DIÓXIDO DE CARBONO
Es un gas soluble en agua, acetona y etanol, se presenta principalmente en dos posibles estados o formas:
- Dióxido de carbono líquido: se logra obtenerlo a temperaturas extremadamente grandes. En este compuesto la estructura de la molécula CO2 es lineal, cada órgano se une a través de un doble enlace al átomo de carbono. Cuando se disuelve en agua da lugar al ácido carbónico.
- Dióxido de carbono sólido: cuando se presenta en forma de estado sólido, el dióxido de carbono es llamado nieve carbónica. El nivel del dióxido de carbono en estado sólido se ha incrementado más de un 13% en el último siglo en la atmósfera. es utilizado en los gases medicinales y su implemento es muy habitual en la extinción de incendios.
El dióxido de carbono (fórmula química CO2) es un gas vital para preservar la vida en la Tierra siempre y cuando este se encuentre en cantidades normales en la atmósfera, también es conocido como anhídrido carbónico pero con el pasar del tiempo este nombre pasó a estar en desuso. El CO2 encontrado en la naturaleza está compuesto por dos átomos de oxigeno unidos mediante un enlace covalente al carbono y se lo encuentra en la atmósfera de la Tierra como un gas traza en una concentración alrededor de 0,04 % (400 ppm) en volumen.
Hay una gran cantidad de fuentes naturales de CO2 como volcanes (Ilustración 7), aguas termales, géiseres (Ilustración 8), yacimientos de petróleo y gas natural. Es liberado por rocas carbonatadas (Ilustracion 18 y 19) al tener contacto con agua o ácidos, ocurriendo esto en aguas subterráneas, ríos, lagos, campos de hielo, glaciares y mares.
El CO2 disperso en la atmósfera es la mayor fuente de carbón para la vida en la Tierra y su concentración antes del inicio de la revolución industrial, siendo más específicos; a inicios del Precámbrico tardío, era regulada por la única forma de vida en esos momentos (organismos fotosintéticos) y diferentes fenómenos geológicos que surgían con el tiempo. Como parte del ciclo del carbono, diferentes plantas, algas y cianobacterias utilizan la energía solar para foto sintetizar carbohidratos a partir de CO2 y agua, en donde el O2 liberado pasa a ser un desecho.
Por ser un gas activo que bajo condiciones específicas puede combinarse se lo aplica en la soldadura ya que actúa sobre el baño de fusión como un agente oxidante o reductor, al no sustentar el fuego se lo usa en extinguidores, en armas de aire comprimido al mantener la presión constante y como un generador de nuevos recursos para una mayor producción de crudo (petróleo). En forma líquida como solvente en la descafeinización siendo también un fuerte extractor de grasa de sustancias alimenticias como el chocolate y un secador supercrítico. Se agrega a las bebidas como la cerveza y gaseosas para aumentar su efervescencia. A su forma sólida se la conoce como "hielo seco" y se usa como refrigerante y conservador de productos alimenticios o químico farmacéuticos.
En el campo de la electrónica se lo suele utilizar como solvente en soluciones para la limpieza de chips o al momento de probar diferentes aparatos climatológicamente a temperaturas bajas. En la medicina; al producir una atmósfera parecida a las condiciones fisiológicas es un buen manipulador de órganos artificiales, un excelente avivador de la respiración al mezclarse con el oxígeno y se lo suele usar en la dilatación abdominal para diferentes procesos quirúrgicos.
Ejemplos de emisiones de CO2 naturales:
HISTORIA DEL DIÓXIDO DE CARBONO
El dióxido de carbono es un gas que ha existido desde tiempos inmemorables. En la era azoica la explosión de los volcanes emana dióxido de carbono y vapor de agua el cual caía sobre la superficie terrestre provocando que esta se enfriara dando paso al desarrollo vegetal y animal que hoy en día presenciamos, siendo regulado por los organismos fotosintéticos que aparecieron con el tiempo y diferentes fenómenos geológicos. Desde esos momentos ha existido un balance sumamente complejo entre este gas y su interacción con el planeta. En donde el CO2 que era emanado por fuentes naturales como: la descomposición de plantas o animales, respiración de los animales y humanos, explosiones volcánicas e incendios forestales etc., era casi en su totalidad absorbido por las plantas y la cantidad sobrante se encargaba de absorber el calor proveniente del sol y mantener la temperatura del planeta para hacerlo habitable, que de no ser por ello el planeta sería un glaciar.
El estudio del CO2 aparece con el tiempo y desarrollo de diferentes conceptualizaciones, fue uno de los primeros gases en ser explicado como una sustancia diferente del aire comúnmente observado, en el siglo XVII por el químico Jan Baptist Van Helmont representante sincrético de la alquimia y la química, quien observo que al combustionar carbón en un envase con una pequeña abertura, el sobrante (ceniza) luego de la reacción pesaba mucho menos que antes de hacerla. Y fue donde se dio cuenta que este gas no era leve, dándole el nombre de gas o espíritu Silvestre.
En 1750 el médico Joseph Black después de un sinnúmero de experimentos dio a conocer algunas propiedades del CO2, una de ellas fue que es un gas irrespirable, la obtuvo al observar que un ratón junto a una vela, dentro de un recipiente murió en el instante que esta se apagó, otorgándole un nuevo nombre que era; aire fijo. Observó que el aire fijo (CO2) tenía una mayor densidad que el aire y que no mantenía ni las llamas ni la respiración animal, propiedad que la obtuvo al tratar con piedra caliza (CaCO2) que al ser expuesta al calor o rociada con asidos emanaba un gas de estas características.
Posteriormente Black experimento con una solución acuosa de cal, la cual al burbujear precipitaba dentro de ella carbonato de calcio, dicho fenómeno se utilizó para ilustrar que el (CO2)se da por la respiración tanto animal como humana y fermentación microbiana.
En 1772 se publicó un artículo titulado Impregnación de agua con aire fijo por el químico Inglés Joseph Priestley de nacionalidad británica en el que describía un proceso de goteo de ácido sulfúrico en tiza con el fin de producir dióxido de carbono. El (CO2) producido lo disolvió en agua agitando el envase que contenía la mezcla para luego obtener agua carbonatada por primera vez mediante experimentos.
Poco después Humphry Davy y Michael Faraday contribuyeron con un nuevo conocimiento en el que se licuó por primera vez (CO2) a una elevada presión en 1823. Luego de 11 años Charles Thilorier dio la primer descripción del (CO2) en estado sólido la cual la obtuvo al hacer enfriar dióxido de carbono contenido en un envase a una alta presión y temperatura.
En los tiempos actuales se sabe demasiado sobre el CO2 y sus efectos adversos que provoca debido a su aumento en la atmósfera, pero lo que aún no se sabe es como detener estas excesivas cantidades que emanan diferentes industrias sin tener que detener su producción, si no buscar una alternativa en la cual salgan beneficiados los dos (el planeta y la producción industrial), en este caso se habla del embasamiento en cavidades subterráneas.
Estructura molecular
El átomo de carbono y oxigeno necesitan completar su ultimo orbital con un total de 8 electrones para alcanzar mayor estabilidad, adquiriendo la configuración del gas noble antepuesto al periodo actual de dicho elemento, en este caso el Helio (He) y para no tener más energía dispersa por el espacio se da un doble enlace con el cual se obtendrá una mayor estabilidad electrónica.
El átomo central de carbono al no tener pares de electrones libres y estar unido a dos átomos de oxígeno (Ilustración 10), la molécula de (CO2) es lineal. Una molécula lineal tiene un átomo central con dos átomos unidos a él mediante un enlace y separados por un ángulo de 180° siendo este el ángulo único que pueden, que de no ser por ello no sería una molécula lineal (Chang, 2010).
Al basarnos en la tabla 1, podemos determinar qué tipo de enlace presenta la molécula restando sus electronegatividades, en este caso la del oxígeno y carbono; al finalizar la diferencia obtenemos un valor de 0.89, concluyendo que presenta un enlace covalente polar al estar dentro de su rango.
En caso de ser una molécula compleja se recomienda analizar su forma geométrica en la cual se procede a sumar vectorialmente las diferentes fuerzas de enlace que actúan sobre el átomo central y estas al anularse o no respectivamente nos ayudan a determinar si es una molécula no polar o polar (Chang, 2010).
Propiedades físicas y químicas.
Tabla 3. Propiedades del dióxido de carbono.
Actualmente se conoce que el carbono puede formar millones de compuestos que son importantes para la existencia de la vida como por ejemplo aminoácidos, proteínas, etc. Pero también forman moléculas que generan importantes cambios a nivel geológico como por ejemplo el dióxido de Carbono. (Black, 1750) Un físico y químico escocés, descubrió el dióxido de carbono.
- A temperatura ambiental (20-25ºC), el dióxido de carbono es un gas inodoro e incoloro, ligeramente ácido y no inflamable.
- El dióxido de carbono es una molécula con la fórmula molecular CO2. Esta molécula linear está formada por un átomo de carbono que está ligado a dos átomos de oxígeno, O = C = O.
- A pesar de que el dióxido de carbono existe principalmente en su forma gaseosa, también tiene forma sólida y líquida.
- Solo puede ser sólido a temperaturas por debajo de los 78 oC.
- El dióxido de carbono líquido existe principalmente cuando el dióxido de carbono se disuelve en agua.
- El dióxido de carbono solamente es soluble en agua cuando la presión se mantiene.
- Cuando la presión desciende intentará escapar al aire, dejando una masa de burbujas de aire en el agua.
Gas de Efecto Invernadero
El CO2 es un gas participante en la composición de la capa atmósférica con la común característica de absorber y emitir radiación dentro del rango infrarrojo, considerándose por ello un gas de efecto invernadero. Hay una gran cantidad de gases de efecto invernadero presentes en diferentes porsentajes en la atmósfera (Ilustración 11) como el vapor de agua, el metano, el óxido de nitrógeno y el ozono, todos estos con la común función de mantener la temperatura del planeta en cantidades especificas o normales, que de no ser por ellos el planeta adquiriría una temperatura de -18 °C en lugar de la medida actual que es de 15°C.
Las actividades humanas han causado una gran alteración en la cantidad normal que se debería presentar el CO2 en el atmósfera, específicamente al iniciar la revolución industrial en el año 1750 se produjo un incremento del 30% en la concentración del CO2 en la atmósfera.
Este enorme crecimiento con el pasar del tiempo sigue aumentando a pesar de la absorción de una gran porción de las emisiones por varios depósitos naturales que son parte del ciclo del carbono.
Las emisiones de CO2 que se dan en mayor cantidad son por la quema de combustibles fósiles, principalmente carbón, petróleo y gas natural, además de la deforestación, la erosión del suelo y la crianza animal.
Si las emisiones de CO2 continúan al mismo ritmo como se han venido dando, se estima que en 20 años la temperatura superficial del planeta aumente en 2 °C con efectos notoriamente dañinos en los ecosistemas, la biodiversidad y la subsistencia de personas en todo el mundo. (Castañeda, 2010)
Efecto invernadero
La atmósfera al no ser muy densa e invisible es muy susceptible a la luz visible y mucho más a la radiación infrarroja la cual tiende a absorber este calor y mantenerlo por un tiempo (Ilustración 12), característica similar a la de un campo invernadero (o invernáculo)
El cual es un lugar cerrado, estático y accesible a pie, que se destina a la agricultura de una manera acelerada, se encuentra cubierto por un plástico transparente y en otras ocasiones por vidrio que permite el control de la humedad, la temperatura y otros factores ambientales que aceleran el crecimiento de las plantas. Pero no se parece en su totalidad ya que en un invernadero se puede controlar o manejar la temperatura, siendo todo lo contrario en el planeta el cual presenta estas condiciones de forma natural
La luz solar que llega directamente a la superficie terrestre o del invernadero calienta el suelo, produciendo en este la emanación de ondas caloríficas las cuales a contrario de los rayos luz son absorbidas en mayor cantidad por el vidrio o la atmósfera. Esta energía emitida hacia el espacio es la misma que la atraída, pero la tierra tiene una característica en donde equilibra los dos flujos, siendo más alta en presencia de una atmósfera (en un planeta) o de techos de cristal (en donde más se conserva el calor por la falta del flujo de aire) (Vega, 2011).
Este efecto invernadero en su totalidad no es malo si no imprescindible para mantener la temperatura del planeta, pero debido a la excesiva cantidad de CO2 que se emana, tiende a traer consecuencias muy negativas que podrían alterar notoriamente los diferentes ecosistemas de la tierra, produciendo sequias, extinción de una gran cantidad de especies etc.
Este efecto negativo de la excesiva cantidad de gases de efecto invernadero no solo esta presenta en nuestro planeta si no en gran parte de los que pertenecen al sistema solar y están dotados de una atmósfera. A cacusa de estos gases en la tierra hay un exceso de 33°C de la temperatura superficial es decir sin ellos tendríamos una temperatura de -18°C, pero en Marte la diferencia es de tan solo 3 °C y esta se ha mantenido durante muchos tiempo ya que no hay factores que intervengan para un aumento de gases de efecto invernadero y en Venus al presentarse en mayor cantidad gases de efecto invernadero y estar más cerca al sol se alcanza una diferencia mucho más alta de 466 °C.
CO2 absorbe y re-emite radiación infrarroja.
1. La radiación solar atraviesa la atmósfera.
2. La tierra calienta y emite radiación infrarroja.
3. La radiación infrarroja es absorbida por los gases de efecto invernadero y re-irradiada en todas direcciones.
El dióxido de carbono gaseoso que se encuentra en la atmósfera al estar en contacto directo con Los rayos gamma, una gran parte de rayos ultravioleta y rayos infrarrojo, procedentes del espacio exterior como también La luz visible, las ondas de radio y unos pocos pequeños rangos de longitudes de onda que emana cualquier cuerpo el cual este a una temperatura diferente de -273 grados Celsius (temperatura a la cual todos los desplazamientos moleculares han cesado) es absorbido por diferentes gases de efecto invernadero que se encuentran en la atmósfera (Ilustración 13.) en diferentes cantidades. Todos estos con el simple hecho de mantener la temperatura del planeta y la estabilidad de sus ecosistemas. Para quedar más claro la radiación infrarroja térmica no es más que la medida de calor de las ondas que emana un cuerpo con una temperatura superior a -273C.
Pero el CO2 tiene
algo diferente a los demás gases de
efecto invernadero presentes en la atmósfera terrestre como el vapor de agua (H2O),
metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y ozono (O3).
Dicha característica hace referencia a su cantidad la cual con el pasar del
tiempo se ha incrementado de manera excesiva por la actividad del hombre y lo
seguirá haciendo si no se hace algo al respecto, pasando todo lo contrario con
los demás gases que su producción es natural o en algunos casos por procesos
industriales del hombre, en cantidades muy irrelevantes..
Las moléculas de CO2 al absorber un fotón infrarrojo tiende a vibrar por un lapso de tiempo indeterminado (Ilustracion 14) hasta que lo expulse (absorber y emitir energía infrarroja), es por ello que se caracteriza al CO2 como un gas de efecto invernadero y a la vez lo hace diferente de los demás componentes de la atmósfera por no poder hacerlo de dicha manera como el H y O que conforma su 90%.