Dióxido de carbono
Definición
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Otros nombres
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Como fuente de carbono disponible en el ciclo del carbono, el dióxido de carbono atmosférico es la principal fuente de carbono para la vida en la Tierra y su concentración en la atmósfera preindustrial de la Tierra, desde finales del Precámbrico ha sido regulada por organismos fotosintéticos y fenómenos geológicos. Las plantas, las algas y las cianobacterias usan la energía de la luz para fotosintetizar los carbohidratos del dióxido de carbono y el agua, con oxígeno producido como producto de desecho.
El CO2 es producido por todos los organismos aeróbicos cuando metabolizan carbohidratos y lípidos para producir energía mediante la respiración. Se devuelve al agua a través de las agallas de los peces y al aire a través de los pulmones de los animales terrestres que respiran aire, incluidos los humanos. El dióxido de carbono se produce durante los procesos de descomposición de materiales orgánicos y la fermentación de azúcares en el pan, la cerveza y la elaboración del vino. Se produce mediante la combustión de madera y otros materiales orgánicos y combustibles fósiles como carbón, turba, petróleo y gas natural. Es un subproducto no deseado en muchos procesos de oxidación a gran escala, por ejemplo, en la producción de ácido acrílico (más de 5 millones de toneladas / año).Es un material industrial versátil, utilizado, por ejemplo, como gas inerte en soldadura y extintores, como gas de presurización en pistolas de aire y recuperación de petróleo, como materia prima química y como disolvente de fluido supercrítico en la descafeinización de café y secado supercrítico . Se agrega al agua potable y a las bebidas carbonatadas, incluida la cerveza y el vino espumoso, para agregar efervescencia. La forma sólida congelada de CO 2 , conocida como hielo seco, se usa como refrigerante y como abrasivo en el chorreado con hielo seco.
El dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero de larga duración más significativo en la atmósfera de la Tierra. Desde la Revolución Industrial, las emisiones antropogénicas, principalmente por el uso de combustibles fósiles y la deforestación, han aumentado rápidamente su concentración en la atmósfera, lo que ha provocado el calentamiento global. El dióxido de carbono también causa la acidificación del océano porque se disuelve en agua para formar ácido carbónico.
Fondo
El dióxido de carbono fue el primer gas que se describió como una sustancia discreta. Alrededor de 1640, el químico flamenco Jan Baptist van Helmont observó que cuando quemaba carbón en un recipiente cerrado, la masa de la ceniza resultante era mucho menor que la del carbón original. Su interpretación fue que el resto del carbón se había transmutado en una sustancia invisible que él denominó "gas" o "espíritu salvaje" ( spiritus sylvestris ).
Las propiedades del dióxido de carbono se estudiaron más a fondo en la década de 1750 por el médico escocés Joseph Black. Descubrió que la piedra caliza (carbonato de calcio) podía calentarse o tratarse con ácidos para producir un gas que llamó "aire fijo". Observó que el aire fijo era más denso que el aire y no soportaba la llama ni la vida animal. Black también descubrió que cuando se burbujea a través de agua de cal (una solución acuosa saturada de hidróxido de calcio), precipitaría el carbonato de calcio. Él utilizó este fenómeno para ilustrar que el dióxido de carbono se produce por la respiración animal y la fermentación microbiana. En 1772, el químico inglés Joseph Priestley publicó un trabajo titulado Impregnación del agua con aire fijo en el que describía un proceso de goteo de ácido sulfúrico (o aceite de vitriolo). como Priestley lo sabía) en tiza para producir dióxido de carbono, y forzar al gas a disolverse agitando un recipiente de agua en contacto con el gas.
El dióxido de carbono se licuó primero (a presiones elevadas) en 1823 por Humphry Davy y Michael Faraday. La primera descripción del dióxido de carbono sólido fue dada por Adrien-Jean-Pierre Thilorier, quien en 1835 abrió un contenedor presurizado de dióxido de carbono líquido, solo para descubrir que el enfriamiento producido por la rápida evaporación del líquido producía una "nieve" de sólidos CO 2 .
Propiedades químicas y físicas
Estructura y vinculación
La molécula de dióxido de carbono es lineal y centrosimétrica. La longitud del enlace carbono-oxígeno es 116.3 μm, notablemente más corta que la longitud del enlace de un enlace simple C-O e incluso más corta que la mayoría de otros grupos funcionales con enlaces múltiples C-O. Dado que es centrosimétrico, la molécula no tiene dipolo eléctrico. En consecuencia, solo se observan dos bandas vibratorias en el espectro IR: un modo de estiramiento antisimétrico a 2349 cm y un par de modos de flexión degenerado a 667 cm. También hay un modo de estiramiento simétrico a 1388 cm que solo se observa en el espectro de Raman.
En solución acuosa
El dióxido de carbono es soluble en agua, en el cual forma reversiblemente H
2 CO
3 (ácido carbónico), que es un ácido débil ya que su ionización en agua es incompleta.
2 CO
3 (ácido carbónico), que es un ácido débil ya que su ionización en agua es incompleta.
- CO2 + H2 O ⇌ H2 CO3
Las concentraciones relativas de CO
2 , H
2 CO
3 , y las formas desprotonadas HCO-
3 (bicarbonato) y CO_ {
2}-3 (carbonato) dependen del pH. Como se muestra en un gráfico de Bjerrum, en agua neutra o ligeramente alcalina (pH> 6.5), la forma de bicarbonato predomina (> 50%) convirtiéndose en la más prevalente (> 95%) al pH del agua de mar. En aguas muy alcalinas (pH> 10.4), la forma predominante (> 50%) es carbonato. Los océanos, siendo ligeramente alcalinos con pH típico = 8.2-8.5, contienen aproximadamente 120 mg de bicarbonato por litro.
2 , H
2 CO
3 , y las formas desprotonadas HCO-
3 (bicarbonato) y CO_ {
2}-3 (carbonato) dependen del pH. Como se muestra en un gráfico de Bjerrum, en agua neutra o ligeramente alcalina (pH> 6.5), la forma de bicarbonato predomina (> 50%) convirtiéndose en la más prevalente (> 95%) al pH del agua de mar. En aguas muy alcalinas (pH> 10.4), la forma predominante (> 50%) es carbonato. Los océanos, siendo ligeramente alcalinos con pH típico = 8.2-8.5, contienen aproximadamente 120 mg de bicarbonato por litro.
Al ser diprótico, el ácido carbónico tiene dos constantes de disociación ácida, la primera para la disociación en el ion bicarbonato (también llamado hidrogenocarbonato) (HCO 3 ):
- H 2 CO 3 ⇌ HCO 3 + H
- K a1 = 2.5 × 10 mol / L ; p K a1 = 3.6 a 25 ° C.
El ion bicarbonato es una especie anfótera que puede actuar como un ácido o como una base, dependiendo del pH de la solución. A pH alto, se disocia significativamente en el ion carbonato (CO 3 ):
- HCO 3 ⇌ CO 3 + H
- K a2 = 4,69 × 10 mol / l ; p K a2 = 10.329
En los organismos, la producción de ácido carbónico es catalizada por la enzima anhidrasa carbónica.
Reacciones químicas de CO 2
El CO 2 es un electrófilo débil. Su reacción con agua básica ilustra esta propiedad, en cuyo caso el hidróxido es el nucleófilo. Otros nucleófilos también reaccionan. Por ejemplo, los carbaniones proporcionados por los reactivos de Grignard y los compuestos de organolitio reaccionan con el CO 2 para dar carboxilatos:
- MR + CO 2 → RCO 2 M
- donde M = Li o MgBr y R = alquilo o arilo.
En los complejos de dióxido de carbono de metal, el CO 2 sirve como un ligando, que puede facilitar la conversión de CO 2 a otros productos químicos.
La reducción de CO 2 a CO es ordinariamente una reacción difícil y lenta:
- CO 2 + 2 e + 2H → CO + H 2 O
Los fotoautótrofos (es decir, plantas y cianobacterias) utilizan la energía contenida en la luz solar para realizar fotosintetizaciones de azúcares simples a partir del CO 2 absorbido del aire y el agua:
- n CO 2 + n H2 O → (CH2 O)n + n O2
El potencial redox para esta reacción cerca de pH 7 es de aproximadamente -0.53 V frente al electrodo de hidrógeno estándar. La enzima monóxido de carbono deshidrogenasa que contiene níquel cataliza este proceso.
Propiedades físicas
El dióxido de carbono es incoloro. En bajas concentraciones, el gas es inodoro; sin embargo, a concentraciones suficientemente altas, tiene un olor ácido y agudo. En temperatura y presión estándar, la densidad del dióxido de carbono es de alrededor de 1,98 kg / m, aproximadamente 1,67 veces la del aire.
El dióxido de carbono no tiene estado líquido a presiones por debajo de 5.1 atmósferas estándar (520 kPa). A 1 atmósfera (cerca de la presión media del nivel del mar), el gas se deposita directamente en un sólido a temperaturas inferiores a -78,5 ° C (-109,3 ° F; 194,7 K) y el sólido sublima directamente a un gas por encima de -78,5 ° C. En su estado sólido, el dióxido de carbono se conoce comúnmente como hielo seco.
El dióxido de carbono líquido se forma solo a presiones superiores a 5.1 atm; el punto triple de dióxido de carbono es aproximadamente 5,1 bar (517 kPa) a 217 K (ver diagrama de fases). El punto crítico es 7.38 MPa a 31.1 ° C. Otra forma de dióxido de carbono sólido observado a alta presión es un sólido amorfo de tipo vidrio. Esta forma de vidrio, llamada carbonia , se produce al sobreenfriar el CO 2 calentado a presión extrema (40-48 GPa o alrededor de 400,000 atmósferas) en un yunque de diamante. Este descubrimiento confirmó la teoría de que el dióxido de carbono podría existir en un estado de vidrio similar a otros miembros de su familia elemental, como el silicio (vidrio de sílice) y el dióxido de germanio. Sin embargo, a diferencia de los vidrios de sílice y germania, el vidrio de carbonio no es estable a presiones normales y vuelve a convertirse en gas cuando se libera la presión.
A temperaturas y presiones superiores al punto crítico, el dióxido de carbono se comporta como un fluido supercrítico conocido como dióxido de carbono supercrítico.
Aislamiento y producción
El dióxido de carbono puede obtenerse por destilación del aire, pero el método es ineficiente. Industrialmente, el dióxido de carbono es predominantemente un producto de desecho no recuperado, producido por varios métodos que pueden practicarse en diversas escalas.
La combustión de todos los combustibles basados en el carbono, como metano (gas natural), destilados de petróleo (gasolina, diesel, queroseno, propano), carbón, madera y materia orgánica genérica produce dióxido de carbono y, excepto en el caso del carbono puro, agua . Como ejemplo, la reacción química entre el metano y el oxígeno:
- CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2 O
Se produce por descomposición térmica de piedra caliza, CaCO
3 por calentamiento (calcinación) a aproximadamente 850 ° C (1,560 ° F), en la fabricación de cal viva (óxido de calcio, CaO), un compuesto que tiene muchos usos industriales:
3 por calentamiento (calcinación) a aproximadamente 850 ° C (1,560 ° F), en la fabricación de cal viva (óxido de calcio, CaO), un compuesto que tiene muchos usos industriales:
- CaCO3 → CaO + CO2
El hierro se reduce de sus óxidos con coque en un alto horno, produciendo arrabio y dióxido de carbono:
El dióxido de carbono es un subproducto de la producción industrial de hidrógeno por reformado de vapor y la reacción de cambio de gas de agua en la producción de amoníaco. Estos procesos comienzan con la reacción del agua y el gas natural (principalmente metano). Esta es una fuente importante de dióxido de carbono de calidad alimentaria para su uso en la carbonatación de cerveza y refrescos, y también se utiliza para aturdir animales como las aves de corral. En el verano de 2018, en Europa surgió una escasez de dióxido de carbono debido a la parada temporal de varias plantas de amoníaco para mantenimiento.
Los ácidos liberan CO 2 de la mayoría de los carbonatos metálicos. En consecuencia, se puede obtener directamente de los manantiales naturales de dióxido de carbono, donde se produce por la acción del agua acidificada sobre la piedra caliza o la dolomita. La reacción entre el ácido clorhídrico y el carbonato de calcio (piedra caliza o tiza) se muestra a continuación:
- CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2 CO3
El ácido carbónico ( H
2 CO
3 ) luego se descompone en agua y CO2:
2 CO
3 ) luego se descompone en agua y CO2:
- H2 CO3 → CO2 + H2 O
Tales reacciones van acompañadas de espuma o burbujas, o ambas, a medida que se libera el gas. Tienen usos generalizados en la industria porque se pueden usar para neutralizar las corrientes de ácido de desecho.
El dióxido de carbono es un subproducto de la fermentación del azúcar en la elaboración de cerveza, el whisky y otras bebidas alcohólicas y en la producción de bioetanol. La levadura metaboliza el azúcar para producir CO 2 y etanol, también conocido como alcohol, de la siguiente manera:
- do6 H12 O6 → 2 CO2 + 2 C2 H5 OH
Todos los organismos aeróbicos producen CO 2 cuando oxidan carbohidratos, ácidos grasos y proteínas. La gran cantidad de reacciones involucradas son extremadamente complejas y no se describen fácilmente. Consulte (respiración celular, respiración anaeróbica y fotosíntesis). La ecuación para la respiración de glucosa y otros monosacáridos es:
- do6 H12 O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2 O
Los organismos anaeróbicos descomponen material orgánico produciendo metano y dióxido de carbono junto con rastros de otros compuestos. Independientemente del tipo de material orgánico, la producción de gases sigue un patrón cinético bien definido. El dióxido de carbono comprende aproximadamente 40-45% del gas que emana de la descomposición en vertederos (denominado "gas de vertedero"). La mayoría del 50-55% restante es metano.
Aplicaciones
El dióxido de carbono es utilizado por la industria alimentaria, la industria petrolera y la industria química. El compuesto tiene usos comerciales variados, pero uno de sus mayores usos como producto químico es en la producción de bebidas carbonatadas; proporciona la chispa en bebidas carbonatadas como agua de soda, cerveza y vino espumoso.
Precursor de productos químicos
En la industria química, el dióxido de carbono se consume principalmente como un ingrediente en la producción de urea, con una fracción más pequeña que se utiliza para producir metanol y una gama de otros productos, como carbonatos metálicos y bicarbonatos. Algunos derivados de ácido carboxílico tales como salicilato de sodio se preparan usando CO 2 por la reacción de Kolbe-Schmitt.
Además de los procesos convencionales que usan CO 2 para la producción química, los métodos electroquímicos también se están explorando a nivel de investigación. En particular, el uso de energía renovable para la producción de combustibles a partir del CO 2 (como el metanol) es atractivo ya que podría dar lugar a combustibles que podrían transportarse fácilmente y utilizarse dentro de las tecnologías de combustión convencionales, pero sin emisiones netas de CO 2 .
Alimentos
El dióxido de carbono es un aditivo alimentario utilizado como un regulador de propelente y acidez en la industria alimentaria. Está aprobado para su uso en la UE (enumerados como número E E290), EE. UU., Australia y Nueva Zelanda (enumerados por su número de INS 290).
Un caramelo llamado Pop Rocks se presuriza con gas de dióxido de carbono a aproximadamente 4 x 10 Pa (40 bar, 580 psi). Cuando se coloca en la boca, se disuelve (al igual que otros caramelos duros) y libera las burbujas de gas con un sonido audible.
Los agentes de fermentación causan que la masa aumente produciendo dióxido de carbono. La levadura de panadería produce dióxido de carbono mediante la fermentación de azúcares dentro de la masa, mientras que los productos químicos como el polvo de hornear y el bicarbonato de sodio liberan dióxido de carbono cuando se calientan o si se exponen a los ácidos.
Bebidas
El dióxido de carbono se usa para producir refrescos carbonatados y agua de soda. Tradicionalmente, la carbonatación de cerveza y vino espumoso se producía a través de la fermentación natural, pero muchos fabricantes carbonatan estas bebidas con dióxido de carbono recuperado del proceso de fermentación. En el caso de la cerveza embotellada y barrida, el método más común utilizado es la carbonatación con dióxido de carbono reciclado. Con la excepción de British Real Ale, la cerveza de barril generalmente se transfiere de los barriles en una habitación fría o bodega para dispensar grifos en la barra utilizando dióxido de carbono presurizado, a veces mezclado con nitrógeno.
Elaboración de vino
El dióxido de carbono en forma de hielo seco a menudo se utiliza durante la fase de remojo en frío en la elaboración del vino para enfriar racimos de uvas rápidamente después de la recolección para ayudar a prevenir la fermentación espontánea de la levadura silvestre. La principal ventaja de usar hielo seco sobre hielo de agua es que enfría las uvas sin agregar agua adicional que pueda disminuir la concentración de azúcar en el mosto de uva, y por lo tanto la concentración de alcohol en el vino terminado. El dióxido de carbono también se usa para crear un ambiente hipóxico para la maceración carbónica, el proceso utilizado para producir el vino Beaujolais.
El dióxido de carbono a veces se utiliza para rellenar botellas de vino u otros recipientes de almacenamiento, como barriles, para evitar la oxidación, aunque tiene el problema de que puede disolverse en el vino, lo que hace que un vino previamente tranquilo presente un poco de efervescencia. Por esta razón, otros productores de vino profesionales prefieren otros gases como el nitrógeno o el argón para este proceso.
Animales impresionantes
El dióxido de carbono a menudo se usa para "aturdir" a los animales antes del sacrificio. "Aturdir" puede ser un nombre inapropiado, ya que los animales no son eliminados inmediatamente y pueden sufrir angustia.
Gas inerte
Es uno de los gases comprimidos usados más comúnmente para sistemas neumáticos (gas presurizado) en herramientas de presión portátiles. El dióxido de carbono también se usa como una atmósfera para soldar, aunque en el arco de soldadura, reacciona para oxidar la mayoría de los metales. El uso en la industria automotriz es común a pesar de la evidencia significativa de que las soldaduras hechas en dióxido de carbono son más frágiles que las hechas en atmósferas más inertes. Se usa principalmente como gas de soldadura porque es mucho menos costoso que otros gases inertes como el argón o el helio. Cuando se usa para soldadura MIG, el uso de CO 2 a veces se denomina soldadura MAG, para Gas Metal Activo, como CO 2 puede reaccionar a estas altas temperaturas. Tiende a producir un charco más caliente que las atmósferas verdaderamente inertes, mejorando las características de flujo. Aunque, esto puede deberse a reacciones atmosféricas que ocurren en el sitio del charco. Esto suele ser lo contrario del efecto deseado cuando se suelda, ya que tiende a debilitar el sitio, pero puede no ser un problema para la soldadura general de acero dulce, donde la ductilidad final no es una preocupación importante.
Se utiliza en muchos productos de consumo que requieren gas presurizado porque es económico y no inflamable, y porque experimenta una transición de fase de gas a líquido a temperatura ambiente a una presión alcanzable de aproximadamente 60 bar (870 psi, 59 atm), lo que permite más dióxido de carbono para caber en un contenedor dado que de otra manera lo haría. Los chalecos salvavidas suelen contener latas de dióxido de carbono presionado para una inflación rápida. Cápsulas de aluminio de CO 2 también se venden como suministros de gas comprimido para pistolas de aire comprimido, marcadores / pistolas de paintball, inflado de neumáticos de bicicleta y para hacer agua carbonatada. La vaporización rápida del dióxido de carbono líquido se utiliza para la voladura en minas de carbón. Las altas concentraciones de dióxido de carbono también se pueden usar para matar plagas. El dióxido de carbono líquido se usa en el secado supercrítico de algunos productos alimenticios y materiales tecnológicos, en la preparación de muestras para el microscopio electrónico de barrido y en la descafeinización de los granos de café.
Extintor de incendios
El dióxido de carbono puede usarse para extinguir llamas al inundar el ambiente alrededor de la llama con el gas. No reacciona por sí solo para extinguir la llama, sino que anula la llama del oxígeno al desplazarla. Algunos extintores de incendios, especialmente aquellos diseñados para incendios eléctricos, contienen dióxido de carbono líquido bajo presión. Los extintores de dióxido de carbono funcionan bien en pequeños incendios de líquidos inflamables y eléctricos, pero no en incendios de combustibles ordinarios, porque a pesar de que excluye el oxígeno, no enfría significativamente las sustancias que se queman y cuando el dióxido de carbono se dispersa, se liberan al exponerse a la atmósfera. oxígeno. Su conveniencia en el fuego eléctrico proviene del hecho de que, a diferencia del agua u otros métodos basados en químicos, el dióxido de carbono no provocará cortocircuitos, lo que ocasionará aún más daños al equipo. Debido a que es un gas, también es fácil dispensar grandes cantidades de gas automáticamente en las salas de infraestructura de TI, donde el fuego mismo puede ser difícil de alcanzar con métodos más inmediatos, ya que está detrás de las puertas de los estantes y dentro de las cajas. El dióxido de carbono también se ha utilizado ampliamente como agente de extinción en sistemas fijos de protección contra incendios para la aplicación local de peligros específicos y la inundación total de un espacio protegido. Las normas de la Organización Marítima Internacional también reconocen los sistemas de dióxido de carbono para la protección contra incendios de las bodegas y salas de máquinas. Los sistemas de protección contra incendios a base de dióxido de carbono se han relacionado con varias muertes, ya que pueden causar asfixia en concentraciones suficientemente altas. Una revisión de CO donde el fuego mismo podría ser difícil de alcanzar con métodos más inmediatos, ya que está detrás de las puertas del estante y dentro de las cajas. El dióxido de carbono también se ha utilizado ampliamente como agente de extinción en sistemas fijos de protección contra incendios para la aplicación local de peligros específicos y la inundación total de un espacio protegido. Las normas de la Organización Marítima Internacional también reconocen los sistemas de dióxido de carbono para la protección contra incendios de las bodegas y salas de máquinas. Los sistemas de protección contra incendios a base de dióxido de carbono se han relacionado con varias muertes, ya que pueden causar asfixia en concentraciones suficientemente altas. Una revisión de CO donde el fuego mismo podría ser difícil de alcanzar con métodos más inmediatos, ya que está detrás de las puertas del estante y dentro de las cajas. El dióxido de carbono también se ha utilizado ampliamente como agente de extinción en sistemas fijos de protección contra incendios para la aplicación local de peligros específicos y la inundación total de un espacio protegido. Las normas de la Organización Marítima Internacional también reconocen los sistemas de dióxido de carbono para la protección contra incendios de las bodegas y salas de máquinas. Los sistemas de protección contra incendios a base de dióxido de carbono se han relacionado con varias muertes, ya que pueden causar asfixia en concentraciones suficientemente altas. Una revisión de CO El dióxido de carbono también se ha utilizado ampliamente como agente de extinción en sistemas fijos de protección contra incendios para la aplicación local de peligros específicos y la inundación total de un espacio protegido. Las normas de la Organización Marítima Internacional también reconocen los sistemas de dióxido de carbono para la protección contra incendios de las bodegas y salas de máquinas. Los sistemas de protección contra incendios a base de dióxido de carbono se han relacionado con varias muertes, ya que pueden causar asfixia en concentraciones suficientemente altas. Una revisión de CO El dióxido de carbono también se ha utilizado ampliamente como agente de extinción en sistemas fijos de protección contra incendios para la aplicación local de peligros específicos y la inundación total de un espacio protegido. Las normas de la Organización Marítima Internacional también reconocen los sistemas de dióxido de carbono para la protección contra incendios de las bodegas y salas de máquinas. Los sistemas de protección contra incendios a base de dióxido de carbono se han relacionado con varias muertes, ya que pueden causar asfixia en concentraciones suficientemente altas. Una revisión de CO2 sistemas identificaron 51 incidentes entre 1975 y la fecha del informe (2000), causando 72 muertes y 145 heridos.
CO 2 supercrítico como solvente
El dióxido de carbono líquido es un buen disolvente para muchos compuestos orgánicos lipofílicos y se usa para eliminar la cafeína del café. El dióxido de carbono ha llamado la atención en la industria farmacéutica y otras industrias de procesamiento químico como una alternativa menos tóxica a los solventes más tradicionales como los organoclorados. Es utilizado por algunos tintoreros por esta razón (ver química verde). Se usa en la preparación de algunos aerogeles debido a las propiedades del dióxido de carbono supercrítico.
Aplicaciones agrícolas y biológicas
Las plantas requieren dióxido de carbono para llevar a cabo la fotosíntesis. Las atmósferas de los invernaderos pueden (si son de gran tamaño, deben) enriquecerse con CO 2 adicional para mantener e incrementar la tasa de crecimiento de las plantas. En concentraciones muy altas (100 veces la concentración atmosférica o más), el dióxido de carbono puede ser tóxico para la vida animal, por lo que elevar la concentración a 10.000 ppm (1%) o más durante varias horas eliminará las plagas como moscas blancas y ácaros en un invernadero.
Se ha propuesto que el CO 2 de la generación de energía se burbujeó en estanques para estimular el crecimiento de las algas, que luego podrían transformar en combustible biodiesel.
Usos médicos y farmacológicos
En medicina, hasta el 5% de dióxido de carbono (130 veces la concentración atmosférica) se agrega al oxígeno para la estimulación de la respiración después de la apnea y para estabilizar el O
2 / CO
2 equilibrio en sangre.
2 / CO
2 equilibrio en sangre.
El dióxido de carbono se puede mezclar con hasta 50% de oxígeno, formando un gas inhalable; esto se conoce como Carbogen y tiene una variedad de usos médicos y de investigación.
Recuperación de petroleo
El dióxido de carbono se utiliza en la recuperación mejorada de petróleo, donde se inyecta en o cerca de la producción de pozos petroleros, generalmente en condiciones supercríticas, cuando se vuelve miscible con el petróleo. Este enfoque puede aumentar la recuperación original de petróleo al reducir la saturación de aceite residual entre un 7% y un 23% adicional a la extracción primaria. Actúa como agente de presurización y, cuando se disuelve en el petróleo crudo subterráneo, reduce significativamente su viscosidad y cambia la química de la superficie permitiendo que el aceite fluya más rápidamente a través del depósito al pozo de extracción. En los campos petrolíferos maduros, se encuentran extensas redes de tuberías. utilizado para llevar el dióxido de carbono a los puntos de inyección.
Bio transformación en combustible
Una cepa de la cianobacteria Synechococcus elongatus ha sido diseñada genéticamente para producir el isobutiraldehído combustibles y isobutanol de CO 2 utilizando la fotosíntesis.
Refrigerante
El dióxido de carbono líquido y sólido son refrigerantes importantes, especialmente en la industria alimentaria, donde se emplean durante el transporte y almacenamiento de helados y otros alimentos congelados. El dióxido de carbono sólido se denomina "hielo seco" y se utiliza para envíos pequeños donde el equipo de refrigeración no es práctico. El dióxido de carbono sólido siempre está por debajo de -78.5 ° C a la presión atmosférica normal, independientemente de la temperatura del aire.
Dióxido de carbono líquido (nomenclatura industria R744 o R744) se utilizó como un refrigerante antes del descubrimiento de R-12 y puede disfrutar de un renacimiento debido al hecho de que R134a contribuye al cambio climático más de CO 2 hace. Sus propiedades físicas son altamente favorables para refrigeración, refrigeración y calefacción, y tiene una alta capacidad de enfriamiento volumétrico. Debido a la necesidad de operar a presiones de hasta 130 bar (1880 psi), CO 2 los sistemas requieren componentes altamente resistentes que ya se han desarrollado para la producción en masa en muchos sectores. En el aire acondicionado de automóviles, en más del 90% de todas las condiciones de conducción para latitudes superiores a 50 °, el R744 funciona de manera más eficiente que los sistemas que utilizan R134a. Sus ventajas medioambientales (GWP de 1, sin agotamiento del ozono, no tóxico, no inflamable) podrían convertirlo en el fluido de trabajo futuro para reemplazar los HFC actuales en automóviles, supermercados y calentadores de agua con bomba de calor, entre otros. Coca-Cola ha enviado enfriadores de bebidas a base de CO 2 y el ejército de los EE. UU. Está interesado en la tecnología de refrigeración y calefacción de CO 2 .
Se espera que la industria automotriz global decida sobre el refrigerante de la próxima generación en el aire acondicionado del automóvil. El CO 2 es una opción discutida. (Ver Aire acondicionado automotriz sostenible)
Recuperación de metano en lecho de carbón
En la recuperación mejorada de metano del lecho de carbón, el dióxido de carbono se bombeará a la veta de carbón para desplazar el metano, en oposición a los métodos actuales que principalmente dependen de la eliminación de agua (para reducir la presión) para hacer que la veta de carbón libere su metano atrapado.
Usos menores
El dióxido de carbono es el medio láser en un láser de dióxido de carbono, que es uno de los primeros tipos de láser.
El dióxido de carbono puede usarse como un medio para controlar el pH de las piscinas, al agregar continuamente gas al agua, evitando así que el pH aumente. Entre las ventajas de esto está la evitación de ácidos de manipulación (más peligrosos). De manera similar, también se usa en el mantenimiento de acuarios de arrecife, donde se usa comúnmente en reactores de calcio para reducir temporalmente el pH del agua que pasa sobre el carbonato de calcio para permitir que el carbonato de calcio se disuelva en el agua más libremente donde se usa por algunos corales para construir su esqueleto.
Utilizado como refrigerante primario en el reactor avanzado británico refrigerado por gas para la generación de energía nuclear.
La inducción de dióxido de carbono se usa comúnmente para la eutanasia de animales de investigación de laboratorio. Los métodos para administrar CO _ { 2} incluyen colocar animales directamente en una cámara cerrada, llena previamente que contiene CO _ { 2} , o exposición a una concentración gradualmente creciente de CO _ { 2} . En 2013, la Asociación Médica Veterinaria Americana emitió nuevas pautas para la inducción de dióxido de carbono, indicando que una tasa de desplazamiento del 10% al 30% del volumen de la cámara de gas por minuto es óptima para la eutanasia humana de pequeños roedores. Sin embargo, existe una oposición a la práctica de usar dióxido de carbono para esto, con el argumento de que es cruel.
El dióxido de carbono también se usa en varias técnicas relacionadas de limpieza y preparación de superficies.
En la atmósfera de la Tierra
El dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra es un gas traza, que actualmente (a mediados de 2018) tiene una concentración media global de 409 partes por millón por volumen (o 622 partes por millón en masa). Las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono fluctúan levemente con las estaciones, cayendo durante la primavera y el verano del hemisferio norte a medida que las plantas consumen el gas y aumentan durante el otoño y el invierno del norte a medida que las plantas se vuelven inactivas o mueren y se descomponen. Las concentraciones también varían en una base regional, más cerca del suelo con variaciones mucho más pequeñas en el aire. En las áreas urbanas, las concentraciones son generalmente más altas y en interiores pueden alcanzar 10 veces los niveles de fondo.
La concentración de dióxido de carbono ha aumentado debido a las actividades humanas. La combustión de combustibles fósiles y la deforestación han provocado que la concentración atmosférica de dióxido de carbono aumente en aproximadamente un 43% desde el comienzo de la era de la industrialización. La mayoría del dióxido de carbono de las actividades humanas se libera de la quema de carbón y otros combustibles fósiles. Otras actividades humanas, como la deforestación, la quema de biomasa y la producción de cemento también producen dióxido de carbono. Las actividades humanas emiten alrededor de 29 mil millones de toneladas de dióxido de carbono por año, mientras que los volcanes emiten entre 0.2 y 0.3 mil millones de toneladas. Las actividades humanas han causado CO 2 para aumentar por encima de niveles no vistos en cientos de miles de años. Actualmente, aproximadamente la mitad del dióxido de carbono liberado por la quema de combustibles fósiles permanece en la atmósfera y no es absorbido por la vegetación y los océanos.
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero que absorbe y emite radiación infrarroja en sus dos frecuencias de vibración activadas por infrarrojos (consulte la sección "Estructura y enlace" más arriba). Esto hace que el dióxido de carbono caliente la superficie y la atmósfera baja al tiempo que enfría la atmósfera superior. Los aumentos en las concentraciones atmosféricas de CO 2 y otros gases de efecto invernadero de larga duración como el metano, el óxido nitroso y el ozono han fortalecido su absorción y emisión de radiación infrarroja, causando el aumento de la temperatura global promedio desde mediados del siglo XX. El dióxido de carbono es de gran preocupación porque ejerce una mayor influencia de calentamiento general que todos estos otros gases combinados y porque tiene una larga vida atmosférica (cientos a miles de años).
Las crecientes concentraciones de dióxido de carbono no solo aumentan la temperatura superficial global, sino que el aumento de las temperaturas globales también provoca un aumento de las concentraciones de dióxido de carbono. Esto produce una retroalimentación positiva para los cambios inducidos por otros procesos, como los ciclos orbitales. Hace quinientos millones de años la concentración de dióxido de carbono era 20 veces mayor que la actual, disminuyendo a 4-5 veces durante el período Jurásico y luego disminuyendo lentamente con una reducción particularmente rápida que se produjo hace 49 millones de años.
Las concentraciones locales de dióxido de carbono pueden alcanzar valores altos cerca de fuentes fuertes, especialmente aquellas que están aisladas por el terreno circundante. En la primavera caliente Bossoleto cerca de Rapolano Terme en Toscana, Italia, situada en una depresión en forma de cuenco sobre 100 m (330 pies) de diámetro, las concentraciones de CO 2 lugar a por encima de 75% durante la noche, suficiente para matar insectos y animales pequeños. Después del amanecer, el gas se dispersa por convección. Se cree que las altas concentraciones de CO 2 producidas por la perturbación del agua profunda del lago saturada con CO 2 causaron 37 muertes en el lago Monoun, Camerún en 1984 y 1700 víctimas en el lago Nyos, Camerún en 1986.
En los océanos
El dióxido de carbono se disuelve en el océano para formar ácido carbónico (H 2 CO 3 ), bicarbonato (HCO 3 ) y carbonato (CO 3 ). Hay aproximadamente cincuenta veces más carbono disuelto en los océanos que existe en la atmósfera. Los océanos actúan como un enorme sumidero de carbono, y han absorbido alrededor de un tercio del CO 2 emitido por la actividad humana.
A medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, la mayor absorción de dióxido de carbono en los océanos está causando una disminución mensurable en el pH de los océanos, lo que se conoce como acidificación oceánica. Esta reducción en el pH afecta los sistemas biológicos en los océanos, principalmente los organismos calcificadores oceánicos. Estos efectos abarcan la cadena alimentaria desde autotrofos a heterótrofos e incluyen organismos como cocolitóforos, corales, foraminíferos, equinodermos, crustáceos y moluscos. En condiciones normales, el carbonato de calcio es estable en aguas superficiales ya que el ion carbonato está en concentraciones sobresaturadas. Sin embargo, a medida que el pH del océano disminuye, también lo hace la concentración de este ion, y cuando el carbonato se satura, las estructuras hechas de carbonato de calcio son vulnerables a la disolución. Corales, coccitoforos algas, CO
2 .
2 .
La solubilidad del gas disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua (excepto cuando ambas presiones exceden los 300 bar y la temperatura supera los 393 K, solo cerca de los respiraderos geotérmicos profundos) y por lo tanto la tasa de absorción de la atmósfera disminuye a medida que aumenta la temperatura del océano.
La mayor parte del CO 2 absorbido por el océano, que es aproximadamente el 30% del total liberado a la atmósfera, forma ácido carbónico en equilibrio con el bicarbonato. Algunas de estas especies químicas son consumidas por organismos fotosintéticos que eliminan el carbono del ciclo. El aumento de CO 2 en la atmósfera ha llevado a la disminución de la alcalinidad del agua de mar, y existe la preocupación de que esto pueda afectar negativamente a los organismos que viven en el agua. En particular, con la disminución de la alcalinidad, la disponibilidad de carbonatos para la formación de conchas disminuye, aunque hay evidencia de una mayor producción de conchas por parte de ciertas especies bajo un mayor contenido de CO 2 .
NOAA declara en su hoja de datos de estado de la ciencia para la acidificación de los océanos que:
"Los océanos han absorbido aproximadamente el 50% del dióxido de carbono (CO 2 ) liberado por la quema de combustibles fósiles, lo que provoca reacciones químicas que bajan el océano pH. Esto ha provocado un aumento de iones de hidrógeno (acidez) de aproximadamente 30% desde el inicio de la era industrial a través de un proceso conocido como "acidificación de los océanos". Un número creciente de estudios ha demostrado impactos adversos en organismos marinos, incluyendo:
"Los océanos han absorbido aproximadamente el 50% del dióxido de carbono (CO 2 ) liberado por la quema de combustibles fósiles, lo que provoca reacciones químicas que bajan el océano pH. Esto ha provocado un aumento de iones de hidrógeno (acidez) de aproximadamente 30% desde el inicio de la era industrial a través de un proceso conocido como "acidificación de los océanos". Un número creciente de estudios ha demostrado impactos adversos en organismos marinos, incluyendo:
- La velocidad a la que los corales constructores de arrecifes producen sus esqueletos disminuye, mientras que aumenta la producción de numerosas variedades de medusas.
- La capacidad de las algas marinas y el zooplancton de natación libre para mantener las cubiertas protectoras se reduce.
- La supervivencia de las especies marinas larvales, incluidos los peces y mariscos comerciales, se reduce ".
Además, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) escribe en su Cambio Climático 2007: Informe de Síntesis:
"La absorción de carbono antropogénico desde 1750 ha llevado a que el océano se vuelva más ácido con una disminución promedio en el pH de 0.1 unidades. 2 concentraciones conducen a una mayor acidificación ... Mientras que los efectos de la acidificación oceánica observada en la biosfera marina aún no están documentados, se espera que la acidificación progresiva de los océanos tenga un impacto negativo en los organismos marinos formadores de caparazones (por ejemplo, los corales) y sus especies dependientes "
"La absorción de carbono antropogénico desde 1750 ha llevado a que el océano se vuelva más ácido con una disminución promedio en el pH de 0.1 unidades. 2 concentraciones conducen a una mayor acidificación ... Mientras que los efectos de la acidificación oceánica observada en la biosfera marina aún no están documentados, se espera que la acidificación progresiva de los océanos tenga un impacto negativo en los organismos marinos formadores de caparazones (por ejemplo, los corales) y sus especies dependientes "
Algunos organismos de investigación importantes, como la NOAA, la comisión OSPAR, NANOOS y el IPCC, han señalado algunos organismos calcificadores marinos (incluidos los arrecifes de coral) porque su investigación más reciente muestra que la acidificación de los océanos debería impactarlos negativamente.
El dióxido de carbono también se introduce en los océanos a través de conductos hidrotermales. El respiradero hidrotermal de Champagne , que se encuentra en el volcán Eifuku del Noroeste en la Fosa de las Marianas, produce dióxido de carbono líquido casi puro, uno de los únicos dos sitios conocidos en el mundo hasta 2004, el otro en Okinawa Trough. El hallazgo de un lago submarino de dióxido de carbono líquido en Okinawa Trough se informó en 2006.
Papel biológico
El dióxido de carbono es un producto final de la respiración celular en organismos que obtienen energía descomponiendo azúcares, grasas y aminoácidos con oxígeno como parte de su metabolismo. Esto incluye todas las plantas, algas y animales y hongos y bacterias aeróbicos. En los vertebrados, el dióxido de carbono viaja en la sangre desde los tejidos del cuerpo hasta la piel (por ejemplo, anfibios) o las branquias (por ejemplo, peces), desde donde se disuelve en el agua o hasta los pulmones desde donde se exhala. Durante la fotosíntesis activa, las plantas pueden absorber más dióxido de carbono de la atmósfera que lo que liberan en la respiración.
Fotosíntesis y fijación de carbono
La fijación de carbono es un proceso bioquímico mediante el cual el dióxido de carbono atmosférico es incorporado por las plantas, las algas y las (cianobacterias) en moléculas orgánicas ricas en energía como la glucosa, creando así su propio alimento mediante la fotosíntesis. La fotosíntesis usa dióxido de carbono y agua para producir azúcares a partir de los cuales se pueden construir otros compuestos orgánicos y se produce oxígeno como subproducto.
La ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa oxigenasa, comúnmente abreviada a RuBisCO, es la enzima implicada en el primer paso importante de la fijación de carbono, la producción de dos moléculas de 3-fosfoglicerato a partir de CO 2 y bisfosfato de ribulosa, como se muestra en el diagrama de izquierda.
Se cree que RuBisCO es la proteína más abundante en la Tierra.
Los fotótrofos utilizan los productos de su fotosíntesis como fuentes internas de alimentos y como materia prima para la biosíntesis de moléculas orgánicas más complejas, como polisacáridos, ácidos nucleicos y proteínas. Estos se utilizan para su propio crecimiento, y también como la base de las cadenas alimenticias y las redes que alimentan a otros organismos, incluidos los animales como nosotros. Algunos fotótrofos importantes, los coccolitóforos sintetizan escamas de carbonato de calcio duro. Una especie globalmente significativa de coccolitóforo es Emiliania huxleyi, cuyas escamas de calcita han formado la base de muchas rocas sedimentarias como la piedra caliza, donde lo que antes era carbono atmosférico puede permanecer fijo durante escalas de tiempo geológicas.
Las plantas pueden crecer hasta un 50 por ciento más rápido en concentraciones de 1,000 ppm de CO 2 en comparación con las condiciones ambientales, aunque esto supone que no hay cambio en el clima y no hay limitación en otros nutrientes. Los niveles elevados de CO 2 causan un mayor crecimiento reflejado en el rendimiento cosechable de los cultivos, con trigo, arroz y soja que muestran aumentos en el rendimiento de 12-14% bajo CO 2 elevado en los experimentos FACE.
El aumento de las concentraciones atmosféricas de CO 2 da lugar a que se desarrollen menos estomas en las plantas, lo que reduce el uso de agua y aumenta la eficiencia del uso del agua. Los estudios que usan FACE han demostrado que el enriquecimiento de CO 2 conduce a una disminución de las concentraciones de micronutrientes en las plantas de cultivo. Esto puede tener un efecto dominó en otras partes de los ecosistemas ya que los herbívoros necesitarán comer más alimentos para obtener la misma cantidad de proteína.
La concentración de metabolitos secundarios como fenilpropanoides y flavonoides también puede alterarse en plantas expuestas a altas concentraciones de CO 2 .
Las plantas también emiten CO 2 durante la respiración, por lo que la mayoría de las plantas y algas, que utilizan la fotosíntesis C3, son solo absorbentes de red durante el día. Aunque un bosque en crecimiento absorberá muchas toneladas de CO 2 cada año, un bosque maduro producirá tanto CO 2 por la respiración y la descomposición de especímenes muertos (p. Ej., Ramas caídas) como se usa en la fotosíntesis en plantas en crecimiento. Contrariamente a la visión desde hace mucho tiempo de que son carbono neutral, los bosques maduros pueden continuar acumulando carbono y seguir siendo valiosos sumideros de carbono, lo que ayuda a mantener el equilibrio de carbono de la atmósfera de la Tierra. Además, y de manera crucial para la vida en la Tierra, la fotosíntesis por fitoplancton consume CO 2 disuelto en la parte superior del océano y por lo tanto promueve la absorción de CO 2 de la atmósfera.
Toxicidad
El contenido de dióxido de carbono en aire fresco (promediado entre el nivel del mar y el nivel de 10 kPa, es decir, aproximadamente 30 km (19 millas) de altitud) varía entre 0.036% (360 ppm) y 0.041% (410 ppm), dependiendo de la ubicación.
El CO 2 es un gas asfixiante y no está clasificado como tóxico o nocivo de acuerdo con los estándares del Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos de la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa utilizando las Directrices de la OCDE para el Análisis de Productos Químicos. En concentraciones de hasta 1% (10,000 ppm), algunas personas se sentirán adormiladas y le darán a los pulmones una sensación de congestión. Concentraciones de 7% a 10% (70,000 a 100,000 ppm) pueden causar asfixia, incluso en presencia de suficiente oxígeno, que se manifiesta como mareo, dolor de cabeza, disfunción visual y auditiva y pérdida del conocimiento en unos minutos a una hora. Los efectos fisiológicos de la exposición aguda al dióxido de carbono se agrupan bajo el término hipercapnia, un subconjunto de la asfixia.
Debido a que es más pesado que el aire, en lugares donde el gas se filtra del suelo (debido a actividad volcánica o geotérmica subsuperficial) en concentraciones relativamente altas, sin los efectos dispersantes del viento, puede acumularse en lugares protegidos o embolsados por debajo del promedio nivel, causando que los animales que se encuentran en él se sofoquen. Los alimentadores de carroña atraídos por los cadáveres también son asesinados. Los niños han sido asesinados de la misma manera cerca de la ciudad de Goma por las emisiones de CO 2 del volcán cercano Mt. Nyiragongo. El término swahili para este fenómeno es 'mazuku'.
La adaptación al aumento de las concentraciones de CO 2 se produce en los seres humanos, incluida la respiración modificada y la producción de bicarbonato de riñón, con el fin de equilibrar los efectos de la acidificación de la sangre (acidosis). Varios estudios sugirieron que las concentraciones inspiradas al 2.0 por ciento podrían usarse para espacios cerrados (por ejemplo, un submarino) ya que la adaptación es fisiológica y reversible, ya que la disminución en el rendimiento o en la actividad física normal no ocurre en este nivel de exposición durante cinco días. Sin embargo, otros estudios muestran una disminución en la función cognitiva incluso a niveles mucho más bajos. Además, con la acidosis respiratoria en curso, los mecanismos de adaptación o compensación no podrán revertir tal condición.
Por debajo del 1%
Existen pocos estudios de los efectos sobre la salud de la exposición continua a largo plazo de CO 2 en humanos y animales a niveles inferiores al 1%. Los límites de exposición laboral al CO 2 se han establecido en los Estados Unidos al 0.5% (5000 ppm) durante un período de ocho horas. En esta concentración de CO 2 , la tripulación de la Estación Espacial Internacional experimentó dolores de cabeza, letargo, lentitud mental, irritación emocional e interrupción del sueño. Los estudios en animales con 0.5% de CO 2 han demostrado calcificación renal y pérdida ósea después de ocho semanas de exposición. Un estudio de humanos expuestos en sesiones de 2,5 horas demostró efectos significativos sobre las capacidades cognitivas a concentraciones tan bajas como 0.1% (1000ppm) de CO 2 probablemente debido a CO 2 aumentos inducidos en el flujo sanguíneo cerebral. Otro estudio observó una disminución en el nivel de actividad básica y el uso de información a 1000 ppm, en comparación con 500 ppm.
Ventilación
La mala ventilación es una de las principales causas de las concentraciones excesivas de CO 2 en espacios cerrados. El diferencial de dióxido de carbono sobre las concentraciones exteriores en condiciones de estado estacionario (cuando el funcionamiento del sistema de ocupación y ventilación es lo suficientemente prolongado como para que la concentración de CO 2 se haya estabilizado) a veces se usa para estimar las tasas de ventilación por persona. Mayor CO 2 las concentraciones se asocian con la salud de los ocupantes, la comodidad y la degradación del rendimiento. Las tasas de ventilación de ASHRAE Standard 62.1-2007 pueden dar lugar a concentraciones en interiores de hasta 2.100 ppm por encima de las condiciones ambientales al aire libre. Por lo tanto, si la concentración exterior es de 400 ppm, las concentraciones en interiores pueden alcanzar las 2.500 ppm con tasas de ventilación que cumplen con esta norma de consenso de la industria. Las concentraciones en espacios mal ventilados se pueden encontrar incluso más arriba (rango de 3,000 o 4,000).
Los mineros, que son particularmente vulnerables a la exposición al gas debido a una ventilación insuficiente, se refirieron a las mezclas de dióxido de carbono y nitrógeno como "blackdamp", "choke damp" o "stythe". Antes de que se desarrollaran tecnologías más efectivas, los mineros frecuentemente monitoreaban niveles peligrosos de blackdamp y otros gases en los pozos de la mina al traer un canario enjaulado con ellos mientras trabajaban. El canario es más sensible a los gases asfixiantes que los humanos, y cuando se vuelve inconsciente, deja de cantar y cae de su percha. La lámpara Davy también podría detectar altos niveles de blackdamp (que se hunde y se acumula cerca del suelo) al quemar menos, mientras que el metano, otro gas sofocante y el riesgo de explosión, harían que la lámpara se quemara más intensamente.
Fisiología humana
Contenido
El cuerpo produce aproximadamente 2.3 libras (1.0 kg) de dióxido de carbono por día por persona, que contiene 0.63 libras (290 g) de carbono.En los humanos, este dióxido de carbono se transporta a través del sistema venoso y se expulsa a través de los pulmones, lo que resulta en concentraciones más bajas en las arterias. El contenido de dióxido de carbono de la sangre a menudo se da como la presión parcial, que es la presión que habría tenido el dióxido de carbono si solo ocupaba el volumen. En los humanos, el contenido de dióxido de carbono en la sangre se muestra en la tabla a la derecha:
Transporte en la sangre
El CO 2 se transporta en sangre de tres maneras diferentes. (Los porcentajes exactos varían según sea sangre arterial o venosa).
- La mayor parte (aproximadamente 70% a 80%) se convierte en iones de bicarbonato HCO -
3 por la enzima anhidrasa carbónica en los glóbulos rojos, por la reacción CO 2 + H
2 O → H
2 CO
3 → H+
+ HCO -
3 . - 5% - 10% se disuelve en el plasma
- 5% - 10% se une a la hemoglobina como compuestos de carbamino
La hemoglobina, la principal molécula transportadora de oxígeno en los glóbulos rojos, transporta tanto oxígeno como dióxido de carbono. Sin embargo, el CO 2 unido a la hemoglobina no se une al mismo sitio que el oxígeno. En cambio, se combina con los grupos N-terminales en las cuatro cadenas de globina. Sin embargo, debido a los efectos alostéricos en la molécula de hemoglobina, la unión de CO 2 disminuye la cantidad de oxígeno que se une a una presión parcial dada de oxígeno. Esto se conoce como el efecto Haldane, y es importante en el transporte de dióxido de carbono desde los tejidos hasta los pulmones. Por el contrario, un aumento en la presión parcial de CO 2 o un pH más bajo causará la descarga de oxígeno de la hemoglobina, lo que se conoce como el efecto Bohr.
Regulación de la respiración
El dióxido de carbono es uno de los mediadores de la autorregulación local del suministro de sangre. Si su concentración es alta, los capilares se expanden para permitir un mayor flujo de sangre a ese tejido.
Los iones de bicarbonato son cruciales para regular el pH de la sangre. La frecuencia respiratoria de una persona influye en el nivel de CO 2 en su sangre. La respiración que es demasiado lenta o superficial causa acidosis respiratoria, mientras que la respiración demasiado rápida conduce a la hiperventilación, que puede causar alcalosis respiratoria.
Aunque el cuerpo necesita oxígeno para el metabolismo, los bajos niveles de oxígeno normalmente no estimulan la respiración. Por el contrario, la respiración es estimulada por niveles más altos de dióxido de carbono. Como resultado, respirar aire a baja presión o una mezcla de gases sin oxígeno en absoluto (como nitrógeno puro) puede conducir a la pérdida de la conciencia sin experimentar hambre de aire. Esto es especialmente peligroso para los pilotos de combate de altura. También es la razón por la cual los asistentes de vuelo instruyen a los pasajeros, en caso de pérdida de la presión de la cabina, a que se apliquen primero la máscara de oxígeno antes de ayudar a los demás; de lo contrario, uno corre el riesgo de perder la conciencia.
Los centros respiratorios intentan mantener una presión arterial de CO 2 de 40 mm Hg. Con la hiperventilación intencional, el contenido de CO 2 de la sangre arterial puede reducirse a 10-20 mm Hg (el contenido de oxígeno de la sangre se ve poco afectado), y el impulso respiratorio se ve disminuido. Es por eso que uno puede contener la respiración más tiempo después de hiperventilar que sin hiperventilar. Esto conlleva el riesgo de que se produzca la inconsciencia antes de que la necesidad de respirar se vuelva abrumadora, razón por la cual la hiperventilación es particularmente peligrosa antes del buceo libre.
Obtenido de: https://en.wikipedia.org/wiki/Cobon_dioxide