Vier voorstellingen die chemici gebruiken voor koolstofdioxide. In de gekleurde modellen is koolstof lichtgrijs en zuurstof rood.
Credit: Randy Russell (©2006 NESTA)
Koolstofdioxide is een kleurloos en niet-ontvlambaar gas bij normale temperatuur en druk. Hoewel kooldioxide in de atmosfeer van de aarde veel minder voorkomt dan stikstof en zuurstof, is het een belangrijk bestanddeel van de lucht op onze planeet. Een molecuul kooldioxide (CO2) bestaat uit één koolstofatoom en twee zuurstofatomen.
Kooldioxide is een belangrijk broeikasgas dat helpt om warmte in onze atmosfeer vast te houden. Zonder dit gas zou onze planeet onherbergzaam koud zijn. Een geleidelijke toename van de CO2-concentratie in de atmosfeer van de aarde draagt echter bij tot de opwarming van de aarde, waardoor het klimaat op onze planeet dreigt te worden verstoord naarmate de gemiddelde temperatuur wereldwijd geleidelijk stijgt.
Koolstofdioxide is het op drie na meest voorkomende bestanddeel van droge lucht. Het heeft een concentratie van ongeveer 400 ppmv (delen per miljoen volume) in de atmosfeer van de aarde. Wetenschappers schatten dat de CO2-concentratie vóór de industriële activiteit van de mens ongeveer 270 ppmv bedroeg. Het kooldioxideniveau in onze atmosfeer is dus sinds het begin van de menselijke industrialisatie met ongeveer 40% gestegen en zal naar verwachting een verontrustende rol spelen bij de stijging van de temperatuur op aarde. De concentraties kooldioxide in de atmosfeer hebben in de pre-menselijke geschiedenis van onze planeet aanzienlijke schommelingen vertoond en hebben in het verleden grote invloed gehad op de temperatuur op aarde.
Kooldioxide speelt een sleutelrol in de koolstofcyclus van de aarde, het geheel van processen dat koolstof in vele vormen door onze omgeving laat stromen. Vulkaanuitbarstingen en bosbranden zijn twee belangrijke natuurlijke bronnen van CO2 in de atmosfeer van de aarde. Bij de ademhaling, het proces waarbij organismen energie uit voedsel vrijmaken, komt kooldioxide vrij. Wanneer je uitademt, is het kooldioxide (naast andere gassen) dat je uitademt. Verbranding, hetzij in de vorm van bosbranden, hetzij als gevolg van slash-and-burn landbouwpraktijken, hetzij in verbrandingsmotoren, produceert kooldioxide.
Fotosynthese, het biochemische proces waarbij planten en sommige microben voedsel produceren, verbruikt kooldioxide. Fotosynthetische organismen combineren CO2 en water (H2O) om koolhydraten (zoals suikers) te produceren en stoten zuurstof uit als bijproduct. Plaatsen zoals bossen en oceaangebieden waar fotosynthetische microben groeien, fungeren daarom als enorme koolstofputten, die via fotosynthese kooldioxide aan de atmosfeer onttrekken. De vroege atmosfeer van de aarde had veel hogere CO2-niveaus en bijna geen zuurstof; de opkomst van fotosynthetische organismen leidde tot een toename van zuurstof, waardoor zuurstofademende wezens zoals wij konden ontstaan!
Verbranding genereert CO2, hoewel onvolledige verbranding door een beperkte zuurstoftoevoer of een teveel aan koolstof ook koolmonoxide (CO) kan produceren. Koolmonoxide, een gevaarlijke verontreinigende stof, oxideert uiteindelijk tot kooldioxide.
Kleine bussen met CO2 onder druk worden gebruikt om fietsbanden en reddingsvesten op te pompen en om paintballgeweren aan te drijven. De “fizz” in soda pop wordt geleverd door kooldioxide. Kooldioxide wordt ook vrijgemaakt door gist tijdens de gisting, waardoor bier zijn schuimkraag krijgt en champagne bruisend wordt. Omdat het niet brandbaar is, wordt CO2 gebruikt in sommige brandblussers. Kooldioxide vormt een zwak zuur, koolzuur genaamd (H2CO3), wanneer het in water wordt opgelost.
Kooldioxide is het gas dat het meest voorkomt in de atmosferen van Mars en Venus. Vast, bevroren kooldioxide wordt “droog ijs” genoemd. De polaire ijskappen van Mars zijn een mengsel van gewoon waterijs en droogijs. Vloeibaar CO2 vormt zich alleen bij drukken hoger dan ongeveer 5 maal de atmosferische druk op aarde op zeeniveau, dus in veel situaties smelt droogijs niet tot een vloeibare vorm. In plaats daarvan gaat het direct van een vaste naar een gasvormige toestand in een proces dat sublimatie wordt genoemd.