CO2

Oxid uhličitý, známý taktéž jako CO2, je chemická sloučenina tvořená uhlíkem a kyslíkem. Má chemický vzorec CO2, přičemž obsahuje jeden uhlíkový atom spojený s dvěma kyslíkovými atomy. Oxid uhličitý je plyn bez barvy a zápachu, a je přítomen v atmosféře Země ve velmi malém množství.

Definice a využití oxidu uhličitého:

Chemický vzorec: CO2
Struktura: Oxid uhličitý má molekulovou strukturu s jedním uhlíkovým atomem a dvěma kyslíkovými atomy.

Využití oxidu uhličitého:

Fotosyntéza: Oxid uhličitý je důležitou součástí fotosyntézy, procesu, při kterém rostliny a některé mikroorganismy absorbuují oxid uhličitý z atmosféry a transformují ho na organické sloučeniny, jako je glukóza. Fotosyntéza je základním procesem pro vytváření potravy a kyslíku v rostlinách.
Dýchání: Oxid uhličitý je vedlejším produktem metabolismu organismů, včetně člověka. Během dýchání organismy uvolňují oxid uhličitý do atmosféry.
Kyslíkový cyklus: Oxid uhličitý je součástí kyslíkového cyklu, procesu, při kterém dochází k výměně mezi atmosférickým kyslíkem a oxidem uhličitým v oceánech a rostlinách.
Konzervování potravin: Oxid uhličitý se někdy používá jako konzervant v potravinářství na prodloužení trvanlivosti potravin.
Zvyšování úrodnosti půdy: Oxid uhličitý může být použitý na zvyšování úrodnosti půdy ve formě oxidu vápenatého (vápno) nebo jiných hnojiv.
Prášky do pečiva: V potravinářství se oxid uhličitý používá jako základní složka prášků do pečiva, která pomáhá vyzdvihnout cesto a uvolňuje oxid uhličitý ve formě plynu, což zajišťuje napučování cesty.
Výroba nápojů: Oxid uhličitý je přítomen v perlivých nápojích, jako jsou sódy a džúsy s bublinkami, kde zajišťuje bubliny plynu a osvěžující chuť.

Je důležité si uvědomit, že oxid uhličitý je také skleníkovým plynem, což znamená, že přispívá k udržování tepla v atmosféře a ovlivňuje klimatické změny. Proto se diskutuje o potřebě kontrolovat jeho emise a hledat způsoby na snížení jeho vlivu na klimatický systém.

Vzorec: CO₂

Teplota varu: -78,46 °C

Molární hmotnost: 44,01 g/mol

Hustota: 1,6 g/cm³ (pevný); 1,98 kg/m³ (plynný)

Rozpustnost: 1,45 kg/m³

Sumární vzorec: CO₂

Molekulová hmotnost: 44,0095 g/mol

Výskyt v přírodě

Oxid uhličitý je běžnou součástí zemské atmosféry, přičemž jeho koncentrace^[4] v ovzduší kolísá v závislosti na místních podmínkách, na nadmořské výšce a relativní vlhkosti vzduchu v ovzduší. V důsledku hlavně emisí průmyslu jeho průměrná koncentrace ve vzduchu stále roste (viz odstavec „Vliv oxidu uhličitého na globální oteplování“).

Lokálně velmi vysoká koncentrace je v místech jeho výronu ze země ve vulkanicky aktivních oblastech a v některých přírodních minerálních vodách. Vzhledem k tomu, že je těžší než vzduch, může se v těchto místech hromadit a představovat nebezpečnou past pro zvířata i lidi. Ročně takto vulkanické aktivity dodávají do ovzduší Země přibližně 130 až 230 Tg, což představuje řádově jen 0,5% produkce CO₂ lidstvem^[5].

Oxid uhličitý byl také nalezen v medzihviezdném prostoru. Je hlavní složkou atmosfér planet Venuše a Mars. Spektroskopicky byl dokázán i v kometách.

Využití

Oxid uhličitý je průmyslově snadno dostupný plyn. Využívá se jako:

chemická surovina pro výrobu:
- anorganických uhličitanů
- metanolu
- polykarbonátů
- polyuretánů
- karbamátů
- isokyanátů
- jiných organických sloučenin
hnací plyn a ochranná atmosféra pro potravinářské účely
součást perlivých nápojů
náplň sněhových hasicích přístrojů
chladiací medium (suchý led)
v medicíně se přidává (do 5 %) k kyslíku pro zvýšení efektivity dýchání
v akvaristice na podporu růstu akvarijních rostlin

Vliv oxidu uhličitého na globální oteplování

Ve své podstatě nepředstavuje CO₂ škodlivinu, protože není jedovatý. Koncem roku 1997 na Konferenci o ovzduší konané v Japonsku (Kjóto), došly rokující země k přijetí omezení pro produkci CO₂. Tato omezení jsou známá pod názvem Kjótsky protokol. Nárůst CO₂ v ovzduší je považován za hlavní příčinu globálního oteplování, je způsobený hlavně spalováním fosílních paliv a úbytkem lesů. Naštěstí zatím nejvýkonnější ekosystém poutající vzdušný oxid uhličitý – morský fytoplanktón – není příliš narušen.

Velké množství oxidu uhličitého je také rozpusteného ve světových mořích a oceánech, které tak regulují jeho množství v atmosféře. Pozvolný nárůst globální teploty však negativně ovlivňuje rozpustnost CO₂ v mořské vodě a pozitivní zpětnou vazbou se tak dostává zpět do vzduchu další dodatečné množství tohoto skleníkového plynu. Naštěstí většina oxidu uhličitého je v mořské vodě vázána chemicky ve formě uhličitanových a hydrogenuhličitanových iontů, za což děkujeme jeho reakci s vápenatými minerály podle rovnice:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ←→ Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

Tato rovnováha se však se zvyšující se teplotou posouvá doleva.

Také intenzita fotosyntézy fytoplanktonem je závislá na optimální teplotě a s jejím růstem nad optimum klesá.

Oxid uhličitý a biomasa

Kromě spalování biomasy resp. bioplynu vzniká oxid uhličitý také během kompostování. Část organické hmoty zůstává na poli jako požatvové zbytky a kořenový systém.

Během kompostování je velká část organické hmoty přeměněna na stabilizované organo-minerální hnojivo s vysokým podílem humusových látek, takže velký podíl uhlíka zůstává dlouhodobě fixován v humusu, který zlepšuje vlastnosti půd (vododržnost, pufrační kapacitu, a pod.). Navíc zlepšené vlastnosti půdy mají za následek vyšší výnosy, a tedy i intenzivnější asimilaci CO₂ během fotosyntézy.

Historické souvislosti

Oxid uhličitý byl první chemickou sloučeninou, která byla popsána jako plyn odlišný od vzduchu. V 17. století flámský chemik Jan Baptist van Helmont zjistil, že při spalování dřevního uhlí v uzavřené nádobě hmotnost popela byla menší, než původního uhlí. Vysvětlil to přeměnou části uhlí na neviditelnou látku, které dal název plyn spiritus sylvestre.

V polovici 18. století vlastnosti tohoto plynu studoval podrobněji škotský lékař Joseph Black. Zjistil, že zahřátím vápence nebo jeho reakcí s kyselinami vzniká plyn, který nazval „fixovatelný vzduch“ („fixed air“), protože ho bylo možné vázat silnými zásadami (např. hydroxidem vápenatým). Zjistil také, že je těžší než vzduch a že na rozdíl od normálního vzduchu nepodporuje hoření a že zvířata v něm hynou. Vazbu na hydroxid vápenatý použil na důkaz, že je ve vydechovaném vzduchu a že se uvolňuje během procesu kvasení (fermentace).