Tlenek węgla(IV) - właściwości i wykrywanie

Tlenek węgla(IV), nazywany też dwutlenkiem węgla, jest związkiem chemicznym węgla i tlenu o wzorze $CO_2$. Jedna cząsteczka zawiera jeden atom węgla oraz dwa atomy tlenu.

W przyrodzie gaz ten jest składnikiem powietrza. Powstaje między innymi podczas oddychania komórkowego organizmów, rozkładu szczątków organicznych i spalania paliw zawierających węgiel.

Nie należy mylić $CO_2$ z tlenkiem węgla(II), czyli $CO$. Tlenek węgla(II) jest silnie trujący, natomiast tlenek węgla(IV) w małych ilościach naturalnie występuje w atmosferze.

W normalnych warunkach $CO_2$ jest gazem bezbarwnym i bezwonnym. Jest cięższy od powietrza oraz słabo rozpuszcza się w wodzie.

Tlenek węgla(IV) nie pali się i nie podtrzymuje spalania. Gdy wokół płonącej świeczki znajdzie się dużo tego gazu, płomień gaśnie, ponieważ brakuje tlenu potrzebnego do spalania.

Część gazu rozpuszczonego w wodzie reaguje z nią, tworząc kwas węglowy: $CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3$. Dlatego woda zawierająca dużo rozpuszczonego $CO_2$ ma odczyn kwaśny.

W szkolnym doświadczeniu tlenek węgla(IV) otrzymuje się, działając kwasem chlorowodorowym na węglan wapnia. Węglan wapnia występuje na przykład w marmurze, kredzie i skorupkach jaj.

Równanie reakcji ma postać:

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

W trakcie doświadczenia obserwujemy wydzielanie się pęcherzyków bezbarwnego gazu. Gaz można odprowadzić rurką do naczynia z wodą wapienną, aby go rozpoznać.

Doświadczenia z kwasami wykonuje się tylko zgodnie z poleceniem nauczyciela, w okularach ochronnych i z zachowaniem zasad bezpieczeństwa.

Charakterystyczną próbą wykrywania tlenku węgla(IV) jest przepuszczenie badanego gazu przez wodę wapienną. Jest to klarowny roztwór wodorotlenku wapnia $Ca(OH)_2$.

Jeśli w badanym gazie znajduje się $CO_2$, woda wapienna mętnieje. Powstaje wtedy trudno rozpuszczalny, biały węglan wapnia $CaCO_3$:

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

Zmętnienie jest obserwacją w doświadczeniu. Wniosek brzmi: w badanym gazie był obecny tlenek węgla(IV).

Tlenek węgla(IV) jest potrzebny roślinom w procesie fotosyntezy. Rośliny pobierają go z powietrza, a przy udziale światła wytwarzają substancje odżywcze i uwalniają tlen.

Gaz ten stosuje się między innymi w niektórych gaśnicach, ponieważ nie podtrzymuje spalania. Stała postać $CO_2$ to suchy lód. Jest bardzo zimny i przechodzi bezpośrednio w gaz, dlatego wykorzystuje się go na przykład do chłodzenia.

Tlenek węgla(IV) jest też gazem cieplarnianym. Naturalny efekt cieplarniany pomaga utrzymać temperaturę odpowiednią do życia na Ziemi. Jednak nadmierna emisja $CO_2$, zwłaszcza podczas spalania węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego, wzmacnia ocieplanie klimatu.

Ważne sposoby ograniczania emisji to oszczędzanie energii, korzystanie z odnawialnych źródeł energii oraz ochrona i sadzenie drzew.