Άνοιγμα κυρίου μενού

Αλλαγές

θθθθθ
}}
 
Το '''διοξείδιο του άνθρακα''' (χημικός τύπος : '''CO<sub>2</sub>''') είναι χημική ένωση που αποτελείται από δύο άτομα [[οξυγόνο|οξ]]<nowiki/>ίς δι<br />
Το '''διοξείδιο του άνθρακα''' (χημικός τύπος : '''CO<sub>2</sub>''') είναι χημική ένωση που αποτελείται από δύο άτομα [[οξυγόνο]]υ ενωμένα με [[ομοιοπολικός δεσμός|ομοιοπολικό δεσμό]] με ένα [[άτομο]] [[άνθρακας|άνθρακα]]. Είναι γραμμικό μόριο χωρίς διπολική ροπή. Περιέχει 27,3 % [[Εκφράσεις περιεκτικότητας και συγκέντρωσης διαλυμάτων|w/w]] άνθρακα και 72,7 % w/w οξυγόνο. Μπορεί να αποδοθεί με το [[συντακτικός τύπος|συντακτικό τύπο]] : O=C=O. Είναι [[αέριο]] συστατικό της γήινης [[ατμόσφαιρα]]ς, άχρωμο, άοσμο και άγευστο σε κανονικές συνθήκες [[πίεση]]ς και [[θερμοκρασία]]ς και επίσης είναι ένα από τα [[Φαινόμενο θερμοκηπίου|αέρια του θερμοκηπίου]].
 
== Προέλευση ==
Αποτελεί υποπροϊόν όλων των [[καύση|καύσεων]] ορυκτών καυσίμων ([[Γαιάνθρακας (καύσιμο)|κάρβουνου]], [[πετρέλαιο|πετρελαίου]], [[βενζίνη]]ς, [[φυσικό αέριο|φυσικού αερίου]] κλπ.), αλλά και του [[ξύλο]]υ, [[πλαστικό|πλαστικών]] κ.ά. [[οργανική ένωση|οργανικών ενώσεων]]. Παράγεται ακόμα από την αποσύνθεση οργανικών ουσιών. Μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα εκπέμπονται επίσης από τα [[ηφαίστειο|ηφαίστεια]]* και από τις θερμές πηγές αλλά και από τη διάλυση των ανθρακικών πετρωμάτων. Ενωμένο, με τη μορφή [[ανθρακικά άλατα|ανθρακικών αλάτων]], βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες στο στερεό φλοιό της γης. Τα κυριότερα ανθρακικά ορυκτά είναι οι διάφορες ποικιλίες του CaCO<sub>3</sub> ([[ασβεστόλιθος|ασβεστόλιθοι]], [[ασβεστίτης]], [[μάρμαρο]] κ.ά.), ο [[μαγνησίτης]] MgCO<sub>3</sub>, ο [[σιδηρίτης]] FeCO<sub>3</sub>, ο [[δολομίτης]] CaCO<sub>3</sub>.MgCO<sub>3</sub> κ.ά. Παράγεται επίσης κατά την αναπνοή όλων των φυτών και των ζώων και από τους [[μύκητας|μύκητες]] και μικροοργανισμούς που εξαρτώνται άμεσα ή έμμεσα από τα φυτά για την τροφή τους.
:(*) Σύμφωνα με εκτιμήσεις του Γεωλογικού Ινστιτούτου των [[ΗΠΑ]] τα ηφαίστεια παράγουν σε παγκόσμιο επίπεδο 200 εκατομ. τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως.
 
== Ιστορικά στοιχεία ==
Το διοξείδιο του άνθρακα ήταν ένα από τα πρώτα αέρια που που μελετήθηκε ως συστατικό του αέρα. Το 17<sup>ο</sup> αιώνα, ο Φλαμανδός χημικός [[Γιάν Μπατίστ φαν Χέλμοντ]] (Jan Baptist van Helmont) παρατήρησε ότι όταν καίγεται ο άνθρακας σε κλειστό δοχείο, η μάζα της στάχτης που προκύπτει ήταν πολύ μικρότερη από εκείνη του αρχικού άνθρακα. Η ερμηνεία που έδωσε ήταν ότι ο άνθρακας που έλειπε είχε μεταλλαχθεί σε μια αόρατη ουσία που την ονόμασε "αέριο" ή "άγριο πνεύμα".<br />
Οι ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα μελετήθηκαν πιο διεξοδικά στη δεκαετία 1750-1760 από το Σκωτσέζο φυσιολόγο [[Τζόζεφ Μπλακ]] (Joseph Black). Αυτός πρόσεξε ότι ο ασβεστόλιθος (ανθρακικό ασβέστιο) όταν θερμαίνεται ή υφίσταται κατεργασία με [[οξύ|οξέα]] παράγει ένα αέριο που το ονόμασε "σταθερό αέρα". Παρατήρησε επίσης ότι ο "σταθερός αέρας" ήταν πυκνότερος από τον αέρα και δε συντηρούσε ούτε την καύση ούτε τις ζωικές λειτουργίες. Ο Μπλακ παρατήρησε ακόμα ότι όταν διοχετεύονταν φυσαλίδες του αερίου σε υδατικό διάλυμα ασβέστη ([[υδροξείδιο του ασβεστίου]]), παραγόταν ίζημα ανθρακικού ασβεστίου. Χρησιμοποίησε μάλιστα αυτή τη διαπίστωσή του για να αποδείξει ότι το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται από την αναπνοή των ζώων και τη μικροβιακή [[ζύμωση]].<br />
Το 1772, ο Άγγλος χημικός [[Τζόζεφ Πρίστλεϋ]] (Joseph Priestley) δημοσίευσε μια εργασία με τίτλο "''Εμπλουτισμός του νερού με Σταθερό Αέρα''" στην οποία περιέγραφε μια διαδικασία κατά την οποία όταν έπεφταν σταγόνες [[θειικό οξύ|θειικού οξέος]] (ή βιτριόλι όπως το ήξερε ο Πρίστλεϋ) στην [[κιμωλία]], για να παράγουν διοξείδιο του άνθρακα, το αέριο στη συνέχεια όταν διοχετευόταν σε μπωλ με νερό, διαλυόταν.<br />
Το διοξείδιο του άνθρακα υγροποιήθηκε για πρώτη φορά (σε υψηλές πιέσεις) το 1823 από τον [[Χάμφρεϋ Ντέϊβυ]] (Humphry Davy) και το μαθητή του [[Μάϊκλ Φαραντέϋ]] (Michael Faraday).<br />
Η παλιότερη περιγραφή του στερεού διοξειδίου του άνθρακα δόθηκε από τον [[Σαρλ Τιλοριέ]] (Charles Thilorier), ο οποίος το [[1834]] άνοιξε ένα δοχείο υπό πίεση με υγρό διοξείδιο του άνθρακα, και διαπίστωσε την ταχεία εξάτμιση του υγρού που μετατράπηκε σε ένα "χιόνι" στερεού CO<sub>2</sub>.
 
== Παρασκευές ==
Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να παραληφθεί από την [[απόσταξη]] του αέρα. Η μέθοδος αυτή όμως χρησιμοποιείται για την παραγωγή μικρών ποσοτήτων.
=== Εργαστηριακές παρασκευές ===
1. Mε αντίδραση των ανθρακικών ή όξινων ανθρακικών αλάτων με οξέα :
:CaCO<sub>3</sub> + 2HCl → CaCl<sub>2</sub> + CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
:NaHCO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → NaHSO<sub>4</sub> + CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
2. Με τη [[θερμική διάσπαση άλατος|θερμική διάσπαση]] των ίδιων αλάτων :
:CaCO<sub>3</sub> → CaO + CO<sub>2</sub> (στους 850&nbsp;°C)
:2KHCO<sub>3</sub> → K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> + CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
=== Βιομηχανικές παρασκευές ===
1. Με την [[οξειδοαναγωγή|αναγωγή]] [[οξείδιο|οξειδίων]] του [[σίδηρος|σιδήρου]] από άνθρακα σε υψικαμίνους :
:2Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3C → 4Fe + 3CO<sub>2</sub>
2. Με πύρωση του ασβεστόλιθου στα ασβεστοκάμινα για την παραγωγή [[ασβέστης|ασβέστη]] (CaO) :
:CaCO<sub>3</sub> → CaO + CO<sub>2</sub>
3. Με καύση του άνθρακα σε περίσσεια οξυγόνου ή αέρα. Έτσι προκύπτει μίγμα με άλλα αέρια (Ν<sub>2</sub>, CO) από το οποίο το CO<sub>2</sub> απομονώνεται με διάφορες μεθόδους.<br />
4. Με την [[αλκοολική ζύμωση]] των σακχάρων κατά τη διαδικασία παραγωγής αλκοολούχων ποτών, από την οποία προκύπτει πολύ καθαρό διοξείδιο του άνθρακα :
:C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> → 2CO<sub>2</sub> + 2C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH
5. Με την καύση όλων των καυσίμων που περιέχουν άνθρακα όπως είναι το [[μεθάνιο]] (ως συστατικό του φυσικού αερίου), τα διάφορα κλάσματα του [[πετρέλαιο|πετρελαίου]] ([[βενζίνη]], [[ντήζελ|diesel]], [[κηροζίνη]] κλπ.) αλλά και το κάρβουνο και το ξύλο.
:CH<sub>4</sub> + 2O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O
6. Ως υποπροϊόν των μονάδων παραγωγής [[υδρογόνο]]υ, όπου το μεθάνιο μετατρέπεται σε CO<sub>2</sub>
 
== Φυσικές ιδιότητες ==
[[Αρχείο:Διάγραμμα φάσεων CO2.png|thumb|400px|<div style='text-align: center;'> Διάγραμμα φάσεων του CO<sub>2</sub> που δείχνει το τριπλό σημείο (ΤΣ) και το κρίσιμο σημείο (ΚΣ)</div>]]
 
Είναι [[αέριο]] άχρωμο και σε μικρές συγκεντρώσεις είναι και άοσμο. Σε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας η [[πυκνότητα]] του είναι 1,98&nbsp;kg/m<sup>3</sup>, είναι δηλ. 1,5 φορά πυκνότερο του αέρα.
Σε 1 Atm (δηλ. σε πίεση στο επίπεδο της θάλασσας), μετατρέπεται απευθείας σε στερεό, σε θερμοκρασίες κάτω από -78,51&nbsp;°C και, αν είναι σε στερεή μορφή, εξαχνώνεται πάνω από τους -78,51&nbsp;°C.
Στη στερεή του κατάσταση, το διοξείδιο του άνθρακα, είναι γνωστό ως "[[ξηρός πάγος]]".<br />
Η κρίσιμη θερμοκρασία του είναι 31,1&nbsp;°C και επομένως υγροποιείται εύκολα στη συνηθισμένη θερμοκρασία αλλά μόνο με συμπίεση (7,38 MPa). Είναι λίγο διαλυτό στο νερό, η διαλυτότητά του όμως αυξάνεται, όπως όλων των αερίων, με την πίεση. Νερό κορεσμένο από CO<sub>2</sub> με πίεση λέγεται "νερό του Seltz".<br />
Το τριπλό σημείο του διοξειδίου του άνθρακα είναι περίπου 518 kPa στους -56.6&nbsp;°C.<br />
Υπάρχει και μια εναλλακτική μορφή άμορφου κρυσταλλικού στερεού διοξειδίου του άνθρακα, όχι όμως σε ατμοσφαιρική πίεση. Αυτή η μορφή γυαλιού, που ονομάζεται "καρμπόνια" παράχθηκε με υπέρψυξη θερμαινόμενου CO<sub>2</sub> σε ακραίες συνθήκες πίεσης (περίπου 400000 Atm). Η ανακάλυψη αυτή επιβεβαίωσε τη θεωρία ότι το διοξείδιο του άνθρακα θα μπορούσε να υπάρχει σε μια κατάσταση παρόμοια με τις κρυσταλλικές μορφές των άλλων στοιχείων της ομάδας του άνθρακα στον περιοδικό πίνακα όπως το [[πυρίτιο]] και το [[γερμάνιο]]. Σε αντίθεση όμως με τα διοξείδια του πυριτίου και του γερμανίου, η "καρμπόνια" δεν είναι σταθερή σε κανονική πίεση.
 
== Χημικές ιδιότητες ==
=== Μοριακή δομή ===
[[Αρχείο:Octeto.png|right|thumb|200px|<div style='text-align: center;'>
Οι διπλοί δεσμοί C=O στο μόριο του CO<sub>2</sub> είναι διάχυτοι</div>]]
Το [[μόριο]] του διοξειδίου του άνθρακα (O=C=O) περιέχει δύο διπλούς δεσμούς, και έχει γραμμική μορφή. Η [[ενέργεια]] κάθε δεσμού<ref>Είναι η ενέργεια που απαιτείται για να διασπαστεί ο δεσμός. Αποτελεί μέτρο της ισχύος ενός χημικού δεσμού.</ref> C=O είναι 799 KJ/mol.<br />
Αποδεικνύεται [[κβαντομηχανική|κβαντομηχανικά]] ότι η δομή του CO<sub>2</sub> περιέχει διάχυτους (μη εντοπισμένους) διπλούς δεσμούς C=O (δηλ. τα 4 [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] των π-δεσμών είναι ελεύθερα να κινούνται σε όλο το μήκος του πυρηνικού σκελετού) και όχι εντοπισμένους επειδή η ολική ενέργεια της βασικής κατάστασης στην πρώτη περίπτωση είναι μικρότερη και επομένως το μόριο είναι σταθερότερο. <br />
Το CO<sub>2</sub> όπως είναι φανερό δεν έχει [[διπολική ροπή]], είναι δηλ. μόριο μη-πολικό.
 
=== Χημικές αντιδράσεις ===
Εφόσον στο CO<sub>2</sub> ο C έχει [[αριθμός οξείδωσης|αριθμό οξείδωσης]] +4, είναι όξινο κανονικό οξείδιο και ανυδρίτης του διπρωτικού [[ανθρακικό οξύ|ανθρακικού οξέος]] (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) το οποίο είναι ασταθές οξύ και υπάρχει μόνο με μορφή [[άλας|αλάτων]] (π.χ. Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) ή σε υδατικό διάλυμα στα αεριούχα ποτά όπου αποκαθίσταται η ισορροπία : CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O ⇄ H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>.<br />
Το CO<sub>2</sub> είναι γενικά σταθερή ένωση και σε κατάλληλες συνθήκες ανάγεται από διάφορα αναγωγικά προς άνθρακα (C) ή προς μονοξείδιο του άνθρακα (CO), δηλαδή συμπεριφέρεται σαν [[οξειδοαναγωγικά σώματα|οξειδωτικό]].<br />
==== [[Αντιδράσεις οξέος-βάσης]] ====
Ανώνυμος χρήστης