Dióxido de carbono (CO₂)

Dióxido de carbono (CO₂) é um gás incolor e inodoro muito conhecido como gás carbônico. É uma molécula de geometria linear, cujas formas sólidas podem ser obtidas por grande elevação da pressão e redução da temperatura. Dentre elas, a mais conhecida é a do gelo seco. O CO₂ é considerado a principal fonte ácida do meio ambiente, sendo essencial para a formação de corais e minerais carbonatados.

O dióxido de carbono é utilizado como gás refrigerante, na produção de bebidas carbonatadas e na produção da ureia, principalmente. É um participante do ciclo do carbono e um importante regulador da temperatura do nosso planeta. Contudo, seus altos níveis na atmosfera, elevados por conta da atividade humana em decorrência da utilização de combustíveis fósseis, têm causado o chamado “aquecimento global antropogênico”, o que traz consequências severas para o meio ambiente e o clima.

Leia também: Afinal, o que é o carbono (C)?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o dióxido de carbono
• 2 - O que é dióxido de carbono?
• 3 - Características do dióxido de carbono
• 4 - Propriedades do dióxido de carbono
• 5 - Aplicações do dióxido de carbono
• 6 - Obtenção e ocorrência do dióxido de carbono
• 7 - Importância do dióxido de carbono
• 8 - Riscos e impactos do dióxido de carbono

Resumo sobre o dióxido de carbono

• O dióxido de carbono (CO₂) é um óxido ácido, também chamado de gás carbônico.

• Apresenta-se como um gás incolor e inodoro, com geometria linear.

• Suas formas sólidas podem ser obtidas por grande elevação de pressão e diminuição brusca da temperatura, como é o caso do gelo seco.

• O dióxido de carbono é a principal fonte ácida do meio ambiente, sendo essencial para a formação de corais.

• O CO₂ pode ser usado como agente refrigerante, na produção de bebidas carbonatadas, na produção da ureia, entre outros usos.

• É participante do ciclo do carbono, sendo obtido em processos como a respiração anaeróbica e aeróbica e na combustão de combustíveis fósseis.

• É um gás estufa, e seu excesso na atmosfera tem causado o chamado “aquecimento global antropogênico”, com consequências para o clima e meio ambiente.

O que é dióxido de carbono?

De fórmula molecular CO₂, o dióxido de carbono é um óxido de caráter ácido, também conhecido como gás carbônico.

Características do dióxido de carbono

O dióxido de carbono (CO₂) ocorre naturalmente na forma de um gás incolor e inodoro. Sua molécula possui geometria linear e consiste em um carbono centralizado ligado por meio de ligações covalentes duplas aos dois átomos de oxigênio (O=C=O). Quimicamente, o CO₂ é classificado como um óxido ácido.

As formas sólidas do CO₂ podem ser obtidas em baixa temperatura e alta pressão, sendo o gelo seco o maior exemplo. Para essa forma, o gás é liquefeito em uma pressão de 6 MPa e, posteriormente, resfriado (ainda sob essa pressão) ao seu ponto de congelamento (-79 °C). Contudo, em pressão atmosférica ambiente o gelo seco rapidamente sublima (passagem direta do estado sólido para o estado gasoso).

Os níveis de dióxido de carbono na atmosfera têm crescido dada a grande utilização de combustíveis fósseis. Segundo a Nasa, em março de 2024, os níveis de CO₂ na atmosfera eram equivalentes a 425 ppm (parte por milhão, mg.kg⁻¹).

Propriedades do dióxido de carbono

• Fórmula molecular: CO₂.

• Massa molecular: 44,010 u.

• Densidade: 1,799 g.L⁻¹.

• Ponto de fusão: −56,6 °C (no ponto triplo, 5,2 atm de pressão).

• Ponto de ebulição: −78,6 °C (em pressão ambiente, sublima).

O dióxido de carbono é a principal fonte ácida do meio ambiente, e, além disso, sua baixa solubilidade em água apresenta grande importância bioquímica e geoquímica. Isso acontece porque, quando dissolvido em água, forma um equilíbrio com sua espécie ácida, o H₂CO₃.

CO₂ (aq) + H₂O (l) ⇌ H₂CO₃ (aq)

Nesse equilíbrio, boa parte do soluto está na forma de CO₂ e não como H₂CO₃ (K ≈ 1,7 x 10⁻³). Mesmo assim, o H₂CO₃ é desprotonado a bicarbonato (HCO₃⁻) e carbonato (CO₃²⁻), justificando a leve acidez da solução e, também, o porquê de os carbonatos serem os minerais mais abundantes do planeta, uma vez que essas espécies podem reagir com cátions presentes, como o cálcio e magnésio, assim formando rochas carbonatadas.

H₂CO₃ + 2 H₂O ⇌ HCO₃⁻ + H₃O⁺ + H₂O ⇌ CO₃²⁻ + 2 H₃O⁺

Veja também: O que é o monóxido de carbono (CO)?

Aplicações do dióxido de carbono

O dióxido de carbono é muito usado como agente refrigerante, principalmente por conta da formação do gelo seco. Nessa forma, pequenos pedaços de CO₂ podem ser adicionados em solventes, como o dietilenoglicol, o etanol, a acetona, o éter dietílico e a acetonitrila, para criar banhos a frio, cujas temperaturas variam de -20 °C a -100 °C. Mas não só para fins refrigerantes é usado o gelo seco, pois ele é muito empregado para criação de fumaça em shows, festas e outros eventos culturais.

O CO₂ é empregado na forma de um fluido supercrítico, que é um estado que a matéria atinge, no estado gasoso, em que não mais pode retornar ao estado líquido, não importando quão alta será a pressão exercida. No ponto crítico, o menisco que existe entre a fase líquida e gasosa deixa de existir, não havendo mais distinção entre esses estados. A vantagem é que o fluido supercrítico carrega comportamentos de um líquido, ou seja, capaz de dissolver solutos, por exemplo, mas também comportamentos de um gás, como a capacidade de se misturar com outros gases presentes homogeneamente e penetrar nos poros dos sólidos presentes.

O gás carbônico é usado na indústria alimentícia, na produção de bebidas carbonatadas, como água com gás e refrigerantes. Na agricultura, pode ser usado na confecção de fertilizantes, assim como pode ser bombeado em armazéns e silos para matar insetos e proteger os produtos. Na indústria química, pode ser usado para a síntese da ureia (reação de Bazarov, representada a seguir) e do metanol.

CO₂ + 2 NH₃ → NH₂COONH₄

NH₂COONH₄ → NH₂CONH₂ + H₂O

O CO₂ pode ser usado no campo da saúde como um estimulante respiratório, bem como funcionar como um anestésico. Outro importante uso é na fabricação de extintores de incêndio, indicado para combater incêndios de classe B (líquidos inflamáveis) e C (equipamentos eletrônicos).

Obtenção e ocorrência do dióxido de carbono

O dióxido de carbono está dentro do ciclo do carbono, circulando pelo ar atmosférico e águas superficiais, na fotossíntese, respirações aeróbia e anaeróbia, decomposição e, obviamente, na formação, a partir da combustão completa, de combustíveis fósseis, tais como carvão mineral, gás natural (metano) e petróleo.

Na combustão, as fontes de carbono devem reagir com excesso de oxigênio, caso contrário podem formar o monóxido de carbono, CO. Um exemplo é a combustão do gás metano, CH₄.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Importância do dióxido de carbono

O CO₂ possui vantagens para o nosso planeta. No que diz respeito à Terra, tal composto tem um importante papel na regulação da temperatura de nosso planeta, sendo um reconhecido “gás de efeito estufa”. O Sol envia para a Terra energia na forma de radiação eletromagnética, a qual é refletida e repelida na superfície do nosso planeta. Tal energia é enviada novamente para o espaço, mas na forma de radiação infravermelha. O CO₂, entretanto, tem grande capacidade de absorção da radiação infravermelha, impedindo que se disperse no espaço. Assim, ela é reemitida para o nosso planeta, fazendo com que a superfície se aqueça.

A ausência do CO₂, segundo especialistas, faria com que a temperatura média da superfície da Terra fosse significativamente menor, sendo na faixa dos -18 °C, inviabilizando, em boa parte ou totalmente, a ocorrência de água no estado líquido.

Acesse também: O que são os gases do efeito estufa (GEE)?

Riscos e impactos do dióxido de carbono

Com a massiva utilização de combustíveis fósseis e com a decomposição do calcário (CaCO₃) para a produção de cimento, a atividade humana tem aumentado bastante a concentração de CO₂ na atmosfera, causando um efeito conhecido como “aquecimento global antropogênico”.

Dados disponibilizados pela Nasa indicam que a atividade humana aumentou a concentração desse composto na atmosfera em 50% em menos de 200 anos (desde o início da Primeira Revolução Industrial). Por exemplo, a quantidade de CO₂ na atmosfera em 1960 era na faixa dos 317 ppm, enquanto atualmente está na faixa dos 425 ppm. A Nasa ainda demonstra, a partir de leituras de CO₂ coletadas em bolhas de ar presentes em camadas de gelo, que os níveis atuais superam todos os picos dessa substância nas últimas três eras glaciais.

Assim, o que se percebe são aumentos acima do normal da temperatura média da superfície do nosso planeta. Os dados compilados pela Nasa demonstram que a Terra está cerca de 1,36 °C mais quente comparando-se com o final do século XIX, e, para piorar, os últimos dez anos são os mais quentes já registrados. Outro efeito nocivo do aquecimento global é a elevação de temperatura dos oceanos. Quanto mais quentes estiverem os oceanos, maiores as taxas de evaporação, ocasionando chuvas mais volumosas e, por conseguinte, mais catastróficas.

Além disso, a maior produção de CO₂ aumenta a sua concentração nos oceanos, acidificando-os e pondo em risco a integridade de corais. Isso se dá porque a maior quantidade de CO₂ diminui a quantidade de carbonato, essencial para a formação de corais. As reações a seguir explicam o porquê:

1. O CO₂ reage com a água, formando ácido carbônico.

CO₂ (aq) + H₂O (l) ⇌ H₂CO₃ (aq)

2. O carbonato de cálcio, formador do exoesqueleto dos corais, apresenta uma pequena solubilidade em água, dissociando-se em íons cálcio e carbonato.

CaCO₃ (s) ⇌ Ca²⁺ (aq) + CO₃²⁻ (aq)

3. O ácido carbônico se dissocia em íons H⁺ e bicarbonato (HCO₃⁻).

H₂CO₃ (aq) ⇌ H⁺ (aq) + HCO₃⁻ (aq)

4. Os íons H⁺ reagem com o carbonato, fazendo com que sua concentração no meio diminua, forçando que o equilíbrio de solubilidade do CaCO₃ forneça mais íons carbonato.

H⁺ (aq) + CO₃²⁻ (aq) ⇌ HCO₃⁻ (aq)

5. Dessa forma, os íons carbonato são consumidos e os íons cálcio não possuem a contraparte para a formação do CaCO₃.

A reação simplificada do processo descrito é a que se segue:

CO₂ (aq) + H₂O (l) + CaCO₃ (s) → Ca²⁺ (aq) + 2 HCO₃⁻ (aq)

E por mais que determinados países sejam mais conscientes quanto à produção de CO₂ na atmosfera, deve-se relembrar que ele é transportado por longas distâncias no planeta, por ação de correntes de vento e marítimas, poluindo regiões distantes do seu ponto de produção. O aquecimento global antropogênico tem grande influência no clima, tornando mais frequentes chuvas de grande porte, furacões, além de ondas de calor e aumento dos níveis do oceano, muito por conta do derretimento das calotas polares.

Fontes

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