Dioxido de carbono
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General
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Otros nombres
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Oxido de carbono(IV)
Anhidrido carbonico
Gas carbonico
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Formula semidesarrollada
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C
O
2
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Formula estructural
|
|
---|
Formula molecular
|
CO
2
|
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Identificadores
|
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Numero CAS
|
124-38-9
[
1
]
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Numero RTECS
|
FF6400000
|
---|
ChEBI
|
16526
|
---|
ChEMBL
|
CHEMBL1231871
|
---|
ChemSpider
|
274
|
---|
DrugBank
|
DB09157 09157, DB09157
|
---|
PubChem
|
280
|
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UNII
|
142M471B3J
|
---|
KEGG
|
C00011 D00004, C00011
|
---|
|
Propiedades fisicas
|
---|
Apariencia
|
Gas incoloro
|
---|
Densidad
|
1,976
kg
/
m³
; 0,001976
g
/
cm³
|
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Masa molar
|
44,01
g
/
mol
|
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Punto de fusion
|
194,7 K (?78 °C)
|
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Punto de ebullicion
|
216 K (?57 °C)
|
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Temperatura critica
|
304 K (31 °C)
|
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Presion critica
|
72.83
atm
|
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Estructura cristalina
|
Parecida al
cuarzo
|
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Viscosidad
|
0,07 cP a ?78 °C
|
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Propiedades quimicas
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Acidez
|
6,35 y 10,33 pK
a
|
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Solubilidad
en
agua
|
1,45 kg/m³
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Momento dipolar
|
0
D
|
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Termoquimica
|
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Δ
f
H
0
gas
|
-393,52 k
J
/
mol
|
---|
S
0
gas, 1 bar
|
213,79 J·mol
?1
·
K
|
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Peligrosidad
|
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NFPA 704
|
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Frases S
|
S9, S26,
S36
(liquido)
|
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Riesgos
|
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Ingestion
|
Puede causar irritacion, nauseas, vomitos y hemorragias en el tracto digestivo.
|
---|
Inhalacion
|
Produce asfixia, causa
hiperventilacion
. La exposicion a largo plazo es peligrosa. Asfixiante a grandes concentraciones
|
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Piel
|
En estado liquido puede producir congelacion.
|
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Ojos
|
En estado liquido puede producir congelacion.
|
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Compuestos relacionados
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Compuestos relacionados
|
Monoxido de carbono
Acido carbonico
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Valores en el
SI
y en
condiciones estandar
(25
℃
y 1
atm
), salvo que se indique lo contrario.
|
|
El
dioxido de carbono
(
formula quimica
CO
2
) es un compuesto de
carbono
y
oxigeno
que existe como
gas
incoloro en condiciones de temperatura y presion estandar (TPS).
Antes de las normas de la IUPAC de 2005, era tambien conocido como
anhidrido carbonico
. Este
compuesto quimico
esta compuesto de un
atomo
de
carbono
unido con
enlaces covalentes
dobles a dos atomos de
oxigeno
. El CO
2
existe naturalmente en la
atmosfera de la Tierra
como
gas traza
en una
fraccion molar
de alrededor de 400
ppm
.
[
2
]
La concentracion actual es de alrededor 0,04 % (410 ppm) en volumen, un 45 % mayor a los niveles preindustriales de 280 ppm. Fuentes naturales incluyen
volcanes
,
aguas termales
,
geiseres
y es liberado por rocas carbonatadas al diluirse en agua y acidos. Dado que el CO
2
es
soluble
en agua, ocurre naturalmente en
aguas subterraneas
,
rios
,
lagos
,
campos de hielo
,
glaciares
y
mares
. Esta presente en yacimientos de
petroleo
y
gas natural
.
[
3
]
El
CO
2
atmosferico
es la principal fuente de carbono para la vida en la
Tierra
y su concentracion preindustrial desde el
Precambrico
tardio era regulada por los organismos
fotosinteticos
y fenomenos geologicos. Como parte del
ciclo del carbono
, las
plantas
,
algas
y
cianobacterias
usan la
energia solar
para fotosintetizar
carbohidratos
a partir de CO
2
y agua, mientras que el O
2
es liberado como desecho.
[
4
]
Las plantas producen CO
2
durante la
respiracion
[
5
]
nocturna.
Es un producto de la respiracion de todos los
organismos aerobios
. Regresa al agua por las branquias de los peces y al aire mediante los pulmones de los
animales terrestres
, incluidos los humanos. Se produce CO
2
durante los procesos de
descomposicion
de materiales organicos y la
fermentacion
de azucares en la fabricacion de
vino
,
cerveza
y
pan
. Tambien se produce por la combustion de
madera
(
lena
),
carbohidratos
y
combustibles fosiles
como el
carbon
, la
turba
, el petroleo y el gas natural.
Respiracion celular
(mitocondrial):
Es un material industrial versatil usado, por ejemplo, como un gas inerte en soldadura y extintores de incendio, como presurizador de gas en armas de aire comprimido y recuperador de petroleo, como materia prima quimica y en forma liquida como solvente en la
descafeinizacion
y
secador supercritico
. Se agrega a las bebidas y en
gaseosas
incluidas la
cerveza
y el
champan
para agregar efervescencia. Su forma solida es conocida como ≪
hielo seco
≫ y se usa como refrigerante y abrasivo en rafagas a presion.
El dioxido de carbono es un importante
gas de efecto invernadero
. La quema de combustibles de carbono desde la
Revolucion Industrial
ha aumentado rapidamente su concentracion en la atmosfera, lo que ha llevado a un
calentamiento global
. Es ademas la principal causa de la
acidificacion del oceano
, ya que se disuelve en el agua formando acido carbonico.
[
6
]
Descubrimiento
[
editar
]
|
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≪Dioxido de carbono≫
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|
El dioxido de carbono fue uno de los primeros
gases
en ser descritos como una sustancia distinta del
aire
respirable. En el siglo
XVII
, el quimico flamenco
Jan Baptist van Helmont
observo que cuando se quema carbon en un recipiente cerrado, la masa resultante de la ceniza era mucho menor que la del carbon original. Su interpretacion fue que el carbon fue transformado en una sustancia invisible que el llamo un ≪gas≫ o ≪espiritu silvestre≫ (
spiritus sylvestre
).
Las propiedades del dioxido de carbono fueron estudiadas con mayor profundidad en 1750 por el medico escoces
Joseph Black
, quien encontro que la piedra caliza (carbonato de calcio) al calentarse o tratarse con acidos producia un gas incoloro que llamo ≪aire fijo≫. Observo que el
aire fijo
era mas denso que el aire atmosferico y que no sustentaba la llama de una combustion ni a la vida animal. Black tambien encontro que al burbujear a traves de una solucion acuosa de
cal
(hidroxido de calcio), se
precipitaba
carbonato de calcio. Posteriormente se utilizo este fenomeno para ilustrar que el dioxido de carbono se produce organicamente por la respiracion animal y la fermentacion microbiana. En 1772, el quimico ingles
Joseph Priestley
publico un documento titulado
Impregnacion de agua con aire fijo
en el que describia un proceso de goteo de acido sulfurico (o aceite de vitriolo, como Priestley lo conocia) en tiza para producir dioxido de carbono, obligando a que el gas se disolviera; agitando un cuenco de agua en contacto con el gas, obtuvo agua carbonatada. Esta fue la invencion del
agua carbonatada
.
El dioxido de carbono se licuo primero (a presiones elevadas) en 1823 por
Humphry Davy
y
Michael Faraday
. La primera descripcion de dioxido de carbono solido fue dada por
Charles Thilorier
, quien en 1834 abrio un recipiente a presion de dioxido de carbono liquido, solo para descubrir que el enfriamiento producido por la evaporacion rapida del liquido produjo ≪nieve≫ de
dioxido de carbono solido
(nieve carbonica).
En la atmosfera
[
editar
]
El dioxido de carbono esta presente, en forma gaseosa, en las atmosferas de varios planetas del sistema solar. Entre ellos, Venus, la Tierra y Marte. En los casos de Venus y Marte, sus atmosferas contienen mas de un 95 % de CO
2
. En el caso de la Tierra, esta concentracion es mucho menor, de alrededor de un 0,042 % (unas 421
ppm
).
La concentracion de CO
2
en la atmosfera terrestre ha variado a traves de las edades. En el periodo
devonico
se produjo una elevada concentracion de CO
2
atmosferico sobre las 3000 ppm (muy por encima de las actuales 421 ppm) y se verifico
[
7
]
una extincion masiva hace 400 millones de anos. Por otro lado, en el periodo
jurasico
(hace 150 millones de anos), los niveles superaron las 1700 ppm. La alta presencia se ha relacionado con un intenso vulcanismo y una alta temperatura ambiente en esos periodos.
[
8
]
[
9
]
Actualmente, el dioxido de carbono representa menos de un 1% del volumen de la
atmosfera de la Tierra
(lo que lo incluye dentro del concepto de
gas traza
). En el ano 2018 tenia una concentracion de 407,8
partes por millon
en volumen.
[
10
]
Esta cifra es una
media
anual, pero la concentracion atmosferica de CO
2
muestra
estacionalidad
, es decir, fluctua ligeramente a lo largo del ano. Esto se debe a la variacion que se produce en la masa vegetal presente en el hemisferio norte como consecuencia del cambio de las estaciones. Desde la segunda mitad de la primavera hasta el final del verano en el norte, las plantas estan en su mayor desarrollo, lo que hace que consuman mas CO
2
y se reduzca la concentracion de este en la atmosfera. Por el contrario, durante el otono y el invierno del norte, las plantas entran en estado latente o mueren y se descomponen, lo que hace que consuman menos CO
2
y aumente la concentracion de este en la atmosfera. Las concentraciones varian tambien a nivel regional, con mas fuerza cerca del suelo con variaciones mucho menores en lo alto. En las zonas urbanas las concentraciones son generalmente mas altas
[
11
]
y en el interior de viviendas se pueden alcanzar concentraciones de 10 veces el nivel ambiental.
La combustion de
combustibles fosiles
y la
deforestacion
han provocado un aumento de la concentracion atmosferica de CO
2
cercana al 43 % desde el comienzo de la
era de la industrializacion.
[
12
]
La mayor parte del dioxido de carbono de las actividades humanas es liberado por la quema de carbon y otros combustibles fosiles. Otras actividades humanas, como la deforestacion, la quema de biomasa y la produccion de cemento tambien producen CO
2
. Los
volcanes
emiten entre 0,2 y 0,3 mil millones de toneladas de CO
2
por ano, en comparacion con los cerca de 29 mil millones de toneladas por ano de CO
2
emitido por las actividades humanas.
[
13
]
Hasta el 40 % de los gases emitidos por algunos volcanes en
erupcion subaerea
es dioxido de carbono.
[
14
]
Dioxido de carbono y efecto invernadero
[
editar
]
El dioxido de carbono es un
gas de efecto invernadero
, que absorbe y emite radiacion infrarroja en sus dos frecuencias de vibracion activas en infrarrojos. Este proceso hace que el dioxido de carbono caliente la superficie y la atmosfera inferior y enfrie la atmosfera superior.
El caso mas extremo de este efecto invernadero es el que se da en la atmosfera del planeta
Venus
. En la atmosfera de este planeta, que tiene una concentracion del 96,5 % de dioxido de carbono, las capas gaseosas de este gas, combinadas con
acido sulfurico
, calientan la atmosfera sometida a una presion de 94 atmosferas terrestres creando una temperatura de superficie de centenares de grados Celsius.
[
15
]
En el caso del planeta Marte, su atmosfera contiene mas de un 95,3 % de CO
2
en forma gaseosa y debido a sus bajas temperaturas esta presente como un solido en sus casquetes polares. A pesar de la elevada presencia de CO
2
en la atmosfera de Marte, este planeta no presenta efecto invernadero ya que su tenue atmosfera con una baja presion atmosferica quizas podria impedir la sustentacion hidrodinamica de nubosidades de este gas.
[
16
]
En el caso de la Tierra, una gran mayoria de climatologos coinciden en que el aumento en la concentracion atmosferica de CO
2
, y por lo tanto en el efecto invernadero inducido por CO
2
, es la principal razon del aumento de la temperatura media global desde mediados del siglo
XX
. Aunque el principal gas de efecto invernadero responsable por el calentamiento es el dioxido de carbono, tambien contribuyen el
metano
, el
oxido nitroso
, el
ozono
, y otros gases de efecto invernadero de larga vida. El CO
2
es el mas preocupante, ya que ejerce una mayor influencia de calentamiento total que todos los otros gases combinados, y porque tiene una larga vida atmosferica. Segun el
IPCC
, mas de la mitad del CO
2
emitido tarda un siglo en eliminarse de la atmosfera y cerca del 20% del CO
2
emitido se mantendra en la atmosfera durante milenios
[
18
]
.
No solo el aumento de las concentraciones de CO
2
conducen a aumentos en la temperatura de la superficie del planeta, sino que el aumento de las temperaturas globales tambien causan un aumento de las concentraciones de CO
2
. Esto produce una
retroalimentacion positiva
a los cambios inducidos por otros procesos, como los
ciclos orbitales
.
[
19
]
Hace quinientos millones de anos la concentracion de dioxido de carbono era 20 veces mayor que la de hoy, disminuyo a 4-5 veces durante el periodo
Jurasico
y luego declino lentamente con
una reduccion particularmente veloz
que ocurrio hace 49 millones de anos.
[
20
]
[
21
]
Las concentraciones locales de dioxido de carbono pueden alcanzar valores altos cerca de fuentes fuertes, especialmente aquellas que estan aisladas por el terreno circundante. En las aguas termales de Bossoleto cerca de
Rapolano Terme
en la Toscana (
Italia
), situada en una depresion en forma de cuenco de aproximadamente 100 m de diametro, las concentraciones de CO
2
suben mas del 75 % durante la noche, lo suficiente para matar insectos y animales pequenos. Despues del amanecer el gas se dispersa por conveccion durante el dia.
[
22
]
Las altas emisiones de CO
2
al aire ?producidas por la perturbacion del agua profunda del lago, saturada con CO
2
? se cree que causaron 37 muertes en el
Lago Monoun
(
Camerun
) en 1984 y 1700 victimas en el
lago Nyos
(Camerun) en 1986.
[
23
]
Uso industrial
[
editar
]
Se utiliza como
agente extintor
eliminando el oxigeno encontrado en ese espacio, e impidiendo que se genere una combustion.
En la
industria alimentaria
, se utiliza en
bebidas carbonatadas
para darles
efervescencia
.
Tambien se puede utilizar como acido inocuo o poco contaminante. La acidez puede ayudar a cuajar lacteos de una forma mas rapida y por tanto barata, sin anadir ningun sabor, y en la industria se puede utilizar para neutralizar residuos alcalinos sin anadir otro acido mas contaminante como el
sulfurico
.
En agricultura, se puede utilizar como
abono
. Aunque las plantas no pueden absorberlo por las raices, se puede anadir para bajar el
pH
, evitar los depositos de cal y hacer
mas disponibles
algunos nutrientes del suelo.
Se utiliza en
invernaderos
y cultivos interiores para aumentar el CO
2
del ambiente mediante combustion (propano o gas natural) o inyeccion de CO
2
liquido puro y conseguir un aumento de la cosecha.
[
24
]
Tambien en
refrigeracion
se utiliza como una clase de liquido
refrigerante
en maquinas frigorificas o congelado como
hielo seco
. Este mismo compuesto se usa para crear niebla artificial y apariencia de hervor en agua en efectos especiales en el cine y los espectaculos.
Otro uso que esta incrementandose es como agente extractor cuando se encuentra en
condiciones supercriticas
, dada su escasa o nula presencia de residuos en los extractos. Este uso actualmente se reduce a la obtencion de
alcaloides
como la
cafeina
y determinados
pigmentos
, pero una pequena revision por revistas cientificas puede dar una vision del enorme potencial que este agente de extraccion presenta, ya que permite realizar extracciones en medios anoxidos, lo que permite obtener productos de alto potencial
antioxidante
. La
temperatura
y
presion criticas
del dioxido de carbono se puede modificar mediante la adicion de otras sustancias conocidas como
fluidos
dopantes, lo que es util para determinadas aplicaciones, como su uso en
ciclos termodinamicos
para la
generacion de electricidad
.
[
25
]
La combinacion del CO
2
con dichos fluidos se denomina
mezcla de dioxido de carbono supercritica
.
[
26
]
Es utilizado tambien como material activo para generar
luz coherente
(
laser
de CO
2
).
Junto con el agua, es el disolvente mas empleado en procesos con
fluidos supercriticos
.
El dioxido de carbono es un producto secundario no deseado en muchos procesos quimicos a gran escala, como la oxidacion selectiva de hidrocarburos a oxigenados. El dioxido de carbono es el producto termodinamicamente favorecido en cada reaccion de oxidacion. Por lo tanto, el reto en el desarrollo de estos procesos es encontrar un catalizador adecuado y condiciones de proceso que permitan la produccion del producto diana termodinamicamente menos favorecido y minimice la produccion de dioxido de carbono.
[
27
]
[
28
]
[
29
]
[
30
]
Uso medico del dioxido de carbono
[
editar
]
- Como agente de insuflacion en cirugias
laparoscopicas
.
- Como agente de contraste en
radiologia
de vasos sanguineos.
- En laser de CO
2
.
- Como agente para ventilacion mecanica en cirugias.
- En tratamiento de heridas craneales y ulceras agudas y cronicas.
- En tratamientos esteticos.
- En tratamiento de problemas circulatorios.
[
31
]
Fuente de oxigeno
[
editar
]
El astromovil
Perseverance
llevo a
Marte
un modulo denominado MOXIE
?
Mars Oxygen ISRU Experiment
(
Experimento ISRU de Oxigeno en Marte
), un dispositivo de
utilizacion de recursos in situ
cuyo fin es producir
oxigeno
a partir de la
atmosfera de Marte
, la cual esta compuesta por dioxido de carbono.
[
32
]
Esta tecnologia basada en la
electrolisis
podria ser considerada en el futuro para mantener la vida humana o hacer combustible de cohete para misiones de retorno.
[
33
]
El MOXIE logro producir oxigeno a partir de CO
2
atmosferico marciano a pequena escala.
[
34
]
A continuacion se muestra la reaccion neta:
- 2CO
2
2CO
+
O
2
Deteccion y cuantificacion
[
editar
]
El dioxido de carbono puede ser detectado cualitativamente en la forma de gas por la reaccion con agua de barita (Ba(OH)
2
) con la cual reacciona formando
carbonato de bario
, un
precipitado
blanco insoluble en exceso de reactivo pero soluble en soluciones acidas. La cuantificacion de dioxido de carbono se hace por metodos acido-base en forma indirecta y por metodos instrumentales mediante infrarrojo.
Vease tambien
[
editar
]
Referencias
[
editar
]
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Numero CAS
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Values given are dry air
mole fractions
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ppm
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MOXIE_MARS
Enlaces externos
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