Karbondioksit

Biyolojik rol

Karbondioksit, metabolizmalarının bir parçası olarak şekerleri, yağları ve amino asitleri oksijenle parçalayarak enerji elde eden organizmalarda bir son üründür. Bu, hücresel solunum olarak bilinen bir süreçtir. Buna tüm bitkiler, hayvanlar, birçok mantar ve bazı bakteriler dahildir. Yüksek hayvanlarda karbondioksit kan yoluyla vücut dokularından akciğerlere gider ve burada solunarak dışarı atılır. Bitkiler fotosentezde kullanmak üzere atmosferden karbondioksit alır.

Kuru buz

Kuru buz veya katı karbondioksit, CO₂ gazının -109,3 °F (-78,5°C) altındaki katı halidir. Kuru buz yeryüzünde doğal olarak oluşmaz ancak insan yapımıdır. Renksizdir. İnsanlar kuru buzu eşyaları soğutmak, içecekleri gazlı hale getirmek, sincapları öldürmek ve siğilleri dondurmak için kullanırlar. Kuru buzun buharı boğulmaya ve sonunda ölüme neden olur. Kuru buz kullanıldığında dikkatli olunması ve profesyonel yardım alınması tavsiye edilir.

Normal basınçta eriyerek katıdan sıvıya dönüşmez, bunun yerine doğrudan katıdan gaza dönüşür. Buna süblimleşme denir. Aşırı soğuk sıcaklıklardan daha yüksek herhangi bir sıcaklıkta doğrudan katıdan gaza dönüşecektir. Kuru buz normal hava sıcaklığında süblimleşir. Normal havaya maruz kalan kuru buz, rengi olmayan karbondioksit gazı yayar. Karbondioksit 5,1 atmosferin üzerindeki basınçta sıvılaşabilir.

Kuru buzdan çıkan karbondioksit gazı o kadar soğuktur ki havayla karıştığında havadaki su buharını soğutarak kalın beyaz bir duman gibi görünen sise dönüştürür. Genellikle tiyatroda sis veya duman görünümü yaratmak için kullanılır.

Suya konulduğunda kuru buz

İzolasyon ve üretim

Kimyagerler havayı soğutarak karbondioksit elde edebilirler. Buna hava distilasyonu diyorlar. Bu yöntem verimsizdir çünkü az miktarda CO2 elde etmek için büyük miktarda havanın soğutulması gerekir. Kimyagerler karbondioksiti ayırmak için birkaç farklı kimyasal reaksiyon da kullanabilirler. Karbondioksit çoğu asit ve çoğu metal karbonat arasındaki reaksiyonlarda oluşur. Örneğin, hidroklorik asit ve kalsiyum karbonat (kireçtaşı veya tebeşir) arasındaki reaksiyon karbondioksit oluşturur:

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}} }

Karbonik asit (H₂ CO₃ ) daha sonra su ve CO'ya ayrışır₂ . Bu tür reaksiyonlar köpürmeye veya kabarcıklanmaya ya da her ikisine birden neden olur. Endüstride, bu tür reaksiyonlar atık asit akışlarını nötralize etmek için birçok kez kullanılır.

Yaygın kullanıma sahip bir kimyasal olan sönmemiş kireç (CaO), kireç taşının yaklaşık 850 °C'ye kadar ısıtılmasıyla elde edilebilir. Bu reaksiyon aynı zamanda CO üretir₂ :

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

Karbondioksit ayrıca metan (doğal gaz), petrol damıtıkları (benzin, dizel, gazyağı, propan), kömür veya odun gibi karbon içeren tüm yakıtların yanması sırasında da oluşur. Çoğu durumda su da açığa çıkar. Örnek olarak metan ve oksijen arasındaki kimyasal reaksiyon:

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} }

Çelik fabrikalarında karbondioksit üretilir. Demir, bir yüksek fırında kok kömürü ile oksitlerinden indirgenerek pik demir ve karbondioksit üretilir:

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}} }

Maya, şekeri metabolize ederek karbondioksit ve alkol olarak da bilinen etanol üretir; şarap, bira ve diğer alkollü içkilerin yanı sıra biyoetanol üretiminde de kullanılır:

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} }

Tüm aerobik organizmalar CO üretir
₂ Hücrelerin mitokondrilerinde karbonhidratları, yağ asitlerini ve proteinleri okside ettiklerinde. Söz konusu çok sayıda reaksiyon son derece karmaşıktır ve kolayca tanımlanamaz. (Hücresel solunum, anaerobik solunum ve fotosentezi içerir). Fotoototroflar (yani bitkiler, siyanobakteriler) başka bir reaksiyon kullanır: Bitkiler CO
₂ ve su ile birlikte karbonhidrat oluşturmak üzere reaksiyona girer:

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}} }

Karbondioksit suda çözünür ve suda kendiliğinden CO₂ ve H
₂CO
₃ (karbonik asit). Göreceli CO konsantrasyonları
₂, H
₂CO
₃ve deprotonlanmış formlar HCO⁻
₃ (bikarbonat) ve CO ²⁻
₃(karbonat) asitliğe (pH) bağlıdır. Nötr veya hafif alkali suda (pH > 6,5), bikarbonat formu baskındır (>%50) ve deniz suyu pH'ında en yaygın (>%95) hale gelirken, çok alkali suda (pH > 10,4) baskın (>%50) form karbonattır. Bikarbonat ve karbonat formları çok çözünürdür. Dolayısıyla, hava ile dengelenmiş okyanus suyu (tipik pH = 8,2-8,5 olan hafif alkali) litre başına yaklaşık 120 mg bikarbonat içerir.

Endüstriyel üretim

Endüstriyel karbondioksit temel olarak altı süreçten üretilmektedir:

• Asitlenmiş suyun kireçtaşı veya dolomit üzerindeki etkisiyle üretilen doğal karbondioksit kaynaklarını yakalayarak.
• Metanın CO'ya dönüştürüldüğü hidrojen üretim tesislerinin bir yan ürünü olarak₂ ;
• Fosil yakıtların veya odunun yanmasından;
• Bira, viski ve diğer alkollü içeceklerin mayalanmasında şekerin fermantasyonunun bir yan ürünü olarak;
• Kireçtaşının termal ayrışmasından elde edilen CaCO
  ₃kireç yapımında (Kalsiyum oksit, CaO) kullanılır;

Kimyasal reaksiyon

Karbondioksit basit bir kimyasal reaksiyon ile oluşturulabilir:

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

karbon + oksijen → karbondioksit