szén-dioxid
(mustgáz, E 290)

CO₂ Színtelen, szagtalan, a levegőnél nehezebb gáz.
Időnként emlegetik (helytelenül) szénsavként, illetve mustgázként is.

A szén-dioxid molekulaképe balra golyó és pálcika jobbra térkitöltéses megjelenítésben.

A CO2.pdb koordináta fájl térben megjeleníthető a https://sourceforge.net/projects/openrasmol/ címről letölthető molekulamegjelenítő programmal

Történet
Régóta ismert, tulajdonságait is leírták, de összetételét csak Lavoisier állapította meg 1781-ben.

Előfordulás
Gyakori a természetben, a levegőnek is állandó alkotórésze. (Az egyik leglényegesebb üvegházhatást okozó összetevő.)
Alkoholos erjedésnél is keletkezik, pl. amikor "forr" a must (mustgáz).
Egyes helyeken a talajból is előtör, pl. Répcelakon, ahol megtisztítva "szénsavpatronokba" töltik és szódavíz (szénsav) készítésére felhasználható.
A természetes vizek, főleg az ásványvizek oldott (szénsav) formában tartalmaznak kisebb-nagyobb mennyiségben szén-dioxidot.
Széntartalmú vegyületek (elsősorban kőszén, földgáz és kőolaj(származékok) elégetésével évi 10 milliárd tonnás nagyságrendben kerül a légkörbe.

Előállítás
Szén (szén tartalmú vegyületek, pl. földgáz) égésekor keletkezik:

C + O₂ -> CO₂

Szén-monoxid égésénél is szén-dioxid keletkezik:

2CO + O₂ -> 2CO₂

Keletkezik továbbá korhadásnál, alkoholos erjedésnél.

Iparilag füstgázokból lehet előállítani, ezek szén-dioxid tartalmát kálium-karbonáttal elnyeletik és a keletkező kálium-hidrogén-karbonát oldatból a szén-dioxidot kiforralják:

K₂CO₃ + CO₂ + H₂O <-> 2KHCO₃

Laboratóriumban fehér márványdarabkákból fejlesztik sósavval, a keletkező gázt nátrium-hidrogén-karbonát oldaton vezetik át a magával ragadott sósav cseppecskék közömbösítésére:

CaCO₃ + 2HCl = CO₂ + CaCl₂ + H₂O

Karbonátok hő hatására történő szétesésekor is szén-dioxid keletkezik (mészégetés):

CaCO₃ <-> CO₂ + CaO

Fizikai tulajdonságok
Színtelen, szagtalan, nehéz gáz, (egyik edényből a másikba átönthető!).
Már szobahőmérsékleten is cseppfolyósítható megfelelő nyomáson. Ha folyékony szén-dioxidot gyorsan elpárologtatnak, erősen lehül és szénsavhóvá ("szárazjég") fagy meg. Ennek szublimációs pontja -78°C
A kristályos szén-dioxid szabályos rendszerű molekularács.
A molekula lineáris a rácsban és gázállapotban is (lásd a molekulaképen).
Az elektromos áramot nem vezeti.
Kis dielektromos tényezőjű, rossz oldószer.

Kémiai tulajdonságok
Az erős C=O kötés miatt igen állandó, csak nagyon magas hőmérsékleten disszociál kis mértékben az alábbi egyenlet szerint (1700°C-on mindössze 2%):

2CO₂ <-> 2CO + O₂

Hidrogénnel, megfelelő katalizátor, pl. finom eloszlású ruténium jelenlétében már 100-150°C-on metánná redukálható:

CO₂ + 4H₂ = CH4 + 2H₂O

Alkálifémek és a magnézium szénné redukálják. Vas hasonló körülmények között szén-monoxiddá alakítja, miközben vas(II)-oxid keletkezik.

Fontos reakciója a szénsavképződés vízzel:

CO₂ + H₂O <-> H₂CO₃

a víz egyébként is jól oldja a szén-dioxidot, a fenti reakció következtében kötött szénsav is van a vízben. A szén-dioxid tehát nem savanhidrid, így fém-oxidokkal, -hidroxidokkal és -peroxidokkal fém-karbonátokat ad.
Fölöslegben lévő szén-dioxiddal hidrogén-karbonátok is keletkezhetnek, pl.:

NaOH + CO₂ =NaHCO₃
2 NaOH + CO₂ = Na₂CO₃

Felhasználás, termelés
Sok szén-dioxidot használnak üdítőitalok, ásványvízek szénsavval történő dúsítására, csapolt sörnél hajtógáznak használják.
Tűzoltókészülékekben (a képen) töltésre, vagy porral oltó hajtógázaként alkalmazzák.
Hegesztésnél védőgáznak használják.
Laboratóriumban erős hűtésre használják a szilárd szén-dioxidot, alkohollal, acetonnal, vagy éterrel keverve -80°C alatti hőmérséklet érhető el.
Az iparban a Solvay-szódagyártásnál közbenső termék.
Nagy mennyiségben használják a cukoriparban és a szerves-vegyiparban.
Élelmiszeripari célra nagyon tiszta kell legyen, mert a szénhidrogének, vagy kénvegyületek már nyomokban is elrontanák az élelmiszerek ízét.
Az élelmiszeriparban, mint hajtógázt használják E 290 kóddal.

Kimutatás
Mészvízben [Ca(OH)₂ oldata] vagy bárium-hidroxid oldatban zavarosodást, vagy fehér csapadék kiválást okoz, amely feleslegben lévő szén-dioxiddal ismét feloldódik.

Élettani hatás
Az állati szervezetek anyagcseréje állandóan termel szén-dioxidot ez azonban mérgező volna, ha a szervezet nem távolítaná el.
A levegőben 10 % fölötti koncentrációban már eszméletvesztést, halált okozhat. (A rendszeres figyelmeztetések ellenére minden évben tucatszámra fordulnak elő halálesetek, amikor pincékben "forr a must". A levegőnél jóval nehezebb szén-dioxid /mustgáz/ "megül" a pincében és könnyen kialakulhat a 10 % fölötti koncentráció. Égő gyertyát kell tartani minél lentebb, és ha elalszik nem szabad lemenni!)
A növények szén-dioxidot és vizet használnak a fotoszintézis során. Üvegházakban a szén-dioxid koncentráció növelésével (pl. szárazjéggel) fokozható a fotoszintézis, ezáltal a növények növekedése.

Felhasznált irodalom