Diossido di carbonio
(o anidride carbonica)

Proprieta' del diossido di carbonio

Diverse proprieta' fisiche e chimiche appartengono al diossido di carbonio. Sono riassunte nella seguante tabella.

Dove si trova il diossido di carbonio sulla terra?

L'anidride carbonica si trova pricipalmente in aria, ma anche in acqua come fase del ciclo del carbonio. Possiamo mostrarvi come funziona il ciclo di carbonio, per mezzo di una spiegazione e di una rappresentazione schematica. --> Vai al ciclo del carbonio.

Applicazione del diossido di carbonio per gli uomini

Gli esseri umani usano l'anidride carbonica in molti modi diversi. L'esempio più comune è il suo impiego in bibite analcoliche e birra, per renderle frizzanti. L'anidride carbonica liberata dalla polvere per il pane o dal lievito fa lievitare la pastella.
Alcuni estintori sfruttano l'anidride carbonica perché è più densa dell'aria. L'anidride carbonica può ricoprire di un fuoco, a causa della sua pesantezza. Impedisce all'ossigeno di alimentare il fuoco e di conseguenza il materiale che brucia è privato dell'ossigeno di cui ha bisogno per continuare a bruciare.
L'anidride carbonica inoltre è usata in una tecnologia denominata estrazione fluida ipercritica che è usata per il caffe' decaffeinato. La forma solida dell'anidride carbonica, nota comunemente come ghiaccio asciutto, è usata nei teatri generare la nebbia finta e produrre effetti come le bolle delle "pozioni magiche".

Il ruolo che il diossido di carbonio gioca nei processi ambientali

L'anidride carbonica è uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera. Essa gioca un ruolo importante nei processi vitali di animali e piante, come fotosintesi e respirazione. Tali processi saranno brevemente illistrati qui di seguito.

Le piante verdi convertono l'anidride carbonica e l'acqua in composti alimentari, quali glucosio ed ossigeno. Questo processo è denominato la fotosintesi.

La reazione di fontosintesi e' la seguente:
6 CO₂ + 6 H₂O --> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Piante ed animali, alternativamente, convertono i residui alimentari combinandoli con l'ossigeno per produrre energia per lo sviluppo ed altre attività vitali. Questo è il processo di respirazione, l'inverso di fotosintesi.

La reazione di respirazione e' la seguente:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ --> 6 CO₂ + 6 H₂O

La fotosintesi e la respirazione svolgono un ruolo importante nel ciclo di carbonio e sono in equilibrio tra loro.
La fotosintesi e' dominante durante la parte più calda dell'anno e la respirazione e' dominante durante la parte più fredda dell'anno. Tuttavia, entrambi i processi avvengono durante l'intero anno. In generale, quindi, l'anidride carbonica nell'atmosfera diminuisce durante la stagione della crescita ed aumenta durante il resto dell'anno.
Dal momento che le stagioni sono invertite negli emisferi boreale e australe, l'anidride carbonica nell'atmosfera aumenta nord mentre diminuisce a sud, e viceversa. Il ciclo è presente più chiaramente nell'emisfero nord, dal momento che ha relativamente più massa di terra e di vegetazione terrestre, mentre l'emisfero sud e' dominato dagli oceani.

Influenza del diossido di carbonio sull'alcalinita'

L'anidride carbonia puo' far variare il pH dell'acqua. Qui di seguito e' illustrato come funziona questo processo:

L'anidride carbonica di dissolve leggeremente in acqua per formare un acido debole chiamato acido carbonico, H₂CO₃, secondo la reazione seguente:
CO₂ + H₂O --> H₂CO₃

Dopo cio', l'acido carbonico reagisce leggermente e reversibilmente in acqua per formare il catione idronio, H₃O+, e lo ione bicerbonato, HCO³-, secondo la reazione seguente:
H₂CO₃ + H₂O --> HCO₃^- + H₃O⁺

Questo comportamento chimico spiega perchè l'acqua, che ha normalmente un pH neutro di 7 ha un pH acido di circa 5.5
quando è stata esposta ad aria.

Emissioni di anidride carbonica da parte degli esseri umani

A causa delle attività umane, la quantità di CO2 scaricata nell'atmosfera sta aumentando intensamente durante gli ultimi 150 anni. Di conseguenza, ha superato la quantia' consumata in biomassa, gli oceani, ed altri dispersori. Si e' verificato un aumento nella concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera da circa 280 ppm nel 1850 fino a 364 ppm nel 1998, pricipalmente dovuto alle attività umane durante e dopo la rivoluzione industriale, che inizio' nel 1850. Gli esseri umani stanno aumentando la quantità di anidride carbonica presente nell'aria bruciando combustibili fossili, producendo cemento e realizzando disboscamento e da combustione della foresta. Circa il 22% delle attuali concentrazioni di CO2 nell'atmosfera esistono a seguito di queste attività umane, considerato che non vi è variazione nelle quantita' naturali di anidride carbonica. Daremo un'occhiata più vicina a questi effetti nel paragrafo seguente.

Problemi ambientali - L'effetto serra

La troposfera è la parte più inferiore dell'atmosfera, spessa circa 10-15 chilometri. All'interno della troposfera ci sono gas denominati gas serra. Quando la luce solare raggiunge la terra, alcuni di essi si trasformano in calore. I gas serra assorbono parte del calore e lo intrappolano vicino alla superficie terrestre, in modo da riscaldare la terra. Tale processo, comunemente noto come effetto serra, è stato scoperto molti anni fa ed è stato in seguito confermato per mezzo di esperimenti in laboratorio e misure atmosferiche.
La vita come la conosciamo esiste soltanto come conseguenza di questo naturale effetto serra, dal momentro che tale processo regola la temperatura della terra. Se esso non esistesse, la terra intera sarebbe coperta di ghiaccio.
La quantità di calore intrappolata nella troposfera determina la temperatura sulla terra. La quantità di calore nella troposfera dipende dalle concentrazioni dei gas serra atmosferici e dal tempo in cui tale gas rimangono nell'atmosfera. I gas serra più importanti sono anidride carbonica, CFC's (Chlor-Fluoro-Carbonio), ossidi di azoto ed il metano.

Da quando la rivoluzione industriale inizio' nel 1850, le attivita' umani stanno causando le emissioni di gas serra nell'atmosfera, come CFC's e anidride carbonica. Ciò ha prodotto un problema ambientale: la quantita' dei gas serra si e' sviluppati così estesamente, che il clima della terra sta cambiando perché la temperatura sta aumentando. Questa aggiunta artificiale all'effetto serra è nota come riscaldamento globale. Si sospetta che il riscaldamento globale possa causare un aumento delle tempeste, la fusione delle calotte di ghiaccio ai poli, che causano inondazioni nei continenti abitati ed altri problemi ambientali.

Insieme all'idrogeno, l'anidride carbonica è il gas principale serra. Tuttavia l'idrogeno non è emesso durante i processi industriali. Gli esseri umani non contribuiscono all'aumento della quantità di idrogeno nell'aria, che varia soltanto naturalmente durante il ciclo idrologico e di conseguenza non è una causa del riscaldamento globale.
L'aumento delle emissioni di anidride carbonica causa circa il 50-60% del riscaldamento globale. Le emissioni dell'anidride carbonica sono aumentate da 280 ppm nel 1850 a 364 ppm negli anni 90.

Nel paragrafo precedente varie attività umane che contribuiscono all'emissione di anidride carbonica saccosa sono stati menzionate. Tra di esse la combustione del combustibile fossile per la produzione di energia causa circa il 70-75% delle emissioni di anidride carbonica, essendo la fonte principale della sua emissione. Il restante 20-25% delle emissioni è causato da pulizia della terra e incendi e dalle emissioni dagli scarichi degli autoveicoli. La maggior parte delle emissioni di anidride carbonica derivano dai processi industriali dei paesi sviluppati, come Stati Uniti ed Europa. Tuttavia, le emissioni di anidride carbonica dai paesi in via di sviluppo stanno aumentando. In questo secolo, si prevede che le emissioni di anidride carbonica raddoppino e si pensa che continuino ad aumentare ulteriormente ed a causare problemi in seguito. L'anidride carbonica rimane nella troposfera da circa cinquanta fino a duecento anni.

La prima persona che predisse che le emissioni di anidride carbonica prodotte dalla combustione dei combustibili fossili e da altri processi di combustione avrebbero causato un riscaldamento globale fu Svante Arrhenius, che pubblico' un articolo "Sull'influenza dell'acido carbonico presente nell'aria sulla temperatura della terra" nel 1896.
All'inizio del 1930 fu confermato che l'anidride carbonica atmosferica stava realmente aumentando. Verso la fine degli anni 50 quando furono sviluppate tecniche di misura altamente esatte, si trovo' un'ulteriore conferma. Entro gli anni 90, la teoria del riscaldamento globale fu ampiamente accettata, anche se non da tutti. Se il riscaldamento globale è realmente prodotto dall'aumento dell'anidride carbonica nell'atmosfera, è ancora dibattuto.

Aumento dell'anidride carbonica nell'aria nelle decadi scorse

Il trattato di Kyoto

I capi del mondo si sono riuniti a Kyoto, in Giappone, nel mese di dicembre del 1997 per considerare un trattato per la limitazione delle emissioni dei gas serra, soprattutto dell'anidride carbonica, che si pensa causare un riscaldamento globale. Purtroppo, sebbene i trattati di Kyoto hanno funzionato per un periodo, l'America sta ora provando ad eluderli.

Anidride carbonica e salute

L'anidride carbonica è essenziale per respirazione interna del corpo umano. La respirazione interna è il processo attraverso il quale l'ossigeno è trasportato ai tessuti del corpo ed l'anidride carbonica è allontanata da essi.
L'anidride carbonica è un guardiano del pH del sangue, che è essenziale per la sopravvivenza.
Il sistema tampone in cui l'anidride carbonica svolge un ruolo importante è detto tampone a carbonato ed e' composto da ioni di bicarbonato e da anidride carbonica dissolta, con acido carbonico. L'acido carbonico può neutralizzare gli ioni dell'idrossido, che aumenterebbe il pH del sangue una volta aggiunto. Lo ione bicarbonato può neutralizzare gli ioni idrogeno, che causerebbero una diminuzione nel pH del sangue una volta aggiunto. Sia un aumento che una diminuzione del pH costituiscono una minaccia per la vita.

Oltre ad essere un tampone essenziale nel sistema umano, l'anidride carbonica è nota per causare effetti sulla salute quando la sua concentrazionie eccede un determinato limite.

I principali periocoli per la salute causati dal diossido di carbonio sono:

- Asfissia. E' causata dal rilascio di anidride carbonica in una zona confinata o non ventilata. Ciò può abbassare la concentrazione di ossigeno ad un livello che è subito pericoloso per salute umana.
- Congelamento. L'anidride carbonica solida si trova sempre a temperatura inferiore ai -78 gradi C a normale pressione atmosferica, senza considerare la temperatura dell'aria. Il maneggiamento di tale materiale per più di un secondo o due senza protezione adeguata può causare le serie vesciche ed altri effetti indesiderabili. Il l'anidride carbonica gassosa liberata da un cilindro d'acciaio, come un estintore, causa simili effetti.
- Dannieggiamento di reni o coma. Ciò è causato da una alterazione dell'equilibrio chimico della soluzione tampone del carbonato. Quando le concentrazioni di anidride carbonica aumentano o diminuiscono, inducendo un disturbo nell'equilibro, puo' verificarsi una situazione situazione minacciosa per la vita.

Fonti:

http://www.oism.org/pproject/s33p36.htm
http://cdiac.ornl.gov/pns/faq.html
http://www.ilpi.com/msds/ref/carbondioxide.html
Living in the Environment, un libro di G. Tyler Miller