O que é dióxido de carbono e como é descoberto?Joseph Black, um químico e médico escocês, identificou pela primeira vez o dióxido de carbono na década de 1750. À temperatura ambiente (20-25 oC), o dióxido de carbono é um gás incolor e inodoro, que é ligeiramente ácido e não inflamável. |
CO2-molécula |
Propriedades de dióxido de carbono
Existem várias propriedades físicas e químicas, que pertencem ao dióxido de carbono.
Aqui vamos resumi-los numa tabela.
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Propriedade |
Valor |
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P>Peso molecular |
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Gravidade específica |
1.53 a 21 oC |
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Densidade crítica |
468 kg/m3 |
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Concentração no ar |
370,3 * 107 ppm |
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Estabilidade |
elevada |
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Líquido |
Pressão < 415.8 kPa |
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Sólido |
Temperatura < -78 oC |
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Henry constant for solubility |
298.15 mol/ kg * bar |
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Solubilidade da água |
0.9 vol/vol a 20 oC |
Onde na terra encontramos dióxido de carbono?
O dióxido de carbono pode ser encontrado principalmente no ar, mas também na água como parte do ciclo do carbono. Podemos mostrar-lhe como funciona o ciclo do carbono, através de uma explicação e de uma representação esquemática. –>Mover para o Ciclo do Carbono.
Aplicações do dióxido de carbono pelos seres humanos
Humans usam o dióxido de carbono de muitas maneiras diferentes. O exemplo mais familiar é o seu uso em refrigerantes e cerveja, para os tornar gasosos. O dióxido de carbono libertado pelo fermento em pó ou levedura faz subir a massa do bolo.
Alguns extintores de incêndio utilizam dióxido de carbono porque é mais denso do que o ar. O dióxido de carbono pode cobrir um incêndio, devido ao seu peso. Impede o oxigénio de chegar ao fogo e, como resultado, o material em combustão é privado do oxigénio de que necessita para continuar a arder.
O dióxido de carbono é também utilizado numa tecnologia chamada extracção de fluidos supercríticos que é utilizada para descafeinar o café. A forma sólida do dióxido de carbono, vulgarmente conhecida como Gelo Seco, é utilizada em teatros para criar nevoeiro cénico e fazer coisas como “poções mágicas” bolhas.
O papel do dióxido de carbono nos processos ambientais
O dióxido de carbono é um dos gases mais abundantes na atmosfera. O dióxido de carbono desempenha um papel importante em processos vitais de plantas e animais, tais como a fotossíntese e a respiração. Estes processos serão brevemente explicados aqui.
As plantas verdes convertem dióxido de carbono e água em compostos alimentares, tais como glicose, e oxigénio. Este processo chama-se fotossíntese.
A reacção da fotossíntese é a seguinte:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Plantas e animais, por sua vez, convertem os compostos alimentares combinando-os com oxigénio para libertar energia para o crescimento e outras actividades vitais. Este é o processo respiratório, o inverso da fotossíntese.
A reacção respiratória é a seguinte:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
A fotossíntese e a respiração desempenham um papel importante no ciclo do carbono e estão em equilíbrio umas com as outras.
A fotossíntese domina durante a parte mais quente do ano e a respiração domina durante a parte mais fria do ano. No entanto, ambos os processos ocorrem durante todo o ano. Globalmente, então, o dióxido de carbono na atmosfera diminui durante a estação de crescimento e aumenta durante o resto do ano.
Porque as estações nos hemisférios norte e sul são opostas, o dióxido de carbono na atmosfera aumenta no norte enquanto diminui no sul, e vice-versa. O ciclo está mais claramente presente no hemisfério norte; porque tem relativamente mais massa terrestre e vegetação terrestre. Os oceanos dominam o hemisfério sul.
Influência do dióxido de carbono na alcalinidade
O dióxido de carbono pode alterar o pH da água. É assim que funciona:
O dióxido de carbono dissolve-se ligeiramente na água para formar um ácido fraco chamado ácido carbónico, H2CO3, de acordo com a seguinte reacção:
CO2 + H2O –> H2CO3
Após isso, o ácido carbónico reage ligeiramente e reversivelmente na água para formar um cátion hidrónico, H3O+, e o ião bicarbonato, HCO3-, de acordo com a seguinte reacção:
H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
Este comportamento químico explica porque é que a água, que normalmente tem um pH neutro de 7, tem um pH ácido de aproximadamente 5.5, quando foi exposta ao ar.
Emissões de dióxido de carbono por seres humanos
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Dev>Due às actividades humanas, a quantidade de CO2 libertada para a atmosfera tem vindo a aumentar extensivamente durante os últimos 150 anos. Como resultado, excedeu a quantidade sequestrada na biomassa, nos oceanos e outros sumidouros. Tem havido uma subida nas concentrações de dióxido de carbono na atmosfera de cerca de 280 ppm em 1850 para 364 ppm em 1998, principalmente devido a actividades humanas durante e após a revolução industrial, que começou em 1850. Humans têm vindo a aumentar a quantidade de dióxido de carbono no ar através da queima de combustíveis fósseis, da produção de cimento e da realização de limpeza de terrenos e combustão florestal. Cerca de 22% das actuais concentrações atmosféricas de CO2 existem devido a estas actividades humanas, considerando que não há alteração nas quantidades naturais de dióxido de carbono. Vamos analisar mais de perto estes efeitos no próximo parágrafo. |
Problemas ambientais – o efeito estufa
A troposfera é a parte inferior da atmosfera, com cerca de 10-15 quilómetros de espessura. Dentro da troposfera existem gases chamados gases com efeito de estufa. Quando a luz solar chega à terra, parte dela é convertida em calor. Os gases de estufa absorvem parte do calor e prendem-no perto da superfície da terra, para que a terra seja aquecida. Este processo, vulgarmente conhecido como efeito de estufa, foi descoberto há muitos anos e foi posteriormente confirmado através de experiências de laboratório e medições atmosféricas.
A vida tal como a conhecemos só existe devido a este efeito natural de estufa, porque este processo regula a temperatura da terra. Quando o efeito estufa não existiria, toda a terra seria coberta de gelo.
A quantidade de calor retida na troposfera determina a temperatura na terra. A quantidade de calor na troposfera depende das concentrações de gases atmosféricos com efeito de estufa e da quantidade de tempo que estes gases permanecem na atmosfera. Os gases com efeito de estufa mais importantes são o dióxido de carbono, os CFC (clorofluoro-carbonos), os óxidos de azoto e o metano.
Desde o início da revolução industrial em 1850, os processos humanos têm vindo a provocar emissões de gases com efeito de estufa, tais como os CFC e o dióxido de carbono. Isto causou um problema ambiental: as quantidades de gases com efeito de estufa aumentaram de tal forma, que o clima da Terra está a mudar porque as temperaturas estão a aumentar. Esta adição não natural ao efeito de estufa é conhecida como aquecimento global. Suspeita-se que o aquecimento global possa causar aumentos na actividade das tempestades, derretimento das calotas de gelo nos pólos, o que causará inundações nos continentes habitados, e outros problemas ambientais.
Com o hidrogénio, o dióxido de carbono é o principal gás com efeito de estufa. No entanto, o hidrogénio não é emitido durante os processos industriais. Os seres humanos não contribuem para a quantidade de hidrogénio no ar, isto só se altera naturalmente durante o ciclo hidrológico, e como resultado não é uma causa do aquecimento global.
O aumento das emissões de dióxido de carbono causa cerca de 50-60% do aquecimento global. As emissões de dióxido de carbono aumentaram de 280 ppm em 1850 para 364 ppm nos anos 90.
No parágrafo anterior foram mencionadas várias actividades humanas que contribuem para a emissão de gás de dióxido de carbono. Destas actividades, a combustão de combustíveis fósseis para a produção de energia causa cerca de 70-75% das emissões de dióxido de carbono, sendo a principal fonte de emissões de dióxido de carbono. Os restantes 20-25% das emissões são causados pela limpeza e queima de terrenos e pela emissão de gases de escape de veículos automóveis.
A maior parte das emissões de dióxido de carbono derivam de processos industriais em países desenvolvidos, como nos Estados Unidos e na Europa. No entanto, as emissões de dióxido de carbono dos países em desenvolvimento estão a aumentar. Neste século, espera-se que as emissões de dióxido de carbono dupliquem e que continuem a aumentar e a causar problemas depois disso.
O dióxido de carbono permanece na troposfera cerca de cinquenta até duzentos anos.
A primeira pessoa que previu que as emissões de dióxido de carbono provenientes da queima de combustíveis fósseis e outros processos de queima causariam o aquecimento global foi Svante Arrhenius, que publicou o artigo “Sobre a influência do ácido carbónico no ar sobre a temperatura do solo” em 1896.
No início da década de 1930 foi confirmado que o dióxido de carbono atmosférico estava de facto a aumentar. Nos finais dos anos 50, quando foram desenvolvidas técnicas de medição altamente precisas, foi encontrada ainda mais confirmação. Nos anos 90, a teoria do aquecimento global foi amplamente aceite, embora não por todos. Se o aquecimento global é verdadeiramente causado pelo aumento do dióxido de carbono na atmosfera, ainda é debatido.
Crescente das concentrações de dióxido de carbono no ar nas últimas décadas
O tratado de Quioto
Líderes mundiais reunidos em Quioto, Japão, em Dezembro de 1997, para considerarem um tratado mundial que restringisse as emissões de gases com efeito de estufa, principalmente de dióxido de carbono, que se pensa serem a causa do aquecimento global. Infelizmente, embora os tratados de Quioto tenham funcionado durante algum tempo, a América está agora a tentar evitá-los.
Dióxido de carbono e saúde
O dióxido de carbono é essencial para a respiração interna de um corpo humano. A respiração interna é um processo pelo qual o oxigénio é transportado para os tecidos do corpo e o dióxido de carbono é levado para longe deles.
O dióxido de carbono é um guardião do pH do sangue, que é essencial para a sobrevivência.
O sistema tampão no qual o dióxido de carbono desempenha um papel importante é chamado de tampão carbonato. É constituído por iões de bicarbonato e dióxido de carbono dissolvido, com ácido carbónico. O ácido carbónico pode neutralizar iões hidróxidos, o que aumentaria o pH do sangue quando adicionado. O ião bicarbonato pode neutralizar iões de hidrogénio, o que causaria uma diminuição no pH do sangue quando adicionado. Tanto o aumento como a diminuição do pH é uma ameaça à vida.
A parte de ser um tampão essencial no sistema humano, sabe-se também que o dióxido de carbono causa efeitos na saúde quando as concentrações excedem um certo limite.
Os principais perigos para a saúde do dióxido de carbono são:
– Asfixia. Causado pela libertação de dióxido de carbono numa área confinada ou não ventilada. Isto pode baixar a concentração de oxigénio a um nível imediatamente perigoso para a saúde humana.
– Dores de congelação. O dióxido de carbono sólido é sempre inferior a -78 oC à pressão atmosférica regular, independentemente da temperatura do ar. O manuseamento deste material durante mais de um segundo ou dois sem protecção adequada pode causar sérias bolhas, e outros efeitos indesejados. O gás de dióxido de carbono libertado de um cilindro de aço, tal como um extintor de incêndio, causa efeitos semelhantes.
– Danos renais ou coma. Isto é causado por uma perturbação no equilíbrio químico do tampão carbonato. Quando as concentrações de dióxido de carbono aumentam ou diminuem, causando perturbações no equilíbrio, pode ocorrer uma situação de risco de vida.