Szén-dioxid
| Szén-dioxid | |
 2 dimenziós szerkezet |
 3 dimenziós szerkezet |
| IUPAC-név | szén-dioxid |
| Más nevek | mustgáz 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 |  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. | |
A szén-dioxid (CO2, régi helyesírással széndioxid) standard körülmények között 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%-áért 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 monomerszintézis). 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.
Kémiai és fizikai tulajdonságok
[szerkesztés]
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 üvegházhatású gázok közé. Nem reaktív és nem gyúlékony.
Felhasználása, gyártása, keletkezése
[szerkesztés]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.
Az égési folyamatokban keletkezik szerves anyagok, pl. fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor, mint légkörbe kibocsátott füstgáz.
A must forrásakor is keletkezik szén-dioxid, amit ilyenkor mustgáznak neveznek, és ami a pincében a földhöz közel összegyűlve oxigénhiányos állapotot idézhet elő, rosszullétet, szédülést, hányingert, mentális zavarokat okozva, nagyobb koncentrációban pedig fulladáshoz vezethet. Ennek megelőzésére hagyományosan gyertyát alkalmaztak, annak lángját azonban csak 14 százaléknyi szén-dioxid-tartalom oltja ki, miközben akár a 9 százalékos koncentráció is öt-tíz perc alatt végzetes lehet a pincében tartózkodóra.[17]
A szén körforgása
[szerkesztés]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-, 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 energiatartalmú, 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.
Üvegházhatás
[szerkesztés]
Az égéssel légkörbe bocsátott füstgázoknak és pl. anaerob bomlási folyamatokban keletkező metánnak jelentős napfény elnyelő tulajdonsága van, amiért „üvegházhatásúnak” nevezzük. Többek között a légkör utóbbi korokban mért melegedését, a klímaváltozást okozzák. Ezért a technológiák közül igyekeznek kiváltani az égéses energiafejlesztést, illetve ipari technológiákat.
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ a b c A szén-dioxid vegyülethez tartozó bejegyzés az IFA GESTIS adatbázisából. (JavaScript szükséges) (angolul)
- ↑ Mauna Loa CO2 éves átlagadatok az NOAA-tól.
- ↑ (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. ISSN 1748-9326. „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.”
- ↑ (2009. január 20.) „Examining the Scientific Consensus on Climate Change”. Eos 90 (3), 22–23. o. DOI:10.1029/2009EO030002.
- ↑ A Guardian cikke
- ↑ (2014) „The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts”. J. Catal. 311, 369-385. o.
- ↑ (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.
- ↑ Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts
- ↑ Mikhail, M., R. (2019. április 1.). „Plasma-catalytic hybrid process for CO2 methanation: optimization of operation parameters” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 126 (2), 629–643. o. DOI:10.1007/s11144-018-1508-8. ISSN 1878-5204.
- ↑ „Regenerative Synthese von chemischen Energiespeichern und Feinchemikalien” (angol nyelven).
- ↑ Catalysts for climate protection, 2019. augusztus 19. (Hozzáférés: 2019. december 15.)
- ↑ Voiry, Damien, Kian Ping (2018. január 10.). „Low-dimensional catalysts for hydrogen evolution and CO 2 reduction” (angol nyelven). Nature Reviews Chemistry 2 (1), 1–17. o. DOI:10.1038/s41570-017-0105. ISSN 2397-3358.
- ↑ Gomez, Elaine, Shyam (2019. november 1.). „Carbon dioxide reduction in tandem with light-alkane dehydrogenation” (angol nyelven). Nature Reviews Chemistry 3 (11), 638–649. o. DOI:10.1038/s41570-019-0128-9. ISSN 2397-3358.
- ↑ http://www.chemtube3d.com/vibrationsCO2.htm
- ↑ Ipari felhasználású gázok színjelölése[halott link]
- ↑ McHugh, M., Krukonis, V.: Supercritical Fluid Extraction, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Boston, (1994)
- ↑ Mitől életveszélyes a borkészítés? (Index, 2022. augusztus 14.)
Források
[szerkesztés]
- szén-dioxid-kvóták – Túl olcsón adtuk a szén-dioxid-kvótákat? – mno.hu Archiválva 2007. szeptember 27-i dátummal a Wayback Machine-ben (2007. április 24.)
- 10 százalékos csökkentést kér a magyar szén-dioxid kvótamennyiségből az Európai Bizottság. (2007. április 24.)
- Vita lesz a szén-dioxid-kibocsátási tervről Archiválva 2007. szeptember 27-i dátummal a Wayback Machine-ben (2007. április 19.)
