Szén-dioxid

gáz halmazállapotú vegyület, a szén egyik oxidja

A szén-dioxid (CO2, régi magyar nevén szénéleg) légköri nyomáson légnemű, gáz halmazállapotú vegyület, a szén egyik oxidja. A tiszta levegő mintegy 0,040% (térfogatszázalék) szén-dioxidot tartalmaz. (Korrigált 2016-os átlag: 404 ppm)[2] Ez a mennyiség az elmúlt évtizedekben jelentősen növekedett (100 éve még kb. 280 ppm volt). A szén-dioxid üvegházhatású gáz, amely a klímakutatók 97%-a szerint hozzájárul a globális felmelegedéshez.[3][4] A jelenlegi globális felmelegedés 80%-ért az emberi szén-dioxid-kibocsátás okolható. A klímakutatók többsége szerint a 450 ppm-es légköri szén-dioxid-koncentráció már visszafordíthatatlan következményekkel járna az éghajlatváltozás szempontjából.[5] A légkörbe számos forrásból kerülhet; szén és széntartalmú anyagok égése, állatok, növények és mikroorganizmusok légzése során keletkezik. Nagy mennyiségben keletkezik ipari folyamatok során is (cement- és acélgyártás, metanol-, ammónia- és momomer szintézis). A nettó CO2-kibocsátás csökkentésének két stratégiai fontosságú pillére, melyek intenzív kutatások tárgyát képezi: egyrészt az említett folyamatok hatékonyságának, szelektivitásának növelése[6][7][8], másrészt pedig a CO2 konverziója üzemanyagokká[9] illetve szerves vegyületekké[10][11][12][13]. Jelentős mennyiségű szén-dioxid kerül a levegőbe a vulkanizmus során és a tengerek kötött szén-dioxidjából is. A szén-dioxid −78,5 °C-on fagy meg (kondenzál), szilárd halmazállapotának neve szárazjég. A szárazjeget a hűtőipar is felhasználja, de látványosságként is alkalmazzák, ahogy felmelegedve a folyékony halmazállapot kihagyásával gőzzé válik, azaz szublimál.

Szén-dioxid
Carbon-dioxide-2D-dimensions.svg
2 dimenziós
szerkezet
Carbon-dioxide-3D-vdW.png
3 dimenziós
szerkezet
IUPAC-név szén-dioxid
Más nevek szénsav (vízben oldott)
szárazjég (szilárd)
Kémiai azonosítók
CAS-szám 124-38-9
EINECS-szám 2046-96-9
RTECS szám FF6400000
ATC kód V03AN02
Gyógyszer szabadnév carbon dioxide
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet CO2
Moláris tömeg 44,01 g/mol
Megjelenés színtelen,
szagtalan gáz
Sűrűség 1,98 kg/m³, gáz (273 K)
1600 kg/m³, szilárd
Olvadáspont −78 °C (195 K), szublimál
Forráspont −57 °C (216 K), nyomás alatt
Oldhatóság (vízben) 0,145 g/100 ml (25 °C)
Savasság (pKa) 6,35 és 10,33
Viszkozitás 0,07 cP −78 °C-on
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet kvarcszerű
Dipólusmomentum nulla
Veszélyek
EU osztályozás nincsenek veszélyességi szimbólumok[1]
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
0
0
 
R mondatok nincs[1]
S mondatok S9, S23, S36[1]
Lobbanáspont nem gyúlékony
Rokon vegyületek
Rokon vegyületek szén-monoxid
szénsav
szén-diszulfid
Az infoboxban SI mértékegységek szerepelnek. Ahol lehetséges, az adatok standardállapotra (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak. Az ezektől való eltérést egyértelműen jelezzük.

Kémiai és fizikai tulajdonságokSzerkesztés

 
Szén-dioxid nyomás-hőmérséklet fázisdiagram. 1. szilárd, 2. folyékony, 3. légnemű (gáz és gőz), 4. szuperkritikus, A hármaspont, B  kritikus pont
 
Szárazjég

Színtelen, kis koncentrációban szagtalan, a levegőnél nagyobb sűrűségű. Ha a belélegzett levegő a normál koncentráció többszörösét (néhány %-ot) tartalmazza szén-dioxidból, akkor azt enyhén savanykásnak érezzük, ez a koncentráció azonban már veszélyes, mert fulladást okozhat.

A tiszta szén-dioxid nem éghető, az égést nem táplálja, ezt a tulajdonságát használják ki a tűzoltó-készülékeknél, és a gyertyalángos próbánál a pincék ellenőrzésénél: ha a gyertya kialszik, akkor a szén-dioxid veszélyes mennyiségben van jelen a helyiségben. Reakciókban kevésbé vesz részt. Vízben kismértékben oldódik (0,145 g/100 ml), a vízzel gyengén savas szénsavat képez.

A légnemű halmazállapotú vegyület normál légköri nyomás (1 bar) alatt ‒78,5 °C-on fagy meg, a folyékony halmazállapot kihagyásával. 5,1 barnál nagyobb nyomáson előállítható viszont folyékony szén-dioxid is. A gázpalackokban is ilyen állapotban tárolják. A szén-dioxid szilárd halmazállapotát szárazjégnek nevezzük. A sűrűsége standard hőmérsékleten és nyomáson körülbelül 1,98 kg/m³, másfélszer akkora, mint a Föld légköréé. A szén-dioxid molekula (O=C=O) két kettős kovalens kötést tartalmaz és egyenes az alakja. Hiába alkotják eltérő elemek, a szimmetrikus szerkezet okán apoláris. A molekulának alapállapotban nincs elektromos dipólusmomentuma, azonban különböző határszerkezeteknél lehetséges, hiszen a különböző vibrációk[14] során alakja megváltozik - ennek okán soroljuk az üvegházhatárú gázok közé. Nem reaktív és nem gyúlékony.

Felhasználása, gyártásaSzerkesztés

Jelen van az üdítőkben, szénsavas italok alkotórészeként, tűzoltó palackokban, hegesztésnél aktív védőgázként. Az ipari célokra használt szén-dioxid palackok ISO szabvány szerinti színe szürke.[15]

A koffeint a zöld, nedves kávébabból szuperkritikus extrakcióval vonják ki, amihez oldószernek folyékony szén-dioxidot használnak.[16]

Szilárd formában (szárazjég) hűtőanyagként is használják, például amikor gyors mélyhűtésre van szükség, vagy nem áll rendelkezésre hűtőgép.

A szén-dioxidot nagyobb mennyiségben bányásszák (Magyarországon például 1982-ig a Kisalföldön, Mihályi mellett később), illetve kőolaj- és földgázkutakból tör fel mint melléktermék. Az így kapott gázt tisztítják, majd nagy nyomáson cseppfolyósítják, és ebben a formában tárolják, szállítják. A cseppfolyós szén-dioxid hirtelen nyomáscsökkenésekor történő gyors párolgás (párolgáshő) annyira lehűti az anyagot, hogy az megfagy, és szárazjég keletkezik.

Az élelmiszeriparban szívesen használják a tankerjesztésű pezsgők erjedése során keletkező szén-dioxidot, ugyanis a pezsgő természetes habzásához kevesebb is elég, mint amennyi abban keletkezik. A felesleget üdítőkhöz, sörgyártásnál használják fel.

A VIII. Magyar Gyógyszerkönyvben Carbonei dioxidum néven hivatalos.

A biogáz egyik jelentős alkotórésze.

A szén körforgásaSzerkesztés

A földköpeny széntartalma szén-dioxid formájában kerül a légkörbe; döntően a vulkáni, illetve utóvulkáni működés eredményeként.

A növények képesek a levegő szén-dioxidját megkötni, az abból kivont szenet a szervezetükbe beépíteni: ez a folyamat az asszimiláció. A fa égésekor a nagy füstöt nem a szén-dioxid okozza, hanem a sok elpárolgó víz és a nitrogén-oxidok. A legkülönfélébb élőhelyek szén-dioxid-mérlege gyakorlatilag 0: az elpusztuló növények és állatok szerves vegyületeit a mikroorganizmusok lebontják, és a soklépcsős folyamat eredményeként felszabaduló szén-dioxid visszajut a levegőbe. A földtörténetben a bioszféra széntartalma folyamatosan temetődik el. Egy része fosszilis tüzelőanyaggá alakul, legnagyobb része azonban a mészvázú tengeri állatok révén betemetődik, és karbonátos kőzetekké alakul. Minden mai mészkő és dolomit előfordulás valamikor légköri szén-dioxid volt, valamint jelentős mennyiségű karbonáttartalmú ásvány is ismert. A legtöbb szén-dioxidot tehát nem az eltemetett szerves anyag vonja ki a légkörből, hanem a mészvázú állatok: ezek mészváza ugyanis (a tengerekben a karbonátkompenzációs szint felett) eltemetődve mészkővé alakul, azaz mineralizálódik. A szén-dioxid globális forgalmába az ember nemcsak a fosszilis tüzelőanyagok elégetésével avatkozik be, hanem meglehetősen sok szén kivonásával is, amikor a különféle szerves anyagokból növekvő mennyiségben tartós használati tárgyakat (bánya- és talp- és épületfákat, bútorokat, könyveket stb.) készít. Ezek jelentős része a használat után sem kerül vissza a biológiai körforgásba, hanem hulladéklerakókban eltemetjük őket – ezekben idővel, lassan majd mineralizálódnak.

A földtörténeti ókorban zömmel a páfrányok maradványaiból alakultak ki a nagy kalóriatartalmú, a szénbányászatban jelentős feketekőszén-telepek, majd zömmel a földtörténeti újkorban a kevésbé szenesedett, kisebb kalóriatartalmú barnakőszén-telepek.

Több-kevesebb szén található a kőolaj- és földgázszármazékokban, a legjobb (legkörnyezetbarátabb) arány a metánban (CH4) van: C:H=1:4. Ennél sokkal rosszabb az arány a hosszabb szénláncokban: a cetán (C16H34) esetében már csak C:H=1:2,125. Ezzel tehát jelentősen csökkenthető a CO2-kibocsátás, de már az is jelentős, ha PB gáz (propán (C3H8), bután (C4H10)) helyett metánt használunk.

ÜvegházhatásSzerkesztés

Lásd itt: üvegházhatás.

JegyzetekSzerkesztés

  1. a b c A szén-dioxid (BGIA GESTIS)[halott link] (németül)
  2. Mauna Loa CO2 éves átlagadatok az NOAA-tól.
  3. (2016. április 13.) „Consensus on consensus: a synthesis of consensus estimates on human-caused global warming”. Environmental Research Letters 11, 6. o, Kiadó: IOP Publishing. DOI:10.1088/1748-9326/11/4/048002. „The number of papers rejecting AGW [Anthropogenic, or human-caused, Global Warming] is a miniscule proportion of the published research, with the percentage slightly decreasing over time. Among papers expressing a position on AGW, an overwhelming percentage (97.2% based on self-ratings, 97.1% based on abstract ratings) endorses the scientific consensus on AGW.” 
  4. (2009. január 20.) „Examining the Scientific Consensus on Climate Change”. Eos 90 (3), 22–23. o. DOI:10.1029/2009EO030002.  
  5. A Guardian cikke
  6. (2014) „The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts”. J. Catal. 311, 369-385. o.  
  7. (2012) „Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid”. J. Catal. 285, 48-60. o.  
  8. Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts 
  9. Mikhail, M., R. (2019. április 1.). „Plasma-catalytic hybrid process for CO2 methanation: optimization of operation parameters” (en nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 126 (2), 629–643. o. DOI:10.1007/s11144-018-1508-8. ISSN 1878-5204.  
  10. Regenerative Synthese von chemischen Energiespeichern und Feinchemikalien” (en nyelven).  
  11. Catalysts for climate protection, 2019. augusztus 19.
  12. Voiry, Damien, Kian Ping (2018. január 10.). „Low-dimensional catalysts for hydrogen evolution and CO 2 reduction” (en nyelven). Nature Reviews Chemistry 2 (1), 1–17. o. DOI:10.1038/s41570-017-0105. ISSN 2397-3358.  
  13. Gomez, Elaine, Shyam (2019. november 1.). „Carbon dioxide reduction in tandem with light-alkane dehydrogenation” (en nyelven). Nature Reviews Chemistry 3 (11), 638–649. o. DOI:10.1038/s41570-019-0128-9. ISSN 2397-3358.  
  14. http://www.chemtube3d.com/vibrationsCO2.htm
  15. Ipari felhasználású gázok színjelölése[halott link]
  16. McHugh, M., Krukonis, V.: Supercritical Fluid Extraction, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Boston, (1994)

ForrásokSzerkesztés

A Wikimédia Commons tartalmaz Szén-dioxid témájú médiaállományokat.