CO2

Dioxyde de carbone, également connu sous le nom de CO2, est un composé chimique composé de carbone et d'oxygène. Il a la formule chimique CO2, contenant un atome de carbone lié à deux atomes d'oxygène. Le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore, et est présent dans l'atmosphère terrestre en très petite quantité.

Définition et utilisation du dioxyde de carbone :

Formule chimique : CO2
Structure : Le dioxyde de carbone a une structure moléculaire avec un atome de carbone et deux atomes d'oxygène.

Utilisation du dioxyde de carbone :

Photosynthèse : Le dioxyde de carbone est une composante essentielle de la photosynthèse, le processus par lequel les plantes et certains micro-organismes absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le transforment en composés organiques, tels que le glucose. La photosynthèse est un processus fondamental pour la production d'aliments et d'oxygène chez les plantes.
Respiration : Le dioxyde de carbone est un sous-produit du métabolisme des organismes, y compris chez l'homme. Pendant la respiration, les organismes libèrent du dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Cycle de l'oxygène : Le dioxyde de carbone fait partie du cycle de l'oxygène, un processus par lequel il y a un échange entre l'oxygène atmosphérique et le dioxyde de carbone dans les océans et les plantes.
Conservation des aliments : Le dioxyde de carbone est parfois utilisé comme conservateur dans l'industrie alimentaire pour prolonger la durée de conservation des aliments.
Amélioration de la fertilité des sols : Le dioxyde de carbone peut être utilisé pour améliorer la fertilité des sols sous forme de carbonate de calcium (chaux) ou d'autres engrais.
Poudres à pâte : Dans l'industrie alimentaire, le dioxyde de carbone est utilisé comme composant de base des poudres à pâte, qui aident à lever la pâte et libèrent du dioxyde de carbone sous forme gazeuse, ce qui permet au pain de gonfler.
Production de boissons : Le dioxyde de carbone est présent dans les boissons pétillantes, telles que les sodas et les jus pétillants, où il assure les bulles de gaz et la saveur rafraîchissante.

Il est important de noter que le dioxyde de carbone est également un gaz à effet de serre, ce qui signifie qu'il contribue à retenir la chaleur dans l'atmosphère et influence les changements climatiques. Par conséquent, on discute de la nécessité de contrôler ses émissions et de trouver des moyens de réduire son impact sur le système climatique.

Formule: CO₂

Température d'ébullition: -78,46 °C

Masse molaire: 44,01 g/mol

Densité: 1,6 g/cm³ (solide) ; 1,98 kg/m³ (gaz)

Solubilité: 1,45 kg/m³

Formule moléculaire: CO₂

Masse moléculaire: 44,0095 g/mol

Occurrence dans la nature

Le dioxyde de carbone est un composant courant de l'atmosphère terrestre, dont la concentration^[4] dans l'air varie selon les conditions locales, l'altitude et l'humidité relative de l'air. En raison principalement des émissions industrielles, sa concentration moyenne dans l'air augmente constamment (voir le paragraphe « Effet du dioxyde de carbone sur le réchauffement global »).

Une concentration localement très élevée se trouve aux endroits où il s'échappe du sol dans les zones volcaniquement actives et dans certaines eaux minérales naturelles. Étant plus lourd que l'air, il peut s'accumuler dans ces endroits et constituer un piège dangereux pour les animaux et les humains. Annuellement, les activités volcaniques apportent à l'atmosphère terrestre environ 130 à 230 Tg, ce qui représente environ 0,5% de la production de CO₂ par l'humanité^[5].

Le dioxyde de carbone a également été trouvé dans l'espace interstellaire. Il est la composante principale des atmosphères des planètes Vénus et Mars. Il a été spectroscopiquement confirmé aussi dans les comètes.

Utilisation

Le dioxyde de carbone est un gaz industriellement facilement disponible. Il est utilisé comme :

matière première chimique pour la production :
- des carbonates inorganiques
- du méthanol
- des polycarbonates
- des polyuréthanes
- des carbamates
- des isocyanates
- d'autres composés organiques
un gaz propulseur et une atmosphère protectrice pour des usages alimentaires
une composante des boissons pétillantes
un remplit des extincteurs à neige
un milieu de refroidissement (glace sèche)
dans la médecine, il est ajouté (jusqu'à 5 %) au oxygène pour améliorer l'efficacité de la respiration
dans l'aquariophilie pour soutenir la croissance des plantes d'aquarium

Effet du dioxyde de carbone sur le réchauffement global

Fondamentalement, le CO₂ n'est pas une pollution, car il n'est pas toxique. À la fin de l'année 1997 à la Conférence sur l'atmosphère tenue au Japon (Kyoto), les pays négociants ont adopté des restrictions sur la production de CO₂. Ces restrictions sont connues sous le nom de Protocole de Kyoto. L'augmentation du CO₂ dans l'air est considérée comme la cause principale du réchauffement climatique, causée principalement par la combustion des combustibles fossiles et la perte de forêts. Heureusement, le plus grand écosystème fixant le dioxyde de carbone atmosphérique – le phytoplancton marin – n'est pas trop perturbé.

Une grande quantité de dioxyde de carbone est également dissoute dans les océans mondiaux, ce qui régule ainsi sa quantité dans l'atmosphère. Cependant, l'augmentation progressive de la température globale a un effet négatif sur la solubilité du CO₂ dans l'eau de mer, ce qui entraîne une rétroaction positive et libère davantage de ce gaz à effet de serre dans l'air. Heureusement, la plupart du dioxyde de carbone est chimiquement liée dans l'eau de mer sous forme d'ions carbonates et bicarbonates, ce à quoi nous devons sa réaction avec les minéraux calcaires selon l'équation :

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ←→ Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

Cette équilibre se déplace cependant vers la gauche avec l'augmentation de la température.

L'intensité de la photosynthèse du phytoplancton dépend de la température optimale et diminue avec sa croissance au-delà de l'optimum.

Dioxyde de carbone et biomasse

En plus de la combustion de la biomasse ou du biogaz , le dioxyde de carbone est également produit pendant le compostage. Une partie de la matière organique reste sur le champ sous forme de résidus de récolte et de système racinaire.

Pendant le compostage , une grande partie de la matière organique est transformée en engrais organo-minéral stabilisé à haute teneur en substances humiques, donc une grande partie du carbone reste fixée à long terme dans l'humus, ce qui améliore les propriétés des sols (capacité de rétention d'eau, capacité tampon, etc.). De plus, les propriétés améliorées des sols entraînent des rendements plus élevés, donc une assimilation plus intense du CO₂ pendant la photosynthèse.

Historique

Le dioxyde de carbone a été la première substance chimique décrite comme un gaz distinct de l'air. Au 17. siècle , le chimiste flamand Jan Baptist van Helmont a découvert que lors de la combustion du charbon de bois dans une cuve fermée, le poids de la cendre était inférieur à celui du charbon d'origine. Il l'expliqua par la transformation d'une partie du charbon en une substance invisible qu'il appela le gaz spiritus sylvestre.

À la moitié du 18. siècle , le médecin écossais Joseph Black a étudié plus en détail les propriétés de ce gaz. Il a découvert qu'en chauffant du calcaire ou en réagissant avec des acides, un gaz est formé qu'il a appelé « air fixe » (« fixed air »), car il pouvait être lié par des bases fortes (par exemple l'hydroxyde de calcium). Il a également découvert qu'il était plus lourd que l'air et qu'à la différence de l'air normal, il ne soutient pas la combustion et que les animaux y meurent. La liaison avec l'hydroxyde de calcium a été utilisée pour prouver qu'il est présent dans l'air expiré et qu'il est libéré pendant le processus de fermentation.