CO2
Oxid uhoľnatý, známy taktiež ako CO2, je chemická zlúčenina tvorená uhlíkom a kyslíkom. Má chemický vzorec CO2, pričom obsahuje jeden uhlíkový atom spojený s dvoma kyslíkovými atomami. Oxid uhoľnatý je plyn bez farby a zápachu, a je prítomný v atmosfére Zeme vo veľmi malom množstve.
Definícia a využitie oxidu uhoľnatého:
- Chemický vzorec: CO2
- Štruktúra: Oxid uhoľnatý má molekulovú štruktúru s jedným uhlíkovým atomom a dvoma kyslíkovými atomami.
Využitie oxidu uhoľnatého:
-
Fotosyntéza: Oxid uhoľnatý je dôležitou zložkou fotosyntézy, procesu, pri ktorom rastliny a niektoré mikroorganizmy absorbuujú oxid uhoľnatý z atmosféry a transformujú ho na organické zlúčeniny, ako je glukóza. Fotosyntéza je základným procesom pre vytváranie potravy a kyslíka v rastlinách.
-
Dýchanie: Oxid uhoľnatý je vedľajším produktom metabolizmu organizmov, vrátane človeka. Počas dýchania organizmy uvoľňujú oxid uhoľnatý do atmosféry.
-
Kyslíkový cyklus: Oxid uhoľnatý je súčasťou kyslíkového cyklu, procesu, pri ktorom dochádza k výmene medzi atmosférickým kyslíkom a oxidom uhoľnatým v oceánoch a rastlinách.
-
Konzervovanie potravín: Oxid uhoľnatý sa niekedy používa ako konzervant v potravinárstve na predĺženie trvanlivosti potravín.
-
Zvyšovanie úrodnosti pôdy: Oxid uhoľnatý môže byť použitý na zvyšovanie úrodnosti pôdy vo forme oxidu vápenatého (vápno) alebo iných hnojív.
-
Prášky do pečiva: V potravinárstve sa oxid uhoľnatý používa ako základná zložka práškov do pečiva, ktorá pomáha vyzdvihnúť cesto a uvoľňuje oxid uhoľnatý vo forme plynu, čo zabezpečuje napučiavanie cesta.
-
Výroba nápojov: Oxid uhoľnatý je prítomný v perlivých nápojoch, ako sú sódy a džúsy s bublinkami, kde zabezpečuje bubliny plynu a osviežujúcu chuť.
Je dôležité si uvedomiť, že oxid uhoľnatý je aj skleníkovým plynom, čo znamená, že prispieva k zadržiavaniu tepla v atmosfére a ovplyvňuje klimatické zmeny. Preto sa diskutuje o potrebe kontrolovať jeho emisie a hľadať spôsoby na zníženie jeho vplyvu na klimatický systém.
Výskyt v prírode
Oxid uhličitý je bežnou súčasťou zemskej atmosféry, pričom jeho koncentrácia[4] v ovzduší kolíše v závislosti na miestnych podmienkach, na nadmorskej výške a relatívnej vlhkosti vzduchu v ovzduší. V dôsledku hlavne emisií priemyslu jeho priemerná koncentrácia vo vzduchu stále rastie (pozri odsek „Vplyv oxidu uhličitého na globálne otepľovanie“).
Lokálne veľmi vysoká koncentrácia je v miestach jeho výronu zo zeme vo vulkanicky aktívnych oblastiach a v niektorých prírodných minerálnych vodách. Vzhľadom na to, že je ťažší než vzduch, môže sa v takýchto miestach hromadiť a predstavovať nebezpečnú pascu pre zvieratá i ľudí. Ročne takto vulkanické aktivity dodávajú do ovzdušia Zeme približne 130 až 230 Tg, čo predstavuje rádovo len 0,5% produkcie CO2 ľudstvom[5].
Oxid uhličitý bol tiež nájdený v medzihviezdnom priestore. Je hlavnou zložkou atmosfér planét Venuša a Mars. Spektroskopicky bol dokázaný i v kométach.
Využitie
Oxid uhličitý je priemyselne ľahko dostupný plyn. Využíva sa ako:
- chemická surovina pre výrobu:
- anorganických uhličitanov
- metanolu
- polykarbonátov
- polyuretánov
- karbamátov
- isokyanátov
- iných organických zlúčenín
- hnací plyn a ochranná atmosféra pre potravinárske účely
- súčasť perlivých nápojov
- náplň snehových hasiacich prístrojov
- chladiace médium (suchý ľad)
- v medicíne sa pridáva (do 5 %) ku kyslíku pre zvýšenie efektivity dýchania
- v akvaristike na podporu rastu akvarijných rastlín
Vplyv oxidu uhličitého na globálne otepľovanie
Vo svojej podstate nepredstavuje CO2 škodlivinu, pretože nie je jedovatý. Koncom roku 1997 na Konferencii o ovzduší konanej v Japonsku (Kjóto), dospeli rokujúce krajiny k prijatiu obmedzení pre produkciu CO2. Tieto obmedzenia sú známe pod názvom Kjótsky protokol. Nárast CO2 v ovzduší je považovaný za hlavnú príčinu globálneho otepľovania, je spôsobený hlavne spaľovaním fosílnych palív a úbytkom lesov. Našťastie zatiaľ najvýkonnejší ekosystém pútajúci vzdušný oxid uhličitý – morský fytoplanktón – nie je príliš narušený.
Veľké množstvo oxidu uhličitého je tiež rozpusteného vo svetových moriach a oceánoch, ktoré tak regulujú jeho množstvo v atmosfére. Pozvoľný nárast globálnej teploty však negatívne ovplyvňuje rozpustnosť CO2 v morskej vode a pozitívnou spätnou väzbou sa tak dostáva späť do vzduchu ďalšie dodatočné množstvo tohto skleníkového plynu. Našťastie väčšina oxidu uhličitého je v morskej vode viazaná chemicky vo forme uhličitanových a hydrogénuhličitanových iónov, za čo vďačíme jeho reakcii s vápenatými minerálmi podľa rovnice:
- CaCO3 + CO2 + H2O ←→ Ca2+ + 2 HCO3-
Táto rovnováha sa však so zvyšujúcou teplotou posúva doľava.
Taktiež intenzita fotosyntézy fytoplanktónom je závislá na optimálnej teplote a s jej rastom nad optimum klesá.
Oxid uhličitý a biomasa
Okrem spaľovania biomasy resp. bioplynu vzniká oxid uhličitý tiež počas kompostovania. Časť organickej hmoty zostáva na poli ako požatvové zvyšky a koreňový systém.
V priebehu kompostovania je veľká časť organickej hmoty premenená na stabilizované organo-minerálne hnojivo s vysokým podielom humusových látok, takže veľký podiel uhlíka zostáva dlhodobo fixovaný v humuse, ktorý zlepšuje vlastnosti pôd (vododržnosť, pufračnú kapacitu, a pod.). Navyše zlepšené vlastnosti pôdy majú za následok vyššie výnosy, a teda i intenzívnejšiu asimiláciu CO2 počas fotosyntézy.
Historické súvislosti
Oxid uhličitý bol prvou chemickou zlúčeninou, ktorá bola popísaná ako plyn odlišný od vzduchu. V 17. storočí flámsky chemik Jan Baptist van Helmont zistil, že pri spaľovaní dreveného uhlia v uzatvorenej nádobe váha popola je menšia, než pôvodného uhlia. Vysvetlil to premenou časti uhlia na neviditeľnú substanciu, ktorú nazval plyn spiritus sylvestre.
V polovici 18. storočia vlastnosti tohto plynu študoval podrobnejšie škótsky lekár Joseph Black. Zistil, že zahrievaním vápenca alebo jeho reakciou s kyselinami vzniká plyn, ktorý nazval „fixovateľný vzduch“ („fixed air“), pretože ho bolo možné viazať silnými zásadami (napr. hydroxidom vápenatým). Zistil tiež, že je ťažší ako vzduch a že na rozdiel od normálneho vzduchu nepodporuje horenie a že zvieratá v ňom hynú. Viazanie na hydroxid vápenatý použil na dôkaz, že je vo vydychovanom vzduchu a tiež, že sa uvoľňuje pri procese kvasenia (fermentácii).