Dióxido de carbono

Propriedades físicas

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] Em temperatura e pressão padrão, a densidade do 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 de 7005517950000000000♠0.51795(10) MPa^[16](7005517950095250000♠5.11177(99) atm). A uma pressão de 1 atm (7005101325000000000♠0.101325 MPa), o gás se deposita diretamente em um sólido a temperaturas abaixo de 7002194685500000000♠194.6855(30) K^[16](7002194685500000000♠−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 de gelo seco.

O dióxido de carbono líquido se forma apenas em pressões acima de 7005517950000000000♠0.51795(10) MPa^[16](7005517950095250000♠5.11177(99) atm); o ponto triplo do dióxido de carbono é de 7002216592000000000♠216.592(3) K^[16](7002216592000000000♠−56.558(3) °C) a 7005517950000000000♠0.51795(10) MPa^[16](7005517950095250000♠5.11177(99) atm) (consultar o diagrama de fase). O ponto crítico é de 7002304128000000000♠304.128(15) K^[16](7002304128000000000♠30.978(15) °C) a 7006737730000000000♠7.3773(30) MPa^[16](7006737727060000000♠72.808(30) atm). Outra forma de dióxido de carbono sólido observada em alta pressão é um sólido amorfo semelhante ao vidro.^[17] Essa forma de vidro, chamada carbonia, é produzida por superresfriamento de CO 2 aquecido a pressões extremas (40–48 GPa, ou cerca de quatrocentas mil atmosferas) em uma bigorna 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 o dióxido de silício (vidro de sílica) e o dióxido de germânio. Ao contrário dos vidros de sílica e germânia, no entanto, o vidro de carbonia não 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 como dióxido de carbono supercrítico.

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

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

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 de combustíveis 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 CO₂ na 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 CO₂ passou 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 CO₂ implica 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 CO₂ pelos 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 CO₂ resultante das atividades humanas são 100 vezes maiores do que as emissões vulcânicas.

Industrial processes

O dióxido de carbono pode ser obtido por destilação do 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

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

${\displaystyle {\ce {CH4 + 2 O2-> CO2 + 2 H2O}}}$

O ferro é reduzido de seus óxidos com coque em um alto-forno, produzindo ferro-gusa e dióxido de carbono:^[28]

${\displaystyle {\ce {Fe2O3 + 3 CO -> 3 CO2 + 2 Fe}}}$

O dióxido de carbono é usado pelas indústrias alimentícia, petrolífera e química.^[27] O composto tem vários usos comerciais, mas um de seus maiores usos como produto químico é na produção de bebidas carbonatadas; fornece o brilho em bebidas carbonatadas, como água com gás, cerveja e espumante.

Precursor de produtos químicos

Na indústria química, o dióxido de carbono é consumido principalmente como ingrediente na produção de ureia, sendo uma fração menor utilizada para produzir metanol e uma série de outros produtos.^[29] Alguns derivados de ácido carboxílico, como o salicilato de sódio, são preparados usando CO₂ pela reação de Kolbe-Schmitt.^[30]

Além dos processos convencionais que utilizam CO₂ para produção química, métodos eletroquímicos também estão sendo explorados em nível de pesquisa. 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

As plantas requerem dióxido de carbono para realizar a fotossíntese. As atmosferas das estufas podem (se forem grandes, devem) ser enriquecidas com CO₂ adicional 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 como moscas-brancas e ácaros em uma estufa.^[34]

Alimentos

O dióxido de carbono é um aditivo alimentar utilizado como propulsor e regulador de acidez na indústria alimentícia. É aprovado para uso na UE^[35] (listado como número E E290), EUA^[36] e Austrália e Nova Zelândia^[37] (listado por seu número SIN 290).

Um doce chamado Pop Rocks é pressurizado com dióxido de carbono^[38] a cerca de quatro mil kPa. Quando colocado na boca, ele se dissolve (como qualquer outro rebuçado) e libera as bolhas de gás com um estalo audível.

Os agentes de fermentação fazem a massa crescer produzindo dióxido de carbono.^[39] A levedura de padeiro produz dióxido de carbono por fermentação de açúcares dentro da massa, enquanto fermentos químicos, como fermento em pó e bicarbonato de sódio, liberam dióxido de carbono quando aquecidos ou se expostos a ácidos.

Bebidas

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 da cerveja real britânica , o chope geralmente é transferido de barris em uma sala fria ou porão para torneiras de distribuição no bar usando dióxido de carbono pressurizado, às vezes misturado com nitrogênio.

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. A anidrase carbônica 4 converte-se em ácido carbônico levando a um sabor azedo, e também o dióxido de carbono dissolvido induz uma resposta somatossensorial.^[40]

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• Monóxido de carbono
• Petróleo
• Respiração

• EUA classificam dióxido de carbono como um risco à saúde pública, Folha.com
• Bassam Z. Shakhashiri: Chemical of the Week: Carbon Dioxide Site Science is Fun
• Keeling, C.D. and T.P. Whorf: Atmospheric carbon dioxide record from Mauna Loa, 2002
• Artigo do Earth Observatory da Nasa — How is Today’s Warming Different from the Past?
• NOAA National Climatic Data Center — Global Climate Change Indicators
• «Mauna Loa 2004 update» (em inglês) 

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