Oglekļa dioksīds

Oglekļa dioksīds
Ogļskābā gāze/ oglekļa dioksīds. struktūrformula ar starpatomu attālumu Oglekļa dioksīda molekulas modelis
Citi nosaukumi	ogļskābā gāze, oglekļa(IV) oksīds, ogļskābes anhidrīds
CAS numurs	124-38-9
Ķīmiskā formula	CO2
Molmasa	44,01 g/mol
Blīvums	1,98 kg/m3
Kušanas temperatūra	216 K (-57 °C; 5,185 bar spiedienā)
Viršanas temperatūra	195 K (-78 °C) (sublimējas)
Šķīdība ūdenī	1,45 g/l pie 25 °C, 100 kPa

Oglekļa dioksīds jeb ogļskābā gāze (CO₂) ir smaga, bezkrāsaina gāze ar nedaudz skābenu smaržu un garšu. CO₂ nelielās koncentrācijās nav indīgs, bet neuztur elpošanu un, tā kā ir pusotras reizes smagāks par gaisu, mēdz uzkrāties slēgtās telpās, piemēram, akās un šahtās, kur var izraisīt nāvējošus nelaimes gadījumus. Ogļskābā gāze veidojas visu oglekli saturošo vielu degšanā, kā arī ir blakusprodukts daudzos bioloģiskos procesos, piemēram, elpošanā un rūgšanā. Oglekļa dioksīdam ir būtiska loma dabas ciklos, piemēram, tā ir svarīga viela fotosintēzes procesā, kad augi absorbē CO₂ un pārvērš to glikozē un citās organiskās vielās.

Pēdējās desmitgadēs oglekļa dioksīda koncentrācija atmosfērā ir strauji pieaugusi, galvenokārt cilvēka darbības rezultātā, piemēram, degizrakteņu dedzināšanas un mežu izciršanas dēļ. Paaugstinātais oglekļa dioksīda līmenis ir saistīts ar klimata pārmaiņām un globālās sasilšanas procesiem, kas rada būtiskus izaicinājumus videi, ekosistēmām un cilvēka veselībai.

Īpašības

Oglekļa dioksīds (CO₂) normālos apstākļos ir gāze, kuru veido molekulas no viena oglekļa atoma (C) un diviem skābekļa atomiem (O). Oglekļa dioksīda molekulas centrā atrodas oglekļa atoms sp hibridizācijas stāvoklī; tas nosaka, ka molekula ir lineāra un tajā centrālais oglekļa atoms ar dubultām kovalentajām saitēm savienots ar diviem skābekļa atomiem.

Oglekļa dioksīds ir smaga gāze, kuras molekulmasa ir 44,01 g/mol. Tā normālos apstākļos ir bezkrāsaina un bez smaržas, bet lielākā koncentrācijā var izraisīt viegli skābenas garšas un smaržas sajūtu. Oglekļa dioksīdam ir lielāks blīvums nekā gaisam, tāpēc tas var uzkrāties zemākās vietās, piemēram, pagrabos vai akās. Oglekļa dioksīds slikti šķīst ūdenī, bet tomēr spēj veidot ogļskābi (H₂CO₃), kas ir vājš skābes šķīdums un veicina karbonātu veidošanos dabā. Oglekļa dioksīds ir ogļskābes anhidrīds. Oglekļa dioksīds ir skābais oksīds un reaģē ar sārmiem un bāziskajiem oksīdiem.

Laižot CO₂ pāri nokaitētām oglēm, veidojas CO:

CO₂ C ⇄ 2 CO

Normālos apstākļos oglekļa dioksīds ir gāzveida stāvoklī, taču to var pārveidot arī par šķidrumu vai cietvielu, mainot temperatūru un spiedienu. Atmosfēras spiedienā oglekļa dioksīds sublimējas, pārejot no cietas fāzes tieši gāzveida stāvoklī, apejot šķidro fāzi. Cietā stāvoklī CO₂ pazīstams kā “sausais ledus”, un to bieži izmanto kā dzesēšanas līdzekli, jo tas sublimējoties neatstāj nekādus blakusproduktus. Pie spiediena aptuveni 5,1 atm un temperatūras zem -56,6°C ogļskābā gāze kļūst šķidra. Lai sašķidrinātu CO₂ istabas temperatūrā, vajadzīgs vismaz 60 atm liels spiediens.

Oglekļa dioksīds ir termodinamiski stabils savienojums. Tā entalpija jeb rašanās siltums ir negatīvs, kas nozīmē, ka CO₂ veidošanās ir eksotermiska reakcija un tās laikā izdalās siltums, piemēram, sadegot organiskām vielām. Lai arī oglekļa dioksīds ir samērā stabila viela, tas spēj iesaistīties dažādās ķīmiskās reakcijās, piemēram, fotosintēzē un karbonātu veidošanā.

Oglekļa dioksīdam ir nozīmīga loma arī Zemes atmosfēras termoregulācijā, jo šī gāze ir caurspīdīga redzamajai gaismai un ultravioletajam starojumam, bet labi absorbē infrasarkano starojumu, tādējādi veicinot siltumnīcas efektu. Šī gāzes īpašība ir būtiska, lai uzturētu Zemes klimatu, taču pārmērīgs oglekļa dioksīda līmenis atmosfērā veicina globālo sasilšanu.

Atrašanās dabā

Oglekļa dioksīds nelielos daudzumos (ap 0,04%) ir sastopams Zemes atmosfērā. Palielināta oglekļa dioksīda koncentrācija izraisa siltumnīcas efektu. Lielākā daļa atmosfērā nonākušā oglekļa dioksīda tur nonāk sadedzinot oglekli saturošu kurināmo un no vulkāniem. Oglekļa dioksīds ir nepieciešams fotosintēzē.

Iegūšana

Rūpnieciski iegūst no degšanas gāzēm un dabīgo karbonātu (dolomīta) sadalīšanās produktiem. Gāzu maisījumus laiž cauri kālija karbonāta šķīdumam, kurš saista ogļskābo gāzi, veidojot hidrogēnkarbonātu. Karsējot kālija hidrogēnkarbonāta šķīdums atbrīvo CO₂. Vēl labāks oglekļa dioksīda absorbents ir etanolamīns. Iegūto oglekļa dioksīdu uzglabā balonos.

Laboratorijas vajadzībām CO₂ iegūst Kipa aparātā, reaģējot karbonātiem vai hidrogēnkarbonātiem (piemēram, marmora gabaliņiem) ar skābēm (sālsskābi).

Izmantošana

Sausā ledus gabaliņi

Pārtikas rūpniecībā lieto par konservantu, mīklas irdinātāju un iesaiņojuma gāzi (E290). Sašķidrinātu ogļskābo gāzi (balonos zem spiediena 65-70 atm) lieto ugunsdzēšamajos aparātos un gāzēto dzērienu ražošanai, kā arī pneimatiskajos ieročos un metināšanā ar pusautomātiem (nereti sajaukumā ar argonu, kas dod kvalitatīvāku šuvi).

Sauso ledu izmanto par dzesējošu materiālu.

Uzglabāšana

Lai mazinātu globālo sasilšanu, tiek ieteikts lieko CO₂ iesūknēt ģeoloģiski piemērotās vietās dziļi zemē.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Oglekļa dioksīds.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
• Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)