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Dióxido de carbono

composto químico
(Redirecionado deGás carbônico)
Dióxido de carbono
Alerta sobre risco à saúde
Outros nomes
  • Gás ácido carbônico
  • Anidrido carbônico
  • Dióxido de carbono
  • Óxido carbônico
  • Óxido de carbono(IV)
  • R-744 (refrigerante)
  • R744 (grafia alternativa do refrigerante)
  • Gelo seco(fase sólida)
Identificadores
Número CAS 124-38-9
PubChem 280
Número EINECS 204-696-9
ChemSpider 274
KEGG D00004
MeSH Carbon+dioxide
ChEBI 16526
Número RTECS FF6400000
SMILES
InChI
1/CO2/c2-1-3
Referência Beilstein 1900390
Referência Gmelin 989
3DMet B01131
Propriedades
Fórmula química CO2
Massa molar 44 g mol-1
Aparência Gás incolor
Odor
  • Concentrações baixas: nenhuma
  • Altas concentrações: agudas; ácido[1]
Densidade
  • 1562kg/m3(sólido a 1 atm (100 kPa) e −78.5 °C (−109.3 °F))
  • 1101kg/m3(líquido na saturação −37 °C (−35 °F))
  • 1.977kg/m3(gás a 1 atm (100 kPa) e 0 °C (32 °F))
Condições desublimação 194.6855(30) K(−78.4645(30) °C) at1 atm(0.101325MPa)
Solubilidadeemágua 1.45g/L a 25 °C (77 °F), 100 kPa (0.99 atm)
Pressão de vapor 5.7292(30) MPa,56.54(30) atm(20 °C(293.15 K))
Acidez(pKa) 6.35, 10.33
Susceptibilidade magnética −20.5·10−6cm3/mol
Condutividade térmica 0.01662W·m−1·K−1(300 K (27 °C; 80 °F))[2]
Índice de refracção(nD) 1.00045
Viscosidade
  • 14.90 μPa·s at 25 °C (298 K)[3]
  • 70μPa·s at −78.5 °C (194.7 K)
Momento dipolar 0D
Estrutura
Estrutura cristalina Trigonal
Forma molecular Linear
Termoquímica
Entalpia padrão
de formaçãoΔfHo298 		−393.5kJ·mol−1
Entropia molar
padrãoSo298 		214J·mol−1·K−1
Capacidade calorífica
molarCp298 		37.135J/K·mol
Farmacologia
Código ATC V03AN02
Riscos associados
NFPA 704
0
2
0
EUALimite de exposição
permissível (PEL) 		TWA 5000ppm (9000mg/m3)[4]
Compostos relacionados
Outrosaniões/ânions
Outroscatiões/cátions
Página de dados suplementares
Estrutura e propriedades n,εr,etc.
Dados termodinâmicos Phase behaviour
Solid, liquid, gas
Dados espectrais UV,IV,RMN,EM
Exceto onde denotado, os dados referem-se a
materiais sobcondições normais de temperatura e pressão
Referências e avisos gerais sobre esta caixa.
Alerta sobre risco à saúde.

Dióxido de carbono(fórmula químicaCO2) é umcomposto químicoformado pormoléculas,cada uma com umátomodecarbonoligado covalentementea dois átomos deoxigênio.Encontra-se noestado gasosoàtemperatura ambiente.Noar,o dióxido de carbono étransparenteàluz visível,mas absorve aradiação infravermelha,agindo como umgás de efeito estufa.É umgás traçonaatmosfera da Terraem 421partes por milhão(ppm), ou cerca de 0,04% emvolume(em maio de 2022), tendo subido dos níveis pré-industriais de 280 ppm.[5][6]Aqueimadecombustíveis fósseisé a principal causa dessas concentrações aumentadas de CO2e também a principal causa damudança climática.[7]O dióxido de carbono ésolúvelemáguae é encontrado emáguas subterrâneas,lagos,calotas polareseágua do mar.Quando o dióxido de carbono sedissolvena água, formacarbonatoe principalmentebicarbonato( HCO−
3), que causa aacidificação oceânicaà medida que os níveis deCO2atmosféricoaumentam.[8]

Como fonte de carbono disponível nociclo do carbono,o CO2atmosférico é a principal fonte de carbono para avida terrestre.Sua concentração na atmosfera pré-industrial daTerradesde o final doPré-Cambrianofoi regulada por organismos efenômenosgeológicos.Plantas,algasecianobactériasusamenergia da luz solarparasintetizarcarboidratosa partir de dióxido de carbono e água em um processo chamadofotossíntese,que produz oxigênio como produto residual.[9]Por sua vez, o oxigênio é consumido e o CO2é liberado como resíduo por todos osorganismos aeróbicosquando elesmetabolizamcompostos orgânicospara produzirenergiapelarespiração.[10]O CO2é liberado demateriais orgânicosquando eles sedecompõemou entram em combustão, como emincêndios florestais.Uma vez que as plantas requerem CO2para a fotossíntese, e oshumanose osanimaisdependem das plantas para se alimentar, o CO2é necessário para a sobrevivência da vida na Terra.

O dióxido de carbono é 53% mais denso que o ar seco, mas tem vida longa e se mistura completamente na atmosfera. Cerca de metade das emissões de CO2em excesso para aatmosferasão absorvidas pelossequestros de carbonoterrestrese oceânicos.[11]Esses sequestros podem ficarsaturadose sãovoláteis,pois a decomposição e osincêndios florestaisresultam na liberação de CO2de volta à atmosfera.[12]O CO2é eventualmente sequestrado (armazenado por longo prazo) emrochase depósitos orgânicos comocarvão,petróleoegás natural.O CO2sequestrado é liberado na atmosfera através da queima de combustíveis fósseis ou naturalmente porvulcões,fontes termais,gêiserese quandorochas carbonáticasse dissolvem na água ou reagem com ácidos.

O CO2é um materialindustrialversátil, utilizado, por exemplo, comogás inerteemsoldagemeextintoresdeincêndio,como gás pressurizador empistolas de are recuperação deóleoe como solventefluido supercríticona descafeinação decaféesecagem supercrítica.[13]É um subproduto dafermentaçãodeaçúcaresna produção depão,cervejaevinho,e é adicionado a bebidascarbonatadascomoágua com gáse cerveja paraefervescência.Tem umodorforte e ácido e gera umgostode água com gás naboca,[14]mas em concentrações normalmente encontradas é inodoro.[1]

Propriedades químicas e físicas

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Propriedades físicas

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Pellets de "gelo seco", uma forma comum de dióxido de carbono sólido

O dióxido de carbono é incolor. Em baixas concentrações, o gás é inodoro; entretanto, em concentrações suficientemente altas, tem um odor forte e ácido.[1]Emtemperatura e pressão padrão,adensidadedo dióxido de carbono é de cerca de 1,98 kg/m3,cerca de 1,53 vezes a do ar.[15]

O dióxido de carbono não tem estado líquido a pressões abaixo de0.51795(10) MPa[16](5.11177(99) atm). A uma pressão de 1atm(0.101325MPa), o gás sedepositadiretamente em um sólido a temperaturas abaixo de194.6855(30) K[16](−78.4645(30) °C) e o sólido sublima diretamente a um gás acima desta temperatura. Em seu estado sólido, o dióxido de carbono é comumente chamado degelo seco.

Diagrama de fase pressão-temperatura do dióxido de carbono. Observe que é um gráficolog-lin

Odióxido de carbono líquidose forma apenas empressõesacima de0.51795(10) MPa[16](5.11177(99) atm); oponto triplodo dióxido de carbono é de216.592(3) K[16](−56.558(3) °C) a0.51795(10) MPa[16](5.11177(99) atm) (consultar odiagrama de fase). Oponto críticoé de304.128(15) K[16](30.978(15) °C) a7.3773(30) MPa[16](72.808(30) atm). Outra forma de dióxido de carbono sólido observada em alta pressão é umsólido amorfosemelhante aovidro.[17]Essa forma de vidro, chamadacarbonia,é produzida porsuperresfriamentode CO 2 aquecido a pressões extremas (40–48GPa,ou cerca de quatrocentas mil atmosferas) em umabigorna de diamante.Esta descoberta confirmou a teoria de que o dióxido de carbono poderia existir em um estado de vidro semelhante a outros membros de sua família elementar, como odióxido de silício(vidro de sílica) e o dióxido de germânio. Ao contrário dos vidros de sílica e germânia, no entanto, o vidro decarbonianão é estável em pressões normais e reverte para gás quando a pressão é liberada.

Em temperaturas e pressões acima do ponto crítico, o dióxido de carbono se comporta como um fluido supercrítico conhecido comodióxido de carbono supercrítico.

Tabela de propriedades térmicas e físicas do dióxido de carbono líquido saturado:[18][19]

Temperatura (°C) Densidade Calor específico (kJ/kg K) Viscosidade cinemática (m^2/s) Condutividade (W/m K) Difusividade térmica (m^2/s) Número de Prandtl Módulo de massa (K^-1)
-50 1156.34 1.84 1.19E-07 0.0855 4.02E-08 2.96 -
-40 1117.77 1.88 1.18E-07 0.1011 4.81E-08 2.46 -
-30 1076.76 1.97 1.17E-07 0.1116 5.27E-08 2.22 -
-20 1032.39 2.05 1.15E-07 0.1151 5.45E-08 2.12 -
-10 983.38 2.18 1.13E-07 0.1099 5.13E-08 2.2 -
0 926.99 2.47 1.08E-07 0.1045 4.58E-08 2.38 -
10 860.03 3.14 1.01E-07 0.0971 3.61E-08 2.8 -
20 772.57 5 9.10E-08 0.0872 2.22E-08 4.1 1.40E-02
30 597.81 36.4 8.00E-08 0.0703 0.279E-08 28.7 -

Tabela de propriedades térmicas e físicas do dióxido de carbono (CO2) à pressão atmosférica:[18][19]

Temperatura (K) Densidade (kg/m^3) Calor específico (kJ/kg °C) Viscosidade dinâmica (kg/m s) Viscosidade cinemática (m^2/s) Condutividade térmica Difusividade térmica (m^2/s) Número de Prandtl
220 2.4733 0.783 1.11E-05 4.49E-06 0.010805 5.92E-06 0.818
250 2.1657 0.804 1.26E-05 5.81E-06 0.012884 7.40E-06 0.793
300 1.7973 0.871 1.50E-05 8.32E-06 0.016572 1.06E-05 0.77
350 1.5362 0.9 1.72E-05 1.12E-05 0.02047 1.48E-05 0.755
400 1.3424 0.942 1.93E-05 1.44E-05 0.02461 1.95E-05 0.738
450 1.1918 0.98 2.13E-05 1.79E-05 0.02897 2.48E-05 0.721
500 1.0732 1.013 2.33E-05 2.17E-05 0.03352 3.08E-05 0.702
550 0.9739 1.047 2.51E-05 2.57E-05 0.03821 3.75E-05 0.685
600 0.8938 1.076 2.68E-05 3.00E-05 0.04311 4.48E-05 0.668
650 0.8143 1.1 2.88E-05 3.54E-05 0.0445 4.97E-05 0.712
700 0.7564 1.13E+00 3.05E-05 4.03E-05 0.0481 5.63E-05 0.717
750 0.7057 1.15 3.21E-05 4.55E-05 0.0517 6.37E-05 0.714
800 0.6614 1.17E+00 3.37E-05 5.10E-05 0.0551 7.12E-05 0.716

Na atmosfera da terra

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A libertação de dióxido de carbono vinda da queima de combustíveis fósseis e mudanças no uso da terra (desmatamentos e queimadas, principalmente) impostas pelo homem constituem importantes alterações nos estoques naturais de carbono e tem um papel fundamental na mudança do clima do planeta.[20]Outros grandes emissores são a produção de cimento e aço, refinaria de petróleo[21]e indústria petroquímica. Por exemplo, o ácido acrílico, um importante monómero é produzido em uma quantidade de mais de 5 milhões de toneladas/ano. O desafio é o desenvolvimento desses processos é encontrar um catalisador adequado e condições de processo que maximizem a formação do produto e minimizem a produção de CO2.[22][23][24][25]

O excesso de dióxido de carbono que atualmente é lançado para a atmosfera resulta da queima de combustíveis fósseis principalmente pelo setor industrial e de transporte. Além disso, reservatórios naturais de carbono e os sumidouros (ecossistemas com a capacidade de absorver CO2) também estão sendo afetados por ações antrópicas. Devido o solo possuir um estoque 2 a 3 vezes maior que a atmosfera, mudanças no uso do solo podem ser importante fonte de carbono para a atmosfera.

Nas últimas décadas, devido à enorme queima decombustíveis fósseis,a quantidade de gás carbônico na atmosfera tem aumentado muito. Há evidência científica de que o aquecimento global tem íntima relação com o aumento de CO2.

A concentração de CO2na atmosfera começou a aumentar no final do século XVIII, quando ocorreu a revolução industrial, a qual demandou a utilização de grandes quantidades de carvão mineral e petróleo como fontes de energia. Desde então, a concentração de CO2passou de 280 ppm (partes por milhão) no ano de 1750, para os 403 ppm atuais,[26]representando um incremento de aproximadamente 44%.

Este acréscimo na concentração de CO2implica o aumento da capacidade da atmosfera em reter calor e, consequentemente, da temperatura do planeta. Dados na seção de Warming Climate do National Climatic Data Center mostram uma clara tendência no aumento da temperatura, acompanhando de modo palpável o aumento na taxa de CO2.Em um artigo do Earth Observatory da Nasa são revelados registros que mostram que a temperatura atualmente é a mais alta em um período de, pelo menos, 1 000 anos, e em páginas subsequentes é demonstrado que, embora as emissões de CO2pelos vulcões e o ciclo de máximo e mínimo solar continuem a atuar no processo natural de aquecimento, eles não são os responsáveis pelo aquecimento atual, pois, segundo dados coletados, eles têm influência muito pequena no anômalo crescimento da temperatura que vem acontecendo nos últimos 100 anos, e que as emissões de CO2resultante das atividades humanas são 100 vezes maiores do que as emissões vulcânicas.

Produção

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Industrial processes

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O dióxido de carbono pode ser obtido pordestilaçãodo ar, mas o método é ineficiente. Industrialmente, o dióxido de carbono é predominantemente um produto residual não recuperado, produzido por vários métodos que podem ser praticados em várias escalas.[27]

Combustão

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A combustão de todos os combustíveis à base de carbono, como metano (gás natural), destilados depetróleo(gasolina,diesel,querosene,propano), carvão,madeiraematéria orgânicagenérica produz dióxido de carbono e, exceto no caso de carbono puro, água. Como exemplo, a reação química entre metano e oxigênio:

O ferro é reduzido de seus óxidos comcoqueem umalto-forno,produzindoferro-gusae dióxido de carbono:[28]

Usos comerciais

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O dióxido de carbono é usado pelas indústriasalimentícia,petrolíferaequímica.[27]O composto tem vários usos comerciais, mas um de seus maiores usos comoproduto químicoé na produção de bebidas carbonatadas; fornece o brilho em bebidas carbonatadas, como água com gás, cerveja eespumante.

Precursor de produtos químicos

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Na indústria química, o dióxido de carbono é consumido principalmente comoingredientena produção deureia,sendo uma fração menor utilizada para produzirmetanole uma série de outrosprodutos.[29]Algunsderivadosdeácido carboxílico,como osalicilato de sódio,são preparados usando CO2pelareação de Kolbe-Schmitt.[30]

Além dos processos convencionais que utilizam CO2para produção química, métodoseletroquímicostambém estão sendo explorados em nível depesquisa.Em particular, o uso de energia renovável para produção de combustíveis a partir de CO2(como o metanol) é atraente, pois pode resultar em combustíveis que podem ser facilmente transportados e usados ​​em tecnologias de combustão convencionais, mas sem emissões líquidas de CO2.[31]

Agricultura

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As plantas requerem dióxido de carbono para realizar a fotossíntese. As atmosferas das estufas podem (se forem grandes, devem) ser enriquecidas com CO2adicional para sustentar e aumentar a taxa de crescimento das plantas.[32][33]Em concentrações muito altas (100 vezes a concentração atmosférica ou superior), o dióxido de carbono pode ser tóxico para a vida animal, portanto, aumentar a concentração para 10 000 ppm (1%) ou mais por várias horas eliminará pragas comomoscas-brancaseácarosem uma estufa.[34]

Alimentos

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Bolhas de dióxido de carbono em um refrigerante

O dióxido de carbono é um aditivo alimentar utilizado como propulsor e regulador de acidez na indústria alimentícia. É aprovado para uso naUE[35](listado comonúmero EE290),EUA[36]eAustráliaeNova Zelândia[37](listado por seunúmero SIN290).

UmdocechamadoPop Rocksé pressurizado com dióxido de carbono[38]a cerca de quatro milkPa.Quando colocado na boca, ele se dissolve (como qualquer outrorebuçado) e libera as bolhas de gás com um estalo audível.

Osagentes de fermentaçãofazem a massa crescer produzindo dióxido de carbono.[39]Alevedura de padeiroproduz dióxido de carbono por fermentação de açúcares dentro da massa, enquantofermentos químicos,como fermento em pó ebicarbonato de sódio,liberam dióxido de carbono quando aquecidos ou se expostos a ácidos.

Bebidas

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O dióxido de carbono é usado para produzir refrigerantes carbonatados e água com gás. Tradicionalmente, a carbonatação da cerveja e do espumante acontecia por meio da fermentação natural, mas muitos fabricantes carbonatam essas bebidas com o dióxido de carbono recuperado do processo de fermentação. No caso da cerveja engarrafada e barril, o método mais comum utilizado é a carbonatação com dióxido de carbono reciclado. Com exceção dacerveja realbritânica, ochopegeralmente é transferido de barris em uma sala fria ou porão para torneiras de distribuição no bar usando dióxido de carbono pressurizado, às vezes misturado comnitrogênio.

O sabor da água com gás (e as sensações gustativas relacionadas em outras bebidas carbonatadas) é um efeito do dióxido de carbono dissolvido, e não das bolhas estouradas do gás. Aanidrase carbônica4 converte-se em ácido carbônico levando a um saborazedo,e também o dióxido de carbono dissolvido induz uma respostasomatossensorial.[40]

Ver também

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Referências

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Ligações externas

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