Quattro rappresentazioni che i chimici usano per il biossido di carbonio. Nei modelli colorati, il carbonio è grigio chiaro e l’ossigeno è rosso.
Credit: Randy Russell (©2006 NESTA)
Il diossido di carbonio è un gas incolore e non infiammabile a temperatura e pressione normali. Anche se molto meno abbondante dell’azoto e dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre, l’anidride carbonica è un importante costituente dell’aria del nostro pianeta. Una molecola di anidride carbonica (CO2) è composta da un atomo di carbonio e due di ossigeno.
L’anidride carbonica è un importante gas serra che aiuta a intrappolare il calore nella nostra atmosfera. Senza di esso, il nostro pianeta sarebbe inospitalmente freddo. Tuttavia, un graduale aumento delle concentrazioni di CO2 nell’atmosfera terrestre sta contribuendo al riscaldamento globale, minacciando di sconvolgere il clima del nostro pianeta con l’aumento graduale delle temperature medie globali.
L’anidride carbonica è il quarto componente più abbondante dell’aria secca. Ha una concentrazione di circa 400 ppmv (parti per milione in volume) nell’atmosfera terrestre. Gli scienziati stimano che prima dell’attività industriale umana, la concentrazione di CO2 era di circa 270 ppmv. I livelli di anidride carbonica nella nostra atmosfera sono quindi aumentati di circa il 40% dall’inizio dell’industrializzazione umana, e si prevede che giochino un ruolo preoccupante nell’aumento della temperatura globale. Le concentrazioni di anidride carbonica nell’atmosfera sono variate sostanzialmente nella storia pre-umana del nostro pianeta, e hanno avuto profondi impatti sulle temperature globali in passato.
L’anidride carbonica gioca un ruolo chiave nel ciclo del carbonio sulla Terra, l’insieme dei processi che fanno circolare il carbonio in molte forme nel nostro ambiente. Il degassamento vulcanico e gli incendi sono due importanti fonti naturali di CO2 nell’atmosfera terrestre. La respirazione, il processo con cui gli organismi liberano energia dal cibo, emette anidride carbonica. Quando si espira, è l’anidride carbonica (tra gli altri gas) che viene espirata. La combustione, sia sotto forma di incendi selvaggi, come risultato di pratiche agricole “slash-and-burn”, o nei motori a combustione interna, produce anidride carbonica.
Fotosintesi, il processo biochimico con cui le piante e alcuni microbi creano cibo, utilizza anidride carbonica. Gli organismi fotosintetici combinano CO2 e acqua (H2O) per produrre carboidrati (come gli zuccheri) ed emettono ossigeno come sottoprodotto. Luoghi come le foreste e le aree dell’oceano che supportano i microbi fotosintetici, quindi, agiscono come massicci “pozzi” di carbonio, rimuovendo l’anidride carbonica dall’atmosfera attraverso la fotosintesi. La prima atmosfera terrestre aveva livelli di CO2 molto più alti e quasi nessun ossigeno; l’ascesa degli organismi fotosintetici ha portato a un aumento dell’ossigeno che ha permesso lo sviluppo di creature che respirano ossigeno come noi!
La combustione genera CO2, anche se una combustione incompleta dovuta a un apporto limitato di ossigeno o un eccesso di carbonio può produrre anche monossido di carbonio (CO). Il monossido di carbonio, un pericoloso inquinante, alla fine si ossida in anidride carbonica.
Piccole bombole contenenti CO2 pressurizzata sono usate per gonfiare pneumatici di biciclette e giubbotti di salvataggio e per alimentare pistole da paintball. L’effervescenza delle bibite è fornita dall’anidride carbonica. L’anidride carbonica è anche rilasciata dal lievito durante la fermentazione, dando alla birra la sua testa e rendendo lo champagne frizzante. Poiché non è infiammabile, la CO2 è usata in alcuni estintori. L’anidride carbonica forma un acido debole, chiamato acido carbonico (H2CO3), quando si dissolve in acqua.
L’anidride carbonica è il gas più abbondante nelle atmosfere di Marte e Venere. L’anidride carbonica solida e congelata è chiamata “ghiaccio secco”. Le calotte polari di Marte sono una miscela di normale ghiaccio d’acqua e ghiaccio secco. Il CO2 liquido si forma solo a pressioni superiori a circa 5 volte la pressione atmosferica sulla Terra a livello del mare, quindi in molte situazioni il ghiaccio secco non si scioglie in una forma liquida. Invece, passa direttamente dallo stato solido allo stato gassoso in un processo chiamato sublimazione.