Tekst źródłowy strony Dwutlenek węgla

{{Związek chemiczny infobox
 |nazwa                         = Dwutlenek węgla
 |1. grafika                    = Carbon-dioxide-2D-dimensions.svg
 |opis 1. grafiki               = 
 |rozmiar 1. grafiki            = 100
 |2. grafika                    = 
 |opis 2. grafiki               = 
 |3. grafika                    = Dry Ice 3.jpg
 |opis 3. grafiki               = Zestalony dwutlenek węgla (tzw. [[suchy lód]])
 |rozmiar 3. grafiki            = 240
 |nazwa systematyczna           = 
 |nazwa konstytucyjna           = ditlenek węgla, tlenek(2−) węgla(4+), tlenek węgla(4+), tlenek węgla(IV)
 |nazwa podstawnikowa           = metanodion
 |nazwa addytywna               = dioksydowęgiel
 |nazwa Stocka                  = tlenek węgla(IV)
 |inne nazwy                    = dwutlenek węgla, suchy lód (stały)
 |wzór sumaryczny               = CO<sub>2</sub>
 |inne wzory                    = 
 |masa molowa                   = 44,01
 |wygląd                        = bezbarwny gaz{{odn|Haynes|2016|s='''3'''-92}}
 |SMILES                        = C(=O)=O
 |numer CAS                     = 124-38-9
 |PubChem                       = 280
 |DrugBank                      = DB09157
 |gęstość                       = 0,0018474
 |gęstość źródło                = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|ZVG=1120|data dostępu=2021-05-31|nazwa=Carbon dioxide}}</ref>
 |stan skupienia w podanej g    = gaz
 |g warunki niestandardowe      = 0&nbsp;°C, 1013&nbsp;hPa
 |2. gęstość                    = 0,0019767
 |2. gęstość źródło             = {{r|GESTIS}}
 |2. stan skupienia w podanej g = gaz
 |2. g warunki niestandardowe   = 15&nbsp;°C, 1000&nbsp;hPa
 |3. gęstość                    = 1,56
 |3. gęstość źródło             = {{odn|Haynes|2016|s='''3'''-92}}
 |3. stan skupienia w podanej g = ciało stałe
 |3. g warunki niestandardowe   = −79&nbsp;°C
 |rozpuszczalność w wodzie      = rozpuszczalny: 2 g/l
 |rww źródło                    = {{r|GESTIS}}
 |rww warunki niestandardowe    = 
 |inne rozpuszczalniki          = 
 |temperatura topnienia         = 
 |tt źródło                     = 
 |tt warunki niestandardowe     = 
 |temperatura sublimacji        = −78,464
 |tsb źródło                    = {{odn|Haynes|2016|s='''3'''-92}}
 |tsb warunki niestandardowe    = 
 |temperatura p. potrójnego     = −56,561 [[niepewność rozszerzona pomiaru|± 0,008]]
 |tpp źródło                    = {{odn|Haynes|2016|s='''3'''-92}}
 |ciśnienie p. potrójnego       = 519 kPa
 |cpp źródło                    = {{r|GESTIS}}
 |temperatura krytyczna         = {{temperatura krytyczna|304,13|2}}
 |tk źródło                     = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-91}}
 |ciśnienie krytyczne           = 7,375
 |ck źródło                     = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-91}}
 |gęstość krytyczna             = {{gęstość krytyczna|94|44}}
 |gk źródło                     = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-91}}
 |logP                          = 0,83{{r|GESTIS}}
 |kwasowość                     = pK<sub>a1</sub> 6,35<br />pK<sub>a2</sub> 10,33
 |zasadowość                    = 
 |współczynnik załamania        = 1,6630
 |wz źródło                     = {{odn|Haynes|2016|s='''4'''-132}}
 |wz warunki niestandardowe     = [[linia D sodu|589&nbsp;nm]], 24&nbsp;°C, 6,3&nbsp;MPa
 |lepkość                       = 10,1 μPa·s
 |l źródło                      = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-241}}
 |l warunki niestandardowe      = −73&nbsp;°C
 |2. lepkość                    = 15,0 μPa·s
 |2. l źródło                   = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-241}}
 |2. l warunki niestandardowe   = 27&nbsp;°C
 |3. lepkość                    = 19,7 μPa·s
 |3. l źródło                   = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-241}}
 |3. l warunki niestandardowe   = 127&nbsp;°C
 |4. lepkość                    = 24,0 μPa·s
 |4. l źródło                   = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-241}}
 |4. l warunki niestandardowe   = 227&nbsp;°C
 |5. lepkość                    = 28,0 μPa·s
 |5. l źródło                   = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-241}}
 |5. l warunki niestandardowe   = 327&nbsp;°C
 |napięcie powierzchniowe       = 2,76 mN/m
 |np źródło                     = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-190}}
 |np warunki niestandardowe     = 10&nbsp;°C
 |2. napięcie powierzchniowe    = 0,56 mN/m
 |2. np źródło                  = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-190}}
 |2. np warunki niestandardowe  = 25&nbsp;°C
 |typ hybrydyzacji i VSEPR      = sp – liniowy
 |układ krystalograficzny       = jak [[kwarc]]
 |moment dipolowy               = 0
 |moment dipolowy źródło        = {{odn|Haynes|2016|s='''6'''-221}}
 |karta charakterystyki         = {{Sigma-Aldrich|id=295108|marka=ALDRICH|link=tak|data dostępu=2021-05-31}}
 |zagrożenia GHS źródło         = MSDS
 |piktogram GHS                 = {{Piktogram GHS|04}}
 |hasło GHS                     = Uwaga
 |zwroty H                      = {{Zwroty H|280}}
 |zwroty EUH                    = {{Zwroty EUH|brak}}
 |zwroty P                      = {{Zwroty P|410+403}}
 |NFPA 704                      = {{NFPA 704|0|0|0}}
 |NFPA 704 źródło               = <ref name="Aldrich-US">{{Sigma-Aldrich|295108|ALDRICH|MSDS=tak|data dostępu=2012-06-08|język=en|nazwa=Carbon dioxide}}</ref>
 |temperatura zapłonu           = niepalny
 |tz źródło                     = {{r|GESTIS}}
 |tz warunki niestandardowe     = 
 |temperatura samozapłonu       = niepalny
 |ts źródło                     = {{r|GESTIS}}
 |ts warunki niestandardowe     = 
 |numer RTECS                   = FF6400000
 |dawka śmiertelna              = 
 |pochodne                      = [[węglan sodu|{{chem2|Na2CO3}}]], [[węglan potasu|{{chem2|K2CO3}}]], [[węglan wapnia|{{chem2|CaCO3}}]]
 |nazwa grupy pochodnych        = [[węglany]]
 |podobne związki               = [[tlenki węgla]], [[Disiarczek węgla|{{chem2|CS2}}]], [[diselenek węgla|{{chem2|CSe2}}]], [[ditlenek krzemu|{{chem2|SiO2}}]]
 |commons                       = Category:Carbon dioxide
 |wikisłownik                   = dwutlenek węgla
}}
'''Dwutlenek węgla''', '''ditlenek węgla''', {{nazwa Stocka|tlenek węgla(IV)}}, {{chem2|CO2}} – [[Związki nieorganiczne|nieorganiczny związek chemiczny]] z grupy [[Tlenki|tlenków]], w którym [[węgiel (pierwiastek)|węgiel]] występuje na IV [[stopień utlenienia|stopniu utlenienia]].

W temperaturze pokojowej jest to bezbarwny i niepalny [[gaz]] o kwaskowatym smaku, rozpuszczalny w wodzie (1,7&nbsp;l {{chem2|CO2}}/l {{chem2|H2O}}) i cięższy od powietrza (ok. 1,5 raza). Pod [[ciśnienie normalne|normalnym ciśnieniem]] przechodzi ze stanu stałego do gazowego ([[Sublimacja|sublimuje]]) z pominięciem fazy ciekłej w temperaturze −78,5&nbsp;°C. Można go jednak skroplić pod zwiększonym ciśnieniem, np. pod ciśnieniem 34&nbsp;[[Atmosfera fizyczna|atm]] skrapla się w temperaturze 0&nbsp;°C<ref name="Bielanski 2002">{{Cytuj |autor = [[Adam Bielański (chemik)|Adam Bielański]] |tytuł = Podstawy chemii nieorganicznej |data = 2002 |wydanie = 5 |wydawca = [[Wydawnictwo Naukowe PWN]] |miejsce = Warszawa |isbn = 83-01-13654-5 |s = 708}}</ref>.

Występuje w organizmie człowieka i jest w nim wytwarzany, odgrywa ważną rolę w utrzymaniu [[Równowaga kwasowo-zasadowa|równowagi kwasowo-zasadowej]] organizmu, jego zbyt małe, jak i zbyt duże stężenie jest szkodliwe dla organizmu. W większych stężeniach w powietrzu dwutlenek węgla uniemożliwia usuwanie dwutlenku węgla z organizmu, przez co jest szkodliwy dla zdrowia, a nawet zabójczy, a jego działanie powoduje powstawanie [[hiperkapnia|hiperkapni]], a co za tym idzie [[Kwasica oddechowa|kwasicy oddechowej]] i w następstwie [[obrzęk mózgu|obrzęku mózgu]].

== Występowanie ==
Na Ziemi w naturze [[Dwutlenek węgla w atmosferze Ziemi|występuje w stanie gazowym w atmosferze]], a także jako składnik [[Gaz wulkaniczny|gazów wulkanicznych]] i innych gazów podziemnych. Jest rozpuszczony i związany w wodzie oraz związany w skałach (np. jako składnik {{chem2|CaCO3}}). Jest częścią [[Obieg węgla w przyrodzie|obiegu węgla w przyrodzie]], jest produktem [[spalanie|spalania]] i [[oddychanie|oddychania]]. Tworzy się przy [[Utlenianie|utlenianiu]] i [[fermentacja|fermentacji]] substancji organicznych, powstając w dużych ilościach w: gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach, [[biogaz]]owniach.

Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie [[fotosynteza|fotosyntezy]].

=== W atmosferze Ziemi ===
[[Plik:Mauna Loa CO2 monthly mean concentration PL.svg|thumb|Zależność stężenia dwutlenku węgla od czasu, zwane [[Krzywa Keelinga|krzywą Keelinga]]]]
[[Dwutlenek węgla w atmosferze Ziemi|Dwutlenek węgla występuje w powietrzu]] w śladowych ilościach (około 0,04%), ale odgrywa ważną rolę w [[efekt cieplarniany|efekcie cieplarnianym]] i jako źródło węgla do fotosyntezy. Całkowita masa dwutlenku węgla w atmosferze wynosi około 3{{e|15}} kg, tj. 3 biliony ton. Stężenie zmienia się sezonowo i w zależności od szerokości geograficznej, a także lokalnie, szczególnie w pobliżu ziemi. Koncentracja jest na ogół większa nad lądami niż nad oceanami, na półkuli północnej większa niż na południowej, na obszarach miejskich i w pobliżu miejsc spalania paliw kopalnych jest większa niż średnia. Koncentracja w pomieszczeniach może być nawet 10 razy większa niż średnia.

Dane z rdzeni lodowych ujawniły, że poziom {{chem2|CO2}} w atmosferze w ciągu ostatnich 420 tys. lat do początku industrializacji w połowie XVIII wieku wahały się między 190 ppm podczas szczytów lodowcowych a 280 ppm w okresach ciepłych. Pierwsze systematyczne pomiary wykonywane od 1958 roku przez Charlesa Davida Keelinga, określiły stężenie objętościowe {{chem2|CO2}} na 315&nbsp;ppm. Kolejne pomiary wykazują wzrost ilości dwutlenku węgla w atmosferze. Średnioroczne stężenie dwutlenku węgla w 2018 r. osiągnęło 407,8&nbsp;ppm, co stanowi nowy rekordowy poziom, który jest o 47 procent wyższy niż wartość sprzed okresu przemysłowego<ref>{{Cytuj |czasopismo = WMO Greenhouse Gas Bulletin |data = 2019 |data dostępu = 2020-10-19 |wolumin = 15 |wydawca = World Meteorological Organization |url = https://library.wmo.int/index.php?lvl=notice_display&id=21620 |issn = 2078-0796 |język = en |dostęp = o |tytuł = The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2018}}</ref>. Główną przyczyną wzrostu stężenia {{Chem2|CO2}} jest spalanie paliw kopalnych do produkcji energii oraz w sektorze przemysłowym.

Stężenie dwutlenku węgla w ciągu ostatnich 10&nbsp;000 lat pozostawało względnie stałe około 300&nbsp;ppm. [[Obieg węgla w przyrodzie|Obieg węgla]] w atmosferze był w pobliżu warunków równowagi. Wraz z początkiem industrializacji w XIX wieku wzrosła zawartość dwutlenku węgla w atmosferze. Obecna koncentracja jest prawdopodobnie najwyższa od 15 do 20 milionów lat. W latach 1999–2018 zawartość dwutlenku węgla wzrosła średnio o 2,1&nbsp;ppm rocznie z tendencją wzrostową o 0,05&nbsp;ppm na rok<ref>{{Cytuj |url = https://gml.noaa.gov/ccgg/trends/gl_gr.html |tytuł = Annual Mean Global Carbon Dioxide Growth Rates |opublikowany = National Oceanic & Atmospheric Administration |język = en |data dostępu = 2019-05-24 |dostęp = o}}</ref>

Człowiek w wyniku swej działalności wytwarza (w 2018 r.) około 0,0371 bilionów ton rocznie<ref>{{Cytuj |url = http://theconversation.com/carbon-emissions-will-reach-37-billion-tonnes-in-2018-a-record-high-108041 |tytuł = Carbon emissions will reach 37 billion tonnes in 2018, a record high |data dostępu = 2019-05-30 |praca = The Conversation |data = 2018-12-05 |język = en |autor = Pep Canadell, Corinne Le Quéré, Glen Peters, Robbie Andrew, Rob Jackson |dostęp = o}}</ref>, co stanowi jedynie niewielką część dwutlenku węgla dostarczanego do atmosfery, głównym źródłem są procesy naturalne dostarczające około 0,55 biliona ton rocznie. Jednak naturalne pochłaniacze węgla pochłaniały, taką samą ilość {{Chem2|CO2}}, stężenie dwutlenku węgla pozostało względnie stałe przed industrializacją. Dodatkowy dwutlenek węgla nie pozostaje w całości w atmosferze, jest pochłaniany około w połowie przez biosferę i oceany, które pochłaniają teraz więcej dwutlenku węgla niż uwalniają, co powoduje ich zakwaszenie. Druga połowa wyemitowanego dwutlenku węgla pozostaje w atmosferze, co prowadzi do obserwowanego wzrostu koncentracji.

=== W wodzie ===
{| class="wikitable" style="float: right;"
|+ Forma występowania dwutlenku węgla w zależności od odczynu wody o temperaturze 20&nbsp;°C{{R|pawlicka}}
! pH
!colspan=3| Forma dwutlenku węgla %
|-
!
! wolny
! {{chem2|HCO3(-)}}
! {{chem2|CO3(2-)}}
|-
| 2 || 99,99 || 0,01 ||
|-
| 4 || 99,6 || 0,40 ||
|-
| 6,38 || 50,00 || 50,00 ||
|-
| 8 || 2,3 || 97,7 ||
|-
| 9 || || 96,0 || 4,0
|-
| 10,38 || || 50,0 || 50,0
|-
| 12 || || 2,3 || 97,7
|}

Dwutlenek węgla jest rozpuszczalny w wodzie, reaguje także z nią tworząc [[kwas węglowy]], który ulega [[Dysocjacja elektrolityczna|dysocjacji elektrolitycznej]] częściowej lub całkowitej tworząc [[jon wodorowęglanowy]] ({{chem2|HCO3(-)}}) lub węglanowy ({{chem2|CO3(2-)}}).

Dwutlenek węgla zawarty w atmosferze rozpuszcza się w kroplach deszczu i jest rozpuszczony w [[Woda opadowa|wodzie opadowej]] nadając jej lekko [[Moc kwasu|kwaśny]] odczyn. Woda przesiąkając do głębszych warstw gleby rozpuszcza zawarty w glebie dwutlenek węgla, jak i inne substancje, głównie związki wapnia<ref name="pawlicka">{{Cytuj |url = https://geojournals.pgi.gov.pl/pg/article/download/15407/13018 |tytuł = Zawartość wybranych gazów (tlenu i dwutlenku węgla) w wodach opadowych oraz podziemnych strefy aeracji i saturacji na przykładzie stacji hydrogeologicznej w Granicy (Kampinoski Park Narodowy) |czasopismo = Przegląd Geologiczny |wolumin = 48 |numer = 11 |data = 2000 |dostęp = o |autor = Dorota Pawlicka |data dostępu = 2019-06-02}}</ref>. W wodzie zawierającej dwutlenek węgla i wapń, w zależności od [[Skala pH|pH]] dwutlenek węgla występuje jako wolny, wodorowęglanowy i węglanowy{{R|pawlicka}}. Dwutlenek węgla rozpuszczony w wodzie jako wolny wywołuje [[korozja|korozję]] metali i betonu, jego działanie jest dwustronne, poprzez reakcję z metalem jako kwas oraz przez niszczenie warstw węglanów na powierzchni konstrukcji w wyniku reakcji tworzenia kwaśnych węglanów, które są lepiej rozpuszczalne w wodzie. Korozyjności dwutlenku węgla sprzyja tlen rozpuszczony w wodzie<ref>{{Cytuj |url = https://chemia.ug.edu.pl/sites/default/files/_nodes/strona-chemia/34213/files/chemia_zanieczyszczen_cw_2.pdf |tytuł = Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Ćwiczenie nr 2. Ocena właściwości agresywnych i korozyjnych wody |opublikowany = Katedra Analizy Środowiska Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego |miejsce = Gdańsk |data = 2014 |dostęp = o |data dostępu = 2019-06-02}}</ref>.

Jony te reagują z jonami dodatnimi tworząc elektrolity bądź związki chemiczne nierozpuszczalne lub słabo rozpuszczalne w wodzie. W wodach naturalnych reaguje głównie z jonami wapnia, magnezu. Stan równowagi, zależny od temperatury i ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla nad wodą oraz stężenia innych jonów w wodzie określa stężenie wszystkich możliwych związków tworzonych z dwutlenku węgla i innych rozpuszczonych związków. Rozpuszczalność dwutlenku węgla w wodzie spada wraz ze wzrostem temperatury{{odn|Haynes|2016|s='''5'''-136}}.

Ponieważ zimna woda ma większą gęstość, woda bogata w dwutlenek węgla opada w głębsze warstwy. Tylko przy ciśnieniach powyżej 300&nbsp;bar i temperaturach powyżej 120&nbsp;°C (393&nbsp;K) jest odwrotnie, co zachodzi blisko głębokich [[Komin hydrotermalny|kominów hydrotermalnych]].

Oceany zawierają około 50 razy więcej dwutlenku węgla niż atmosfera. Obecnie wody powierzchniowe oceanów zawierają mniejsze stężenie dwutlenku węgla niż wynikałoby to z równowagi dla 400&nbsp;ppm w powietrzu. Ocean działa jak duży pochłaniacz dwutlenku węgla z atmosfery i pochłania około jednej trzeciej dwutlenku węgla uwalnianego w wyniku działalności człowieka. W górnych warstwach oceanów {{Chem2|CO2}} jest częściowo wiązany przez fotosyntezę. Wraz ze wzrostem stężenia dwutlenku węgla zmniejsza się alkaliczność wody, co nazywa się zakwaszeniem oceanów i może mieć negatywny wpływ na ekosystemy morskie. Wiele stworzeń morskich jest wrażliwych na zmiany kwasowości oceanów. Zdarzenia zakwaszenia w historii Ziemi doprowadziły do masowego wymierania i gwałtownego spadku proliferacji gatunków w oceanach. W szczególności wpływa to na organizmy, które budują struktury z węglanu wapnia, ponieważ rozpuszcza się on wraz ze wzrostem kwasowości wody. Szczególnie wrażliwe są korale, muszle i szkarłupnie, takie jak rozgwiazdy i jeżowce<ref name="Rahmstorf, Richardson">{{cytuj |autor r = Stefan Rahmstorf, Katherine Richardson |rozdział = Wie bedroht sind die Ozeane? |inni = Klaus Wiegandt (red.) |tytuł = Mut zur Nachhaltigkeit. 12 Wege in die Zukunft |miejsce = Frankfurt am Main |wydawca = Fischer Taschenbuch |data = 2016 |s = 128 |isbn = 9783596296033 |oclc = 1017083355 |język = de}}</ref>.

Wody podziemne zawierają dwutlenek węgla. Wody mineralne o dużej zawartości dwutlenku węgla zwane [[Szczawa (woda mineralna)|szczawami]] ({{chem2|CO2}} > 1000&nbsp;mg/dm³) lub [[Woda kwasowęglowa|wodami kwasowowęglowymi]] są butelkowane lub wykorzystywane jako źródło dwutlenku węgla<ref>{{Cytuj |url = https://www.pgi.gov.pl/wody-mineralne/przydatne/inne-wykorzystanie/9445-produkcja-ciekego-dwutlenku-wgla-w-polsce.html |opublikowany = Państwowy Instytut Geologiczny |tytuł = Produkcja ciekłego dwutlenku węgla w Polsce |data dostępu = 2019-06-02 |dostęp = o}}</ref>. W wodzie przeznaczonej do konsumpcji i technologicznej dwutlenek węgla usuwa się z niej w procesie zwanym odkwaszaniem realizowanym poprzez kontakt wody z powietrzem<ref>{{Cytuj |url = http://water.iopan.gda.pl/~pempa/TW7_13/TW08-2-odkwaszanie.pdf |tytuł = Technologia wody. Odkwaszanie wody |opis = wykład w ramach 4. roku studiów zaocznych na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Koszalińskiej |data dostępu = 2019-06-02 |dostęp = o}}</ref>. Woda w jeziorze może być nasycana od dołu pochodzącym z działalności wulkanicznej lub z rozkładu materiału organicznego, jeżeli w jeziorze nie zachodzi konwekcyjne mieszanie wody, to dolne warstwy wody mogą znacznie nasycić się dwutlenkiem węgla. Tak nagromadzony dwutlenek węgla może nagle wydostać się na powierzchnię, co jest zwane [[Erupcja limniczna|erupcją limniczną]] powodując drastyczny wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze aż do poziomu śmiertelnego dla ludzi i zwierząt. Zjawiskiem takim była [[katastrofa nad jeziorem Nyos]]<ref>{{cytuj |url = http://www.slate.com/blogs/atlas_obscura/2013/07/26/lake_nyos_killed_1746_when_it_released_a_huge_pocket_of_co2.html |autor = Atlas Obscura |tytuł = Lake Nyos Suffocated Over 1,746 People in a Single Night |język = en |praca = [[Slate]] |dostęp = o}}</ref>.

=== Na innych planetach ===
Dwutlenek węgla jest głównym składnikiem atmosfery [[Wenus]] i [[Mars]]a. [[Atmosfera Wenus]] składa się z 96,5% dwutlenku węgla, ma około 90 razy większą masę i ciśnienie niż atmosfera ziemska. Duża zawartość dwutlenku węgla oraz duża masa atmosfery jest przyczyną bardzo silnego efektu cieplarnianego, co w połączeniu z mniejszą odległością od Słońca niż Ziemia daje temperaturę powierzchni około 480&nbsp;°C<ref>{{Cytuj |url = http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solar/venusenv.html |tytuł = The Atmosphere of Venus |praca = HyperPhysics |autor = Carl R. Nave |opublikowany = Georgia State University |data dostępu = 2019-05-31 |język = en |dostęp = o}}</ref>. Dwutlenek węgla stanowi również 96% masy [[Atmosfera Marsa|marsjańskiej atmosfery]], z powodu niskiego ciśnienia atmosferycznego wynoszącego około siedmiu milibarów<ref>{{Cytuj |url = https://www.universetoday.com/22603/mars-compared-to-earth/ |tytuł = Mars Compared to Earth |data dostępu = 2019-05-31 |autor = Matt Williams |praca = Universe Today |data = 2015-12-05 |język = en |dostęp = o}}</ref>, efekt cieplarniany, pomimo wysokiej zawartości dwutlenku węgla, prowadzi jedynie do wzrostu temperatury o około 5&nbsp;K<ref>{{Cytuj |tytuł = The role of long-lived greenhouse gases as principal LW control knob that governs the global surface temperature for past and future climate change |autor = Andrew A. Lacis, James E. Hansen, Gary L. Russell, Valdar Oinas, Jeffrey Jonas |czasopismo = Tellus B: Chemical and Physical Meteorology |wolumin = 65 |numer = 1 |data = 2013 |doi = 10.3402/tellusb.v65i0.19734 |język = en |dostęp = o}}</ref>. W pobliżu biegunów Marsa atmosferyczny dwutlenek węgla zestala się w zimie tworząc [[Polarna czapa lodowa|czapy polarne]] ([[Planum Australe]] i [[Planum Boreum]]). Czapy częściowo sublimują latem, a resublimują zimą<ref name="mars">{{cytuj |url = http://www.windows2universe.org/mars/places/mars_polar_regions.html |tytuł = Mars Polar Regions |praca = Windows to the Universe |opublikowany = National Earth Science Teachers Association |data = 2008-07-07 |data dostępu = 2019-05-31 |język = en |dostęp = o}}</ref>.

Atmosfery planet zewnętrznych i ich satelitów zawierają dwutlenek węgla.

== Właściwości fizyczne ==
Dwutlenek węgla pod ciśnieniem atmosferycznym poniżej −78,5&nbsp;°C jest ciałem stałym, zwanym [[Suchy lód|suchym lodem]]. Ogrzewany, nie topi się, ale ulega [[sublimacja|sublimacji]], przechodząc bezpośrednio w stan gazowy. W tych warunkach nie ma zatem topnienia ani temperatury wrzenia.

[[Punkt potrójny]] dwutlenku węgla, w którym trzy fazy: stała, ciekła i gazowa są w równowadze termodynamicznej, jest w temperaturze −56,6&nbsp;°C (216,58&nbsp;K) i ciśnieniu 5,19&nbsp;bar. Poniżej tego ciśnienia dwutlenek węgla nie występuje jako ciecz<ref name="NIST">{{NIST|id=C124389|nazwa=Carbon dioxide |data dostępu = 2019-06-03}}</ref>.

[[Temperatura krytyczna]] wynosi 31,0&nbsp;°C, ciśnienie krytyczne wynosi 73,8&nbsp;bar{{R|NIST}}, a gęstość krytyczna wynosi 0,468&nbsp;g/cm³. Poniżej temperatury krytycznej można skompresować dwutlenek węgla, zwiększając ciśnienie do bezbarwnej cieczy. W temperaturze pokojowej wymagane jest ciśnienie ok. 60&nbsp;bar.

Stały dwutlenek węgla krystalizuje w [[Układ regularny|układzie regularnym]] w [[Grupa przestrzenna|grupie przestrzennej]] <math>Pa\bar{3}</math> (grupa nr 205), z parametrem sieci {{nowrap|1=a = 562,4 [[Pikometr|pm]]}}.

Rozpuszczalność w wodzie jest stosunkowo wysoka. W temperaturze 20&nbsp;°C pod normalnym ciśnieniem nasycenie jest w równowadze z fazą czystego dwutlenku węgla przy 1688&nbsp;mg/l.

[[Plik:Carbon dioxide pressure-temperature phase diagram international.svg|thumb|300px|Wykres fazowy dwutlenku węgla. 1: ciało stałe, 2: ciecz, 3: gaz, 4: płyn nadkrytyczny, A: punkt potrójny, B: punkt krytyczny]]
{| class="wikitable"
|+ Właściwości dwutlenku węgla{{fakt|data=2021-05}}
|Indywidualna stała gazowa
|0,18892
|kJ/(kg·K)
|-
|[[Dziura ozonowa|Potencjał niszczenia warstwy ozonowej ODP]]
|0{{r|GESTIS}}
|
|-
|[[Efekt cieplarniany|Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego GWP]]
|1{{r|GESTIS}}
|
|- style="text-align: center; height: 4em;"
|colspan=3| Właściwości dla temperatury nasycenia −20&nbsp;°C:
|-
|Ciśnienie nasycenia
|16,831
|bar
|-
|Gęstość właściwa cieczy
|1057,29
|kg/m³
|-
|Gęstość właściwa pary
|44,31
|kg/m³
|-
|Entalpia parowania<br />([[Ciepło parowania]])
|289,75
|kJ/kg
|-
|[[Ciepło właściwe]] c<sub>p</sub> cieczy
|2,154
|kJ/kgK
|-
|Ciepło właściwe c<sub>p</sub> pary
|1,292
|kJ/kgK
|-
|Współczynnik [[Przewodność cieplna|przewodności cieplnej]] cieczy
|0,0394
|W/(m·K)
|-
|Współczynnik przewodności cieplnej pary
|0,0164
|W/(m·K)
|-
|[[Lepkość]] dynamiczna cieczy
|124,4
|μPa·s
|-
|Lepkość dynamiczna pary
|13,64
|μPa·s
|-
|Lepkość kinematyczna cieczy
|0,1202
|μm²/s
|-
|[[Lepkość|Lepkość kinematyczna]] pary
|0,261
|μm²/s
|-
|[[Liczba Prandtla]] cieczy
|6,808
|
|-
|Liczba Prandtla pary
|1,073
|
|-
|[[Liczba Poissona|Stała Poissona]]
|1,725
|
|-
|Wykładnik [[Przemiana izentropowa|izentropy]]
|1,292
|
|-
|Napięcie powierzchniowe
|8,81
|mN/m
|}

W [[Komora diamentowa|kowadle diamentowym]] pod ciśnieniem rzędu 40–48&nbsp;GPa (ok. 400–480&nbsp;tys.&nbsp;atm) uzyskano dwutlenek węgla w postaci [[Ciało amorficzne|amorficznej]]<ref>{{cytuj |autor = Santoro, Mario; Gorelli, Federico A.; Bini, Roberto; Ruocco, Giancarlo; Scandolo, Sandro |tytuł = Amorphous silica-like carbon dioxide |czasopismo = Nature |wolumin = 441 |numer = 7095 |s = 857–860 |data = 2006 |doi = 10.1038/nature04879 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Postać amorficzną mają tlenki pierwiastków tej samej grupy [[układ okresowy pierwiastków|układu okresowego]]: [[ditlenek krzemu|{{chem2|SiO2}}]] (por. [[szkło kwarcowe]]) i [[Ditlenek germanu|{{chem2|GeO2}}]], dla których faza taka może istnieć przy dowolnie niskim ciśnieniu, przeciwnie do dwutlenku węgla.

== Budowa cząsteczki ==
[[Plik:Co2 vibrations.svg|thumb|[[Drgania własne cząsteczki|Drgania normalne cząsteczki]] {{chem2|CO2}}]]
Cząsteczka dwutlenku węgla jest liniowa i centrosymetryczna, atom węgla znajduje się między atomami tlenu. Długość wiązania węgiel-tlen wynosi 116,3&nbsp;pm, jest zauważalnie krótsza niż długość wiązania pojedynczego wiązania {{chem2|C\sO}}, a nawet krótsza niż w przypadku większości innych grup funkcyjnych {{chem2|C\sO}} z wiązaniem wielokrotnym. Ponieważ cząsteczka jest centrosymetryczna, nie ma [[Elektryczny moment dipolowy|elektrycznego momentu dipolowego]]. Cząsteczka {{chem2|CO2}} ma 4 wewnętrzne [[Stopień swobody (fizyka)|stopnie swobody]], odpowiadają im 4 [[Drgania własne cząsteczki|drgania normalne]] cząsteczki. [[Stan wzbudzony|Wzbudzeniom]] pierwszego poziomu drgań odpowiadają liczby falowe i długości fali: drgania rozciągające symetryczne (1537&nbsp;cm<sup>−1</sup>), drgania rozciągające asymetryczne (2349&nbsp;cm<sup>−1</sup>, 4,25&nbsp;μm), drgania zginające symetryczne i niesymetryczne (667&nbsp;cm<sup>−1</sup>, 14,99&nbsp;μm). Drgania rozciągające symetryczne nie mogą być wzbudzone przez foton, bo cząsteczka {{chem2|CO2}} w obu stanach ma taki sam elektryczny moment dipolowy.

W konsekwencji tylko dwa pasma wibracyjne są obserwowane w widmie IR – tryb rozciągania antysymetrycznego przy 2349&nbsp;cm<sup>−1</sup> i para zdegenerowanych trybów zginania przy 667&nbsp;cm<sup>−1</sup>. Wzbudzenie symetrycznego rozciągania cząsteczki przy 1388&nbsp;cm<sup>−1</sup> jest możliwe, jeżeli towarzyszy innemu przejściu zmieniającemu moment dipolowy cząsteczki, dlatego jest obserwowane w [[Spektroskopia Ramana|widmie Ramana]].

== Wytwarzanie ==
W laboratorium najłatwiej wytworzyć dwutlenek węgla poprzez [[Prażenie (technologia chemiczna)|prażenie]] [[węglan wapnia|węglanu wapnia]]:
{{reakcja|wzór=CaCO3 → CaO + CO2\up}}

lub działając praktycznie dowolnym kwasem (np. [[Kwas octowy|octowym]], [[kwas solny|solnym]], [[kwas cytrynowy|cytrynowym]]) na [[węglany]], np. węglan wapnia, węglan sodu ([[węglan sodu|{{chem2|Na2CO3}}]]) lub wodorowęglan sodu ([[wodorowęglan sodu|{{chem2|NaHCO3}}]]) i in.
{{reakcja|wzór=Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2\up + H2O}}
Najdogodniej przeprowadza się takie reakcje chemiczne w [[Aparat Kippa|aparacie Kippa]].

W przemyśle dwutlenek węgla otrzymuje się jako produkt uboczny spalania węgla, [[węglowodory|węglowodorów]] oraz [[fermentacja alkoholowa|fermentacji alkoholowej]]. Reakcja utleniania węgla:
{{reakcja|wzór=C + O2 → CO2|entalpia=−394 kJ/mol}}
A także jako produkt uboczny wytwarzaniu wodoru z metanu, [[Gaz syntezowy|gazu syntezowego]] wykorzystywanego między innymi do produkcji amoniaku w [[Metoda Habera i Boscha|metodzie Habera i Boscha]]. Przy produkcji [[Tlenek wapnia|wapna palonego]] i [[cement]]u.

Dwutlenek węgla pozyskuje się także poprzez odgazowanie wód mineralnych.

== Zastosowanie ==
* jako [[suchy lód]] jest wykorzystywany jako [[chłodziwo]]
* zawarty w powietrzu wywołuje twardnienie [[Wapno (spoiwo)|zaprawy wapiennej]]
* jest składnikiem [[Gaz obojętny|atmosfery neutralnej]] w przechowalniach i dojrzewalniach owoców i warzyw
* [[czynnik termodynamiczny]] w układach chłodniczych i klimatyzacji<ref>{{Cytuj |url = https://www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl/artykuly/176-wydanie-52011-/1847-systemy-klimatyzacji-i-chodnictwa-w-oparciu-o-co2-r744-cz-2.html |tytuł = Systemy klimatyzacji i chłodnictwa w oparciu o CO2 (R744) (cz. 2) |data dostępu = 2019-09-27 |autor = Piotr Baj |czasopismo = Chłodnictwo i Klimatyzacja |data = 2011 |issn = 1425-9796 |wolumin = 5 |s = 64–69 |dostęp = o}}</ref>
* czynnik roboczy w [[gaśnica śniegowa|gaśnicach śniegowych]] i instalacjach gaśniczych
* gaz napędowy do [[broń pneumatyczna|broni pneumatycznej]]
* jako otulina gazowa przy [[Połączenie spawane|spawaniu]] [[stal]]i czarnych [[spawanie MIG/MAG|metodą MAG]]
* w przemyśle spożywczym składnik [[Woda gazowana|napojów gazowanych]] ([[Dodatki do żywności|dodatek do żywności]] [[Numer E|E290]])
* w cukrownictwie – do wytrącania resztek [[wodorotlenek wapnia|wodorotlenku wapnia]] z soku buraczanego
* cząsteczki {{chem2|CO2}} są ośrodkiem czynnym w [[Laser molekularny|laserze molekularnym]]

== Znaczenie biologiczne ==
[[Plik:Auto-and heterotrophs.png|thumb|Fotosynteza i oddychanie. Dwutlenek węgla (po prawej) wraz z wodą przez [[fotosynteza|fotosyntezę]] tworzą tlen i związki organiczne (po lewej), które mogą być przez [[oddychanie komórkowe]] zamieniane na wodę i {{chem2|CO2}}.]]
Dwutlenek węgla jest końcowym produktem [[Oddychanie komórkowe|oddychania komórkowego]] w organizmach [[aerob]]owych, które uzyskują energię poprzez rozkład cukrów, tłuszczów i aminokwasów przez reakcję z tlenem w ich [[metabolizm]]ie. Dotyczy to wszystkich roślin, glonów i zwierząt oraz grzybów i bakterii tlenowych<ref>{{Cytuj |url = http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/oddychanie-wewnatrzkomorkowe |tytuł = Oddychanie wewnątrzkomórkowe |data dostępu = 2019-09-24 |praca = e-biotechnologia.pl |autor = Adam Kuzdraliński |data = 2011-02-03 |dostęp = o}}{{niewiarygodne źródło}}</ref>. Usuwanie nadmiaru dwutlenku węgla z organizmu jest częścią [[Oddychanie zewnętrzne|oddychania zewnętrznego]]. U kręgowców dwutlenek węgla przemieszcza się we krwi z tkanek organizmu do skóry (np. [[płazy]]) lub skrzeli (np. [[ryby]]), skąd rozpuszcza się w wodzie albo do [[płuco|płuc]] u kręgowców oddychających powietrzem, z których jest wydychany<ref name="leks">{{cytuj |tytuł = Leksykon biologiczny |inni = Czesław Jura (red.), Halina Krzanowska (red.) |autor r = Stanisława Stokłosowa |rozdział = Oddychanie, respiracja |data = 1992 |wydawca = Wiedza Powszechna |miejsce = Warszawa |isbn = 83-214-0375-1}}</ref>. Podczas aktywnej [[Fotosynteza|fotosyntezy]] rośliny pochłaniają więcej dwutlenku węgla z atmosfery, niż uwalniają w procesie oddychania.

== W organizmie człowieka ==
Dwutlenek węgla w organizmie człowieka powstaje w tkankach wyniku utleniania cukrów, [[Tłuszcze|tłuszczów]] i białek, jest transportowany przez krew do płuc, gdzie w pęcherzykach płucnych przechodzi do powietrza i jest wydychany. Jego stężenie odgrywa ważną rolę w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej organizmu. Prawidłowe średnie ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla w krwi tętniczej wynosi  (40 ± 4)&nbsp;[[tor (jednostka)|mmHg]], w krwi żylnej – 46&nbsp;mmHg. Przy prawidłowym funkcjonowaniu pęcherzyków płucnych ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla w pęcherzyku płucnym jest równe ciśnieniu w krwi tętniczej (40&nbsp;mmHg ≈ 5% powietrza obj.). Zwiększona zawartość dwutlenku węgla we krwi określana jest jako [[hiperkapnia]] a zmniejszona [[hipokapnia]]. Dwutlenek węgla z tkanek do płuc jest transportowany głównie w formie [[Wodorowęglany|jonu wodorowęglanowego]], w mniejszym w postaci {{chem2|CO2}} rozpuszczonego w wodzie, a w niewielkim jako związany w [[Hemoglobina|hemoglobinie]]<ref name="oddechowy">{{Cytuj |autor = Magda Przybyło |tytuł = Fizjologia. Układ oddechowy |url = http://lbam.pwr.edu.pl/wp-content/uploads/2017/01/Fizjologia_W7.pdf |miejsce = Wrocław |opis = wykład z przedmiotu Fizjologia, Katedra Inżynierii Biomedycznej Politechniki Wrocławskiej |dostęp = o}}</ref>.

Dwutlenku węgla jest głównym czynnikiem chemicznej kontroli oddychania. Podniesione ciśnienie parcjalne {{chem2|CO2}} we krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym pobudza receptory centralne. Obniżone pH krwi, na które wpływa między innymi stężenie {{chem2|CO2}} we krwi pobudza chemoreceptory obwodowe. Impulsy z receptorów docierają do centrum wdechowego{{R|oddechowy}}. Celowa lub wywołana podenerwowaniem bądź stresem hiperwentylacja prowadząca do obniżenia stężenia dwutlenku węgla we krwi ([[hipokapnia]]) powoduje zaburzenia takie jak: oszołomienie, osłabienie, bóle głowy, zaburzenia wzrokowe, a nawet omdlenie<ref name="konarski">{{Cytuj |autor = M. Konarski |tytuł = Zagrożenia zdrowia i życia charakterystyczne dla nurkowań z wykorzystaniem aparatów nurkowych z recyrkulacją czynnika oddechowego |url = https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-article-BAT1-0027-0015/c/httpwww_phr_net_plmaterial2007rphr2192007mkonarski2192007.pdf |czasopismo = Polish Hyperbaric Research |wolumin = 2 |numer = 19 |wydawca = Polskie Towarzystwo Medycyny i Techniki Hiperbarycznej |data = 2007 |dostęp = o}}</ref>.

Zwiększone stężenie {{chem2|CO2}} we krwi może być wywołane różnymi czynnikami, takimi jak: niewystarczająca wentylacja płuc, upośledzenia funkcji układu oddechowego oraz zwiększone stężenie dwutlenku węgla we wdychanym powietrzu{{R|konarski}}.

=== Zatrucie dwutlenkiem węgla ===
Dwutlenek węgla zawarty w powietrzu w stężeniu do około 500&nbsp;ppm nieszkodliwy dla ludzi, w wyższym stężeniu wywołuje duszności, wywołane utrudnionym wydaleniem dwutlenku węgla powstającego w organizmie. Stężenie powyżej 1000&nbsp;ppm skutkuje znacznym upośledzeniem zdolności intelektualnych, z kolei stężenie 2500&nbsp;ppm niemal całkowicie pozbawia człowieka wyższych zdolności umysłowych, a także znaczenie zmniejsza zdolności fizyczne, również w prostych czynnościach<ref>{{Cytuj |autor = Julie Chao |tytuł = Elevated Indoor Carbon Dioxide Impairs Decision-Making Performance |data = 2012-10-17 |data dostępu = 2020-06-10 |praca = News Center |opublikowany = Berkeley Lab |url = https://newscenter.lbl.gov/2012/10/17/elevated-indoor-carbon-dioxide-impairs-decision-making-performance/ |język = en |dostęp = o}}</ref>.

Dla zdrowego człowieka działanie toksyczne występuje przy stężeniach powyżej 5%, powodujące rozwój hiperkapnii i [[Kwasica oddechowa|kwasicy oddechowej]]. Ciężka kwasica nasila działanie [[Układ przywspółczulny|przywspółczulnej aktywności nerwowej]], co powoduje osłabienie oddychania i krążenia. Stężenia ponad 10% dwutlenku węgla mogą powodować drgawki, śpiączkę i śmierć. {{chem2|CO2}} w stężeniu przekraczającym 30% działa szybko, prowadząc do utraty przytomności w ciągu kilku sekund. To tłumaczy, dlaczego ofiary przypadkowego zatrucia często nie podejmują działań w celu rozwiązania sytuacji (nie otwierają drzwi itp.)<ref name="Kris">{{Cytuj |autor = Kris Permentier, Steven Vercammen |tytuł = Carbon dioxide poisoning: a literature review of an often forgotten cause of intoxication in the emergency department |pmc = PMC5380556 |czasopismo = International Journal of Emergency Medicine |wolumin = 10 |numer = 1 |data = 2017 |doi = 10.1186/s12245-017-0142-y |pmid = 28378268}}</ref><ref>{{Cytuj |tytuł = Homo sapiens w świecie wysokich stężeń CO2 |autor = Marcin Popkiewicz |data = 2014-10-08 |praca = Nauka o klimacie |opublikowany = Instytut Geofizyki Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego |data dostępu = 2020-06-10 |url = https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/homo-sapiens-w-swiecie-wysokich-stezen-co2-57 |dostęp = o}}</ref>.

Badania wykazały dużą zmienność tolerancji na {{chem2|CO2}}. Stężenia we krwi wahały się od co najmniej 0,055 do 0,085&nbsp;atm (41,8–64,6&nbsp;mmHg) wśród osób z objawami, bezpiecznego poziomu ekspozycji na {{chem2|CO2}} nie można scharakteryzować pojedynczą wartością. Stężenia w powietrzu śmiertelnych przypadków zatrucia {{chem2|CO2}} wahają się między 14,1 a 26% {{chem2|CO2}}, tolerancja na {{chem2|CO2}} spada wraz z wiekiem{{R|Kris}}.

Do zatruć dwutlenkiem węgla dochodzi przede wszystkim w zakładach przemysłowych, głównie kopalniach, jednak zatrucia są także możliwe w zamkniętych pomieszczeniach, gdzie dochodzi do odparowania dużej ilości suchego lodu lub {{chem2|CO2}} wydzielany jest w wyniku fermentacji{{R|Kris}}.

{{chem2|CO2}} tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych. Dzieje się tak w gorzelniach, wytwórniach [[Wino|win]], [[Silos (magazyn)|silosach]] zbożowych, [[Browar|browarach]], studzienkach kanalizacyjnych, [[Szambo|szambach]] i innych podobnych. Odmienna sytuacja ma miejsce w kopalniach, gdzie na skutek prac górniczych lub ruchów górotworu zostają nagle uwolnione znaczne ilości gazów, w tym często dwutlenku węgla.

Mieszanka dwutlenku węgla i [[tlen]]u (tzw. „mikstura Meduny” lub „karbogen”) była stosowana przez węgierskiego [[lekarz]]a [[Ladislas J. Meduna|Ladislasa Medunę]] jako jedna ze wstrząsowych terapii chorób psychicznych, podobnie jak ceniony przez Medunę [[pentetrazol]]. Stężenie dwutlenku było zawarte w przedziale od 1,5% do 50%<ref>{{cytuj |url = http://www.erowid.org/chemicals/carbogen/carbogen_basics.shtml |tytuł = Carbogen |praca = Erowid |język = en |dostęp = o}}</ref>.

== Wykrywanie ==
Obecność dwutlenku węgla w powietrzu, gazach obojętnych, rozpuszczonego w obojętnej wodzie można stwierdzić za pomocą [[woda wapienna|wody wapiennej]]. W zetknięciu się wody wapiennej z dwutlenkiem węgla następuje reakcja:
{{reakcja|wzór=Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3\down + H2O}}

Wytrącenie się węglanu wapnia powoduje zmętnienie wody wapiennej.

== Zobacz też ==
* [[lista państw według emisji dwutlenku węgla na jednego mieszkańca]]
* [[sztuczna fotosynteza]]
* [[sekwestracja dwutlenku węgla]]
* [[nadkrytyczny dwutlenek węgla]]

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Bibliografia ==
* {{CRC97}}

{{zastrzeżenia|Medycyna}}
{{Klasyfikacja ATC|V03}}
{{Konserwanty}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Dwutlenek węgla| ]]
[[Kategoria:Tlenki węgla]]