Διοξείδιο του Άνθρακα
Παρασκευή και ανίχνευση με ασβεστόνερο, ιδιότητες και χρήσεις, κύκλος του άνθρακα, φαινόμενο του θερμοκηπίου
Γιατί οι φυσαλίδες της πορτοκαλάδας σβήνουν ένα κερί;
Οι φυσαλίδες στα αναψυκτικά είναι διοξείδιο του άνθρακα — το ίδιο αέριο που εκπνέεις, που χρειάζονται τα φυτά και που γεμίζει ορισμένους πυροσβεστήρες. Και το ίδιο αέριο ρυθμίζει τη θερμοκρασία ολόκληρου του πλανήτη. Ένα μικρό μόριο, , με τεράστιο ρόλο.
Παρασκευή και ανίχνευση
Βάζουμε κομμάτια μαρμάρου σε φιάλη και προσθέτουμε ξίδι (ή αραιό υδροχλωρικό οξύ). Παράγεται αέριο που το διοχετεύουμε σε διαυγές ασβεστόνερο: το ασβεστόνερο θολώνει. Το θόλωμα είναι αδιάλυτο ανθρακικό ασβέστιο, και είναι η χαρακτηριστική δοκιμή για το διοξείδιο του άνθρακα. Το ίδιο αέριο βγαίνει και όταν ρίξεις ξίδι σε μαγειρική σόδα.
Φυσικές ιδιότητες και χρήσεις
- Άχρωμο, άοσμο, άγευστο αέριο.
- Διαλύεται λίγο στο νερό στη συνηθισμένη πίεση· γι' αυτό, όταν ανοίγεις ένα αναψυκτικό, φεύγει με φυσαλίδες. Χρήση: αεριούχα ποτά.
- Δεν καίγεται και έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τον αέρα (περίπου έναντι ). Χρήση: πυροσβεστήρες — σκεπάζει τη φωτιά και εμποδίζει την επαφή του καυσίμου με το οξυγόνο.
- Σε ατμοσφαιρική πίεση το στερεό («ξηρός πάγος») εξαχνώνεται στους .
Ποιες ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα το κάνουν κατάλληλο για πυροσβεστήρες;
Αέριο απαραίτητο για τη ζωή
Με την κυτταρική αναπνοή οι οργανισμοί παράγουν · με τη φωτοσύνθεση τα φυτά το καταναλώνουν και ελευθερώνουν οξυγόνο:
Οι δύο αυτές διαδικασίες κρατούν σταθερή την περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε και αποτελούν το κυριότερο μέρος του κύκλου του άνθρακα.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου
Ο Ήλιος θερμαίνει τη Γη. Η Γη εκπέμπει ένα μέρος της θερμότητας προς το Διάστημα με αόρατες υπέρυθρες ακτίνες. Το διοξείδιο του άνθρακα και οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας εγκλωβίζουν μέρος αυτών των ακτίνων, και η Γη διατηρεί μέση θερμοκρασία περίπου 15 °C. Χωρίς το φαινόμενο του θερμοκηπίου θα ήταν γύρω στους −18 έως −20 °C — πολύ δύσκολα για ζωή όπως τη γνωρίζουμε.
Το πρόβλημα είναι η ένταση του φαινομένου: οι αυξανόμενες καύσεις καυσίμων και η μείωση της φωτοσύνθεσης (καταστροφή δασών) αυξάνουν το , εγκλωβίζεται περισσότερη θερμότητα και η μέση θερμοκρασία ανεβαίνει. Εκτιμάται ότι θα αυξηθούν καύσωνες, τυφώνες και έντονες βροχοπτώσεις, και θα λιώσουν πάγοι.
Αντιμετώπιση: λιγότερα ορυκτά καύσιμα, στροφή σε ανανεώσιμες πηγές (ήλιος, άνεμος, γεωθερμία), προστασία των δασών.
Μέθοδος: παράγεται ή όχι;
- Αν καίγεται κάτι που περιέχει άνθρακα (ξύλο, κάρβουνο, πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κερί) → ναι.
- Αν οξύ (ξίδι, υδροχλωρικό) πέφτει σε μάρμαρο ή σόδα → ναι.
- Αναπνοή οργανισμών → ναι.
- Αν δεν υπάρχει άνθρακας στις αρχικές ουσίες (υδρογόνο, οξυζενέ) → όχι.
- Επιβεβαίωση: θολώνει το ασβεστόνερο.
Παράδειγμα — σε ποιες περιπτώσεις παράγεται διοξείδιο του άνθρακα;
- Όταν καίμε ξύλα → ναι (το ξύλο περιέχει άνθρακα).
- Όταν καίμε πετρέλαιο → ναι.
- Όταν καίμε υδρογόνο → όχι (παράγεται μόνο νερό).
- Όταν κινούμαστε → ναι (αυξάνεται η κυτταρική αναπνοή).
- Όταν ρίχνουμε υδροχλωρικό οξύ σε μάρμαρο → ναι.
- Όταν διασπάται το υπεροξείδιο του υδρογόνου → όχι (νερό και οξυγόνο).
Παράδειγμα — χρήση και ιδιότητα:
- Αναψυκτικά → είναι αέριο και λίγο διαλυτό στο νερό (κρατιέται υπό πίεση στο μπουκάλι, φεύγει με φυσαλίδες όταν ανοίξει), άοσμο.
- Πυροσβεστήρες → άκαυστο και πυκνότερο από τον αέρα.
Λυμένη άσκηση (τύπου διαγωνίσματος):
Δεδομένα: Προτάσεις: 1. Το παράγεται με τη φωτοσύνθεση. 2. Το καίγεται. 3. Το χρησιμοποιείται για την κατάσβεση πυρκαγιών. 4. Το οξυγόνο είναι υπεύθυνο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου. 5. Η αποψίλωση των δασών συμβάλλει στην ένταση του φαινομένου του θερμοκηπίου.
Ζητούμενο: Σωστό (Σ) ή λάθος (Λ), με αιτιολόγηση.
Λύση:
- Λ — η φωτοσύνθεση καταναλώνει και παράγει οξυγόνο.
- Λ — είναι άκαυστο (γι' αυτό σβήνει τη φωτιά).
- Σ — άκαυστο και βαρύτερο από τον αέρα.
- Λ — υπεύθυνα είναι το και οι υδρατμοί.
- Σ — λιγότερα δέντρα σημαίνει λιγότερη φωτοσύνθεση, άρα περισσότερο .
Απάντηση: Σωστές οι 3 και 5.
Χωρίς το φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου, τι θα συνέβαινε στη μέση θερμοκρασία της Γης;
Ποια δύο διαδικασίες κρατούν σταθερή την ποσότητα του στην ατμόσφαιρα, αν δεν υπάρχουν ανθρώπινες παρεμβάσεις;
«Θολό ασβεστόνερο = CO₂ παρών.» Και για το θερμοκήπιο φαντάσου την ατμόσφαιρα σαν κουβέρτα: μια λεπτή κουβέρτα σε κρατά ζεστό (φυσικό φαινόμενο), αλλά αν συνέχεια προσθέτεις κουβέρτες, ιδρώνεις (ένταση του φαινομένου).
Από το 1958 ο επιστήμονας Charles Keeling μετρούσε συνεχώς το του αέρα στο ηφαίστειο Μάουνα Λόα της Χαβάης. Τότε ήταν περίπου 315 μόρια ανά εκατομμύριο μόρια αέρα· σήμερα έχει ξεπεράσει τα 420 — γι' αυτό η τιμή 0,03% του βιβλίου έχει γίνει σχεδόν 0,04%.
Σε ένα ψηλό γυάλινο δοχείο βάζεις τρία αναμμένα κεράκια σε διαφορετικά ύψη: κοντό, μεσαίο, ψηλό. Σε ένα ποτήρι ρίχνεις μαγειρική σόδα και ξίδι και, όταν αρχίσει ο αναβρασμός, «αδειάζεις» προσεκτικά μόνο το αέριο (όχι το υγρό) μέσα στο δοχείο, από το χείλος. (α) Με ποια σειρά σβήνουν τα κεριά; (β) Ποιες δύο ιδιότητες του αερίου εξηγούν το αποτέλεσμα; (γ) Γιατί δεν πρέπει να κατεβαίνεις σε βαθιά, κλειστά κελάρια όπου ζυμώνεται μούστος;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
(α) Πρώτα το κοντό, μετά το μεσαίο, τελευταίο το ψηλό: το «γεμίζει» το δοχείο από κάτω προς τα πάνω, σαν αόρατο υγρό.
(β) Είναι πυκνότερο από τον αέρα (πέφτει προς τα κάτω) και άκαυστο (δεν συντηρεί την καύση).
(γ) Η ζύμωση του μούστου παράγει , που μαζεύεται στα χαμηλά σημεία και εκτοπίζει τον αέρα — ένας άνθρωπος εκεί μπορεί να πάθει ασφυξία.
Απάντηση: από το χαμηλότερο στο ψηλότερο· πυκνότερο από τον αέρα και άκαυστο.
- «Η φωτοσύνθεση παράγει ». Το καταναλώνει· το παράγει η αναπνοή.
- «Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι καταστροφικό από μόνο του». Κρατά τη Γη κατοικήσιμη· πρόβλημα είναι η ένταση του.
- «Το είναι ελαφρύ επειδή είναι αέριο». Είναι βαρύτερο από τον αέρα.
- Μπερδεύεις τις δοκιμές: ασβεστόνερο → · παρασχίδα → οξυγόνο.
- Παρασκευή: μάρμαρο (ή σόδα) + ξίδι ή υδροχλωρικό οξύ. Ανίχνευση: θολώνει το διαυγές ασβεστόνερο.
- Άχρωμο, άοσμο, άγευστο, λίγο διαλυτό στο νερό, άκαυστο, πυκνότερο από τον αέρα → αναψυκτικά, πυροσβεστήρες.
- Αναπνοή παράγει , φωτοσύνθεση το καταναλώνει → κύκλος του άνθρακα.
- Φαινόμενο θερμοκηπίου: και υδρατμοί εγκλωβίζουν υπέρυθρες → Γη ≈ 15 °C αντί για −18 έως −20 °C.
- Ένταση από καύσεις και αποψίλωση· λύσεις: ανανεώσιμες πηγές, προστασία δασών.