Koolstofdioksied: Chemiese verbinding

Die konsentrasie in die Aarde se atmosfeer is egter taamlik klein, maar Mars en Venus s'n bestaan amper geheel uit hierdie gas. Venus se atmosfeer is nogtans baie digter as Mars s'n en bevat hiervan 19 000 maal meer as Mars s'n en 154 000 maal meer as die Aarde s'n.

Eienskappe

Algemeen
Naam	Koolstofdioksied
Chemiese formule	CO2
Molêre massa	44,01 g/mol
CAS-nommer	124-38-9
Voorkoms	Kleurlose gas
Fasegedrag
Selkonstantes	ao=562,24(2) pm
Ruimtegroep	Pa3
Nommer	205
Smeltpunt	-56,6 °C
Kookpunt	-78,5 ° @ 1 Atm (sublimasie)
Digtheid	1,52 @ 21 °C (rel. lug)
Oplosbaarheid	Oplosbaar in water 0,48 [mg/L] @ 25 °C
Kritieke temperatuur	30,978 °C
Kritieke druk	73,773 bar
Henry se konstante	3,38(4) x 10-2 [L/mol.Atm]; 2390 [K]
Suur-basis eienskappe
pKa	(suur oksied)
Veiligheid
Flitspunt	onbrandbaar
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Uitgeasemde lug kan tot 4,4% uit koolstofdioksied bestaan. Koolstofdioksied word by verbranding van talle organiese stowwe vrygestel, soos benseen:

${\displaystyle 2C_{6}H_{6}+15O_{2}\to 12CO_{2}+30H_{2}O}$ 

Dit is die koolstofoksied wat algemeen gevorm word, indien voldoende suurstof teenwoordig is. Indien die verbranding nie volledig is nie, kan koolstofmonoksied gevorm word. Hierdie tipe verbrandingsreaksie is die basis vir verhitting deur die verbrand van olie of die verbrandingsproses wat 'n motor voortbeweeg.

Koolstofdioksied los goed in water op. Die oplosbaarheid in suiwer water neem af teen hoër temperature en die gas kan uit water verdryf word deur dit te kook.

Die waardes is nogtans ook afhanklik van die water se hardheid en die pH. Die opgeloste gas kan 'n swak en instabiele diprotiese brønstedsuur vorm: koolsuur.

${\displaystyle CO_{2}+H_{2}O\to H_{2}CO_{3}}$ 

Die soute van hierdie suur heet karbonate en is uiters belangrik in die geologie.

Koolstofdioksied is self ook 'n Lewis-suur en kan direk met basisse reageer. Met hidroksiede vorm dit die waterstofkarbonaatioon:

${\displaystyle CO_{2}+OH^{-}\to HCO_{3}^{-}}$ 

 

Hier op aarde is CO₂ eintlik net as 'n gas bekend. Die vaste vorm sublimeer teen -78,5 °C sonder om te smelt en 'n vloeistof te vorm. Op Mars is die temperatuur laer en vorm die stof poolkappe van koolsuurys, maar vloeibare kooldioksied word nie aangetref nie.

Teen hoër drukke is dit anders. Tot aan die kritieke temperatuur van 30,978 °C -taamlik digby kamertemperatuur- kan onder druk 'n vloeistof gevorm word. Hierdie vloeistof het 'n hoër digtheid as die dampfase waarmee dit in ewewig is. Teen die kritieke punt word die twee digthede egter eenders en bokant hierdie temperatuur is daar net een fase, 'n gas of 'n superkritiese vloeistof as mens hierdie uitdrukking liewer het.

Superkritiese CO₂ word as oplosmiddel in ekstraksies van essensiële olies, hennep of kafeïen uit koffie gebruik. Dit het voordele bo ekstraksies met ander oplosmiddels omdat in die ekstrakte dikwels daarvan reste oorbly wat toksies kan wees. Dit is ook 'n goedkoop oplosmiddel.

 

Die vaste stof wat by een atmosfeer en teen lae temperature gevorm word, het 'n kubiese, molekulêre struktuur met ruimtegroep Pa3a en a_o=562,24(2) pm. Teen 150K is die C=O-bindingsafstand 115,5 pm lank. Hierdie fase word ook CO₂-I genoem

Onder hoër drukke is daar heelparty allotrope (polimorfe) met ander strukture. Dit veral belangrik omdat CO₂ op ander planete volop is en onder baie verskillende omstandighede kan voorkom.

• CO₂-II ontstaan uit CO₂-III teen 30 GPa en ~500K. Dit het 'n ortorombiese of tetragonale struktuur (Prnnm of P4₂/nmn)
• CO₂-III ontstaan uit CO₂-I teen 10GPa; die fast het ruimtegroep Cmcm, is moleculêr, maar met 'n ander stapeling
• CO₂-IV ontstaan uit CO₂-II b0 750K. Dit het 'n tetragonale beta-krisoballietstruktur (P4₁2₁2)
• CO₂-V ontstaan teen P=40 GPa en T=1800K. Een berig stel dat dit 'n tridimietstruktuur (P2₁2₁2₁) het, 'n ander dat dit 'n polimeer is met 'n tetragonale P42d struktuur wat op die kristallobalietstruktuur lyk

In die CO₂-IV- en CO₂-V-fases lyk die strukture meer soos SiO₂. Die molekulêre struktuur O=C=O met sy dubbelbindings word deur 'n netwerk van tetraëdriese -O-C-O-C-O-C-O- enkelbindings vervang. Dit beteken dat in die inwendige van planete CO₂ dalk kan optree soos kwarts doen op aarde: as 'n rotsvormende mineraal

Die hoofartikel vir hierdie afdeling is: Fotosintese.
Die hoofartikel vir hierdie afdeling is: Asemhaling.

Plante gebruik sonlig om uit koolstofdioksied suikers te vervaardig. Dit word fotosintese genoem en is die basis vir koolstofkringloop van die grootse deel van die lewe hier op aarde. Diere en snags ook plante verbrand hierdie brandstof en asem kooldioksied uit. Die gemiddelde mens asem op 'n gemiddelde dag ongeveer 1 kg koolstofdioksied uit. Die presiese hoeveelheid hang af van die aktiwiteitsvlak - 'n persoon wat kragtig oefen, produseer tot agt keer soveel CO₂ as sy sittende broers.

Voedsel

Koolsuurgas is die "gas" in "gaskoeldrank" en kom ook van nature voor in mineraalwater. Dit word ook tydens fermentering gevorm en is verantwoordelik vir die skuim op bier. Gis of bakpoeier word gebruik om die gas in deeg vry te stel en dit te laat oprys.

Blusmiddel

Die stof word in sy vastestofvorm (koolsuursneeu) ook gebruik om vuur te bestry in gevalle waar water gevaarlik sou wees, byvoorbeeld by sommige chemiese en elektriese brande, of waar water groter skade kan veroorsaak, soos by papierargiewe. Dit word naas by elektriese brande veral gebruik by brande van brandbare vloeistowwe.

CO₂-lasers

Koolstodioksiedgas word saam met stikstof en helium gebruik as lasermedium. Die energietoestande van die kooldioksiedgas wat die benodigde populasieïnversie skep is die vibrasietoestande van die CO₂-molekule en die laserbundel wat die laser lewer is in die infrarooi met golflengtes van 10μm en 9,6μm. Hierdie lasers het baie aanwendings. Dit het 'n deurlopende uitset met 'n hoë doeltreffendheid en hoë uitsetkrag. Dit word medies gebruik vir dermatologiese behandelings, maar ook industriële aanwendings in die sny of sweis van materiale.

 

Die atmosfeer bevat tans ongeveer 387 deeltjies per miljoen (dpm) koolstofdioksied. Hierdie konsentrasie neem jaarliks toe en word vernaamlik veroorsaak deur die grootskaalse gebruik van fossielbrandstowwe, alhoewel daar ook ander faktore is, byvoorbeeld ontbossing. Voor die begin van die nywerheidsomwenteling was die konsentrasie ongeveer 280 dpm. Die toename van koolstofdioksied speel 'n belangrike rol in aardverwarming.

• Koolstofmonoksied
• Koolstofsuboksied