Comment s'appelle le dioxyde de carbone sous forme solide ?
glace carbonique
C'est un matériau industriel polyvalent, utilisé, par exemple, comme gaz inerte dans les extincteurs de soudage et d'incendie, comme gaz de pressurisation dans les pistolets à air comprimé et la récupération du pétrole, comme matière première chimique et sous forme liquide comme solvant dans la décaféination du café et des produits supercritiques. séchage. Il est ajouté à l'eau potable et aux boissons gazeuses, notamment la bière et le vin mousseux, pour ajouter de l'effervescence. La forme solide congelée du CO2, connue sous le nom de « glace carbonique », est utilisée comme réfrigérant et comme abrasif dans le nettoyage à la glace carbonique. Le dioxyde de carbone sous forme de neige carbonique est souvent utilisé dans le processus de vinification pour refroidir rapidement les grappes de raisin après la cueillette afin de prévenir la fermentation spontanée par les levures sauvages. Le principal avantage de l'utilisation de la glace carbonique par rapport à la glace à l'eau ordinaire est qu'elle refroidit les raisins sans ajouter d'eau supplémentaire susceptible de diminuer la concentration en sucre dans le moût de raisin, et donc également la concentration en alcool dans le vin fini. La glace carbonique est également utilisée pendant la phase de trempage à froid du processus de vinification pour garder les raisins au frais. Le dioxyde de carbone résultant de la sublimation de la neige carbonique a tendance à se déposer au fond des réservoirs car il est plus dense que l’air. Le gaz carbonique déposé crée un environnement hypoxique qui aide à empêcher les bactéries de se développer sur les raisins jusqu'à ce qu'il soit temps de démarrer la fermentation avec la souche de levure souhaitée. Le dioxyde de carbone liquide et solide est un réfrigérant important, en particulier dans l'industrie alimentaire, où il est utilisé lors du transport et du stockage de glaces et d'autres aliments surgelés. Le dioxyde de carbone solide est appelé « glace carbonique » et est utilisé pour les petites expéditions pour lesquelles l'équipement de réfrigération n'est pas pratique. Le dioxyde de carbone solide est toujours inférieur à −78,5 °C à pression atmosphérique normale, quelle que soit la température de l'air.
Le dioxyde de carbone (formule chimique CO2) est un gaz incolore et inodore vital à la vie sur Terre. Ce composé chimique naturel est composé d’un atome de carbone lié de manière covalente à deux atomes d’oxygène. Le dioxyde de carbone existe dans l'atmosphère terrestre sous forme de gaz traces à une concentration d'environ 0,04 pour cent (400 ppm) en volume. Les sources naturelles comprennent les volcans, les sources chaudes et les geysers, et elle est libérée des roches carbonatées par dissolution dans l'eau et les acides. Le dioxyde de carbone étant soluble dans l’eau, il est présent naturellement dans les eaux souterraines, les rivières et les lacs, dans les calottes glaciaires et les glaciers ainsi que dans l’eau de mer. Il est présent dans les gisements de pétrole et de gaz naturel.
Le dioxyde de carbone atmosphérique est la principale source de carbone dans la vie sur Terre et sa concentration dans l'atmosphère préindustrielle de la Terre depuis la fin du Précambrien était régulée par des organismes photosynthétiques et des phénomènes géologiques. Dans le cadre du cycle du carbone, les plantes, les algues et les cyanobactéries utilisent l’énergie lumineuse pour photosynthétiser les glucides à partir du dioxyde de carbone et de l’eau, l’oxygène étant produit comme déchet.
Le dioxyde de carbone () est produit par tous les organismes aérobies lorsqu'ils métabolisent les glucides et les lipides pour produire de l'énergie par la respiration. Il est renvoyé dans l'eau via les branchies des poissons et dans l'air via les poumons des animaux terrestres respirant l'air, y compris les humains. Le dioxyde de carbone est produit lors des processus de décomposition des matières organiques et de la fermentation des sucres présents dans le pain, la bière et la vinification. Il est produit par la combustion du bois, des glucides et des combustibles fossiles comme le charbon, la tourbe, le pétrole et le gaz naturel.
C'est un matériau industriel polyvalent, utilisé, par exemple, comme gaz inerte dans les extincteurs de soudage et d'incendie, comme gaz de pressurisation dans les pistolets à air comprimé et la récupération du pétrole, comme matière première chimique et sous forme liquide comme solvant dans la décaféination du café et des produits supercritiques. séchage. Il est ajouté à l'eau potable et aux boissons gazeuses, notamment la bière et le vin mousseux, pour ajouter de l'effervescence. La forme solide congelée du CO2, connue sous le nom de « glace carbonique », est utilisée comme réfrigérant et comme abrasif dans le nettoyage à la glace carbonique.
Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre important. Depuis la révolution industrielle, les émissions anthropiques – notamment la combustion de combustibles fossiles à base de carbone et les changements d’affectation des terres (principalement la déforestation) – ont rapidement augmenté leur concentration dans l’atmosphère, entraînant un réchauffement climatique. C'est également une cause majeure de l'acidification des océans, car il se dissout dans l'eau pour former de l'acide carbonique.
Arrière-plan
Le dioxyde de carbone a été le premier gaz à être décrit comme une substance discrète. Vers 1640, le chimiste flamand Jan Baptist van Helmont observa que lorsqu'il brûlait du charbon de bois dans un récipient fermé, la masse des cendres résultantes était bien inférieure à celle du charbon d'origine. Son interprétation était que le reste du charbon avait été transmué en une substance invisible qu'il appelait un « gaz » ou « esprit sauvage » (spiritus sylvestre).
Les propriétés du dioxyde de carbone ont été étudiées de manière plus approfondie dans les années 1750 par le médecin écossais Joseph Black. Il a découvert que le calcaire (carbonate de calcium) pouvait être chauffé ou traité avec des acides pour produire un gaz qu'il a appelé « air fixe ». Il observa que l'air fixe était plus dense que l'air et ne supportait ni flammes ni vie animale. Black a également découvert que lorsqu'on le faisait barboter dans de l'eau de chaux (une solution aqueuse saturée d'hydroxyde de calcium), cela précipiterait le carbonate de calcium. Il a utilisé ce phénomène pour illustrer que le dioxyde de carbone est produit par la respiration animale et la fermentation microbienne. En 1772, le chimiste anglais Joseph Priestley publia un article intitulé Imprégnation de l'eau avec de l'air fixe dans lequel il décrivait un processus consistant à faire couler de l'acide sulfurique (ou de l'huile de vitriol comme Priestley l'appelait) sur de la craie afin de produire du dioxyde de carbone et à forcer le gaz à s'écouler. dissoudre en agitant un bol d'eau au contact du gaz.
Le dioxyde de carbone a été liquéfié pour la première fois (à des pressions élevées) en 1823 par Humphry Davy et Michael Faraday. La première description du dioxyde de carbone solide a été donnée par Adrien-Jean-Pierre Thilorier, qui, en 1835, a ouvert un récipient sous pression contenant du dioxyde de carbone liquide, pour découvrir que le refroidissement produit par l'évaporation rapide du liquide produisait une « neige » de dioxyde de carbone solide. CO2.
Propriétés chimiques et physiques
Structure et liaison
La molécule de dioxyde de carbone est linéaire et centrosymétrique. Les deux liaisons CO sont équivalentes et courtes (116,3 pm), ce qui correspond à une double liaison. Comme elle est centrosymétrique, la molécule ne possède pas de dipôle électrique. Par conséquent, seules deux bandes vibrationnelles sont observées dans le spectre IR : un mode d’étirement antisymétrique à 2 349 cm−1 et une paire dégénérée de modes de flexion à 667 cm−1. Il existe également un mode d'étirement symétrique à 1 388 cm−1 qui n'est observé que dans le spectre Raman.
En solution aqueuse
Le dioxyde de carbone est soluble dans l'eau, dans laquelle il se forme de manière réversible (acide carbonique), qui est un acide faible puisque son ionisation dans l'eau est incomplète.
+
 
La constante d'équilibre d'hydratation de l'acide carbonique est K_{\mathrm h}\frac{\rm{[H_2CO_3]}}{\rm{[CO_2(aq)]}}
1,70\fois 10^{-3} (à 25 °C). Par conséquent, la majorité du dioxyde de carbone n’est pas convertie en acide carbonique, mais reste sous forme de molécules de CO2, sans affecter le pH.
Les concentrations relatives de , et les formes déprotonées (bicarbonate) et (carbonate) dépendent du pH. Comme le montre un tracé de Bjerrum, dans les eaux neutres ou légèrement alcalines (pH > 6,5), la forme bicarbonate prédomine (>50 %), devenant la plus répandue (>95 %) au pH de l'eau de mer. Dans les eaux très alcalines (pH > 10,4), la forme prédominante (>50 %) est le carbonate. Les océans, légèrement alcalins avec un pH typique de 8,2 à 8,5, contiennent environ 120 mg de bicarbonate par litre.
Étant diprotique, l'acide carbonique a deux constantes de dissociation acide, la première pour la dissociation en ion bicarbonate (également appelé hydrogénocarbonate) (HCO3−) :
H2CO3 HCO3− + H+
Ka1 ; pKa1
 3,6 à 25 °C.
Il s'agit de la véritable première constante de dissociation acide, définie comme K_{a1}\frac{\rm{[HCO_3^-] [H^+]}}{\rm{[H_2CO_3]}}, où le dénominateur inclut uniquement les liaisons covalentes H2CO3 et n’inclut pas le CO2(aq) hydraté. La valeur beaucoup plus petite et souvent citée à proximité est une valeur apparente calculée sur l'hypothèse (incorrecte) que tout le CO2 dissous est présent sous forme d'acide carbonique, de sorte que K_{\mathrm{a1}}{\rm{(apparent)}}
\frac{\rm{[HCO_3^-] [H^+]}}{\rm{[H_2CO_3] + [CO_2(aq)]}}. Étant donné que la majeure partie du CO2 dissous reste sous forme de molécules de CO2, Ka1 (apparent) a un dénominateur beaucoup plus grand et une valeur beaucoup plus petite que le vrai Ka1.
L'ion bicarbonate est une espèce amphotère qui peut agir comme acide ou comme base, selon le pH de la solution. À pH élevé, il se dissocie significativement en ion carbonate (CO32−) :
HCO3− CO32− + H+
Ka2 ; pKa2
 10.329
Dans les organismes, la production d’acide carbonique est catalysée par l’enzyme anhydrase carbonique.
Réactions chimiques du CO2
Le CO2 est un électrophile faible. Sa réaction avec l'eau basique illustre cette propriété, auquel cas l'hydroxyde est le nucléophile. D'autres nucléophiles réagissent également. Par exemple, les carbanions fournis par les réactifs de Grignard et les composés organolithiens réagissent avec le CO2 pour donner des carboxylates :
MR + CO2 → RCO2M
où M Li ou MgBr et R
 alkyle ou aryle.
Dans les complexes métalliques de dioxyde de carbone, le CO2 sert de ligand, ce qui peut faciliter la conversion du CO2 en d’autres produits chimiques.
La réduction du CO2 en CO est généralement une réaction difficile et lente :
CO2 + 2 e− + 2H+ → CO + H2O
Le potentiel rédox de cette réaction proche de pH 7 est d'environ -0,53 V par rapport à l'électrode à hydrogène standard. L’enzyme monoxyde de carbone déshydrogénase, contenant du nickel, catalyse ce processus.
Propriétés physiques
Le dioxyde de carbone est incolore. À faible concentration, le gaz est inodore. À des concentrations plus élevées, il dégage une odeur piquante et acide. À température et pression normales, la densité du dioxyde de carbone est d'environ 1,98 kg/m3, soit environ 1,67 fois celle de l'air.
Le dioxyde de carbone n'a pas d'état liquide à des pressions inférieures à . À 1 atmosphère (pression proche du niveau moyen de la mer), le gaz se dépose directement sur un solide à des températures inférieures et le solide se sublime directement en un gaz supérieur à −78,5 °C. À l’état solide, le dioxyde de carbone est communément appelé neige carbonique.
Le dioxyde de carbone liquide ne se forme qu'à des pressions supérieures à 5,1 atm ; le point triple du dioxyde de carbone est d'environ 518 kPa à −56,6 °C (voir diagramme de phases à gauche). Le point critique est de 7,38 MPa à 31,1 °C. Une autre forme de dioxyde de carbone solide observée à haute pression est un solide amorphe semblable à du verre. Cette forme de verre, appelée carbonia, est produite par surfusion du CO2 chauffé à une pression extrême (40 à 48 GPa ou environ 400 000 atmosphères) dans une enclume en diamant. Cette découverte a confirmé la théorie selon laquelle le dioxyde de carbone pourrait exister dans un état vitreux similaire à d'autres membres de sa famille élémentaire, comme le silicium (verre de silice) et le dioxyde de germanium. Cependant, contrairement aux verres de silice et de germania, le verre carbonia n'est pas stable à des pressions normales et se transforme en gaz lorsque la pression est relâchée.
À des températures et des pressions supérieures au point critique, le dioxyde de carbone se comporte comme un fluide supercritique appelé dioxyde de carbone supercritique.
Isolement et production
Le dioxyde de carbone peut être obtenu par distillation de l’air, mais la méthode est inefficace. Industriellement, le dioxyde de carbone est principalement un déchet non valorisé, produit par plusieurs méthodes qui peuvent être mises en pratique à différentes échelles.
La combustion de tous les combustibles à base de carbone, comme le méthane (gaz naturel), les distillats de pétrole (essence, diesel, kérosène, propane), le charbon, le bois et les matières organiques génériques produit du dioxyde de carbone et, sauf dans le cas du carbone pur, de l'eau. . A titre d'exemple, la réaction chimique entre le méthane et l'oxygène est donnée ci-dessous.
Il est produit par décomposition thermique du calcaire, par chauffage (calcination) à environ 850 C, dans la fabrication de chaux vive (oxyde de calcium, ), un composé qui a de nombreuses utilisations industrielles :
Le fer est réduit de ses oxydes avec du coke dans un haut fourneau, produisant de la fonte brute et du dioxyde de carbone :
Le dioxyde de carbone est un sous-produit de la production industrielle d’hydrogène par reformage à la vapeur et synthèse d’ammoniac. Ces processus commencent par la réaction de l'eau et du gaz naturel (principalement du méthane).
Les acides libèrent la plupart des carbonates métalliques. Par conséquent, il peut être obtenu directement à partir de sources naturelles de dioxyde de carbone, où il est produit par l'action de l'eau acidifiée sur le calcaire ou la dolomie. La réaction entre l'acide chlorhydrique et le carbonate de calcium (calcaire ou craie) est illustrée ci-dessous :
L'acide carbonique () se décompose alors en eau et :
De telles réactions s'accompagnent de formation de mousse ou de bouillonnement, ou des deux, lorsque le gaz est libéré. Ils sont largement utilisés dans l’industrie car ils peuvent être utilisés pour neutraliser les flux d’acides résiduaires.
Le dioxyde de carbone est un sous-produit de la fermentation du sucre lors du brassage de la bière, du whisky et d'autres boissons alcoolisées ainsi que dans la production de bioéthanol.
La levure métabolise le sucre pour produire de l'éthanol, également appelé alcool, comme suit :
→
Tous les organismes aérobies produisent lorsqu'ils oxydent les glucides, les acides gras et les protéines. Le grand nombre de réactions impliquées est extrêmement complexe et difficile à décrire. Se référer à (respiration cellulaire, respiration anaérobie et photosynthèse). L'équation de la respiration du glucose et des autres monosaccharides est la suivante :
+ → +
Les photoautotrophes (c'est-à-dire les plantes et les cyanobactéries) utilisent l'énergie contenue dans la lumière du soleil pour photosynthétiser les sucres simples absorbés par l'air et l'eau :
n + n → + n
Le dioxyde de carbone représente environ 40 à 45 % du gaz qui émane de la décomposition dans les décharges (appelé « gaz de décharge »). La majeure partie des 50 à 55 % restants est constituée de méthane.
Les usages
Le dioxyde de carbone est utilisé par l’industrie alimentaire, l’industrie pétrolière et l’industrie chimique.
Le composé a diverses utilisations commerciales, mais l'une de ses plus grandes utilisations en tant que produit chimique est la production de boissons gazeuses ; il donne de l'éclat aux boissons gazeuses telles que l'eau gazeuse.
Précurseur de produits chimiques
Dans l’industrie chimique, le dioxyde de carbone est principalement consommé comme ingrédient dans la production d’urée, une plus petite fraction étant utilisée pour produire du méthanol et une gamme d’autres produits. Les carbonates et bicarbonates métalliques, ainsi que certains dérivés d'acides carboxyliques (par exemple le salicylate de sodium) sont préparés à l'aide de CO2.
Outre les procédés conventionnels utilisant le CO2 pour la production chimique, des méthodes électrochimiques sont également explorées au niveau de la recherche. En particulier, l’utilisation d’énergies renouvelables pour la production de carburants à partir de CO2 (tels que le méthanol) est intéressante car elle pourrait donner lieu à des carburants qui pourraient être facilement transportés et utilisés dans le cadre des technologies de combustion conventionnelles mais n’émettant aucune émission nette de CO2.
nourriture
Le dioxyde de carbone est un additif alimentaire utilisé comme propulseur et régulateur d'acidité dans l'industrie alimentaire. Son utilisation est approuvée dans l'UE (répertorié sous le numéro E E290), aux États-Unis, en Australie et en Nouvelle-Zélande (répertorié par son numéro INS 290).
Un bonbon appelé Pop Rocks est pressurisé avec du dioxyde de carbone à environ 4 x 106 Pa (40 bars, 580 psi). Lorsqu'il est placé dans la bouche, il se dissout (tout comme les autres bonbons durs) et libère les bulles de gaz avec un bruit audible.
Les agents levants font lever la pâte en produisant du dioxyde de carbone. La levure de boulanger produit du dioxyde de carbone par fermentation des sucres contenus dans la pâte, tandis que les levains chimiques tels que la levure chimique et le bicarbonate de soude libèrent du dioxyde de carbone lorsqu'ils sont chauffés ou exposés à des acides.
Breuvages
Le dioxyde de carbone est utilisé pour produire des boissons gazeuses et de l'eau gazeuse. Traditionnellement, la carbonatation de la bière et du vin mousseux se faisait par fermentation naturelle, mais de nombreux fabricants gazéifient ces boissons avec du dioxyde de carbone récupéré du processus de fermentation. Dans le cas de la bière en bouteille et en fût, la méthode la plus couramment utilisée est la carbonatation avec du dioxyde de carbone recyclé. À l'exception de la British Real Ale, la bière pression est généralement transférée des fûts dans une chambre froide ou une cave jusqu'aux robinets de distribution du bar en utilisant du dioxyde de carbone sous pression, parfois mélangé à de l'azote.
Vinification
Le dioxyde de carbone sous forme de neige carbonique est souvent utilisé dans le processus de vinification pour refroidir rapidement les grappes de raisin après la cueillette afin de prévenir la fermentation spontanée par les levures sauvages. Le principal avantage de l'utilisation de la glace carbonique par rapport à la glace à l'eau ordinaire est qu'elle refroidit les raisins sans ajouter d'eau supplémentaire susceptible de diminuer la concentration en sucre dans le moût de raisin, et donc également la concentration en alcool dans le vin fini.
La glace carbonique est également utilisée pendant la phase de trempage à froid du processus de vinification pour garder les raisins au frais. Le dioxyde de carbone résultant de la sublimation de la neige carbonique a tendance à se déposer au fond des réservoirs car il est plus dense que l’air. Le gaz carbonique déposé crée un environnement hypoxique qui aide à empêcher les bactéries de se développer sur les raisins jusqu'à ce qu'il soit temps de démarrer la fermentation avec la souche de levure souhaitée.
Le dioxyde de carbone est également utilisé pour créer un environnement hypoxique pour la macération carbonique, le processus utilisé pour produire le vin du Beaujolais.
Le dioxyde de carbone est parfois utilisé pour remplir des bouteilles de vin ou d'autres récipients de stockage tels que des fûts afin d'éviter l'oxydation, bien qu'il présente le problème de se dissoudre dans le vin, rendant légèrement pétillant un vin auparavant tranquille. Pour cette raison, d'autres gaz tels que l'azote ou l'argon sont préférés pour ce processus par les viticulteurs professionnels.
Gaz inerte
C'est l'un des gaz comprimés les plus couramment utilisés pour les systèmes pneumatiques (gaz sous pression) des outils à pression portables. Le dioxyde de carbone est également utilisé comme atmosphère pour le soudage, bien que dans l'arc de soudage, il réagisse pour oxyder la plupart des métaux. L'utilisation dans l'industrie automobile est courante malgré des preuves significatives selon lesquelles les soudures réalisées au dioxyde de carbone sont plus fragiles que celles réalisées dans des atmosphères plus inertes et que ces joints de soudure se détériorent avec le temps en raison de la formation d'acide carbonique. Il est utilisé comme gaz de soudage principalement parce qu’il est beaucoup moins cher que des gaz plus inertes comme l’argon ou l’hélium. Lorsqu'il est utilisé pour le soudage MIG, l'utilisation du CO2 est parfois appelée soudage MAG, pour Metal Active Gas, car le CO2 peut réagir à ces températures élevées. Il a tendance à produire une flaque d’eau plus chaude que les atmosphères véritablement inertes, améliorant ainsi les caractéristiques d’écoulement. Cependant, cela peut être dû à des réactions atmosphériques se produisant sur le site de la flaque d'eau. Ceci est généralement à l'opposé de l'effet souhaité lors du soudage, car cela tend à fragiliser le site, mais peut ne pas poser de problème pour le soudage général de l'acier doux, où la ductilité ultime n'est pas une préoccupation majeure.
Il est utilisé dans de nombreux produits de consommation nécessitant du gaz sous pression parce qu'il est peu coûteux et ininflammable, et parce qu'il subit une transition de phase du gaz au liquide à température ambiante à une pression atteignable d'environ 60 bars (870 psi, 59 atm), permettant ainsi plus de dioxyde de carbone pour tenir dans un conteneur donné qu'il ne le ferait autrement. Les gilets de sauvetage contiennent souvent des cartouches de dioxyde de carbone sous pression pour un gonflage rapide. Les capsules de CO2 en aluminium sont également vendues comme fournitures de gaz comprimé pour les armes à air comprimé, les marqueurs de paintball, le gonflage des pneus de vélo et pour la fabrication d'eau gazeuse. La vaporisation rapide du dioxyde de carbone liquide est utilisée pour le dynamitage dans les mines de charbon. De fortes concentrations de dioxyde de carbone peuvent également être utilisées pour tuer les ravageurs. Le dioxyde de carbone liquide est utilisé dans le séchage supercritique de certains produits alimentaires et matériaux technologiques, dans la préparation d'échantillons pour la microscopie électronique à balayage et dans la décaféination des grains de café.
Extincteur d'incendie
Le dioxyde de carbone peut être utilisé pour éteindre les flammes en inondant l’environnement autour de la flamme avec le gaz. Il ne réagit pas lui-même pour éteindre la flamme, mais prive la flamme d'oxygène en la déplaçant. Certains extincteurs, notamment ceux conçus pour les incendies électriques, contiennent du dioxyde de carbone liquide sous pression. Les extincteurs au dioxyde de carbone fonctionnent bien sur les petits incendies de liquides inflammables et électriques, mais pas sur les incendies de combustibles ordinaires, car bien qu'ils excluent l'oxygène, ils ne refroidissent pas les substances en feu de manière significative et lorsque le dioxyde de carbone se disperse, elles sont libres de prendre feu lorsqu'elles sont exposées à l'atmosphère. oxygène. Leur attrait dans les incendies électriques vient du fait que, contrairement à l'eau ou à d'autres méthodes à base de produits chimiques, le dioxyde de carbone ne provoquera pas de courts-circuits, ce qui entraînerait encore plus de dommages aux équipements. Puisqu'il s'agit d'un gaz, il est également facile de distribuer automatiquement de grandes quantités de gaz dans les salles d'infrastructure informatique, où le feu lui-même peut être difficile à atteindre avec des méthodes plus immédiates car il se trouve derrière les portes des armoires et à l'intérieur des armoires. Le dioxyde de carbone a également été largement utilisé comme agent extincteur dans les systèmes fixes de protection contre l'incendie pour l'application locale de risques spécifiques et l'inondation totale d'un espace protégé. Les normes de l'Organisation maritime internationale reconnaissent également les systèmes au dioxyde de carbone pour la protection incendie des cales des navires et des salles des machines. Les systèmes de protection contre les incendies basés sur le dioxyde de carbone ont été associés à plusieurs décès, car ils peuvent provoquer une suffocation à des concentrations suffisamment élevées. Un examen des systèmes CO2 a identifié 51 incidents entre 1975 et la date du rapport, causant 72 morts et 145 blessés.
CO2 supercritique comme solvant
Le dioxyde de carbone liquide est un bon solvant pour de nombreux composés organiques lipophiles et est utilisé pour éliminer la caféine du café. Le dioxyde de carbone a attiré l'attention dans les industries pharmaceutiques et autres industries de transformation chimique comme alternative moins toxique aux solvants plus traditionnels tels que les organochlorés. Il est utilisé par certains pressings pour cette raison (voir chimie verte). Il est utilisé dans la préparation de certains aérogels en raison des propriétés du dioxyde de carbone supercritique.
Applications agricoles et biologiques
Les plantes ont besoin de dioxyde de carbone pour effectuer la photosynthèse. L’atmosphère des serres peut (si elles sont de grande taille, doit) être enrichie de CO2 supplémentaire pour soutenir et augmenter le taux de croissance des plantes. À des concentrations très élevées (100 fois la concentration atmosphérique ou plus), le dioxyde de carbone peut être toxique pour la vie animale. Par conséquent, augmenter la concentration à 10 000 ppm (1 %) ou plus pendant plusieurs heures éliminera les ravageurs tels que les aleurodes et les tétranyques d'un seul coup. serre.
En médecine, jusqu'à 5 % de dioxyde de carbone (130 fois la concentration atmosphérique) est ajouté à l'oxygène pour stimuler la respiration après l'apnée et pour stabiliser l'équilibre sanguin.
Il a été proposé de faire barboter le dioxyde de carbone provenant de la production d'électricité dans les étangs pour stimuler la croissance d'algues qui pourraient ensuite être converties en carburant biodiesel.
Récupération du pétrole
Le dioxyde de carbone est utilisé dans la récupération assistée du pétrole où il est injecté dans ou à proximité des puits de pétrole en production, généralement dans des conditions supercritiques, lorsqu'il devient miscible avec le pétrole. Cette approche peut augmenter la récupération initiale du pétrole en réduisant la saturation résiduelle en pétrole de 7 à 23 pour cent en plus de l'extraction primaire. Il agit à la fois comme agent pressurisant et, lorsqu'il est dissous dans le pétrole brut souterrain, réduit considérablement sa viscosité et modifie la chimie de surface, permettant au pétrole de s'écouler plus rapidement à travers le réservoir jusqu'au puits d'extraction. Dans les champs pétroliers matures, de vastes réseaux de canalisations sont utilisés pour transporter le dioxyde de carbone jusqu’aux points d’injection.
La biotransformation en carburant
Les chercheurs ont modifié génétiquement une souche de la cyanobactérie Synechococcus elongatus pour produire les carburants isobutyraldéhyde et isobutanol à partir de la photosynthèse.
Réfrigérant
Le dioxyde de carbone liquide et solide est un réfrigérant important, en particulier dans l'industrie alimentaire, où il est utilisé lors du transport et du stockage de glaces et d'autres aliments surgelés. Le dioxyde de carbone solide est appelé « glace carbonique » et est utilisé pour les petites expéditions pour lesquelles l'équipement de réfrigération n'est pas pratique. Le dioxyde de carbone solide est toujours inférieur à −78,5 °C à pression atmosphérique normale, quelle que soit la température de l'air.
Le dioxyde de carbone liquide (nomenclature industrielle R744 ou R-744) était utilisé comme réfrigérant avant la découverte du R-12 et pourrait connaître une renaissance en raison du fait que le R134a contribue au changement climatique. Ses propriétés physiques sont très favorables à des fins de refroidissement, de réfrigération et de chauffage, avec une capacité de refroidissement volumétrique élevée. En raison de la nécessité de fonctionner à des pressions allant jusqu'à 130 bars (1880 psi), les systèmes CO2 nécessitent des composants très résistants qui ont déjà été développés pour une production en série dans de nombreux secteurs. En climatisation automobile, dans plus de 90 % de toutes les conditions de conduite à des latitudes supérieures à 50°, le R744 fonctionne plus efficacement que les systèmes utilisant le R134a. Ses avantages environnementaux (GWP de 1, non appauvrissant la couche d’ozone, non toxique, ininflammable) pourraient en faire le futur fluide de travail pour remplacer les HFC actuels dans les voitures, les supermarchés et les chauffe-eau à pompe à chaleur, entre autres. Coca-Cola a mis en service des refroidisseurs de boissons à base de CO2 et l'armée américaine s'intéresse à la technologie de réfrigération et de chauffage au CO2.
L’industrie automobile mondiale devrait choisir le réfrigérant de nouvelle génération pour la climatisation des voitures. Le CO2 est une option discutée. (voir Climatisation automobile durable)
Récupération du méthane de houille
Dans le cadre de la récupération améliorée du méthane des houilles, le dioxyde de carbone serait pompé dans la veine de charbon pour déplacer le méthane, contrairement aux méthodes actuelles qui reposent principalement sur l'élimination de l'eau (pour réduire la pression) pour que la veine de charbon libère son méthane piégé.
Utilisations de niche
Le dioxyde de carbone est le milieu laser dans un laser au dioxyde de carbone, qui est l’un des premiers types de lasers.
Le dioxyde de carbone peut être utilisé comme moyen de contrôler le pH des piscines, en ajoutant continuellement du gaz à l'eau, empêchant ainsi le pH d'augmenter. L’un des avantages de cette solution est d’éviter la manipulation d’acides (plus dangereux). De même, il est également utilisé dans les aquariums récifaux de maintenance, où il est couramment utilisé dans les réacteurs à calcium pour abaisser temporairement le pH de l'eau passée sur le carbonate de calcium afin de permettre au carbonate de calcium de se dissoudre plus librement dans l'eau où il est utilisé. par certains coraux pour construire leur squelette.
Utilisé comme liquide de refroidissement principal dans le réacteur britannique avancé refroidi au gaz pour la production d'énergie nucléaire.
L'induction du dioxyde de carbone est couramment utilisée pour l'euthanasie des animaux de laboratoire. Les méthodes d'administration du CO2 comprennent le placement des animaux directement dans une chambre fermée et préremplie contenant du CO2, ou l'exposition à une concentration de CO2 augmentant progressivement. En 2013, l'American Veterinary Medical Association a publié de nouvelles lignes directrices pour l'induction du dioxyde de carbone, déclarant qu'un taux de déplacement de 10 à 30 % du volume de la chambre à gaz par minute est optimal pour l'euthanasie sans cruauté des petits rongeurs.
Le dioxyde de carbone est également utilisé dans plusieurs techniques connexes de nettoyage et de préparation des surfaces.
Dans l'atmosphère terrestre
Le dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre est un gaz trace, ayant actuellement (début 2016) une concentration moyenne de 402 parties par million en volume[http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/#mlo National Oceanic & Administration atmosphérique (NOAA) – Laboratoire de recherche sur le système terrestre (ESRL), Tendances du dioxyde de carbone] Les valeurs indiquées sont des fractions molaires d'air sec exprimées en parties par million (ppm). Pour un mélange de gaz parfait, cela équivaut à des parties par million en volume (ppmv). (ou 611 parties par million en masse). Les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone fluctuent légèrement avec les saisons, diminuant au printemps et en été dans l'hémisphère nord lorsque les plantes consomment le gaz et augmentant au cours de l'automne et de l'hiver dans le nord lorsque les plantes entrent en dormance ou meurent et se décomposent. Les concentrations varient également sur une base régionale, plus fortement près du sol avec des variations beaucoup plus faibles en altitude. Dans les zones urbaines, les concentrations sont généralement plus élevées et, à l'intérieur, elles peuvent atteindre 10 fois les niveaux de fond.
La combustion de combustibles fossiles et la déforestation ont entraîné une augmentation de la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone d'environ 43 % depuis le début de l'ère industrielle. La majeure partie du dioxyde de carbone provenant des activités humaines est rejetée par la combustion du charbon et d’autres combustibles fossiles. D'autres activités humaines, notamment la déforestation, la combustion de biomasse et la production de ciment, produisent également du dioxyde de carbone. Les volcans émettent entre 0,2 et 0,3 milliard de tonnes de dioxyde de carbone par an, tandis que les activités humaines en émettent environ 29 milliards de tonnes.
Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre qui absorbe et émet un rayonnement infrarouge à ses deux fréquences de vibration infrarouges actives (voir Structure et liaison ci-dessus). Ce processus amène le dioxyde de carbone à réchauffer la surface et la basse atmosphère, tout en refroidissant la haute atmosphère. L'augmentation de la concentration atmosphérique de , et donc de l'effet de serre induit, est à l'origine de l'augmentation de la température moyenne mondiale depuis le milieu du 20e siècle. Bien que le dioxyde de carbone soit le principal gaz à effet de serre responsable de cette augmentation, le méthane, l’oxyde d’azote, l’ozone et divers autres gaz à effet de serre à longue durée de vie y contribuent également. Le dioxyde de carbone est le plus préoccupant car il exerce une influence globale sur le réchauffement plus importante que tous ces autres gaz réunis et parce qu’il a une longue durée de vie dans l’atmosphère.
Non seulement l’augmentation des concentrations de dioxyde de carbone entraîne une augmentation de la température mondiale à la surface, mais l’augmentation des températures mondiales entraîne également une augmentation des concentrations de dioxyde de carbone. Cela produit une rétroaction positive pour les changements induits par d'autres processus tels que les cycles orbitaux. Il y a cinq cents millions d'années, la concentration de dioxyde de carbone était 20 fois supérieure à celle d'aujourd'hui, diminuant de 4 à 5 fois au cours de la période jurassique, puis diminuant lentement avec une réduction particulièrement rapide survenue il y a 49 millions d'années.
Les concentrations locales de dioxyde de carbone peuvent atteindre des valeurs élevées à proximité de sources puissantes, en particulier celles isolées par le terrain environnant. Aux sources chaudes de Bossoleto, près de Rapolano Terme en Toscane, en Italie, situées dans une dépression en forme de bol d'environ 100 m de diamètre, les concentrations de CO2 dépassent 75 % pendant la nuit, ce qui est suffisant pour tuer les insectes et les petits animaux. Après le lever du soleil, le gaz est dispersé par convection pendant la journée. On pense que les fortes concentrations de CO2 produites par la perturbation des eaux profondes des lacs saturées de CO2 ont causé 37 morts au lac Monoun, au Cameroun en 1984 et 1 700 victimes au lac Nyos, au Cameroun en 1986.
Le 12 novembre 2015, des scientifiques de la NASA ont signalé que le dioxyde de carbone (CO2) produit par l'homme continue d'augmenter à des niveaux jamais vus depuis des centaines de milliers d'années : actuellement, environ la moitié du dioxyde de carbone libéré par la combustion de combustibles fossiles reste dans l'atmosphère. l'atmosphère et n'est pas absorbé par la végétation et les océans.
Dans les océans
Le dioxyde de carbone se dissout dans l'océan pour former de l'acide carbonique (H2CO3), du bicarbonate (HCO3−) et du carbonate (CO32−). Il y a environ cinquante fois plus de carbone dissous dans les océans que dans l’atmosphère. Les océans agissent comme un énorme puits de carbone et ont absorbé environ un tiers du CO2 émis par l’activité humaine.
À mesure que la concentration de dioxyde de carbone augmente dans l’atmosphère, l’absorption accrue de dioxyde de carbone dans les océans entraîne une diminution mesurable du pH des océans, appelée acidification des océans. Cette réduction du pH affecte les systèmes biologiques des océans, principalement les organismes océaniques calcifiants. Ces effets couvrent toute la chaîne alimentaire, des autotrophes aux hétérotrophes, et incluent des organismes tels que les coccolithophores, les coraux, les foraminifères, les échinodermes, les crustacés et les mollusques. Dans des conditions normales, le carbonate de calcium est stable dans les eaux de surface puisque l’ion carbonate est à des concentrations sursaturées. Cependant, à mesure que le pH des océans diminue, la concentration de cet ion diminue également, et lorsque le carbonate devient sous-saturé, les structures constituées de carbonate de calcium sont vulnérables à la dissolution. les coraux,
 algues coccolithophores,
algues corallines, foraminifères,
 fruits de mer
 et les ptéropodes
présentent une calcification réduite ou une dissolution améliorée lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées.
La solubilité des gaz diminue à mesure que la température de l'eau augmente (sauf lorsque la pression dépasse 300 bars et la température dépasse 393 K, ce que l'on trouve uniquement à proximité des bouches géothermiques profondes) et donc le taux d'absorption depuis l'atmosphère diminue à mesure que la température des océans augmente.
La majeure partie du CO2 absorbé par l’océan, soit environ 30 % du total rejeté dans l’atmosphère, forme de l’acide carbonique en équilibre avec le bicarbonate. Certaines de ces espèces chimiques sont consommées par des organismes photosynthétiques qui éliminent le carbone du cycle. L’augmentation du CO2 dans l’atmosphère a entraîné une diminution de l’alcalinité de l’eau de mer, ce qui suscite des inquiétudes quant aux effets néfastes sur les organismes vivant dans l’eau. En particulier, avec une alcalinité décroissante, la disponibilité de carbonates pour former des coquilles diminue, bien qu'il existe des preuves d'une production accrue de coquilles par certaines espèces sous une teneur accrue en CO2.
La NOAA déclare dans sa fiche d'information sur l'état des connaissances scientifiques sur l'acidification des océans de mai 2008 :
"Les océans ont absorbé environ 50 % du dioxyde de carbone (CO2) libéré par la combustion de combustibles fossiles, ce qui entraîne des réactions chimiques qui abaissent le pH des océans. Cela a provoqué une augmentation des ions hydrogène (acidité) d'environ 30 % depuis le début. de l'ère industrielle par un processus connu sous le nom d'« acidification des océans ». Un nombre croissant d'études ont démontré des effets néfastes sur les organismes marins, notamment :
* La vitesse à laquelle les coraux constructeurs de récifs produisent leur squelette diminue, tandis que la production de nombreuses variétés de méduses augmente.
* La capacité des algues marines et du zooplancton nageant librement à maintenir des coquilles protectrices est réduite.
* La survie des espèces marines larvaires, y compris les poissons et crustacés commerciaux, est réduite.
En outre, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) écrit dans son rapport de synthèse sur le changement climatique 2007 :
"L'absorption de carbone anthropique depuis 1750 a conduit à une acidification accrue de l'océan, avec une diminution moyenne du pH de 0,1 unité. L'augmentation des concentrations atmosphériques de CO2 entraîne une acidification accrue ... Alors que les effets de l'acidification des océans observée sur la biosphère marine sont aussi encore peu documentée, l’acidification progressive des océans devrait avoir des impacts négatifs sur les organismes marins formant des coquilles (par exemple les coraux) et les espèces qui en dépendent. »
Certains organismes marins calcifiants (y compris les récifs coralliens) ont été pointés du doigt par de grandes agences de recherche, notamment la NOAA, la commission OSPAR, NANOOS et le GIEC, car leurs recherches les plus récentes montrent que l'acidification des océans devrait avoir un impact négatif sur eux.
Le dioxyde de carbone est également introduit dans les océans par les sources hydrothermales. L'hydrothe de Champagne