrt. Při každém použití suchého ledu se doporučuje opatrnost a odborná pomoc.

Při obvyklém tlaku se neroztaví z pevné látky na kapalinu, ale změní se přímo z pevné látky na plyn. Tomu se říká sublimace. Z pevné látky se přímo změní na plyn při jakékoli teplotě vyšší než při extrémně nízkých teplotách. Suchý led sublimuje při běžné teplotě vzduchu. Suchý led vystavený normálnímu vzduchu uvolňuje plynný oxid uhličitý, který nemá barvu. Oxid uhličitý může zkapalnět při tlaku vyšším než 5,1 atmosféry.

Plynný oxid uhličitý vznikající ze suchého ledu je tak studený, že po smíchání se vzduchem ochladí vodní páru ve vzduchu na mlhu, která vypadá jako hustý bílý kouř. Často se používá v divadle k vytvoření zdání mlhy nebo kouře.

Suchý led při vložení do vody

Izolace a výroba

Chemikové mohou získat oxid uhličitý z chladného vzduchu. Říká se tomu destilace vzduchu. Tato metoda je neúčinná, protože k získání malého množství CO2 je třeba ochladit velké množství vzduchu. Chemici mohou k oddělení oxidu uhličitého použít také několik různých chemických reakcí. Oxid uhličitý vzniká při reakcích mezi většinou kyselin a většinou uhličitanů kovů. Například reakcí mezi kyselinou chlorovodíkovou a uhličitanem vápenatým (vápenec nebo křída) vzniká oxid uhličitý:

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}} }

Kyselina uhličitá (_H2CO3) se pak rozkládá na vodu a _CO2. Tyto reakce způsobují pěnění nebo bublání, případně obojí. V průmyslu se tyto reakce mnohokrát používají k neutralizaci odpadních kyselých toků.

Vápenec (CaO), chemická látka, která má široké využití, lze vyrobit zahřátím vápence na teplotu přibližně 850 °C. Touto reakcí vzniká také _CO2:

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

Oxid uhličitý vzniká také při spalování všech paliv obsahujících uhlík, jako je metan (zemní plyn), ropné destiláty (benzín, nafta, petrolej, propan), uhlí nebo dřevo. Ve většině případů se také uvolňuje voda. Jako příklad lze uvést chemickou reakci mezi metanem a kyslíkem:

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} }

Oxid uhličitý se vyrábí v ocelárnách. Železo se redukuje z oxidů pomocí koksu ve vysoké peci, čímž vzniká surové železo a oxid uhličitý:

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}} }

Kvasinky metabolizují cukr za vzniku oxidu uhličitého a etanolu, známého také jako alkohol, při výrobě vína, piva a jiných lihovin, ale také při výrobě bioetanolu:

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} }

Všechny aerobní organismy produkují CO
₂ při oxidaci sacharidů, mastných kyselin a bílkovin v mitochondriích buněk. Velké množství reakcí, které se na tom podílejí, je nesmírně složité a není snadné je popsat. (Patří mezi ně buněčné dýchání, anaerobní dýchání a fotosyntéza). Fotoautotrofy (tj. rostliny, sinice) používají jinou reakci: Rostliny absorbují CO
₂ ze vzduchu a spolu s vodou jej zreagují za vzniku sacharidů:

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}}} }

Oxid uhličitý je rozpustný ve vodě, ve které se samovolně přeměňuje na _CO2 a H
_2CO
3 (kyselina uhličitá). Relativní koncentrace CO
₂, H
_2CO
3 a deprotonovaných forem HCO-
₃ (hydrogenuhličitan) a ^CO2-
₃ (uhličitan) závisí na kyselosti (pH). V neutrální nebo mírně alkalické vodě (pH > 6,5) převažuje hydrogenuhličitanová forma (> 50 %), která se stává nejčastější (> 95 %) při pH mořské vody, zatímco ve velmi alkalické vodě (pH > 10,4) převažuje (> 50 %) uhličitanová forma. Hydrogenuhličitanové a uhličitanové formy jsou velmi dobře rozpustné. Vzduchem vyrovnaná oceánská voda (mírně zásaditá s typickým pH = 8,2-8,5) tedy obsahuje přibližně 120 mg hydrogenuhličitanu na litr.

Průmyslová výroba

Průmyslový oxid uhličitý vzniká především při šesti procesech:

• Zachycováním přírodních pramenů oxidu uhličitého, který vzniká působením okyselené vody na vápenec nebo dolomit.
• Jako vedlejší produkt zařízení na výrobu vodíku, kde se metan přeměňuje na _CO2;
• Ze spalování fosilních paliv nebo dřeva;
• Jako vedlejší produkt kvašení cukru při výrobě piva, whisky a jiných alkoholických nápojů;
• Z tepelného rozkladu vápence vzniká CaCO
  ₃ při výrobě vápna (oxidu vápenatého, CaO);

Chemická reakce

Oxid uhličitý lze vytvořit jednoduchou chemickou reakcí:

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

uhlík + kyslík → oxid uhličitý