Waterbehandelingsoplossingen

Eigenschappen van kooldioxide

Er zijn verschillende fysische en chemische eigenschappen, die bij kooldioxide horen.
Hier zullen we ze in een tabel opsommen.

Waar op aarde vinden we koolstofdioxide?

Koolstofdioxide vinden we vooral in de lucht, maar ook in water als onderdeel van de koolstofkringloop. We kunnen je laten zien hoe de koolstofkringloop werkt, aan de hand van een uitleg en een schematische voorstelling. –> Ga naar de koolstofkringloop.

Toepassingen van koolstofdioxide door de mens

De mens gebruikt koolstofdioxide op veel verschillende manieren. Het meest bekende voorbeeld is het gebruik ervan in frisdranken en bier, om ze bruisend te maken. Kooldioxide dat vrijkomt door bakpoeder of gist doet cakebeslag rijzen.
Sommige brandblusapparaten gebruiken kooldioxide omdat het een grotere dichtheid heeft dan lucht. Kooldioxide kan door zijn zwaarte een vuur bedekken. Het voorkomt dat zuurstof bij het vuur kan komen en als gevolg daarvan wordt het brandende materiaal beroofd van de zuurstof die het nodig heeft om te blijven branden.
Kooldioxide wordt ook gebruikt in een technologie die superkritische vloeistofextractie wordt genoemd en die wordt gebruikt om koffie cafeïnevrij te maken. De vaste vorm van kooldioxide, algemeen bekend als droogijs, wordt in theaters gebruikt om mist op het toneel te creëren en dingen als “toverdrankjes” te laten bubbelen.

De rol van kooldioxide in milieuprocessen

Kooldioxide is een van de meest overvloedige gassen in de atmosfeer. Kooldioxide speelt een belangrijke rol in vitale plantaardige en dierlijke processen, zoals fotosynthese en ademhaling. Deze processen zullen hier kort worden toegelicht.
Groene planten zetten kooldioxide en water om in voedselverbindingen, zoals glucose, en zuurstof. Dit proces wordt fotosynthese genoemd.
De reactie van fotosynthese is als volgt:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Planten en dieren zetten op hun beurt de voedselverbindingen om door deze te combineren met zuurstof om energie vrij te maken voor groei en andere levensactiviteiten. Dit is het ademhalingsproces, het omgekeerde van de fotosynthese.
De ademhalingsreactie is als volgt:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
Fotosynthese en ademhaling spelen een belangrijke rol in de koolstofkringloop en zijn met elkaar in evenwicht.
Fotosynthese overheerst in het warmere deel van het jaar en ademhaling overheerst in het koudere deel van het jaar. Beide processen komen echter het gehele jaar voor. Over het geheel genomen neemt de kooldioxide in de atmosfeer dus af gedurende het groeiseizoen en neemt toe gedurende de rest van het jaar.
Omdat de seizoenen op het noordelijk en zuidelijk halfrond tegengesteld zijn, neemt de kooldioxide in de atmosfeer toe in het noorden en af in het zuiden, en omgekeerd. De cyclus is duidelijker aanwezig op het noordelijk halfrond, omdat dit relatief meer landmassa en terrestrische vegetatie heeft. Op het zuidelijk halfrond overheersen de oceanen.

Invloed van kooldioxide op de alkaliteit

Kooldioxide kan de pH van water veranderen. Zo werkt het:
Koolstofdioxide lost enigszins op in water en vormt een zwak zuur, koolzuur genaamd, H2CO3, volgens de volgende reactie:
CO2 + H2O –> H2CO3
Daarna reageert koolzuur enigszins en omkeerbaar in water om een hydroniumkation, H3O+, en het bicarbonaation, HCO3-, te vormen, volgens de volgende reactie:
H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
Dit chemisch gedrag verklaart waarom water, dat normaal een neutrale pH van 7 heeft, een zure pH heeft van ongeveer 5.5 wanneer het aan lucht is blootgesteld.

Kooldioxide-emissies door de mens

Milieuproblemen – het broeikaseffect

De troposfeer is het onderste deel van de atmosfeer, van ongeveer 10-15 kilometer dik. Binnen de troposfeer bevinden zich gassen die broeikasgassen worden genoemd. Wanneer zonlicht de aarde bereikt, wordt een deel ervan omgezet in warmte. Broeikasgassen absorberen een deel van de warmte en sluiten die op in de buurt van het aardoppervlak, zodat de aarde wordt opgewarmd. Dit proces, dat algemeen bekend staat als het broeikaseffect, is vele jaren geleden ontdekt en later bevestigd door middel van laboratoriumexperimenten en metingen aan de atmosfeer.
Het leven zoals wij dat kennen bestaat alleen dankzij dit natuurlijke broeikaseffect, omdat dit proces de temperatuur van de aarde regelt. Wanneer het broeikaseffect niet zou bestaan, zou de hele aarde met ijs bedekt zijn.
De hoeveelheid warmte die in de troposfeer gevangen zit, bepaalt de temperatuur op aarde. De hoeveelheid warmte in de troposfeer hangt af van de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer en van de tijd dat deze gassen in de atmosfeer blijven. De belangrijkste broeikasgassen zijn kooldioxide, CFK’s (chloorfluorkoolwaterstoffen), stikstofoxiden en methaan.
Sinds het begin van de industriële revolutie in 1850 hebben menselijke processen geleid tot de uitstoot van broeikasgassen, zoals CFK’s en kooldioxide. Dit heeft een milieuprobleem veroorzaakt: de hoeveelheden broeikasgassen zijn zo sterk toegenomen, dat het klimaat op aarde verandert doordat de temperaturen stijgen. Deze onnatuurlijke toevoeging aan het broeikaseffect staat bekend als de opwarming van de aarde. Men vermoedt dat de opwarming van de aarde kan leiden tot een toename van de stormactiviteit, het smelten van de ijskappen op de polen, waardoor de bewoonde continenten onder water komen te staan, en andere milieuproblemen.
Samen met waterstof is kooldioxide het belangrijkste broeikasgas. Waterstof wordt echter niet uitgestoten bij industriële processen. De mens draagt niet bij aan de hoeveelheid waterstof in de lucht, deze verandert alleen op natuurlijke wijze tijdens de hydrologische cyclus, en als gevolg daarvan is het geen oorzaak van de opwarming van de aarde.
De toenemende uitstoot van kooldioxide veroorzaakt ongeveer 50-60% van de opwarming van de aarde. De uitstoot van kooldioxide is gestegen van 280 ppm in 1850 tot 364 ppm in de jaren negentig.
In de vorige paragraaf zijn verschillende menselijke activiteiten genoemd die bijdragen tot de uitstoot van kooldioxidegas. Van deze activiteiten veroorzaakt de verbranding van fossiele brandstoffen voor de opwekking van energie ongeveer 70-75% van de kooldioxide-emissies, en is daarmee de belangrijkste bron van kooldioxide-emissies

. De resterende 20-25% van de uitstoot wordt veroorzaakt door het ontginnen en verbranden van land en door de uitstoot van uitlaatgassen van motorvoertuigen.
De meeste kooldioxide-emissies zijn afkomstig van industriële processen in ontwikkelde landen, zoals in de Verenigde Staten en in Europa. De uitstoot van kooldioxide door ontwikkelingslanden neemt echter toe. In deze eeuw zal de uitstoot van kooldioxide naar verwachting verdubbelen en ook daarna zal deze blijven toenemen en problemen veroorzaken.
Kooldioxide blijft ongeveer vijftig tot tweehonderd jaar in de troposfeer.
De eerste persoon die voorspelde dat de uitstoot van kooldioxide door de verbranding van fossiele brandstoffen en andere verbrandingsprocessen de opwarming van de aarde zou veroorzaken, was Svante Arrhenius, die in 1896 het artikel “On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground” publiceerde.
In het begin van de jaren 1930 werd bevestigd dat het kooldioxide in de atmosfeer daadwerkelijk toenam. Aan het eind van de jaren 1950, toen zeer nauwkeurige meettechnieken werden ontwikkeld, werd nog meer bevestiging gevonden. Tegen de jaren 1990 werd de theorie van de opwarming van de aarde algemeen aanvaard, hoewel niet door iedereen. Of de opwarming van de aarde werkelijk wordt veroorzaakt door de toename van kooldioxide in de atmosfeer, is nog steeds onderwerp van discussie.

Stijgende kooldioxideconcentraties in de lucht in de afgelopen decennia

Het verdrag van Kyoto

Wereldleiders kwamen in december 1997 in Kyoto, Japan, bijeen om een wereldverdrag te bespreken ter beperking van de uitstoot van broeikasgassen, voornamelijk kooldioxide, waarvan wordt gedacht dat ze de opwarming van de aarde veroorzaken. Helaas, terwijl de Kyoto-verdragen een tijdje hebben gewerkt, probeert Amerika zich er nu aan te onttrekken.

Koolstofdioxide en gezondheid

Koolstofdioxide is essentieel voor de interne ademhaling in een menselijk lichaam. Interne ademhaling is een proces, waarbij zuurstof naar lichaamsweefsels wordt getransporteerd en kooldioxide daaruit wordt afgevoerd.
Kooldioxide is een bewaker van de pH van het bloed, die essentieel is voor overleving.
Het buffersysteem waarin kooldioxide een belangrijke rol speelt, wordt de carbonaatbuffer genoemd. Het bestaat uit bicarbonaationen en opgelost kooldioxide, met koolzuur. Het koolzuur kan hydroxide-ionen neutraliseren, die bij toevoeging de pH van het bloed zouden verhogen. Het bicarbonaation kan waterstofionen neutraliseren, waardoor de pH van het bloed zou dalen als het wordt toegevoegd. Zowel een verhoging als een verlaging van de pH-waarde is levensbedreigend.
Naast het feit dat kooldioxide een essentiële buffer is in het menselijk systeem, is het ook bekend dat het gezondheidseffecten kan veroorzaken wanneer de concentraties een bepaalde grens overschrijden.
De belangrijkste gevaren van kooldioxide voor de gezondheid zijn:
– Verstikking. Veroorzaakt door het vrijkomen van kooldioxide in een afgesloten of ongeventileerde ruimte. Hierdoor kan de zuurstofconcentratie dalen tot een niveau dat onmiddellijk gevaarlijk is voor de menselijke gezondheid.
– Bevriezing. Vast kooldioxide is altijd lager dan -78 oC bij normale atmosferische druk, ongeacht de luchttemperatuur. Het hanteren van dit materiaal gedurende meer dan een seconde of twee zonder de juiste bescherming kan ernstige blaren veroorzaken, en andere ongewenste effecten. Kooldioxidegas dat vrijkomt uit een stalen cilinder, zoals een brandblusser, veroorzaakt soortgelijke effecten.
– Nierbeschadiging of coma. Dit wordt veroorzaakt door een verstoring van het chemisch evenwicht van de carbonaatbuffer. Wanneer de kooldioxideconcentraties stijgen of dalen, waardoor het evenwicht wordt verstoord, kan een levensbedreigende situatie ontstaan.