Ugljikov IV oksid & Efekt staklenika

Ugljikov IV oksid&Efekt staklenika

Ugljikov IV oksid- ugljikov dioksid, CO2 • kemijski spoj sastavljen od dva atoma kisika kovalentno vezan za jedan atom ugljika. • plin, koji se pod standardnim tlakom i temperaturom, nalazi u Zemljinoj atmosferi, u koncentraciji od 0,039 % • kao dio ugljikovog ciklusa, važan je za fotosintezu biljaka, algi i modrozelenih algi, koje mogu upiti ugljični dioksid, Sunčevo toplinsko zračenje i vodu, stvarajući ugljikohidrate, energiju za sebe, i kisik kao višak u tom procesu • stanično disanje oslobađa ugljikov dioksid kao višak u reakciji • stvara se i kao rezultat izgaranja, oslobađaju ga vulkani, termalni izvori i gejziri, a oslobađa se i iz karbonatnih stijena otapljanjem • 2010. god. u Zemljinoj atmosferi je bio u koncentraciji 0,0388 %, ta se koncentracija polako mijenja, s promjenom godišnjih doba, najviše se koristi u proljeće i ljeto, kada stabla i biljke rastu i razvijaju se i to najviše na sjevernoj polutci, pa je tada i koncentracija najmanja • koncentracija raste u jesen i zimu, kada je većina biljaka neaktivna • staklenički plin, koji odašilje vidljivu svjetlost, a jako upija u području infracrvenog i u bizini infracrvenog područja elektromagnetskog zračenja • nema tekuće agregatno stanje ispod 5,1 atm (standardna atmosfera) ili 520 kPa, kod 1 standardne atmosfere, plin ugljikov dioksid se direktno pretvara u krutu tvar kod −78 °C ili suhi led ugljikovog dioksida se kod temperature −78 °C direktno pretvara u plin • CO2 je otrovan u većim koncentracijama: 1 % CO2 će učiniti neke ljude pospanim, od 7 % do 10 %, javlja se nesvjestica, glavobolja, slabljenja vida i sluha, a gubljenje svijesti može biti od nekoliko minuta do sata.

Kemijska i fizikalna svojstva • ugljikov dioksid je bez boje, kod malih koncentracija, plin je bez mirisa,kod većih koncentracija ima oštar, kiselkast miris, može izazvati osjećaj gušenja i razdraženost • kada se udahne veća koncentracija, stvara gorak okus u ustima i osjećaj peckanja u nosu i u grlu, to nastaje jer se plin otapa u sluznici i u slini, stvarajući slabu otopinu ugljične kiseline, sličan osjećaj se javlja kad se piju gazirana pića i mjehurići izlaze kroz usta i nos • koncentracija iznad 0,5 % se smatra jako nezdravom, a iznd 5 % se smatra opasnom po život • kod standardnog tlaka i temperature, gustoća ugljičnog dioksida je oko 1,98 kg/m3, oko 1,5 puta je gušći od zraka • molekule ugljičnog dioksida (O=C=O) tvore dvije dvostruke kovalentne veze i imaju linijski oblik, nema električni dipol, i kada oksidira i otpušta elektrone, srednje je kemijski reaktivan i nezapaljiv, ali podržava gorenje metala kao što je magnezij

Proizvodnja • fazni dijagram ugljikovog dioksida (tlak – temperatura) pokazuje trojnu točku i kritičnu točku • ugljični dioksid se može dobiti destilacijom zraka, ali to je vrlo neuspješan postupak, razni postupci postoje da se dobije CO2, a jedan je kemijska reakcija između kiselina i metalnih karbonata, npr., kemijska reakcija između klorovodične kiseline i kalcijevog karbonata: 2 HCl + CaCO3 → CaCl2 + H2CO3 • u industriji je jako prisutan postupak dobivanja CO2 iz ugljične kiseline, jer je ona ostatak iz mnogih drugih postupaka, taj postupak je povezan sa pojavom pjene i mjehurića, proizvodnja živog vapna (CaO) je vrlo zastupljena u industriji, a za dobivanje CO2, potrebno je grijanje na oko 850 °C: CaCO3 → CaO + CO2 • izgaranjem svih goriva koji sadrže ugljik, nastaje CO2, kao što je metan, prirodni plin, destilati nafte (benzin, dizel, petrolej, propan), ugljen i drvo, primjer je kemijska reakcija metana i kisika: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Aparati za gašenje požara • ugljikov dioksid se koristi i kod aparata za gašenje požara, posebno za požare na električnim instalacijama i za zapaljive tekućine • za velike požare se obično ne koristi, jer je previše suh, prema Međunarodnoj pomorskoj organizaciji, gašenje strojarnica i kuhinja na brodovima, se mora obavljati sa ugljikovim dioksidom, iako je bilo i smrtnih slučajeva zbog tog sistema gašenja požara, MPO inzistira na primjeni CO2 za strojarnice i kuhinje, s tim da je nakon gašenja potrebno prostorije dobro ventilirati, prije ulaska spasioca

Zavarivanje • ugljikov dioksid se ponekad koristi kod zavarivanja, iako on reagira sa većinom metala i čini zavar krtijim i kvari kvalitetu zavara, zbog toga se kao zaštitni plin više preporučuje argon ili helij • ovaj postupak omogućuje nešto veću temperaturu tekućeg zavara i pojačava protok i uglavnom se može koristiti kod čelika sa srednjom koncentracijom ugljika, gdje rastezljivost materijala nije pretjerano bitna

Ugljikov dioksid u Zemljinoj atmosferi • ugljikov dioksid u Zemljinoj atmosferi je trenutno u koncentraciji od 0,039 % (po obujmu) ili 0,0591 % (po masi), ukupna masa CO2 u atmosferi je 3,16 x 1015 • ugljikov dioksid je staklenički plin • prije 500 milijuna godina, ugljikovog dioksida je bilo oko 20 puta više u atmosferi, da bi se za vrijeme jure (prije 200 milijuna godina) smanjio 4 do 5 puta, zatim je koncentracija lagano padala i naglo se smanjila prije 49 milijuna godina, ljudske aktivnosti, kao što je izgaranje fosilnih goriva i iskrčivanje šuma, povećali su koncentraciju CO2 u atmosferi, za 35 % od početka industrijske revolucije

Efekt staklenika • proces koji održava uravnoteženu temperaturu koja pak omogućuje život na Zemlji, sličan proces odvija se u stakleniku pa otuda i naziv • točna definicija efekta staklenika je da je to proces gdje toplinsko zračenje sa površine Zemlje se adsorbira u atmosferi, a adsorbiraju ga staklenički plinovi te dolazi do ponovnog zračenja u svim smjerovima, dio tog zračenja dolazi natrag u niže slojeve atmosfere i na Zemljinu površinu što dovodi do toga da je temperatura u tim dijelovima viša nego da dolazi samo solarno zračenje.

Princip efekta staklenika • Od ukupne količine solarnog zračenja, koje dospijeva na Zemlju, 30% se reflektira natrag u svemir dok ostalih 70% apsorbiraju tlo, zrak i oceani, te tako dolazi do zagrijavanja zemljine površine i atmosfere • ovo zagrijavanje omogućava povoljne uvjete za održavanje života na našoj planeti, kako se zemljina površina i zrak zagrijavaju, tako emitiraju infracrveno toplinsko zračenje, koje najvećim dijelom završava u svemiru, što omogućava hlađenje Zemlje • kao što staklo u staklenicima dopušta ulazak sunčeve svjetlosti, ali sprječava gubitak infracrvenog toplinskog zračenja iz staklenika, tako i ovi plinovi, nazvani "staklenički plinovi", imaju sposobnost zarobljavanja topline u zemljinoj atmosferi • ovaj proces omogućava povoljne životne uvjete, jer bi bez njega prosječna temperatura na površini Zemlje bez ovog procesa bila bi znatno niža (oko -18°C), nego što jest (+15°C).

Staklenički plinovi • to su svi plinovi koji reflektiraju Zemljino dugovalno zračenje natrag prema Zemljinoj površini i doprinose efektu staklenika • najvažniji staklenički plinovi su: -vodena para (H2O) -ugljikov dioksid (CO2) -metan (CH4) -didušikov oksid (N2O) -klorofluorougljici (freoni) -ozon (O3) u troposferi -sumporni dioksid (SO2) • svi staklenički plinovi u atmosferi se pojavljuju u vrlo malim udjelima, otprilike 60 do 70% efekta staklenika posljedica je vodene pare, ugljičnog dioksida, metana, dušikovog oksida i freona

Efekt staklenika na Veneri, Marsu i Titanu • U skupinu planeta sličnih zemlji spadaju još dva planeta koja imaju atmosferu, a to su Venera i Mars, oba planeta nepovoljna su za život, ali ne zbog svoje udaljenosti od Sunca, razlog njihove nenaseljenosti je efekt staklenika • u tu skupinu možemo ubrojiti i jedan prirodni satelit s atmosferom, riječ je o Saturnovom mjesecu Titanu

Venera • atmosfera Venere sastoji se najvećim dijelom od ugljikovog dioksida (96%) i dušika (3%), ostalih 1% čine sumpor dioksid, vodena para, ugljik monoksid, argon, helij, neon, ugljikov sulfid, klorovodik i fluorovodik, velika količina ugljik dioksida stvara efekt staklenika, zbog čega temperatura na površini dostiže i 500°C, što je 400°C više od očekivanog, srednja vrijednost temperature na površini iznosi 464°C, tako je površina Venere toplija od površine Merkura, iako je u usporedbi s njim udaljena od Sunca otprilike dvostruko i prima četiri puta manje svjetlosti

Mars • marsova atmosfera je primjetno drukčija od Zemljine, a sastoji se uglavnom od ugljičnog dioksida (95.32%), uz male primjese drugih elemenata kao što su dušik (2.7%), argon (1.6%), kisik (0.13%) i neon (0.00025%) • sadrži i vodenu paru u vrlo malom postotku (0.03%), a u polarnim krajevima je nađen i ozon, prosječna izmjerena temperatura na Marsovoj površini je -63°C, s maksimumom od 20°C i minimumom od -143°C • najtoplija su područja oko ekvatora i u subsolarnoj točki zato što temperatura tla ovisi o kutu upada sunčevih zraka i često varira jer je rijetka atmosfera slab toplinski spremnik, na polovima temperatura zimi ne prelazi -113°C, a pada i do -153°C što je dovoljno da CO2 kondenzira, tada dio atmosferskog CO2 prelazi u polarnu kapu što dovodi do naglog pada tlaka na tom području i zrak s čitavog globusa struji prema tom polu • temperaturne razlika između svjetlijih i tamnijih područja, odnosno tla i atmosfere, uvjetuju miješanje atmosfere • vjetrovi, koji su pri tlu brzine 10 m/s, podižu čestice prašine do 50 km uvis i prenose ih na udaljenosti od više tisuća kilometara, dostižu brzine do 100 m/s, izazivajući godišnje stotinjak pješčanih oluja koje, kada je Mars u perihelu, a vjetar i temperatura u svom maksimumu, mogu prekriti cijeli planet prašinom • pješčane oluje dovode do zanimljivog efekta „anti-staklenika“ odnosno velike količine prašine u atmosferi ne dopuštaju sunčevoj svjetlosti da neoslabljena prodre do površine, a propuštaju toplinsko zračenje Marsove površine koja se hladi, dok se viši dijelovi atmosfere zagrijavaju

Titan • najveći prirodni satelit Saturna koji kruži oko njega na udaljenosti 1 221 830 km • građen je od leda i stijenja, unutrašnjost mu je vjerojatno diferencirana u nekoliko slojeva, sa središnjom jezgrom promjera oko 3400 km, te nekoliko slojeva leda različitih kristalnih struktura, te je možda još uvijek vruća • iako po sastavu sličan ostalim Saturnovim satelitima, nešto je veće gustoće, razlog tome je što je dovoljno velik da pokrene proces gravitacijske kompresije odnosno zgušnjavanja uslijed vlastite težine • jedini je planetni satelit u Sunčevu sustavu koji posjeduje značajniju atmosferu, koja na površini stvara tlak od čak 1.5 bara, 50% više nego na Zemlji, ona je po sastavu većim dijelom molekularni dušik (94%), uz argon (6%) i nešto metana, može se naći voda, te neki organski spojevi u tragovima (cijanovodik, ugljik dioksid) • efekt staklenika posljedica je metana, drugog stakleničkog plina, no s obzirom da njega nema dovoljno u atmosferi efekt je jako slab • astronomi ga uspoređuju sa mladom Zemljom, to bi bilo pogodno mjesto za život, da površina nije izuzetno hladna • temperatura mu je oko -180°C

Prezentaciju za školski predmet KEMIJAizradila je DOLORES ŠAFRANEC

Ugljikov IV oksid & Efekt staklenika