Karbondioksid

Karbondioksid er en kjemisk forbindelse av karbon og oksygen med kjemisk formel CO2, den er en ikke-brennbar, sur og fargeløs gass med en svak syrlig lukt og smak. Den løser seg lett opp i vann, hvor den også forekommer ofte, for eksempel i det som i dagligtale kalles kullsyre i leskedrikker, men som er en uriktig betegnelse. Med metalloksider eller hydroksid, kan karbondioksid danne to typer salter, nemlig karbonater og hydrogenkarbonat.

CO2 er en viktig del av det globale karbonkretsløpet, samt en naturlig del av luften som en viktig drivhusgass i atmosfæren: Menneskelig aktivitet, spesielt forbrenning av fossile energikilder, har økt andelen CO2 i atmosfæren, angitt i parts per million (ppm), fra cirka 280 før starten av industrialiseringen til cirka 400 i 2015. Denne tendensen er fortsatt stigende.Markus Reichstein: Universell und Überall. Der terrestrische Kohlenstoffkreislauf im Klimasystem. In: Jochem Marotzke, Martin Stratmann (Hrsg.): Die Zukunft des Klimas. Neue Erkenntnisse, neue Herausforderungen. Ein Report der Max-Planck-Gesellschaft. Beck, München 2015, ISBN 978-3-406-66968-2, S. 123–136, insb. S. 127. Denne økningen resulterer i en forsterkning av den naturlige drivhuseffekten, som i sin tur anses å være hovedårsaken til dagens globale oppvarming.Jochem Marotzke: «Vorhersagen sind schwierig…» Möglichkeiten und Grenzen von Klimamodellen, In: Ders., Martin Stratmann (Hrsg.): Die Zukunft des Klimas. Neue Erkenntnisse, neue Herausforderungen. Ein Report der Max-Planck-Gesellschaft. Beck, München 2015, ISBN 978-3-406-66968-2, S. 9-22, hier S. 22.

Ved forbrenning av stoffer som inneholder karbon med tilstrekkelig oksygen oppstår CO2. Gassen oppstår også i organismer og levende vesener som et produkt av celleånding. Planter, alger og noen bakterier og arkebakterier konverterer CO2 etter fiksering i biomasse. Under fotosyntesen skapes glukose fra uorganisk CO2 og vann.

CO2 kan være giftig, men konsentrasjonen i luften er langt fra nok til at det er skadelig. Den har et bredt spektrum av tekniske anvendelser. I kjemisk industri brukes den for eksempel ved fremstilling av urea. I fast form som tørris er CO2 mye brukt som kjølemiddel, og som såkalt superkritisk karbondioksid blir brukt som løse- og ekstraheringsmiddel.
Gassen har siden 1990-tallet fått økt anvendelse som arbeidsmedium pga. dens transkritiske egenskaper, blant annet innenfor komfortkjøling av bilkupéer.

 Historie 
mini|left|Jan Baptist van Helmont kalte karbondioksid for Spiritus Sylvestre.

Karbondioksid var en av de første gassene som fikk et navn. På 1600-tallet observerer den flamske kjemikeren Jan Johannes van Helmont at massen av trekull ble redusert under forbrenningen, ettersom massen av den gjenværende aske var mindre enn det kull som ble brukt. Hans tolkning var at resten av kullet hadde blitt omgjort til et usynlig stoff som han kalte gass eller Spiritus Sylvestre («Vild ånd»).William Emerson Brock, B. Kleidt, H. Voelker: Viewegs Geschichte der Chemie, Springer-Verlag, ISBN 3-540-67033-5, S. 35.

Egenskapene til karbondioksid ble undersøkt mer grundig av den skotske legen Joseph Black. Han oppdaget i 1754 at når kalk (kalsiumkarbonat, CaCO3) blandes i en løsning med syrer, frigjøres en gass som han kalte fixed air («fiksert/etablert luft»).William Emerson Brock, B. Kleidt, H. Voelker: Viewegs Geschichte der Chemie, Springer-Verlag, ISBN 3-540-67033-5, S. 50. Han innså at denne gassen var tyngre enn luft og ikke opprettholder forbrenningprosesser. Ved injisering av denne gass i en oppløsning av kalsiumhydroksid så han at en fellingsreaksjon skjedde. Dette fenomen fikk ham til å forstå at karbondioksid oppstår i pusting hos pattedyr, og frembringes av mikrobiologisk fermentering. Hans arbeid viste at gasser kan være involvert i kjemiske reaksjoner, og bidro til at en vente seg bort fra teorien om flogiston.William Emerson Brock, B. Kleidt, H. Voelker: Viewegs Geschichte der Chemie, Springer-Verlag, ISBN 3-540-67033-5, S. 72.

Joseph Priestley lyktes i 1772 med den første produksjon av brus ved å tilføre svovelsyre i en kalkløsning, for deretter å oppløse den resulterende karbondioksid i en mugge med vann.J. Priestley, W. Hey: Observations on Different Kinds of Air. By Joseph Priestley, L L. D. F. R. S.. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 62, 1772, S. 147–264, doi:10.1098/rstl.1772.0021. I 1823 lyktes Humphry Davy og Michael Faraday med å gjøre karbondioksid om til en væske ved å øke trykket.Humphry Davy: On the Applicatin of Liquids Formed by the Condensation of Gases as Mechanical Agents. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 113 (1823): S. 199–205, doi:10.1098/rstl.1823.0020. Den første beskrivelsen av fast karbondioksid kommer fra Charles Thilorier, i 1834 trykksatt han en beholder med flytende karbondioksid. Da han åpnet beholderen fant han ut at en spontan fordampning finner sted, noe som fører til avkjøling slik at også en del faststoff av CO2 ble dannet.Duane H. D. Roller, M. Thilorier: Thilorier and the First Solidification of a «Permanent» Gas (1835). In: Isis. 43, 1952, S. 109, doi:10.1086/349402.

 Forekomst 
Karbondioksid er i atmosfæren, i hydrosfæren, i litosfæren og biosfæren. Karbon utveksles mellom disse sfærene i stor grad i form av karbondioksid. I atmosfæren var det i 2015 rundt 830 gigatonn (830 000 000 000 tonn) karbon i form av karbondioksid.Markus Reichstein: Universell und Überall. Der terrestrische Kohlenstoffkreislauf im Klimasystem. In: Jochem Marotzke, Martin Stratmann (Hrsg.): Die Zukunft des Klimas. Neue Erkenntnisse, neue Herausforderungen. Ein Report der Max-Planck-Gesellschaft. Beck, München 2015, ISBN 978-3-406-66968-2, S. 123–136, insb. S. 125. hydrosfæren inneholder cirka 38 000 gigatonn med karbon i form av fysisk oppløst karbondioksid, samt oppløst hydrogenkarbonater og - karbonater. Litosfæren omfatter den klart største andelen av kjemisk bundet karbondioksid. Karbonatbergarter som kalsitt og dolomitt inneholder cirka 60 millioner gigatonn karbonMartin Kappas: Klimatologie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-1827-2, S. 159 I tillegg til dette kommer innholdet av karbon i permafrostområder som tundraen i Arktis og Antarktis ved polområdene, boreal barskog eller fjellområder som lagrer store mengder karbon.Andrea Rehmsmeier: Auf dünnem EisDeutschlandfunk – Wissenschaft im Brennpunkt vom 7. August 2016ipa.arcticportal.org: International Permafrost Association  (5. November 2016)

 Forekomst i atmosfæren 
mini|left|Utvikling av konsentrasjon av CO2 i løpet av de siste 420 000 årene opptatt med direkte og indirekte målinger viser
mini|left|Global distribusjon av karbondioksid i troposfæren, registrert av Atmospheric Infrarød Sounder (AIRS) instrumentert av NASA i juli 2008.

Karbondioksid er en sporgass i atmosfære. Konsentrasjonen i 2013 er lokalt overskred terskelen på 400 ppm (parts per million, deler per million), som ble målt av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) i USA på Mauna Loa (Mauna Loa-observatoriet), Hawaii.J. Ewald: Carbon Dioxide at NOAA’s Mauna Loa Observatory reaches new milestone: Tops 400 ppm. In: NOAA Research, 10. Mai 2013.Pumphandle 2012: Time history of atmospheric carbon dioxide, Video der Geschichte des atmosphärischen Kohlenstoffs in den letzten 800.000 Jahren, carbontracker.noaa.gov

En studie publisert høsten 2016 i tidsskriftet Science kunne for første gang fremvise en lineær sammenheng mellom utslipp av CO2 og smelting av sommerisen i Arktis: «Et tonn CO2 = -3 km3 sommeris».deutschlandfunk.de, Forschung aktuell, 5. November 2016, Volker Mrasek: Jeder New-York-Fluggast lässt drei Quadratmeter Arktis-Meereis schmelzen (5. November 2016)

Den totale massen av karbondioksid i atmosfæren er cirka 3000 gigatonn eller cirka 800 gigatonn karbon (forholdet mellom molar masse av CO2 til C er 44:12). Konsentrasjonen varierer både med årstidene og lokalt, spesielt på bakken. I urbane områder er konsentrasjonen generelt høyere i lukkede rom, der kan konsentrasjonen være opp til ti ganger høyere enn gjennomsnittet.

Karbondioksid absorberer noe av varmestrålingen fra solen (den infrarøde), mens den kortbølgede del av solstrålingen kan passere nesten uhindret. Et absorberende legeme avgir også varmestråling i henhold til sin temperatur. Disse funksjonene gjør karbondioksid til en såkalt klimagass. Etter vanndamp utgjør karbondioksid den andre store klimagassen i forhold til sin mengdeandel i atmosfæren, selv om den spesifikke virkningen av metan og ozon er høyere. Alle klimagasser sammen øker den gjennomsnittlige temperaturen på jordoverflaten på grunn av den naturlige drivhuseffekten fra cirka -18 °C til +15 °C. Karbondioksid har en relativt stor andel av den samlede effekten og dermed bidrar dermed til å gjøre klimaet vennlig for livet på jorden.Karsten Schwanke, Nadja Podbregar, Dieter Lohmann, Harald Frater: Naturkatastrophen. Wirbelstürme, Beben, Vulkanausbrüche – entfesselte Gewalten und ihre Folgen, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-88684-6, S. 119.

Atmosfærens innhold av karbondioksid har vært utsatt for store svingninger i løpet av historien, noe som har hatt ulike biologiske, kjemiske og fysiske årsaker. For 500 millioner år siden var karbondioksidkonsentrasjonen omtrent 20 ganger høyere enn dagens nivå. Verdien sank jevnt og var i jura om lag fire til fem ganger sin nåværende verdi. Siden da har verdien falt videre. I alle fall de siste 800 000 år har andelen alltid vært under 300 ppm. Konsentrasjon av karbondioksid i den siste 10 000 år har holdt seg relativt stabilt på 300 ppm. Balansen i karbonkretsløpet har dermed vært i likevekt over dette tidsrommet. Fra begynnelsen av den industrielle revolusjon på 1800-tallet har karbondioksidinnholdet i atmosfæren økt. Den nåværende konsentrasjonen er trolig den høyeste på flere hundre tusen år.Iain Colin Prentice et al.: The Carbon Cycle and Atmospheric Carbon Dioxide.  In: IPCC Third Assessment Report. 2001, S. 185, abgerufen am 21. Dezember 2013.

I perioden 1960 til 2005 økte karbondioksidinnholdet med 1,4 ppm per år.J. G. Canadell, C. Le Quere, M. R. Raupach, C. B. Field, E. T. Buitenhuis, P. Ciais, T. J. Conway, N. P. Gillett, R. A. Houghton, G. Marland: Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 104, 2007, S. 18866–18870, doi:10.1073/pnas.0702737104.

mini| Keeling-kurven viser økningen i atmosfærisk karbondioksid innhold siden 1958

De antropogene, altså menneskeskapte, utslipp av karbondioksid, er cirka 36,3 gigatonn per år. Dette utgjør bare en liten andel av de fra naturlige kilder av karbondioksid som er på cirka 550 gigatonn per år. Men fordi det naturlige karbonsluket opptar samme mengde CO2 hold karbondioksidkonsentrasjonen seg relativt konstant før industrialiseringen. Den ekstra karbondioksiden er omtrent halvparten av biosfærens og av verdenshavenes (som fører til forsuring) opptak, slik at de nå absorberer mer karbondioksid enn de avgir.A. P. Ballantyne, C. B. Alden, J. B. Miller, P. P. Tans, J. W. C. White: Increase in observed net carbon dioxide uptake by land and oceans during the past 50 years. In: Nature. 488, 2012, S. 70–72, doi:10.1038/nature11299. Den andre halvparten av karbondioksidutslippene forblir i atmosfæren, hvor det fører til målbar økning i konsentrasjonen. Denne kurven som viser økt karbondioksidkonsentrasjon er beskrevet av Charles David Keeling, og den såkalte Keeling-kurven er oppkalt etter ham. Denne ble første gang vist i begynnelsen av 1960-årene.

Det er generelt akseptert at det er en statistisk signifikant menneskeskapt innflytelse på klimaet, som er delvis ansvarlig for den global oppvarming. Denne oppvarmingen har svært sannsynlig for en stor del sin årsak i økningen i drivhuseffekten på grunn av utslipp av klimagasser.S. A. Montzka, E. J. Dlugokencky, J. H. Butler: Non-CO2 greenhouse gases and climate change. In: Nature. 476, 2011, S. 43–50, doi:10.1038/nature10322. Det karbondioksid som produseres i tillegg har en andel på cirka 60 % av drivhuseffekten.Gerald A. Meehl, Warren M. Washington, Caspar M. Ammann, Julie M. Arblaster, T. M. L. Wigley, Claudia Tebaldi: Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate. In: Journal of Climate. 17, 2004, S. 3721–3727, .James E. Hansen, Makiko Sato, Reto Ruedy, Larissa Nazarenko, Andrew Lacis, Gavin A. Schmidt, Gary Russell et al.: Efficacy of climate forcings. In: Journal of Geophysical Research. Vol. 110, Issue D18, 27. September 2005, doi:10.1029/2005JD005776.

I mars 2015 ble det i henhold til National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) for første gang målt mer enn 400 ppm CO2 i jordens atmosfære.

 Forekomst i verdenshavene 
Vannet i havet inneholder karbondioksid i oppløst form, så vel som karbondioksid i likevekt med hydrogenkarbonater og karbonater. Den oppløste mengde varierer med årstidene, fordi den avhenger av temperaturen og saltinnholdet i vannet: Kaldt vann oppløser mer karbondioksid enn varmt. Fordi kaldt vann har større tetthet, synker karbondioksidinnholdet i havene på dypere lag. Bare ved trykk over 300 bar og temperaturer over 120 °C (393 K) er situasjonen annerledes, som i nærvær av dyp med geotermiske skorsteiner.Zhenhao Duan, Rui Sun: An improved model calculating CO2 solubility in pure water and aqueous NaCl solutions from 273 to 533 K and from 0 to 2000 bar. In: Chemical Geology. 193, 2003, S. 257–271, doi:10.1016/S0009-2541(02)00263-2.

I havet er det omtrent 50 ganger mer karbon enn inneholdet i atmosfæren. Havet fungerer som en stort karbonsluk og absorberer cirka en tredjedel av den frigitte mengden karbondioksid fra menneskelig aktivitet. I de øvre lag av verdenshavene er karbondioksid delvis bundet av fotosyntesen. Med ved økende oppløsning av karbondioksid senkes alkaliteten til saltvann, og det er fryktet at dette vil påvirke dannelsen av skjell hos organismer.Tom Garrison: Oceanography: an invitation to marine science, 2005, Verlag Thomson Brooks/Cole, Belmont, CA, ISBN 0-534-40887-7, S. 505. På den annen side er det bevis for at økt karbondioksid konsentrasjon stimulerer noen arter til økt skjellproduksjon.J. B. Ries, A. L. Cohen, D. C. McCorkle: Marine calcifiers exhibit mixed responses to CO2-induced ocean acidification. In: Geology. 37, 2009, S. 1131–1134, doi:10.1130/G30210A.1.

 Forekomst i ferskvann 
Gjennom spesielle geologiske forhold kan ferskvann oppta betydelige mengder med karbondioksid, som vann fra mineralkilder eller i innsjøer i utdødde vulkaner, kalt Maarer. I sjeldne tilfeller inntreffer naturkatastrofer på grunn karbondioksid. I 1986 inntraff en katastrofe på Lake Nyos i Kamerun. Innsjøen ligger i et gammelt vulkankrater i Oku-vulkansk område. Et magmakammer strømmet ut i innsjøen, og karbondioksid ble oppløst i vannet slik at det ble mettet. Sannsynligvis forårsaket et jordras at store mengder karbondioksid fra innsjøen ble sluppet ut, noe som drepte omkring 1700 innbyggere og 3500 dyr i omkringliggende landsbyer. I 1984 inntraff en liknende katastrofe ved Lake Monoun der vannet ble mettet med karbondioksid på grunn av en slik hendelse. Under denne spontane frigjøringen av karbondioksid omkom 37 mennesker. Dessuten har Kivusjøen i Sentral-Afrika høye konsentrasjoner av oppløste gasser på dypt vann. Det er anslått at rundt 250 km³ karbondioksid er oppløst i denne innsjøen.

 Forekomst utenom jorden 
mini|Påvisning av karbondioksid (grønn) i protoplanetarisk skive 

Atmosfæren på Venus består av cirka 96,5 % karbondioksid, og har en massen på cirka 90 ganger Jordens atmosfære, med et trykk på 90 bar. Det høye karbondioksidinnholdet er en årsak til den sterke drivhuseffekten på planeten. Videre i forhold til jorden har den gjennomsnittlig en 41 millioner kilometer kortere avstand fra solen, noe som resulterer i en overflatetemperatur på cirka 480 °C. Karbondioksid er også den viktigste delen av atmosfære på Mars, som utgjør rundt 95 % av innholdet. På polene til Mars er den atmosfærisk delen av karbondioksid delvis bundet som tørris. Det atmosfæriske trykk er svært lavt, bare cirka syv millibar, noe som fører til at dens drivhuseffekten bare gir en økning av temperaturen på om lag 5 °C. Dette til tross for det høye karbondioksidinnhold. Atmosfærene til de ytre planetene i solsystemet, samt til deres satellitter, inneholder også karbondioksid. Opprinnelsen til denne er knyttet til konsekvensene av kometer som Shoemaker–Levy 9 og kosmisk støv.E. Lellouch, B. Bezard, J.I. Moses, G.R. Davis, P. Drossart, H. Feuchtgruber, E.A. Bergin, R. Moreno, T. Encrenaz: The Origin of Water Vapor and Carbon Dioxide in Jupiter's Stratosphere. In: Icarus. 159, 2002, S. 112–131, doi:10.1006/icar.2002.6929.Dale P. Cruikshank, Allan W. Meyer, Robert H. Brown, Roger N. Clark, Ralf Jaumann, Katrin Stephan, Charles A. Hibbitts, Scott A. Sandford, Rachel M.E. Mastrapa, Gianrico Filacchione, Cristina M. Dalle Ore, Philip D. Nicholson, Bonnie J. Buratti, Thomas B. McCord, Robert M. Nelson, J. Brad Dalton, Kevin H. Baines, Dennis L. Matson: Carbon dioxide on the satellites of Saturn: Results from the Cassini VIMS investigation and revisions to the VIMS wavelength scale. In: Icarus. 206, 2010, S. 561–572, doi:10.1016/j.icarus.2009.07.012. Med instrumenter som Hubble-teleskopet har NASA funet eksoplaneter som HD 189733 b med karbondioksid.

Karbondioksid er funnet både i det interstellare rom, i den protoplanetarisk skive og rundt unge stjerner.L.B. d'Hendecourt, M. Jourdain de Muizon: The discovery of interstellar carbon dioxide. In: Astronomy and Astrophysics, 223 (1989), S. L5–L8 (Volltext). Dannelsen skjer ved overflatereaksjoner med karbonmonoksid og oksygen til vann- og ispartikler ved temperaturer rundt -123 °C (150 K). Ved fordampning av isen frigjøres karbondioksid. I det frie rommet mellom, er konsentrasjonen forholdsvis lav, ettersom vann og karbonmonoksid er dannet ved reaksjoner med atomært og molekylært hydrogen.D. Talbi, E. Herbst: The gas-phase destruction of interstellar carbon dioxide: Calculations on the reactions between CO2 and H2 and between CO2 and H. In: Astronomy and Astrophysics. 386, 2002, S. 1139–1142, doi:10.1051/0004-6361:20020312.

 Utvinning og produksjon 
Karbondioksid som produseres ved forbrenning av karbonholdige brennstoffer, spesielt fossile energikilder. Totalt blir omtrent 36 milliarder tonn karbondioksid per år frigjort i verden, og dette blir sluppet ut i atmosfæren. Prosesser for karbonfangst og -lagring er for tiden (2016) i begynnelsen av sin utvikling, og er ennå ikke klar for serieproduksjon. Metodenes effektivitet og lønnsomhet, spesielt i sammenheng med bærekraftige energisystemer, blir vurdert kritisk.Henrik Lund, Brian Vad Mathiesen, The role of Carbon Capture and Storage in a future sustainable energy system. In: Energy 44, (2012), 469–476, doi:10.1016/j.energy.2012.06.002.

Karbondioksid dannes ved reaksjon mellom karbon og oksygen:

 o.A.: Schülerduden Chemie, Bibliografisches Institut & F.A. Brockhaus AG, Mannheim 2007, ISBN 978-3-411-05386-5, S. 195.

Teknisk sett er karbondioksid generert når en brenner koks med luftoverskudd. Ved kullforgassing og dampreforming av naturgass, er karbondioksid et produkt av vann-gass-skiftreaksjonen i syntesegassproduksjon:



For anvendelse i Haber–Bosch-prosessen og metanolproduksjon blir syntesegassen vasket, for eksempel ved rectisolmetoden, slik at karbondioksid blir produsert i store mengder i meget ren form.G. Hochgesand: Anwendung von Absorptionsverfahren für die CO2-Entfernung aus Natur- und Synthesegasen. In: Chemie Ingenieur Technik – CIT. 40, 1968, S. 432–440, doi:10.1002/cite.330400904.Birgit Kessler, Jörg Von Eysmondt, Heinrich Merten: Nutzung von CO2 aus Rauchgasen für chemische Synthesen. In: Chemie Ingenieur Technik. 64, 1992, S. 1075–1083, doi:10.1002/cite.330641207. Karbondioksid oppstår som et biprodukt ved kalkbrenning. Ved påfølgende rensing ved dannelsen av kaliumkarbonat til bikarbonat og påfølgende utslipp ved oppvarming, blir om lag 530 millioner tonn gjenvunnet hvert år.

For anvendelse i et laboratorium kan karbondioksid frigjøres fra kalsiumkarbonat og saltsyre, for eksempel i et Kipp's apparat. Enheten var tidligere i mye brukt i laboratorier, men metoden blir nå sjelden brukt, siden karbondioksid er tilgjengelig i gassflasker eller som tørris.H. Kolbe: Antiseptische Eigenschaften der Kohlensäure. In: Journal für Praktische Chemie. 26, 1882, S. 249–255, doi:10.1002/prac.18820260116.

 Egenskaper 
mini|Fasediagram for karbondioksid (ikke i målestokk)
mini|Krystallstruktur i tørris.

 Fysiske egenskaper 
Karbondioksid opptrer ved normalt trykk som et fast stoff ved temperaturer under -78,5 °C. Dette stoffet kalles tørris. Hvis dette blir oppvarmet vil det ikke smelte, men blir sublimert direkte til gassform.

Trippelpunkt der de tre fasene av faststoff, væske og gass finnes ved termodynamisk likevekt, er ved en temperatur på -56,6 °C og et trykk på 5,19 bar..

Den kritiske temperaturen er 31,0 °C, det kritiske trykket 73,8 bar og den kritiske tettheten 0,468 g/cm³. Under den kritiske temperaturen kan karbondioksid komprimeres ved trykkøkning til en fargeløs væske. Ved romtemperatur kreves et trykk på cirka 60 bar for at CO2 skal være i væskeform.

Fast karbondioksid krystalliserer i kubisk krystallstruktur i romgruppe Pa-3 (romgruppe nummer 205) med gitterparameteren a = 562,4 pm.A. Simon und K. Peters: Single-crystal refinement of the structure of carbon dioxide. In: Acta Crystallographica Section B. 1980, B36, S. 2750–2751, doi:10.1107/S0567740880009879.

Karbondioksid absorberer elektromagnetisk stråling hovedsakelig i regionen av spektret av infrarød, noe som gir molekylær vibrasjoner. Dette er selve årsaken til stoffets egenskap som klimagass.

Dens løselighet i vann er forholdsvis høy. Ved 20 °C under normalt trykk er metning i likevekt med ren karbondioksid ved 1688 mg/l. For sammenligning er løseligheten av oksygen eller nitrogen som følger: I rent oksygen er metningen allerede nådd ved 44 mg/l og ved ren nitrogen ved 19mg/l.Frank Wisotzky:Angewandte Grundwasserchemie, Hydrogeologie und hydrogeochemische Modellierung: Grundlagen, Anwendungen und Problemlösungen, 2011, Springer Verlag, ISBN 978-3-642-17812-2, S. 65. I standard tilstand er tetthet av karbondioksid 1,98 kg/m³.Roland Benedix: Bauchemie. Vieweg+Teubner Verlag, ISBN 978-3-8348-0584-3, S. 113.

 Molekylære egenskaper 
Karbondioksidmolekylet er lineært, det vil si at alle tre atomer ligge på en rett linje. Karbonet er bundet til to oksygenatomer med dobbeltbindinger, begge oksygenatomene har to frie elektronpar. Karbon-oksygen avstanden er 116,32 pm Karbon-oksygenbindinger er polarisert på grunn av de forskjellige elektronegativitetene til karbon og oksygen. Imidlertid vil de elektriske dipolmomenter oppheve hverandre utover på grunn av symmetri, slik at molekylet ikke har noe elektrisk dipolmoment.

 Kjemiske egenskaper 
mini|Boblende karbondioksid

Oppløst i vann danner karbondioksid karbonsyre (H2CO3), hvor mer enn 99 % av karbondioksidet bare er fysisk oppløst. Derfor er den vandige løsningen svakt sur. Karbonsyre som sådan, og den oppløste karbondioksid, er i en likevekt med deres dissosiative stoffer hydrogenkarbonat (bikarbonat, HCO3-) og karbonat (CO32-), som er i et pH-verdi avhengig forhold til hverandre. I vann ligger denne likevekten hovedsakelig mot siden av karbondioksid og bare i liten grad dannes det hydrogenkarbonationer.

Dersom oksoniumioner (H3O3) som er dannet i løpet av dissosiasjon blir oppfanget ved tilsetning av en alkalisk oppløsning med hydroksidioner (OH-), idet mengdeforholdet skifter i favør av karbonater.




Karbondioksid er et meget svakt oksidasjonsmiddel. Uedle metaller som for eksempel magnesium fungerer som et sterkt reduksjonsmiddel og reagerer med karbondioksid til å danne karbon og metalloksider:Hans-Dieter Barke: Chemiedidaktik heute. Springer-Verlag, Berlin 2001, ISBN 3-540-41725-7, S. 30.



På grunn av den positive partialladningen til karbon reagerer karbondioksid som elektrofil i karboksylering av karbon nukleofiler slik som metall-alkylider eller alkylmagnesium for å danne en karbon-karbon-binding. Med karbondioksid reagerer med fenolsyre med reaksjonsstoffet fenolkarboksylsyrer.

 Anvendelse 
Karbondioksid brukes i industrien til mange forskjellige formål. Det er billig, ikke-brennbart og anvendes som komprimert gass, i flytende form, som tørris eller i superkritisk fase. Den kjemiske industrien anvender karbondioksid som et råmateriale for kjemiske synteser.

 Bruk i næringsmiddelteknologi 
mini|upright|En beholder for tilsetting av karbondioksid i drikkevann.

I drikker som inneholdt karbondioksid stimuleres reseptorceller i munnen, noe som har en forfriskende effekt. For drikker som øl eller champagne kommer karbondioksid fra gjæringsprosessen. I andre drikker som limonade eller sodavann blir CO2 kunstig tilsatt, eller det benyttes naturlig mineralvann som inneholder CO2. Ved produksjon av slike varer blir karbondioksid pumpet inn i drikken under høyt trykk. Der cirka 0,2 % av vannet reagerer med karbondioksid og danner karbonsyre, mens den største del går i oppløsning som en gass i vannet. Som tilsetningsstoff kalles karbondioksid for E 290.

Gjær utvikler ved gjæring av sukker karbondioksid som benyttes som hevemiddel ved fremstilling av deig. Bakepulver er en blanding av natriumbikarbonat og et surt salt er også brukt som et hevemiddel, men gir ikke karbondioksid.

Ved produksjon av vin brukes tørris som kjølemiddel for å avkjøle nylig plukket druer uten fortynning med vann, noe som vil kunne skape spontan gjæring. Vindyrkerne i Beaujolais i Frankrike bruker kullsyregjæring for å produsere "Beaujolais Primeur .Hugh Johnson, Steven Brook: Der große Johnson. Die Enzyklopädie der Weine, Weinbaugebiete und Weinerzeuger der Welt, Verlag Gräfe und Unzer GmbH, 2009, ISBN 3-8338-1621-X, S. 135.

Ved lagring av frukt og grønnsaker spiller temperaturen en viktig rolle, men det samme gjør også sammensetningen av atmosfæren der disse produktene oppbevares. Hos fruktprodusenter og butikker kan epler som lagres i kontrollerte omgivelser være holdbare i flere tiår. Kunnskapen om at moden frukt forbruker oksygen og avgir karbondioksid, og at en atmosfære uten oksygen vil føre til at modningen stopper, går tilbake til begynnelsen av 1800-tallet. På 1930-tallet ble det for første gang konstruert et lager der innholdet av oksygen og karbondioksid i luften kontrolleres, dette ble utprøvd i Storbritannia.A. Keith Thompson: Fruit and Vegetables Harvesting, Handling and Storage, Blackwell Publishing, Oxford 2003, ISBN 1-4051-0619-0, S. 61–70. Den økonomiske betydningen av nøyaktig kontrollerte atmosfærer for fruktlagring er stor. Med tilsetning av karbondioksid til atmosfæren kan holdbarheten forlenges med flere måneder, dermed blir en mindre avhengigheten av import fra varmere strøk om vinteren og våren. På den annen side kan uriktig tilsetning av karbondioksid føre til feil i fruktkjøttet, dermed kan et helt lager eller en containertransport bli verdiløs.Hannah James und Jenny Jobling: The Flesh Browning Disorder of ‘Pink Lady’™ Apples. In: New York Fruit Quarterly, Band 16, Nr. 2, 2008, S. 23–28 Online PDF , 594 kB. Abgerufen am 22. Dezember 2013. De biokjemiske prosessene som fører til den forsinkede modning av frukt er ennå ikke forstått. For tiden er det antatt at både bremsing av modningsprosessen og dannelsen av forskjellige feil forårsaket av stressresponser blir styrt på cellenivå.

Frukt, grønnsaker og sopper som i detaljhandel blir pakket i folie,Irene Palacios et al.: Use of Modified Atmosphere Packaging to Preserve Mushroom Quality during Storage. In: Recent Patents on Food, Nutrition & Agriculture, Band 3, Heft 3, 2012, S. 196–203, doi:10.2174/2212798411103030196 blir gjerne utstyrt med en beskyttende atmosfære, dette for å forlenge holdbarheten. Dette gir også en beskyttelse av friskheten på vei til forbrukeren. I dag blir også kjøtt, fisk og sjømat, pasta, bakervarer og meieriprodukter solgt i slik forpakning. Typiske nivåer er 20 % karbondioksid for storfekjøtt, 50 % for storfekjøtt, svinekjøtt og pasta, 60 % for bakervarer og hele 80 % for fisk. En emballasje med bare karbondioksid unngås. Dette fordi det ville kunne føre til utviklingen av sykdomsfremkallende anaerobe bakterier, og i mange tilfeller påvirke farge og smak på produktene. Bestemmelse av optimal beskyttende atmosfære for et produkt er gjenstand for intens forskning i matindustrien.Anne Emblem: Predicting packaging characteristics to improve shelf-life. In: David Kilcast und Persis Subramaniam (Hrsg.): The stability and shelf-life of food, 2000, Woodhead Publishing, Cambridge (UK), ISBN 1-85573-500-8, S. 145–169.Joseph P. Kerry (Hrsg.): Advances in meat, poultry and seafood packaging, 2012, Woodhead Publishing, Cambridge (UK), ISBN 978-1-84569-751-8.

Superkritisk karbondioksid har høy løselighet for upolare stoffer og kan erstatte giftige organiske Løsemidler. Det brukes som ekstraksjonsmiddel, for eksempel for utvinning av naturstoffer som koffein ved fremstilling av koffeinfri kaffe.

 Teknisk anvendelse 
Karbondioksid anvendes ved brannslokking på grunn av sin egenskap til å fortrenge oksygen, spesielt i brannslokningsapparater og automatiske slukkeanlegg. CO2-brannslukningssystemer anvendes for å beskytte siloer eller lagerrom for brannfarlige væsker ved å fylle hele rommet med karbondioksid. Dette har imidlertid ført til gjentatte ulykker, med kvelning til følge. En studie av US Environmental Protection Agency (EPA) rapporterte om 51 ulykker i tidsrommet 1975–1997 med 72 dødsfall og 145 skadete på grunn av slike anlegg.

Karbondioksid brukes som kuldemedium i bilbransjen og stasjonære klimaanlegg, som industriell kjøling, supermarkeder og transportkjøling og drikkemaskiner. Den har en stor volummessig kjølekapasitet og dermed en høy effektivitet for et gitt volum. Karbondioksid har en lav miljøbelastning, ettersom det globale oppvarmingspotensialet bare er en brøkdel av de vanlige kjølemedier som brukes i dag. Det har heler ingen ozonnedbrytende potensial. Karbondioksid blir anvendt i sentralvarmesystemer og oppvarming i kjøretøyer. I gasskjølte atomreaktorer av type som Advanced Gas-cooled Reactor blir karbondioksid brukt som kjølemiddel.

Karbondioksid blir anvendt som en inertgass innenfor sveiseteknologi, enten i ren form eller som et tilsetningsstoff sammen med argon eller helium. Ved høye temperaturer er CO2 termodynamisk ustabil derfor er det ikke er referert til som lite reaksjonsvillig, i stedet blir det da omtalt som en aktiv gass.

mini|En kontinuerlig bølge karbondioksidlaser for koaksial elektrisk utladning med ytelse 50 000 watt.

I en såkalt karbondioksidlaser strømmer kontinuerlig en lasergass gjennom utladningsrøret, denne består av en blanding av nitrogen, helium og karbondioksid. I tillegg til den vanlige faste laseren, er det en av de mest bruket industrielt gasslasere med ytelse mellom 10 W og 20 kW. Virkningsgraden er omtrent 10 til 20 %.Douglas A. Skoog, James J. Leary, S. Hoffstetter-Kuhn: Instrumentelle Analytik: Grundlagen – Geräte – Anwendungen. Springer-Verlag, ISBN 3-540-60450-2, S. 285.

I flytende form omsettes karbondioksid i gassflasker. Det finnes to typer: flasker med stigerør for uttak av flytende karbondioksid og flaske uten stigerør for uttak av karbondioksid i gassform. Begge må være i vertikal posisjon ved transport. Flasken uten stigerør anvendes med trykkreduksjonsventil, mens den med stigerør hovedsakelig drives uten. Så lenge det fremdeles er flytende karbondioksid i trykkflasken, er det indre trykket bare avhengig av temperaturen. En måling av fyllingsnivået er derfor bare mulig via veiing for begge flasketypene. Kapasiteten for uttak av gass er begrenset av hvor mye varme som kan absorberes fra omgivelsene, den flytende karbondioksiden må nemlig fordampe i flasken for å gjenoppbygge det trykk som tilsvarer gjeldende temperatur.

Sublimasjon av tørris frembringer en hvit tåke fra den kalde karbondioksid-luftblanding, samt kondensasjon av luftfuktigheten i omgivelsene. Dette gir visuelle effekter som blir brukt i teater og konserter. I dag er det vanlig med tåkekjøling som tilleggsutstyr for røykmaskiner, som drives med flytende karbondioksid.

I økende grad blir karbondioksid anvendt i forbindelse med automatiserte prosesser for sandblåsing der overflater med spesielt høy renhet etterstrebes. Med sin kombinasjon av mekaniske, termiske og kjemiske egenskaper, kan «karbondioksid-snø», for eksempel oppløse og fjerne forskjellige typer av overflateurenheter uten gjenværende rester.Mark Krieg: Trockeneisstrahlen – mit Schnee oder mit Pellets? In: JOT Journal für Oberflächentechnik, 45.6 (2005): S. 50–55.

Superkritisk karbondioksid er et løsemiddel som brukes til rengjøring og avfetting, for eksempel wafere i halvlederindustrien og tekstiler i renserier.N. Dahmen, P. Griesheimer, A. Hebach: Reinigung und Oberflächenbehandlung mit komprimiertem Kohlendioxid. In: Galvanotechnik, 98 (2007) S. 1111–1120. Karbondioksid i denne tilstanden benyttes også som et reaksjonsmedium for produksjon av finkjemikalier. Disse brukes for eksempel til fremstilling av smakstilsetninger, fordi isolerte enzymer ofte forblir aktive og ingen rester av oppløsningsmidler forblir i produktene, i motsetning til organiske oppløsningsmidler.

I tertiære oljeutvinning blir superkritisk karbondioksid brukt til fylling av oljereservoar for å rense oljen fra større dyp til overflaten.F. M. Orr, J. J. Taber: Use of Carbon Dioxide in Enhanced Oil Recovery. In: Science. 224, 1984, S. 563–569, doi:10.1126/science.224.4649.563.

 Bruk som kjemisk råstoff 
I den kjemiske industri er karbondioksid brukt ved omsetning av ammoniakk, spesielt ved fremstilling av urea. I det første trinnet reagerer ammoniakk og karbondioksid til ammoniumkarbonat, som i det andre trinn reagerer videre under dannelse av urea og vann:





Ved reduksjon med hydrogen blir formamide dannet. Vider vil reaksjon med aminer, så som Dimetylamin blir dimetylformamid dannet.A. Behr, P. Ebbinghaus, F. Naendrup: Verfahrenskonzepte für die Übergangsmetallkatalysierten Synthesen von Ameisensäure und Dimethylformamid auf der Basis von Kohlendioxid. In: Chemie Ingenieur Technik. 75, 2003, S. 877–883, doi:10.1002/cite.200303221.

Ved å la karbondioksid reagere med natriumfenolat oppnås gjennom Kolbe–Schmitt-reaksjonen salisylsyre.H. Kolbe: Ueber Synthese der Salicylsäure. In: Liebigs Ann., 113 (1860), S. 125–127, doi:10.1002/jlac.18601130120.


Ved reaksjon med etylen blir etylen fremstilt. Dette skjer ved den såkalte OMEGA-Prosessen meget selektivt med vann for å gi til glykol.

Ved reaksjon med karbondioksid med en Grignard-forbindelse fører til dannelse av karbonsyre, for eksempel:


Telomerisering av karbondioksid med to molekyler av 1,3-butadien under homogene Palladium-katalyse fører til dannelse av finkjemikalier som laktoner under milde reaksjonsbetingelser.


Soda (natriumkarbonat) blir fremstilt i solvayprosessen av karbondioksid. Noen metallkarbonater slik som cerusitt, blir produsert for eksempel ved reaksjon mellom metallhydroksider og karbondioksid. Slike stoffer blir brukt som fargestoff.

På et høyt oljepris og lav strømpris, kan det i fremtiden være lønnsomt med utvinning av metan via Sabatier-prosessen fra karbon fra karbondioksid og hydrogen ved elektrolyse, for eksempel via energiproduksjon fra vindkraftverker.Alexis Bazzanella, Dennis Krämer, Martina Peters: CO2 als Rohstoff. In: Nachrichten aus der Chemie. 58, 2010, S. 1226–1230, doi:10.1002/nadc.201075752. Ellers vil videre bruk av karbondioksid bli uøkonomisk av termodynamiske grunner.

 Resirkulering av karbondioksid 
mini|Niederaussem kraftverk gjøres det forsøk med fangst av karbondioksid.

I tillegg til karbonfangst og -lagring går forskningen også i retning av å konvertere karbondioksid som dannes under forbrenning av fossile brensler til nyttbare forbindelser, og om mulig, dannelse av energibærere på nytt. For eksempel kan reduksjonsforbindelser slik som metanol og maursyre allerede fremstilles på denne måten.

Tilsvarende er syntese av urea en mulighet. Et fransk forskerteam undersøkte organisk katalyse, ved konvertering til formamid eller dens derivater.Christophe Das Neves Gomes, Olivier Jacquet, Claude Villiers, Pierre Thury, Michel Ephritikhine, Thibault Cantat: A Diagonal Approach to Chemical Recycling of Carbon Dioxide: Organocatalytic Transformation for the Reductive Functionalization of CO2. In: Angewandte Chemie. 124, 2012, S. 191–194, doi:10.1002/ange.201105516. Sidens energi til å drive prosessen må tilføres, er ikke disse metodene egnet for økonomisk produksjon av energi. Forskere ved RWTH Aachen har utviklet en homogen katalytisk prosess for fremstilling av metanol fra karbondioksid og hydrogen under trykk med en spesiell ruthenium-fosfin-kompleks til stede i katalysatoren og reagenser i en løsning.Sebastian Wesselbaum, Thorsten vom Stein, Jürgen Klankermayer, Walter Leitner: Hydrogenation of Carbon Dioxide to Methanol by Using a Homogeneous Ruthenium-Phosphine Catalyst. In: Angewandte Chemie. 124, 2012, S. 7617–7620, doi:10.1002/ange.201202320. Likeledes er en kontinuerlig fremgangsmåte for fremstilling av maursyre utviklet med et organometallisk ruthenium-kompleks, karakterisert ved at karbondioksid innehar en dobbelrolle både som reaktant og i en superkritisk form i den ekstraherende fase der maursyren dannes.Sebastian Wesselbaum, Ulrich Hintermair, Walter Leitner: Continuous-Flow Hydrogenation of Carbon Dioxide to Pure Formic Acid using an Integrated scCO2 Process with Immobilized Catalyst and Base. In: Angewandte Chemie. 124, 2012, S. 8713–8716, doi:10.1002/ange.201203185. I en annen variant som er utviklet av en spansk forskningsgruppe, kan karbondioksid omdannes via en iridium-katalysert hydrosilyleringsreaksjon og fanges opp i form av silyl-formater. Fra dette kan maursyre lett skilles ut. Denne reaksjon som allerede har blitt realisert på i mindre skala, foregår under meget milde reaksjonsbetingelser, er meget selektiv og har høy omsetning.Ralte Lalrempuia, Manuel Iglesias, Victor Polo, Pablo J. Sanz Miguel, Francisco J. Fernández-Alvarez, Jesús J. Pérez-Torrente, Luis A. Oro: Effective Fixation of CO2 by Iridium-Catalyzed Hydrosilylation. In: Angewandte Chemie. 124, 2012, S. 12996–12999, doi:10.1002/ange.201206165.

I Niederaussem kraftverk utforske RWE og Brain AG hvordan mikroorganismer kan konvertere CO2.Stefan Pelzer: Maßgeschneiderte Mikroorganismen. In: Biologie in unserer Zeit. 42, 2012, S. 98–106, doi:10.1002/biuz.201210472.

 Andre bruksområder 
Karbondioksid var opp til 1950-årene, vanlig i brukt som bedøvelse for mennesker, spesielt i USA,A. A. LaVerne: Rapid coma technique of carbon dioxide inhalation therapy. In: Diseases of the nervous system, 14.5 (1953), S. 141. og ble den gangen vurdert som svært tilfredsstillende. Etter dette er mer effektive anestetikum innført.

Imidlertid brukes fortsatt en metode med bedøving med karbondioksid før slakting av dyr.B. Nowak, T.V. Mueffling, J. Hartung: Effect of different carbon dioxide concentrations and exposure times in stunning of slaughter pigs: Impact on animal welfare and meat quality. In: Meat Science. 75, 2007, S. 290–298, doi:10.1016/j.meatsci.2006.07.014. Griser blir ført ned i grupper via en heis i en grop med en atmosfære som inneholder minst 80 % karbondioksid, hvor de mister bevisstheten. Denne prosedyren er kontroversielt og intensiv innsats gjøres for å forbedre metodene ut fra et dyrevernperspektiv.Roswitha Nitzsche: Verbesserung des Tierschutzes bei der Schweineschlachtung durch Neugestaltung des Zutriebs zur und in die CO2-Betäubungsanlage, Abschlussbericht, BLE – Forschungsvorhaben 05UM012/W, o. J. (2008), Max Rubner – Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Fleisch, Arbeitsbereich Technologie, Kulmbach Online PDF, 1,3 MB. Abgerufen am 22. Dezember 2013.ohne Verfasser: Systemimmanente Probleme beim Schlachten. Stand 21. August 2012, Deutscher Tierschutzbund e. V., Bonn 2012 Online PDF , 78 kB. Abgerufen am 22. Dezember 2013.Tierärztliche Vereinigung für Tierschutz (Hrsg.): Tierschutzgerechtes Schlachten von Rindern, Schweinen, Schafen und Ziegen. Merkblatt Nr. 89, 2007, Eigenverlag, Bramsche Online. Abgerufen am 22. Dezember 2013. Fisk blir lamslått ved å innføre gassformig karbondioksid eller ved å tilsette kullsyre i vannet.Lindsay G. Ross und Barbara Ross (Hrsg.): Anaesthetic and Sedative Techniques for Aquatic Animals. Third Edition, 2008, Blackwell Publishing, Oxford, ISBN 978-1-4051-4938-9, Kap. 9: Anaesthesia of Fish: II. Inhalation Anaesthesia Using Gases, S. 127–135. Metoden med å bedøve slaktedyr med karbondioksid er underlagt ulike restriksjoner i forskjellige land, for eksempel bestemmelser for hvilke dyr som tillates bedøvd på denne måten.

Karbondioksid blir anvendt som avføringsmiddel i form av stikkpiller. Ved utvikling av natriumdihydrogenfosfat og natriumbikarbonat under oppløsning av stikkpillen blir karbondioksid frigjort og ekspanderer i tarmen, noe som i sin tur utløser avføringsrefleksen.T. Frieling: Diagnostik bei anorektalen Erkrankungen. In: Praxis 96.7 (2007): S. 243–247.

Karbondioksid virker som et gjødsel, og brukes som det i drivhus. Grunnen til dette er mangelen på karbondioksid forårsaket av plantenes fotosyntese som forbruker CO2. Ved utilstrekkelig påfylling av frisk luft, spesielt om vinteren når ventilasjonen er lukket kan dette bli et problem. Karbondioksidet blir enten innført direkte som en ren gass eller som et forbrenningsprodukt av propan eller naturgass. Dette resulterer i en kobling av gjødsling og oppvarming. Den mulige økning av utbytte avhenger av omfanget av mangel på karbondioksid og i hvilken grad planter er utsatt for lys.S. C. Wong: Elevated atmospheric partial pressure of CO2 and plant growth. In: Oecologia. 44, 1979, S. 68–74, doi:10.1007/BF00346400. Karbondioksid blir anvendt i akvarier som et gjødsel for vannplanter. Ved tilførsel av organisk materiale øker karbondioksidinnholdet i vannet ved åndedrett på bekostning av oksygeninnholdet.

CO2 anvendes for å fange blodsugende insekter og smittebærere. Disse bruker karbondioksid som forekommer i pusten til verten til å orientere seg etter. Det blir frigjort fra tørris, fra gassflasker eller fra forbrenning av propan eller butan. Dette lokker insekter i nærheten til å bli dratt inn i et eget innsug.Y. T. Qiu, J. Spitzen, R. S. Smallegange, B. G. J. Knols: Monitor systems for adult insect pests and disease vectors. In: W. Takken & B.G.J. Knols (Hrsg.) Ecology and control of vector-borne diseases, volume 1: Emerging pests and vector-borne diseases in Europe. Wageningen Academic Publishers, ISBN 978-90-8686-053-1, S. 329–353.

 Fysiologiske effekter og farer 
mini|Symptomer på karbondioksidforgiftning. Ved nivåer på 1 % kan søvnighet oppstå, økes verdien til 3 % kan en føle redusert hørsel, økt hjertefrekvens og blodtrykk, enda høyere verdier fører til enda mer alvorlige symptomer og til slutt død ved rundt 8 %. 

Karbondioksid har skadevirkinger for dyr og mennesker om konsentrasjonen i innåndingsluften blir for stor. Den skadelige virkning er ikke bare basert på fortrengning av oksygenet i luften. EN-standarden EN 13779:2007 deler romluften inne i fire kvaliteter, avhengig av karbondioksidkonsentrasjonen: Verdier under 800 ppm regnes som god kvalitet, som moderat kvalitet regnes verdier mellom 800 og 1000 ppm (0,08 til 0,1 Vol %), mens verdier mellom 1000 og 1400 ppm anses som medium. For verdier over 1400 ppm er luftkvaliteten kategorisert som lav.UBA, Bekanntmachung des Umweltbundesamtes: Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft. In: Bundesgesundheitsblatt-Gesundheitsforsch-Gesundheitsschutz 51 (2008), S. 1358–1369. Til sammenligning er det globale gjennomsnittet av volumandel CO2 i luften cirka 400 ppm, men det varierer regionalt, og er sterkt avhengig av tid og sesongvariasjoner. Terskel grenseverdi for daglig eksponering i åtte timer per dag er 0,5 %. Ved en konsentrasjon på 1,5 %, øker åndedrettens minuttvolum med mer enn 40 %.

Ved høy konsentrasjon av karbondioksid inntrer reduksjon, eller i verste fall opphør av de autonome reflekser som styrer åndedrettene, først inntreffer hyperventilering og til slutt apné. Fra cirka 5 % karbondioksid i innåndingsluften oppstår hodepine og svimmelhet, ved høyere konsentrasjoner akselerert hjertefrekvens (takykardi), det oppstår økt blodtrykk, åndenød og forstyrrelser av bevisstheten, såkalt CO2-narkose. Konsentrasjon av karbondioksid på 8 % fører til døden i løpet av 30 til 60 minutter.

På grunn av at høye karbondioksidkonsentrasjoner forekommer i kjellere, siloer, brønner og kloakkummer, oppstår det stadig ulykker når personer oppholder seg slike steder. Gjennom gjæringsprosesser oppstår det betydelige mengder karbondioksid, ved gjæring av for eksempel én liter eplemost oppstår om lag 50 liter gjæringsgass. Ofte blir flere mennesker offer for en gjærgassforgifting fordi hjelperen under et redningsforsøk selv puster inn karbondioksid og bli bevisstløs. Redningen av et offer i situasjoner med høy karbondioksidkonsentrasjon er bare mulig for profesjonelt redningspersonell med uavhengig åndedrettsvern.Bodo Gorgaß, Friedrich W. Ahnefeld, Rolando Rossi: Rettungsassistent und Rettungssanitäter, Springer Verlag, 1997, ISBN 3-540-21487-9, side. 305–314.

Hvis tilstrekkelig ventilasjon ikke er tilstede, er naturlige konsentrasjoner av luften ofte formet av naturlig karbondioksidkilder i grotter og gruveganger. For eksempel har den italienske grotten Grotta del Cane (hundegrotten) en karbondioksidkonsentrasjon på cirka 70 %.Ester Majo: I fenomeni vulcanici della grotta del Cane (Campi Flegrei) in rapporto alle variazioni atmosferiche. In: Bulletin Volcanologique. 4, 1927, S. 84–92, doi:10.1007/BF02719519.

Karbondioksidkonsentrasjonen i blodet påvirker dets pH-verdi og således har det en indirekte virkning på oksygenbalansen. Bikarbonat-buffersystemet, som er et karbonsyre-hydrogenkarbonat-buffer, utgjør omtrent 50 % av den totale bufferkapasiteten til blodet, som katalyseres av enzymet karbonsyreanhydrase.David W. Christianson, Carol A. Fierke: Carbonic anhydrase: Evolution of the zinc binding site by nature and by design. In: Accounts of Chemical Research 29.7 (1996): S. 331–339, doi:10.1021/ar9501232.



Ved lavere pH-verdien vil dets oksygenbindendekapasitet avta. Ved det samme oksygeninnholdet i luften transport hemoglobin mindre oksygen. De såkalte bohreffekten og haldaneeffekten beskriver disse situasjonene.Peter Karlson: Karlsons Biochemie und Pathobiochemie. Thieme-Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 3-13-357815-4, side 38 (). En høy konsentrasjon av karbondioksid er også skadelig for planter. Som en indikatorplante brukes som mais, etter seks dagers eksponering med et karbondioksidnivå på 10 000 ppm får striper på bladene.M. Schwarz: Carbon toxicity in plants. In: International Symposium on Growing Media and Hydroponics, 1997, S. 481 (Abstract).

 Økologiske betydningen 
mini|Oversikt over fotosyntese og respirasjon

Planter og fotosyntetiske bakterier absorbere karbondioksid fra atmosfæren og omdanner den ved fotosyntese under påvirkning av lys og absorpsjon av vann, til i karbohydrater som glukose. Denne prosessen skjer frittgjør oksygen fra dekomposisjon av vann. De resulterende karbohydrater tjener som energikilder og byggemateriale for alle andre biokjemiske stoffer som polysakkarid, nukleinsyreer og proteiner. Karbondioksid gir dermed råstoff for dannelsen av all biomasse i primærproduksjon til økosystemene.Heinz-Gerhard Franck, Jürgen W. Stadelhofer: Sauerstoff und Kohlendioxid ? Schlüsselverbindungen des Lebens. In: Naturwissenschaften. 75, 1988, S. 585–590, doi:10.1007/BF00366470.

Nedbrytning av biomasse etter celleånding er en reversering av prosessen med fotosyntese, med dannelse av karbondioksid og forbruk av oksygen. Som et eksempel har utåndingsluften fra et menneske et CO2-innhold på cirka 4 %. Alle organismer i et økosystem ånder kontinuerlig, og er dermed avhengig av fotosyntesen som igjen er avhengig av tilgjengeligheten av lys. Dette fører til syklisk økning og reduksjon av karbondioksid i daglige og sesongmessige rytmer, avhengig av forskjellige lysintensitet.

I vann varierer også karbondioksidkonsentrasjonen i henhold til døgn- og årsrytmer. Karbondioksid og andre oppløste karbondsyrestoffer er i kjemisk likevekt, dette bestemmer det fremherskende pH-nivået i vannet i betydelig grad. Det kjemiske likevektsnivået av dissosiasjonen av ammonium/ammoniakk, nitritt/salpetersyrling, sulfid/hydrogensulfid er igjen avhengig av pH-nivået. Sammensetningen av disse stoffene avgjør giftigheten for organismene som lever i vann.

Dersom karbondioksid er oppbrukt ved fotosyntese i vannet, noe som indikeres av en pH-verdi nær 8,3, er noen arter av alger og vannplanter i stand til å utvinne den ønskede karbondioksid fra oppløste hydrogenkarbonat, slik at hydroksidioner frigjøres og gjør pH-nivået mer alkalisk. I næringsrike vann som karpedammer kan pH-verdien stige til 12, med tilhørende helsemessige konsekvenser for fisken, for eksempel kjertelnekrose hos karpefisk.Kurt Bauer: Zur Bedeutung der Kohlensäure in Karpfenteichen. In: Österreichs Fischerei, 44/1991, S. 49–64.

Forskere ved Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum hadde i 2012 en felles studie med andre institusjoner, beregnet at sporeplanter, altså lag av lav, alger og mose ved siden av nitrogen, binder cirka 14 milliarder tonn karbondioksid årlig. De binder like mye karbondioksid som det slippes årlig ut av skogbranner og brenning av biomasse over hele verden. Det er imidlertid ikke mulig å bekjempe klimaendringer ved hjelp av lag av sporeplanter, siden denne to-dimensjonale vegetasjonen lagrer klimagassen karbondioksid bare for noen få år.

En betydning lagring og frigjøring av karbondioksid skjer i jord. Hvor sterk frigjøringen av organisk bundet karbon fra jord er påvirket av de respektive miljøforhold og andre faktorer. Dette er for tiden i stor grad ukjent. Frigjøringen er imidlertid akselerert ved oppvarming, noe som har vært påvist i nyere studier og som kan ha en effekt på klimaet. Ved å indikere størrelsen av CO2-utslippene kan ulike prosesser bli sammenlignbare rent energimessig og økologisk. Disse vil bli konvertert til utslipp av karbondioksid fra fossile brensler.

 Deteksjon og kvantifisering 
En enkel påvisning av karbondioksid er oppnådd med en vandig kalsiumhydroksidoppløsning. For dette formål blir gassen som skal undersøkes innført i oppløsningen. Inneholder gassen karbondioksid, reagerer den med kalsiumhydroksid til vann og kalsium (kalk), som utfelles som et hvitt, fast stoff og oppløsningen blir uklar.



Med barytvann, en oppløsning i vann med bariumhydroksid blir testen mer sensitive, ettersom bariumkarbonat er mindre oppløselig enn kalsiumkarbonat.



I vandig oppløsning er karbondioksid titrering med 0,1 N Natronlut til pH-verdien 8,3, fargeforskyvningen av indikatoren fenolftalein. Målingen av syrebindende kapasitet, pH-nivå og elektriske ledningsevne, eller ionestyrken tillater beregning av karbondioksidinnholdet fra disse parameterne som følge av dissosiasjonlikevekt av karbonsyre.

Severinghaus-elektroden er en pH-elektrode med en bufferløsning av natrium, bestemmer karbondioksidkonsentrasjonen av en løsning ved å måle pH-forandring.



Karbondioksid kan etter infrarød- eller Raman-spektroskopi, hvorved de asymmetriske strekkervibrasjonene samt vippevibrasjoner er infrarød-aktive, mens det symmetriske strekkevibrasjonen er Raman-aktivt ved et bølgetall på 1480 cm−1 Raman-aktiv.Arthur Adel, David Dennison: The Infrared Spectrum of Carbon Dioxide. Part I. In: Physical Review. 43, 1933, S. 716–723, doi:10.1103/PhysRev.43.716. Instrumentet som brukes til dette kalles NDIR-sensor (non-dispersive infrared sensor).

 Referanser 

 Litteratur 
 Hans-Otto Pörtner: Auswirkungen von CO2-Eintrag und Temperaturerhöhung auf die marine Biosphäre. (PDF; 1,3 MB)
 Jens Soentgen, Armin Reller: CO2 – Lebenselixier und Klimakiller. Oekom-Verlag, München 2009, ISBN 978-3-86581-118-9.
 James Newton Butler: Carbon Dioxide Equilibria and Their Applications. Lewis Publishers, 1991, ISBN 0-87371-624-8.
 Martin M. Halmann, Meyer Steinberg: Greenhouse Gas Carbon Dioxide Mitigation: Science and Technology. CRC Press Inc, 1998, ISBN 1-56670-284-4.
 Martin M. Halmann: Chemical Fixation of Carbon Dioxide Methods Recycling: Methods of Recycling CO2 into Useful Products. CRC Press Inc, 1993, ISBN 0-8493-4428-X.

 Eksterne lenker 

 Carbon Dioxide Information Analysis Center  U.S. Department of Energy
 Carbon Monitoring for Action (CARMA) – Database med informasjon om karbondioksidutslipp fra 50 000 kraftverk og 4000 energiselskaper over hele verden.

Kategori:Gasser
Kategori:Uorganiske karbonforbindelser
Kategori:Oksider
Kategori:Drivhusgasser
Kategori:Klima
Kategori:Klimatologi