Koolstofdioksied

Koolstofdioksied of koolsuurgas, (chemiese formule CO2) is 'n kleurlose en reuklose gas wat natuurlik in die aarde se atmosfeer voorkom. Die konsentrasie in die Aarde se atmosfeer is egter taamlik klein, maar Mars en Venus s'n bestaan amper geheel uit hierdie gas. Venus se atmosfeer is nogtans baie digter as Mars s'n en bevat hiervan 19 000 maal meer as Mars s'n en 154 000 maal meer as die Aarde s'n.

 Chemiese eienskappe 
Uitgeasemde lug kan tot 4,4% uit koolstofdioksied bestaan. Koolstofdioksied word by verbranding van talle organiese stowwe vrygestel, soos benseen:

Dit is die koolstofoksied wat algemeen gevorm word, indien voldoende suurstof teenwoordig is. Indien die verbranding nie volledig is nie, kan koolstofmonoksied gevorm word. Hierdie tipe verbrandingsreaksie is die basis vir verhitting deur die verbrand van olie of die verbrandingsproses wat 'n motor voortbeweeg. 

Koolstofdioksied los goed in water op. Die oplosbaarheid in suiwer water neem af teen hoër temperature en die gas kan uit water verdryf word deur dit te kook.

Temperatuur °C0510152025303540[mg/L]1,10,910,760,650,560,480,420,360,31

Die waardes is nogtans ook afhanklik van die water se hardheid en die pH. Die opgeloste gas kan 'n swak en instabiele diprotiese brønstedsuur vorm: koolsuur.

Die soute van hierdie suur heet karbonate en is uiters belangrik in die geologie.

Koolstofdioksied is self ook 'n Lewis-suur en kan direk met basisse reageer. Met hidroksiede vorm dit die waterstofkarbonaatioon:

Kritieke gedrag
duimnael|Vaste koolsuur wat sublimeer|links Hier op aarde is  eintlik net as 'n gas bekend. Die vaste vorm sublimeer teen -78,5 °C sonder om te smelt en 'n vloeistof te vorm. Op Mars is die temperatuur laer en vorm die stof poolkappe van koolsuurys, maar vloeibare kooldioksied word nie aangetref nie. 

Teen hoër drukke is dit anders. Tot aan die kritieke temperatuur van 30,978 °C -taamlik digby kamertemperatuur- kan onder druk 'n vloeistof gevorm word. Hierdie vloeistof het 'n hoër digtheid as die dampfase waarmee dit in ewewig is. Teen die kritieke punt word die twee digthede egter eenders en bokant hierdie temperatuur is daar net een fase, 'n gas of 'n superkritiese vloeistof as mens hierdie uitdrukking liewer het. 

Superkritiese  word as oplosmiddel in ekstraksies van essensiële olies, hennep of kafeïen uit koffie gebruik. Dit het voordele bo ekstraksies met ander oplosmiddels omdat in die ekstrakte dikwels daarvan reste oorbly wat toksies kan wees. Dit is ook 'n goedkoop oplosmiddel.

 Kristalstrukture 
duimnael|links|Die -I-struktuurDie vaste stof wat by een atmosfeer en teen lae temperature gevorm word, het 'n kubiese, molekulêre struktuur met ruimtegroep Paa en a=562,24(2) pm. Teen 150K is die C=O-bindingsafstand 115,5 pm lank.  Hierdie fase word ook -I genoem

Onder hoër drukke is daar heelparty allotrope (polimorfe) met ander strukture. Dit veral belangrik omdat  op ander planete volop is en onder baie verskillende omstandighede kan voorkom.

-II ontstaan uit -III teen 30 GPa en ~500K. Dit het 'n ortorombiese of tetragonale struktuur (Prnnm of P4/nmn)
-III ontstaan uit -I teen 10GPa; die fast het ruimtegroep Cmcm, is moleculêr, maar met 'n ander stapeling
-IV ontstaan uit -II b0 750K. Dit het 'n tetragonale beta-krisoballietstruktur (P422) 
-V ontstaan teen P=40 GPa en T=1800K. Een berig stel dat dit 'n tridimietstruktuur (P222) het, 'n ander dat dit 'n polimeer is met 'n tetragonale P2d struktuur wat op die kristallobalietstruktuur lyk

In die -IV- en -V-fases lyk die strukture meer soos . Die molekulêre struktuur O=C=O met sy dubbelbindings word deur 'n netwerk van tetraëdriese -O-C-O-C-O-C-O-  enkelbindings vervang. Dit beteken dat in die inwendige van planete  dalk kan optree soos kwarts doen op aarde: as 'n rotsvormende mineraal

Fotosintese en respirasie

Plante gebruik sonlig om uit koolstofdioksied suikers te vervaardig. Dit word fotosintese genoem en is die basis vir koolstofkringloop van die grootse deel van die lewe hier op aarde. Diere en snags ook plante verbrand hierdie brandstof en asem kooldioksied uit. Die gemiddelde mens asem op 'n gemiddelde dag ongeveer 1 kg koolstofdioksied uit. Die presiese hoeveelheid hang af van die aktiwiteitsvlak - 'n persoon wat kragtig oefen, produseer tot agt keer soveel  as sy sittende broers.

 Gebruike 
 Voedsel 
Koolsuurgas is die "gas" in "gaskoeldrank" en kom ook van nature voor in mineraalwater. Dit word ook tydens fermentering gevorm en is verantwoordelik vir die skuim op bier. Gis of bakpoeier word gebruik om die gas in deeg vry te stel en dit te laat oprys.

 Blusmiddel 
Die stof word in sy vastestofvorm (koolsuursneeu) ook gebruik om vuur te bestry in gevalle waar water gevaarlik sou wees, byvoorbeeld by sommige chemiese en elektriese brande, of waar water groter skade kan veroorsaak, soos by papierargiewe. Dit word naas by elektriese brande veral gebruik by brande van brandbare vloeistowwe.

 -lasers 
Koolstodioksiedgas word saam met stikstof en helium gebruik as lasermedium. Die energietoestande van die kooldioksiedgas wat die benodigde populasieïnversie skep is die vibrasietoestande van die -molekule en die laserbundel wat die laser lewer is in die infrarooi met golflengtes van 10μm en 9,6μm.
Hierdie lasers het baie aanwendings. Dit het 'n deurlopende uitset met 'n hoë doeltreffendheid en hoë uitsetkrag. Dit word medies gebruik vir dermatologiese behandelings, maar ook industriële aanwendings in die sny of sweis van materiale.

 Aardverwarming 
duimnael|Die CO-vlakke op Mauna Loa
Die atmosfeer bevat tans ongeveer 387 deeltjies per miljoen (dpm) koolstofdioksied.Mauna Loa CO2 jaarlikse data (Maart 2009) deur NOAA. "Trend"-data is gebruik. Sien ook : Trends in Carbon Dioxide deur NOAA. Hierdie konsentrasie neem jaarliks toe en word vernaamlik veroorsaak deur die grootskaalse gebruik van fossielbrandstowwe, alhoewel daar ook ander faktore is, byvoorbeeld ontbossing."The increases in global atmospheric CO2 since the industrial revolution are mainly due to CO2 emissions from the combustion of fossil fuels, gas flaring and cement production. Other sources include emissions due to land use changes such as deforestation and biomass burning." (IPCC (2007). Fourth Assessment Report) Voor die begin van die nywerheidsomwenteling was die konsentrasie ongeveer 280 dpm. Die toename van koolstofdioksied speel 'n belangrike rol in aardverwarming.

 Sien ook 
 Koolstofmonoksied
 Koolstofsuboksied

 Verwysings 

Kategorie:Anorganiese verbindings
Kategorie:Gasse