Ditlenek węgla. Równowaga węglowo-wapniowa.

Dwutlenek węgla (CO₂, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV)) - nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

W temperaturze pokojowej jest to bezbarwny, bezwonny i niepalny gaz, dobrze rozpuszczalny w wodzie i cięższy od powietrza (ok. 1,5 raza). Pod normalnym ciśnieniem przechodzi ze stanu stałego do gazowego (sublimuje) z pominięciem fazy ciekłej w temperaturze -78,5°C. Pod zwiększonym ciśnieniem (5,1 atm) można go jednak skroplić w temperaturze -57°C. Dwutlenek węgla jest produktem spalania i oddychania. Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie fotosyntezy. Tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych. Występuje w kopalniach, cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach i studzienkach kanalizacyjnych. W laboratorium najłatwiej wytworzyć dwutlenek węgla poprzez prażenie węglanu wapnia CaCO₃:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑

lub działając praktycznie dowolnym kwasem (np. octowym, solnym, cytrynowym) na węglany, np. węglan wapnia, węglan (Na₂CO₃) lub wodorowęglan (NaHCO₃) sodu i in. (→ aparat Kippa):

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

W przemyśle dwutlenek węgla otrzymuje się podczas spalania węglowodorów lub jako produkt uboczny fermentacji alkoholowej.

W naturalnych wodach powierzchniowych CO2 pochodzi głównie z atmosfery, bądź procesów mineralizacji substancji organicznych, w wodach wgłębnych zaś z procesów geochemicznych. Pochłanianie CO2 z atmosfery obserwuje się przede wszystkim w morzach, a bardzo rzadko w wodach powierzchniowych rzecznych, które zawierają CO2 zwykle w większych ilościach niż wymaga tego stan równowagi w atmosferze. Dlatego w wodach rzecznych obserwuje się na ogół proces odwrotny- wydzielenie się CO2 do atmosfery. Zawartość CO2 w wodach naturalnych zmienia się w bardzo szerokich granicach. W zależności od pH wody CO2 może występować bądź całkowicie w postaci gazowej (pH mniejsze niż 4,5), bądź tez w postaci jonu wodorowęglanowego HCO^-₃ (pH= 8,4) lub węglowego CO^2-₃ (pH= 10,5).

Ogólny CO2 jest sumą CO2 zawartego w wodzie w wyżej podanych postaciach. Ogólny CO2 dzielimy na wolny i związany. Związany znajduje się w wodzie pod postacią wodorowęglanów HCO^-₃ i węglanów CO^2-₃ natomiast wolny CO2 występuje w postaci rozpuszczonej i jako kwas węglowy. Należy nadmienić, że w wodach naturalnych prawie cały wolny CO2 znajduje się w postaci rozpuszczonej, a tylko niespełna 1% występuje w wodzie w postaci kwasu węglowego. Częsć wolnego CO2 niezbędna do utrzymania w roztworze rozpuszczonego wodorowęglanu nazywa się dwutlenkiem węgla równowagi węglanowo-wapniowej lub po prostu przynależnym CO2. W miarę zwiększania się w wodzie stężenia wodorowęglanów ilość niezbędnego CO2 przynależnego znacznie wzrasta. Pozostała część wolnego CO2 w wodzie, czyli nadmiar wolnego CO2 w stosunku do stechiometrycznej ilości CO2 przynależnego jest CO2 agresywnym w stosunku do betonu i metali.
Obecność CO2 w wodach naturalnych stwarza problemy gospodarcze i techniczne ze względu na powodowanie korozji urządzeń metalowych i betonowych.

---