O dióxido de carbono foi um dos primeiros gases a ser descrito como uma substância distinta do ar respirável. No século XIX, o químico flamengo Jan Baptist van Helmont observou que quando o carvão era queimado num recipiente fechado, a massa resultante das cinzas era muito menor do que a do carvão original. Sua interpretação foi que o carvão se transformou em uma substância invisível que ele chamou de “gás” ou “espírito selvagem” (spiritus sylvestre).

As propriedades do dióxido de carbono foram estudadas mais detalhadamente em 1750 pelo médico escocês Joseph Black, que descobriu que o calcário (carbonato de cálcio) quando aquecido ou tratado com ácidos produzia um gás incolor que ele chamou de “ar fixo”. Ele observou que o ar fixo era mais denso que o ar atmosférico e que não sustentava a chama da combustão ou a vida animal. Black também descobriu que borbulhar em uma solução aquosa de cal (hidróxido de cálcio) precipitava carbonato de cálcio. Este fenômeno foi posteriormente usado para ilustrar que o dióxido de carbono é produzido organicamente pela respiração animal e pela fermentação microbiana. Em 1772, o químico inglês Joseph Priestley publicou um artigo intitulado Impregnação de Água com Ar Fixo no qual descreveu um processo de gotejamento de ácido sulfúrico (ou óleo de vitríolo, como Priestley o conhecia) sobre giz para produzir dióxido de carbono, forçando o gás a dissolver-se; Ao agitar uma tigela com água em contato com o gás, ele obteve água gaseificada. Esta foi a invenção da água gaseificada.

O dióxido de carbono foi liquefeito pela primeira vez (a pressões elevadas) em 1823 por Humphry Davy e Michael Faraday. A primeira descrição do dióxido de carbono sólido foi dada por Charles Thilorier"), que em 1834 abriu um vaso de pressão de dióxido de carbono líquido, apenas para descobrir que o resfriamento produzido pela rápida evaporação do líquido produzia "neve" de dióxido de carbono sólido (dióxido de carbono).

Contenido

El dióxido de carbono está presente, en forma gaseosa, en las atmósferas de varios planetas del sistema solar. Entre ellos, Venus, la Tierra y Marte. En los casos de Venus y Marte, sus atmósferas contienen más de un 95 % de CO. En el caso de la Tierra, esta concentración es mucho menor, de alrededor de un 0,042 % (unas 421 ppm).

La concentración de CO en la atmósfera terrestre ha variado a través de las edades. En el periodo devónico se produjo una elevada concentración de CO atmosférico sobre las 3000 ppm (muy por encima de las actuales 421 ppm) y se verificó[7]​ una extinción masiva hace 400 millones de años. Por otro lado, en el periodo jurásico (hace 150 millones de años), 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 dióxido de carbono representa menos de un 1% del volumen de la atmósfera de la Tierra (lo que lo incluye dentro del concepto de gas traza). En el año 2018 tenía una concentración de 407,8 partes por millón en volumen.[10]​ Esta cifra es una media anual, pero la concentración atmosférica de CO muestra estacionalidad, es decir, fluctúa ligeramente a lo largo del año. Esto se debe a la variación 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 están en su mayor desarrollo, lo que hace que consuman más CO y se reduzca la concentración de este en la atmósfera. Por el contrario, durante el otoño y el invierno del norte, las plantas entran en estado latente o mueren y se descomponen, lo que hace que consuman menos CO y aumente la concentración de este en la atmósfera. Las concentraciones varían también a nivel regional, con más fuerza cerca del suelo con variaciones mucho menores en lo alto. En las zonas urbanas las concentraciones son generalmente más altas[11]​ y en el interior de viviendas se pueden alcanzar concentraciones de 10 veces el nivel ambiental.

La combustión de combustibles fósiles y la deforestación han provocado un aumento de la concentración atmosférica de CO cercana al 43 % desde el comienzo de la era de la industrialización.[12]​ La mayor parte del dióxido de carbono de las actividades humanas es liberado por la quema de carbón y otros combustibles fósiles. Otras actividades humanas, como la deforestación, la quema de biomasa y la producción de cemento también producen CO. Los volcanes emiten entre 0,2 y 0,3 mil millones de toneladas de CO por año, en comparación con los cerca de 29 mil millones de toneladas por año de CO emitido por las actividades humanas.[13]​ Hasta el 40 % de los gases emitidos por algunos volcanes en erupción subaérea") es dióxido de carbono.[14]​.

Dióxido de carbono e o efeito estufa

O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa que absorve e emite radiação infravermelha em suas duas frequências ativas de vibração infravermelha. Este processo faz com que o dióxido de carbono aqueça a superfície e a atmosfera inferior e resfrie a atmosfera superior.

O caso mais extremo deste efeito estufa é aquele que ocorre na atmosfera do planeta Vênus "Vênus (planeta)"). Na atmosfera deste planeta, que tem uma concentração de 96,5% de dióxido de carbono, as camadas gasosas deste gás, combinadas com ácido sulfúrico, aquecem a atmosfera sob uma pressão de 94 atmosferas terrestres, criando uma temperatura superficial de centenas de graus Celsius.[15]​.

No caso do planeta Marte, sua atmosfera contém mais de 95,3% de CO na forma gasosa e devido às suas baixas temperaturas está presente na forma sólida em suas calotas polares. Apesar da elevada presença de CO na atmosfera de Marte, este planeta não apresenta efeito estufa já que sua atmosfera tênue e com baixa pressão atmosférica talvez pudesse impedir o suporte hidrodinâmico das nuvens deste gás.[16]​.

No caso da Terra, a grande maioria dos climatologistas concorda que o aumento da concentração atmosférica de CO e, portanto, do efeito estufa induzido pelo CO, é a principal razão para o aumento da temperatura média global desde meados do século. Embora o principal gás de efeito estufa responsável pelo aquecimento seja o dióxido de carbono, o metano, o óxido nitroso (óxido de nitrogênio (I)), o ozônio e outros gases de efeito estufa de longa duração também contribuem. O CO é o mais preocupante, uma vez que exerce uma maior influência global no aquecimento do que todos os outros gases combinados e porque tem uma longa vida atmosférica. Segundo o IPCC, mais de metade do CO emitido demora um século a ser eliminado da atmosfera e cerca de 20% do CO emitido permanecerá na atmosfera durante milénios.[18]​.

O aumento das concentrações de CO não só leva ao aumento da temperatura da superfície do planeta, mas o aumento das temperaturas globais também causa aumento das concentrações de CO. Isto produz um feedback positivo às mudanças induzidas por outros processos, como os ciclos orbitais. Há meio bilhão de anos, a concentração de dióxido de carbono era 20 vezes maior do que hoje, diminuiu para 4-5 vezes durante o período Jurássico e depois diminuiu lentamente, com uma redução particularmente rápida ocorrendo há 49 milhões de anos.

As concentrações locais de dióxido de carbono podem atingir valores elevados perto de fontes fortes, especialmente aquelas que estão isoladas pelo terreno circundante. Nas fontes termais de Bossoleto, perto de Rapolano Terme, na Toscana, Itália, situadas numa depressão em forma de tigela com aproximadamente 100 m de diâmetro, as concentrações de CO aumentam mais de 75% à noite, o suficiente para matar insectos e pequenos animais. Após o amanhecer, o gás se dispersa por convecção durante o dia.[22]​ Acredita-se que as altas emissões de CO no ar - produzidas pela perturbação das águas profundas do lago, saturadas de CO - tenham causado 37 mortes no Lago Monoun (Camarões) em 1984 e 1.700 vítimas no Lago Nyos (Camarões) em 1986.[23]​.

Possui diferentes usos industriais. Em todo o mundo, seu principal uso é em poços de petróleo para melhorar a quantidade de petróleo bruto extraído, principalmente nos Estados Unidos da América.[24]​.

Também é utilizado como agente extintor, eliminando o oxigênio encontrado naquele espaço e evitando que ocorra combustão.

Na indústria alimentícia, é utilizado em bebidas carbonatadas para lhes dar efervescência.

Também pode ser usado como ácido inofensivo ou pouco poluente. A acidez pode ajudar a coalhar os laticínios mais rapidamente e, portanto, mais baratos, sem adicionar qualquer sabor, e na indústria pode ser usada para neutralizar resíduos alcalinos sem adicionar outro ácido mais poluente, como o ácido sulfúrico.

Na agricultura, pode ser utilizado como fertilizante. Embora as plantas não consigam absorvê-lo pelas raízes, ele pode ser adicionado para diminuir o pH, evitar depósitos de calcário e tornar mais disponíveis alguns nutrientes do solo.

É utilizado em estufas e cultivos internos para aumentar o CO no meio ambiente através da combustão (propano ou gás natural) ou injeção de CO líquido puro e conseguir um aumento na colheita.[25]​.

Também na refrigeração é utilizado como uma espécie de líquido refrigerante em máquinas de refrigeração ou congelado como gelo seco. Esse mesmo composto é usado para criar neblina artificial e a aparência de água fervendo em efeitos especiais de filmes e shows.

Outro uso que vem aumentando é como agente extrator quando encontrado em condições supercríticas, dada a pouca ou nenhuma presença de resíduos nos extratos. Esta utilização está atualmente limitada à obtenção de alcalóides como a cafeína e determinados pigmentos, mas uma pequena revisão em revistas científicas pode dar uma visão do enorme potencial que este agente extrator apresenta, uma vez que permite realizar extrações em meios anóxidos, o que permite a obtenção de produtos com elevado potencial antioxidante. A temperatura e pressão críticas do dióxido de carbono podem ser modificadas pela adição de outras substâncias conhecidas como fluidos dopantes, o que é útil para certas aplicações, como seu uso em ciclos termodinâmicos para geração de eletricidade.[26]​ A combinação de CO com tais fluidos é chamada de mistura supercrítica de dióxido de carbono.[27]​.

Também é usado como material ativo para gerar luz coerente (laser CO).

Junto com a água, é o solvente mais utilizado em processos com fluidos supercríticos.

O dióxido de carbono é um subproduto indesejado em muitos processos químicos de grande escala, como a oxidação seletiva de hidrocarbonetos em oxigenados. O dióxido de carbono é o produto termodinamicamente favorecido em cada reação de oxidação. Portanto, o desafio no desenvolvimento desses processos é encontrar um catalisador adequado e condições de processo que permitam a produção do produto alvo termodinamicamente menos favorecido e minimizem a produção de dióxido de carbono.[28]​[29][30][31]​.

O astromóvel Perseverance levou para Marte "Marte (planeta)") um módulo chamado MOXIE – Mars Oxygen ISRU Experiment (ISRU Mars Oxygen Experiment), um dispositivo de utilização de recursos in situ cujo objetivo é produzir oxigênio a partir da atmosfera de Marte, que é composta de dióxido de carbono. do CO atmosférico marciano em pequena escala.[35]​ A reação líquida é mostrada abaixo:.

O dióxido de carbono pode ser detectado qualitativamente na forma gasosa pela reação com água barita (Ba(OH)) com a qual reage formando carbonato de bário, um precipitado branco insolúvel em excesso de reagente, mas solúvel em soluções ácidas. A quantificação do dióxido de carbono é feita por métodos ácido-base indiretos e por métodos instrumentais utilizando infravermelho.

O dióxido de carbono foi um dos primeiros gases a ser descrito como uma substância distinta do ar respirável. No século XIX, o químico flamengo Jan Baptist van Helmont observou que quando o carvão era queimado num recipiente fechado, a massa resultante das cinzas era muito menor do que a do carvão original. Sua interpretação foi que o carvão se transformou em uma substância invisível que ele chamou de “gás” ou “espírito selvagem” (spiritus sylvestre).

As propriedades do dióxido de carbono foram estudadas mais detalhadamente em 1750 pelo médico escocês Joseph Black, que descobriu que o calcário (carbonato de cálcio) quando aquecido ou tratado com ácidos produzia um gás incolor que ele chamou de “ar fixo”. Ele observou que o ar fixo era mais denso que o ar atmosférico e que não sustentava a chama da combustão ou a vida animal. Black também descobriu que borbulhar em uma solução aquosa de cal (hidróxido de cálcio) precipitava carbonato de cálcio. Este fenômeno foi posteriormente usado para ilustrar que o dióxido de carbono é produzido organicamente pela respiração animal e pela fermentação microbiana. Em 1772, o químico inglês Joseph Priestley publicou um artigo intitulado Impregnação de Água com Ar Fixo no qual descreveu um processo de gotejamento de ácido sulfúrico (ou óleo de vitríolo, como Priestley o conhecia) sobre giz para produzir dióxido de carbono, forçando o gás a dissolver-se; Ao agitar uma tigela com água em contato com o gás, ele obteve água gaseificada. Esta foi a invenção da água gaseificada.

O dióxido de carbono foi liquefeito pela primeira vez (a pressões elevadas) em 1823 por Humphry Davy e Michael Faraday. A primeira descrição do dióxido de carbono sólido foi dada por Charles Thilorier"), que em 1834 abriu um vaso de pressão de dióxido de carbono líquido, apenas para descobrir que o resfriamento produzido pela rápida evaporação do líquido produzia "neve" de dióxido de carbono sólido (dióxido de carbono).

Contenido

El dióxido de carbono está presente, en forma gaseosa, en las atmósferas de varios planetas del sistema solar. Entre ellos, Venus, la Tierra y Marte. En los casos de Venus y Marte, sus atmósferas contienen más de un 95 % de CO. En el caso de la Tierra, esta concentración es mucho menor, de alrededor de un 0,042 % (unas 421 ppm).

La concentración de CO en la atmósfera terrestre ha variado a través de las edades. En el periodo devónico se produjo una elevada concentración de CO atmosférico sobre las 3000 ppm (muy por encima de las actuales 421 ppm) y se verificó[7]​ una extinción masiva hace 400 millones de años. Por otro lado, en el periodo jurásico (hace 150 millones de años), 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 dióxido de carbono representa menos de un 1% del volumen de la atmósfera de la Tierra (lo que lo incluye dentro del concepto de gas traza). En el año 2018 tenía una concentración de 407,8 partes por millón en volumen.[10]​ Esta cifra es una media anual, pero la concentración atmosférica de CO muestra estacionalidad, es decir, fluctúa ligeramente a lo largo del año. Esto se debe a la variación 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 están en su mayor desarrollo, lo que hace que consuman más CO y se reduzca la concentración de este en la atmósfera. Por el contrario, durante el otoño y el invierno del norte, las plantas entran en estado latente o mueren y se descomponen, lo que hace que consuman menos CO y aumente la concentración de este en la atmósfera. Las concentraciones varían también a nivel regional, con más fuerza cerca del suelo con variaciones mucho menores en lo alto. En las zonas urbanas las concentraciones son generalmente más altas[11]​ y en el interior de viviendas se pueden alcanzar concentraciones de 10 veces el nivel ambiental.

La combustión de combustibles fósiles y la deforestación han provocado un aumento de la concentración atmosférica de CO cercana al 43 % desde el comienzo de la era de la industrialización.[12]​ La mayor parte del dióxido de carbono de las actividades humanas es liberado por la quema de carbón y otros combustibles fósiles. Otras actividades humanas, como la deforestación, la quema de biomasa y la producción de cemento también producen CO. Los volcanes emiten entre 0,2 y 0,3 mil millones de toneladas de CO por año, en comparación con los cerca de 29 mil millones de toneladas por año de CO emitido por las actividades humanas.[13]​ Hasta el 40 % de los gases emitidos por algunos volcanes en erupción subaérea") es dióxido de carbono.[14]​.

Dióxido de carbono e o efeito estufa

O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa que absorve e emite radiação infravermelha em suas duas frequências ativas de vibração infravermelha. Este processo faz com que o dióxido de carbono aqueça a superfície e a atmosfera inferior e resfrie a atmosfera superior.

O caso mais extremo deste efeito estufa é aquele que ocorre na atmosfera do planeta Vênus "Vênus (planeta)"). Na atmosfera deste planeta, que tem uma concentração de 96,5% de dióxido de carbono, as camadas gasosas deste gás, combinadas com ácido sulfúrico, aquecem a atmosfera sob uma pressão de 94 atmosferas terrestres, criando uma temperatura superficial de centenas de graus Celsius.[15]​.

No caso do planeta Marte, sua atmosfera contém mais de 95,3% de CO na forma gasosa e devido às suas baixas temperaturas está presente na forma sólida em suas calotas polares. Apesar da elevada presença de CO na atmosfera de Marte, este planeta não apresenta efeito estufa já que sua atmosfera tênue e com baixa pressão atmosférica talvez pudesse impedir o suporte hidrodinâmico das nuvens deste gás.[16]​.

No caso da Terra, a grande maioria dos climatologistas concorda que o aumento da concentração atmosférica de CO e, portanto, do efeito estufa induzido pelo CO, é a principal razão para o aumento da temperatura média global desde meados do século. Embora o principal gás de efeito estufa responsável pelo aquecimento seja o dióxido de carbono, o metano, o óxido nitroso (óxido de nitrogênio (I)), o ozônio e outros gases de efeito estufa de longa duração também contribuem. O CO é o mais preocupante, uma vez que exerce uma maior influência global no aquecimento do que todos os outros gases combinados e porque tem uma longa vida atmosférica. Segundo o IPCC, mais de metade do CO emitido demora um século a ser eliminado da atmosfera e cerca de 20% do CO emitido permanecerá na atmosfera durante milénios.[18]​.

O aumento das concentrações de CO não só leva ao aumento da temperatura da superfície do planeta, mas o aumento das temperaturas globais também causa aumento das concentrações de CO. Isto produz um feedback positivo às mudanças induzidas por outros processos, como os ciclos orbitais. Há meio bilhão de anos, a concentração de dióxido de carbono era 20 vezes maior do que hoje, diminuiu para 4-5 vezes durante o período Jurássico e depois diminuiu lentamente, com uma redução particularmente rápida ocorrendo há 49 milhões de anos.

As concentrações locais de dióxido de carbono podem atingir valores elevados perto de fontes fortes, especialmente aquelas que estão isoladas pelo terreno circundante. Nas fontes termais de Bossoleto, perto de Rapolano Terme, na Toscana, Itália, situadas numa depressão em forma de tigela com aproximadamente 100 m de diâmetro, as concentrações de CO aumentam mais de 75% à noite, o suficiente para matar insectos e pequenos animais. Após o amanhecer, o gás se dispersa por convecção durante o dia.[22]​ Acredita-se que as altas emissões de CO no ar - produzidas pela perturbação das águas profundas do lago, saturadas de CO - tenham causado 37 mortes no Lago Monoun (Camarões) em 1984 e 1.700 vítimas no Lago Nyos (Camarões) em 1986.[23]​.

Possui diferentes usos industriais. Em todo o mundo, seu principal uso é em poços de petróleo para melhorar a quantidade de petróleo bruto extraído, principalmente nos Estados Unidos da América.[24]​.

Também é utilizado como agente extintor, eliminando o oxigênio encontrado naquele espaço e evitando que ocorra combustão.

Na indústria alimentícia, é utilizado em bebidas carbonatadas para lhes dar efervescência.

Também pode ser usado como ácido inofensivo ou pouco poluente. A acidez pode ajudar a coalhar os laticínios mais rapidamente e, portanto, mais baratos, sem adicionar qualquer sabor, e na indústria pode ser usada para neutralizar resíduos alcalinos sem adicionar outro ácido mais poluente, como o ácido sulfúrico.

Na agricultura, pode ser utilizado como fertilizante. Embora as plantas não consigam absorvê-lo pelas raízes, ele pode ser adicionado para diminuir o pH, evitar depósitos de calcário e tornar mais disponíveis alguns nutrientes do solo.

É utilizado em estufas e cultivos internos para aumentar o CO no meio ambiente através da combustão (propano ou gás natural) ou injeção de CO líquido puro e conseguir um aumento na colheita.[25]​.

Também na refrigeração é utilizado como uma espécie de líquido refrigerante em máquinas de refrigeração ou congelado como gelo seco. Esse mesmo composto é usado para criar neblina artificial e a aparência de água fervendo em efeitos especiais de filmes e shows.

Outro uso que vem aumentando é como agente extrator quando encontrado em condições supercríticas, dada a pouca ou nenhuma presença de resíduos nos extratos. Esta utilização está atualmente limitada à obtenção de alcalóides como a cafeína e determinados pigmentos, mas uma pequena revisão em revistas científicas pode dar uma visão do enorme potencial que este agente extrator apresenta, uma vez que permite realizar extrações em meios anóxidos, o que permite a obtenção de produtos com elevado potencial antioxidante. A temperatura e pressão críticas do dióxido de carbono podem ser modificadas pela adição de outras substâncias conhecidas como fluidos dopantes, o que é útil para certas aplicações, como seu uso em ciclos termodinâmicos para geração de eletricidade.[26]​ A combinação de CO com tais fluidos é chamada de mistura supercrítica de dióxido de carbono.[27]​.

Também é usado como material ativo para gerar luz coerente (laser CO).

Junto com a água, é o solvente mais utilizado em processos com fluidos supercríticos.

O dióxido de carbono é um subproduto indesejado em muitos processos químicos de grande escala, como a oxidação seletiva de hidrocarbonetos em oxigenados. O dióxido de carbono é o produto termodinamicamente favorecido em cada reação de oxidação. Portanto, o desafio no desenvolvimento desses processos é encontrar um catalisador adequado e condições de processo que permitam a produção do produto alvo termodinamicamente menos favorecido e minimizem a produção de dióxido de carbono.[28]​[29][30][31]​.

O astromóvel Perseverance levou para Marte "Marte (planeta)") um módulo chamado MOXIE – Mars Oxygen ISRU Experiment (ISRU Mars Oxygen Experiment), um dispositivo de utilização de recursos in situ cujo objetivo é produzir oxigênio a partir da atmosfera de Marte, que é composta de dióxido de carbono. do CO atmosférico marciano em pequena escala.[35]​ A reação líquida é mostrada abaixo:.

O dióxido de carbono pode ser detectado qualitativamente na forma gasosa pela reação com água barita (Ba(OH)) com a qual reage formando carbonato de bário, um precipitado branco insolúvel em excesso de reagente, mas solúvel em soluções ácidas. A quantificação do dióxido de carbono é feita por métodos ácido-base indiretos e por métodos instrumentais utilizando infravermelho.