Koolstofdioxide
| Koolstofdioxide | ||||
| Structuurformule en molecuulmodel | ||||
 |
||||
| Structuurformule | ||||
 |
||||
| Algemeen | ||||
| Molecuulformule (uitleg) |
CO2 | |||
| Andere namen | koolzuurgas | |||
| Molmassa | 44,01 g/mol | |||
| SMILES |
O=C=O
|
|||
| CAS-nummer | 124-38-9 | |||
| EG-nummer | 204-696-9 | |||
| Beschrijving | prikkelend gas | |||
| Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen | ||||
| P-zinnen | S9, S23 | |||
| Opslag | bij bewaring in een gasfles mag de temperatuur van de gasfles niet boven 50 °C uitkomen | |||
| Fysische eigenschappen | ||||
| Aggregatietoestand | gasvormig | |||
| Kleur | kleurloos | |||
| Dichtheid | (vast, droog ijs) 1,600 g/cm³, (gas) 1,98 10-3 g/cm³ |
|||
| Sublimatiepunt | -78,5 °C | |||
| Oplosbaarheid in water | 1,45 g/L | |||
| Thermodynamische eigenschappen | ||||
| ΔfH |
-393,5 kJ/mol | |||
| S |
213,8 J/mol·K | |||
| Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar) | ||||
|
||||
Koolstofdioxide, ook kooldioxide of koolzuurgas genoemd, chemische formule CO2, is een kleurloos en reukloos gas dat van nature in de atmosfeer voorkomt. Het molecuul is lineair (zie de afbeelding). Men spreekt ook wel van koolzuur, maar daarmee wordt eigenlijk diwaterstofcarbonaat (H2CO3), de oplossing van koolstofdioxide in water, bedoeld.
De atmosfeer van de aarde bevat tegenwoordig ongeveer 390 ppm koolstofdioxide (jan 2009). Deze concentratie neemt jaarlijks toe.[1] Het IPCC houdt zich intensief bezig met de mogelijke oorzaken en gevolgen daarvan voor de opwarming van de aarde.
Koolstofdioxide opgelost in water vormt koolzuur, wat veel gebruikt wordt in frisdranken. Het toevoegen van koolstofdioxide onder druk aan dranken voor de "prik", noemt men carboniseren. In bier zit koolzuur na vergisting van de maltose uit mout. Het komt ook van nature voor in sommige mineraalwaters.
Koolstofdioxide wordt in sommige typen brandblussers gebruikt om vuur te bestrijden, met name indien water gevaarlijk zou zijn als blusmiddel, doordat het chemische reacties veroorzaakt, stroom geleidt of grote schade kan veroorzaken, zoals in papieren archieven.
Inhoud |
Ontdekking [bewerken]
Koolstofdioxide werd ontdekt in het begin van de 17e eeuw door de Vlaming Jan Baptista van Helmont, die het 'sylvestergas' noemde. Hij stelde vast dat na verbranding van houtskool in een gesloten kom, de restmassa kleiner was dan de oorspronkelijke massa. Zijn conclusie was dat het verschil veranderd was in een 'wilde geest' (spiritus sylvestre) of gas.
Chemische eigenschappen [bewerken]
Koolstofdioxide wordt gebruikt door planten in de fotosynthese. Hierbij wordt water en koolstofdioxide opgenomen en in glucose vastgelegd, terwijl de zuurstof (O2) weer aan de lucht wordt afgegeven. Voor dit proces is energie nodig die door de zon wordt geleverd. In kassen wordt het gas als een soort bemesting van de planten gebruikt: bij aanwezigheid van meer koolstofdioxide groeien veel planten wat sneller. Ook bij een toename van het koolstofdioxidegehalte op aarde kan de vegetatie sneller groeien.
Dieren doen het omgekeerde van wat planten doen. Zij ademen zuurstof in en koolstofdioxide, die bij de verbranding van energiehoudende voedingsstoffen (vetten en koolhydraten) in het lichaam vrijkomt, uit. Ook de energie komt daarbij weer vrij.
CO2 ontstaat ook in natuurlijke processen, onder andere door savanne- en bosbranden, uitstoot door vulkanen, verteringsprocessen in natte oerwouden en mangroven, en via CO2-uitwisseling met de zeeën en oceanen. De eenvoudigste manier om koolstofdioxide te produceren is echter de verbranding van koolstofhoudende stoffen, bijvoorbeeld houtskool en fossiele brandstoffen zoals aardolie en aardgas. Dit proces is voor de mensheid een van de belangrijkste energiebronnen. De menselijke/industriële CO2-uitstoot is volgens de huidige wetenschappelijke inzichten bijna 6% van de totale aardse CO2-uitwisseling.[2] Deze 6 procent moet door het systeem worden opgenomen om de concentratie CO2 constant te houden. De belangrijkste processen om vrijgekomen CO2 weer uit de atmosfeer te verwijderen zijn CO2-opname door groene planten en opname door de oceanen. Omdat er geen netto toename van bossen op aarde is draagt fotosynthese door groene planten alleen tijdelijk bij aan de verwijdering van CO2 uit de atmosfeer. De opnamesnelheid van CO2 in de oceanen is daarom bepalend voor de concentratieverandering. De opname gaat langzaam, omdat CO2 wel snel oplost in de bovenste lagen van de oceaan, maar er ook weer snel uit wordt afgegeven. Het transport naar diepere waterlagen waardoor CO2 uiteindelijk echt uit de kringloop zou verdwijnen duurt vele honderden jaren.[3] Van de zes procent CO2 (3,2 gigaton) die de mens toevoegt aan de natuurlijke kringloop door het verbranden van fossiele brandstoffen, wordt twee procent gecompenseerd door permanente opname in de diepere waterlagen van de oceaan (fig 3.1b in [2]). De overige vier procent hebben sinds het begin van de industriële revolutie geleid tot een stijging van de CO2-concentratie van circa 280 ppm tot 390 ppm (2011).[4]
Fysiologische eigenschappen bij zoogdieren [bewerken]
Dierlijke cellen produceren koolstofdioxide als afvalproduct van de stofwisseling; extra inspanning levert extra koolzuur, dat via het bloed wordt afgevoerd. De toename van koolzuur in het bloed verlaagt de pH (verhoogt de zuurgraad), die door het lichaam nauwkeurig tussen 7,35 en 7,45 wordt gehouden. Dreigt de pH te ver te dalen dan grijpt het ademhalingscentrum in de hersenen in door het versnellen en verdiepen van de ademhaling. Hoewel koolstofdioxide in de atmosfeer voorkomt, is het in hogere concentraties giftig. In de omgeving van het Nyosmeer kwamen op 26 augustus 1986 meer dan 1700 mensen om toen uit het meer een grote hoeveelheid CO2 vrij kwam. Op 16 augustus 2008 moesten in Mönchengladbach 107 mensen worden opgenomen omdat uit een brandblusinstallatie 25 000 m3 CO2[5] was vrijgekomen en een woonwijk was binnengestroomd.[6] Koolstofdioxide is zwaarder dan lucht en kan zich ophopen in grotten en (wijn)kelders. Een voorbeeld is de zogenaamde Hondsgrot bij Napels, waar de bodem bedekt is met een 'deken' van kooldioxide. Mensen overleven een bezoek aan de grot, maar honden stikken direct, doordat ze zich met hun kop dichter bij de grond bevinden. De mogelijkheid van ontsnapping van grote hoeveelheden koolstofdioxide is een van de belangrijkste redenen van bezorgdheid bij ondergrondse opslag.
Koolstofdioxide heeft de volgende effecten op mensen, gemeten naar volumepercentage in lucht:
- 0,039% Koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer op zeeniveau.
- 0,15% Binnenlucht[bron?]
- 0,3% MIC-waarde
- 0,5% MAC-waarde
- 1% Slecht geventileerde drukke (werk) ruimte. Sufheid bij langere blootstelling.
- 1,5% Versnellen en verdiepen van de ademhaling.
- 2% Licht narcotisch effect, toename van bloeddruk en polssnelheid, afname van het gehoor.
- 4-5% Koolstofdioxidegehalte in uitgeademde lucht. Veroorzaakt naast bovengenoemde effecten ook duizeligheid, verwarring en een gevoel van ademnood bij langere blootstelling. Uiteindelijk raakt men bewusteloos. Vanaf een concentratie van 5% kunnen ook paniekaanvallen voorkomen,[7] door de invloed van kooldioxide op de amygdala.
- 8% Hoofdpijn, zweten, verlies van gezichtsvermogen en krampen. Bewusteloosheid na 5 tot 10 minuten, gevolgd door de dood na 30 minuten tot een uur.
- 20% en hoger: Bewusteloosheid na enkele ademteugen, snel gevolgd door ademstilstand. Dood na enkele minuten.
Fysische eigenschappen [bewerken]
Twee fysische eigenschappen van koolstofdioxide komen in het dagelijks leven elk op hun eigen wijze naar voren. De meest prominente eigenschap is dat van broeikasgas. Daarnaast wordt koolstofdioxide vanwege de wijze waarop het van fase verandert, voor verschillende doeleinden gebruikt.
Broeikaseffect [bewerken]
 Zie Broeikaseffect voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Doordat koolstofdioxide infrarode straling absorbeert, vermindert het de uitstraling naar de ruimte van zonnewarmte die de aarde bereikt. Dit wordt het broeikaseffect genoemd, omdat in een kas hetzelfde effect optreedt: kortgolvige straling kan naar binnen waar ze wordt omgezet in langgolvige straling, die niet meer kan ontsnappen.
| Zie ook Opwarming van de Aarde |
| Zie ook CO2-afvang en -opslag |
Fase-overgangen [bewerken]
Bij afkoeling tot −78 °C gaat koolstofdioxide direct over in een vaste stof, droogijs of koolzuursneeuw genoemd. Bij de normale luchtdruk smelt het droogijs niet als het verwarmd wordt, maar het sublimeert direct naar de gastoestand. Vaste koolstofdioxide ziet er ongeveer uit zoals ijs gevormd uit water. Bij 15 °C wordt koolstofdioxide bij het verhogen van de druk boven de 50 bar vloeibaar.
Er kunnen spectaculaire en toch relatief ongevaarlijke experimenten met vast koolstofdioxide gedaan worden. Als een paar korreltjes in een glas water worden gestrooid verdampt het droogijs door de relatieve 'hitte' van het water. Het water gaat borrelen en er komt een flinke damp uit. Zo lijkt het of het water kookt, terwijl het gewoon op kamertemperatuur blijft of zelfs iets afkoelt. Doordat koolzuurdamp zwaarder is dan lucht loopt de damp vanuit het glas naar beneden. Dit effect wordt vaak op het toneel of op televisie gebruikt op grotere schaal in nevelmachines.
Geologische eigenschappen [bewerken]
Koolzuur opgelost in (regen)water (waterstofcarbonaat) is ook geologisch van belang, doordat het in staat is kalksteen op te lossen. Dit leidt tot karstverschijnselen. In de gebonden vorm als calciumcarbonaat (CaCO3) komt het voor als kalksteen (in Limburg mergel genoemd). Wanneer calciumcarbonaat wordt opgelost in zuur of wordt verhit zoals bij de productie van klinker en cement, komt CO2 weer vrij. De cementindustrie draagt voor ca. 5% bij aan de wereldwijde jaarlijkse uitstoot van het broeikasgas CO2.
Toelichting structuurformule [bewerken]
De structuurformule van koolstofdioxide is O=C=O. Koolstofdioxide heeft twee dubbele bindingen, daarmee zijn dus alle vier de potentiële verbindingen bezet.
CO2-emissiehandel [bewerken]
Om de uitstoot van het broeikasgas te reguleren is de CO2-emissiehandel [8] opgezet. Deelnemers aan de CO2-emissiehandel krijgen aan het begin van het jaar een bepaalde hoeveelheid rechten. Deze hoeveelheid is door de Nederlandse overheid (de ministeries van Economische Zaken en VROM) vastgesteld op basis van het nationale toewijzingsplan, ook wel het nationale allocatieplan of NAP genoemd. Een bedrijfslocatie waar emissie plaatsvindt beschikt over deze rechten als zij een geldige emissievergunning heeft. De registratie en de controle wordt in Nederland uitgevoerd door de Nederlandse Emissieautoriteit (NEA). Particulieren kunnen sinds 2010 via de CO2-markt[9] van Stichting Natuur en Milieu ook deze emissiehandel beïnvloeden door rechten op te kopen.
Zie ook [bewerken]
Externe links [bewerken]
Bronnen, noten en/of referenties
|
