¿Qué es el dióxido de carbono y cómo se descubrió?Joseph Black, un químico y médico escocés, identificó por primera vez el dióxido de carbono en la década de 1750. A temperatura ambiente (20-25 oC), el dióxido de carbono es un gas inodoro e incoloro, ligeramente ácido y no inflamable. |
CO2-molécula |
Propiedades del dióxido de carbono
Existen varias propiedades físicas y químicas, que pertenecen al dióxido de carbono.
Aquí las resumiremos en una tabla.
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Propiedad |
Valor |
.
Peso molecular |
Gravedad específica |
1.53 a 21 oC |
Densidad crítica |
468 kg/m3 |
Concentración en el aire |
370,3 * 107 ppm |
Estabilidad |
Alta |
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Líquido |
Presión < 415.8 kPa |
Sólido |
Temperatura < -.78 oC |
Constante de Henry para la solubilidad |
298.15 mol/ kg * bar |
Solubilidad en agua |
0.9 vol/vol a 20 oC |
¿Dónde encontramos el dióxido de carbono en la Tierra?
El dióxido de carbono se encuentra principalmente en el aire, pero también en el agua como parte del ciclo del carbono. Podemos mostrarte cómo funciona el ciclo del carbono, mediante una explicación y una representación esquemática. –> Pasa al Ciclo del Carbono.
Aplicaciones del dióxido de carbono por parte de los humanos
Los humanos utilizan el dióxido de carbono de muchas maneras diferentes. El ejemplo más conocido es su uso en los refrescos y la cerveza, para hacerlos efervescentes. El dióxido de carbono liberado por el polvo de hornear o la levadura hace que la masa de los pasteles suba.
Algunos extintores utilizan el dióxido de carbono porque es más denso que el aire. El dióxido de carbono puede cubrir un incendio, debido a su pesadez. Impide que el oxígeno llegue al fuego y, como resultado, el material en llamas se ve privado del oxígeno que necesita para seguir ardiendo.
El dióxido de carbono también se utiliza en una tecnología llamada extracción de fluidos supercríticos que se emplea para descafeinar el café. La forma sólida del dióxido de carbono, comúnmente conocida como hielo seco, se utiliza en los teatros para crear nieblas en el escenario y hacer que cosas como las «pociones mágicas» burbujeen.
El papel que desempeña el dióxido de carbono en los procesos medioambientales
El dióxido de carbono es uno de los gases más abundantes en la atmósfera. El dióxido de carbono juega un papel importante en procesos vitales de plantas y animales, como la fotosíntesis y la respiración. Estos procesos se explicarán brevemente aquí.
Las plantas verdes convierten el dióxido de carbono y el agua en compuestos alimenticios, como la glucosa, y en oxígeno. Este proceso se llama fotosíntesis.
La reacción de la fotosíntesis es la siguiente:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Las plantas y los animales, a su vez, convierten los compuestos alimenticios combinándolos con el oxígeno para liberar energía para el crecimiento y otras actividades vitales. Este es el proceso de respiración, el reverso de la fotosíntesis.
La reacción de respiración es la siguiente:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
La fotosíntesis y la respiración juegan un papel importante en el ciclo del carbono y están en equilibrio entre sí.
La fotosíntesis domina durante la parte más cálida del año y la respiración domina durante la parte más fría. Sin embargo, ambos procesos ocurren durante todo el año. En general, pues, el dióxido de carbono en la atmósfera disminuye durante la estación de crecimiento y aumenta durante el resto del año.
Como las estaciones en los hemisferios norte y sur son opuestas, el dióxido de carbono en la atmósfera aumenta en el norte mientras que disminuye en el sur, y viceversa. El ciclo está más claramente presente en el hemisferio norte, porque tiene relativamente más masa de tierra y vegetación terrestre. Los océanos dominan el hemisferio sur.
Influencia del dióxido de carbono en la alcalinidad
El dióxido de carbono puede cambiar el pH del agua. Así es como funciona:
El dióxido de carbono se disuelve ligeramente en el agua para formar un ácido débil llamado ácido carbónico, H2CO3, según la siguiente reacción:
CO2 + H2O –> H2CO3
Después, el ácido carbónico reacciona ligera y reversiblemente en el agua para formar un catión hidronio, H3O+, y el ion bicarbonato, HCO3-, según la siguiente reacción:
H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
Este comportamiento químico explica por qué el agua, que normalmente tiene un pH neutro de 7 tiene un pH ácido de aproximadamente 5.5 cuando ha sido expuesta al aire.
Emisiones de dióxido de carbono por el ser humano
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Debido a las actividades humanas, la cantidad de CO2 liberada a la atmósfera ha aumentado mucho durante los últimos 150 años. Como resultado, ha superado la cantidad secuestrada en la biomasa, los océanos y otros sumideros. Se ha producido un aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera de unas 280 ppm en 1850 a 364 ppm en 1998, debido principalmente a las actividades humanas durante y después de la revolución industrial, que comenzó en 1850. Los seres humanos han aumentado la cantidad de dióxido de carbono en el aire mediante la quema de combustibles fósiles, la producción de cemento y la realización de desmontes y combustión de bosques. Alrededor del 22% de las actuales concentraciones de CO2 en la atmósfera se deben a estas actividades humanas, considerando que no hay cambios en las cantidades naturales de dióxido de carbono. En el siguiente apartado veremos con más detalle estos efectos. |
Problemas ambientales – el efecto invernadero
La troposfera es la parte inferior de la atmósfera, de unos 10-15 kilómetros de espesor. Dentro de la troposfera hay gases llamados de efecto invernadero. Cuando la luz solar llega a la Tierra, parte de ella se convierte en calor. Los gases de efecto invernadero absorben parte del calor y lo atrapan cerca de la superficie terrestre, de modo que la Tierra se calienta. Este proceso, conocido comúnmente como efecto invernadero, se descubrió hace muchos años y se confirmó posteriormente mediante experimentos de laboratorio y mediciones atmosféricas.
La vida tal y como la conocemos existe sólo gracias a este efecto invernadero natural, ya que este proceso regula la temperatura de la Tierra. Si no existiera el efecto invernadero, toda la Tierra estaría cubierta de hielo.
La cantidad de calor atrapada en la troposfera determina la temperatura de la Tierra. La cantidad de calor en la troposfera depende de las concentraciones de gases atmosféricos de efecto invernadero y del tiempo que estos gases permanecen en la atmósfera. Los gases de efecto invernadero más importantes son el dióxido de carbono, los CFC (clorofluorocarbonos), los óxidos de nitrógeno y el metano.
Desde que comenzó la revolución industrial en 1850, los procesos humanos han provocado emisiones de gases de efecto invernadero, como los CFC y el dióxido de carbono. Esto ha provocado un problema medioambiental: las cantidades de gases de efecto invernadero crecieron tanto que el clima de la Tierra está cambiando porque las temperaturas están aumentando. Este aumento antinatural del efecto invernadero se conoce como calentamiento global. Se sospecha que el calentamiento global puede provocar un aumento de la actividad de las tormentas, el derretimiento de los casquetes de hielo de los polos, lo que provocará la inundación de los continentes habitados, y otros problemas medioambientales.
Junto con el hidrógeno, el dióxido de carbono es el principal gas de efecto invernadero. Sin embargo, el hidrógeno no se emite durante los procesos industriales. Los seres humanos no contribuyen a la cantidad de hidrógeno en el aire, éste sólo cambia de forma natural durante el ciclo hidrológico, y como resultado no es una causa del calentamiento global.
El aumento de las emisiones de dióxido de carbono causa alrededor del 50-60% del calentamiento global. Las emisiones de dióxido de carbono han aumentado de 280 ppm en 1850 a 364 ppm en la década de 1990.
En el párrafo anterior se han mencionado varias actividades humanas que contribuyen a la emisión de gas de dióxido de carbono. De estas actividades, la combustión de combustibles fósiles para la generación de energía causa alrededor del 70-75% de las emisiones de dióxido de carbono, siendo la principal fuente de emisiones de dióxido de carbono. El 20-25% restante de las emisiones se debe al desmonte y la quema de tierras y a las emisiones de los tubos de escape de los vehículos de motor.
La mayoría de las emisiones de dióxido de carbono proceden de los procesos industriales de los países desarrollados, como los de Estados Unidos y Europa. Sin embargo, las emisiones de dióxido de carbono de los países en desarrollo están aumentando. En este siglo, se espera que las emisiones de dióxido de carbono se dupliquen y que sigan aumentando y causando problemas después.
El dióxido de carbono permanece en la troposfera entre cincuenta y doscientos años.
La primera persona que predijo que las emisiones de dióxido de carbono procedentes de la quema de combustibles fósiles y otros procesos de combustión causarían el calentamiento global fue Svante Arrhenius, que publicó el artículo «Sobre la influencia del ácido carbónico en el aire sobre la temperatura del suelo» en 1896.
A principios de los años 30 se confirmó que el dióxido de carbono atmosférico estaba realmente aumentando. A finales de los años 50, cuando se desarrollaron técnicas de medición muy precisas, se confirmó aún más. En la década de 1990, la teoría del calentamiento global era ampliamente aceptada, aunque no por todos. Todavía se debate si el calentamiento global está realmente causado por el aumento del dióxido de carbono en la atmósfera.
El aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en el aire en las últimas décadas
El tratado de Kioto
Los líderes mundiales se reunieron en Kioto, Japón, en diciembre de 1997 para considerar un tratado mundial que restringiera las emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente de dióxido de carbono, que se cree que causan el calentamiento global. Desgraciadamente, aunque los tratados de Kioto han funcionado durante un tiempo, Estados Unidos intenta ahora evadirlos.
Dióxido de carbono y salud
El dióxido de carbono es esencial para la respiración interna del cuerpo humano. La respiración interna es un proceso por el que el oxígeno se transporta a los tejidos del cuerpo y el dióxido de carbono se aleja de ellos.
El dióxido de carbono es un guardián del pH de la sangre, que es esencial para la supervivencia.
El sistema tampón en el que el dióxido de carbono desempeña un papel importante se llama tampón de carbonato. Está formado por iones de bicarbonato y dióxido de carbono disuelto, con ácido carbónico. El ácido carbónico puede neutralizar los iones de hidróxido, que aumentarían el pH de la sangre cuando se añaden. El ión bicarbonato puede neutralizar los iones de hidrógeno, lo que provocaría una disminución del pH de la sangre cuando se añade. Tanto el aumento como la disminución del pH suponen una amenaza para la vida.
Aparte de ser un tampón esencial en el sistema humano, el dióxido de carbono también es conocido por causar efectos en la salud cuando las concentraciones superan un determinado límite.
Los principales peligros para la salud del dióxido de carbono son:
– Asfixia. Causada por la liberación de dióxido de carbono en un área confinada o sin ventilación. Esto puede reducir la concentración de oxígeno a un nivel inmediatamente peligroso para la salud humana.
– Congelación. El dióxido de carbono sólido está siempre por debajo de -78 oC a una presión atmosférica normal, independientemente de la temperatura del aire. La manipulación de este material durante más de uno o dos segundos sin la protección adecuada puede causar graves ampollas, y otros efectos no deseados. El gas de dióxido de carbono liberado de un cilindro de acero, como el de un extintor, causa efectos similares.
– Daño renal o coma. Esto está causado por una alteración del equilibrio químico del tampón de carbonato. Cuando las concentraciones de dióxido de carbono aumentan o disminuyen, provocando la alteración del equilibrio, puede producirse una situación de peligro para la vida.