Dióxido de carbono



O dióxido de carbono ( fórmula química CO 2 ) é um gás incolor com uma densidade cerca de 60% superior à do ar seco. O dióxido de carbono consiste de um átomo de carbono covalentemente ligado a dois átomos de oxigênio . Ocorre naturalmente na atmosfera da Terra como um gás traço . A concentração atual é de cerca de 0,04% (410  ppm ) em volume, tendo subido de níveis pré-industriais de 280 ppm. Fontes naturais incluem vulcões , fontes termais e gêiseres , e é libertado de rochas carbonáticas por dissolução em água e ácidos. Porque o dióxido de carbono é solúvel em água, ocorre naturalmente em águas subterrâneas , rios e lagos , calotas polares , geleiras e água do mar . Está presente em depósitos de petróleo e gás natural . O dióxido de carbono é inodoro em concentrações normalmente encontradas. No entanto, em altas concentrações, tem um odor forte e ácido.

Como fonte de carbono disponível no ciclo do carbono , o dióxido de carbono atmosférico é a principal fonte de carbono para a vida na Terra e sua concentração na atmosfera pré-industrial da Terra desde o final do Pré - Cambriano tem sido regulada por organismos fotossintéticos e fenômenos geológicos. Plantas , algas e cianobactérias usam energia luminosa para fotossintetizar o carboidrato do dióxido de carbono e da água, com o oxigênio produzido como um resíduo.

O CO 2 é produzido por todos os organismos aeróbicos quando eles metabolizam carboidratos e lipídios para produzir energia pela respiração . É devolvido à água através das brânquias de peixe e ao ar através dos pulmões de animais terrestres que respiram, incluindo humanos. O dióxido de carbono é produzido durante os processos de decomposição de materiais orgânicos e a fermentação de açúcares na produção de pão , cerveja e vinho . É produzido pela combustão de madeira e outros materiais orgânicos e combustíveis fósseis , como carvão , turfa, petróleo e gás natural . É um subproduto indesejado em muitos processos de oxidação em grande escala , por exemplo, na produção de ácido acrílico (mais de 5 milhões de toneladas / ano).

É um material industrial versátil, usado, por exemplo, como gás inerte em solda e extintores de incêndio , como gás pressurizante em pistolas de ar e recuperação de óleo, como matéria-prima química e como solvente de fluido supercrítico na descafeinação de café  e secagem supercrítica . É adicionado à água potável e bebidas carbonatadas, incluindo cerveja e vinho espumante para adicionar efervescência . A forma sólida congelado de CO 2 , conhecido como o gelo seco é utilizado como refrigerante e como um abrasivo na decapagem de gelo seco .

O dióxido de carbono é o mais significativo gás de efeito estufa de longa duração na atmosfera terrestre . Desde a Revolução Industrial, as emissões antrópicas - principalmente do uso de combustíveis fósseis e do desmatamento - aumentaram rapidamente sua concentração na atmosfera, levando ao aquecimento global . O dióxido de carbono também causa acidificação do oceano porque se dissolve na água para formar ácido carbônico .

Antecedentes 

O dióxido de carbono foi o primeiro gás a ser descrito como uma substância discreta. Por volta de 1640,  o químico flamengo Jan Baptist van Helmont observou que quando ele queimou carvão em um vaso fechado, a massa da cinza resultante era muito menor que a do carvão original. Sua interpretação era que o resto do carvão havia sido transmutado em uma substância invisível que ele chamou de "gás" ou "espírito selvagem" ( spiritus sylvestris ).

As propriedades do dióxido de carbono foram mais estudadas na década de 1750 pelo médico escocês Joseph Black . Ele descobriu que o calcário ( carbonato de cálcio ) poderia ser aquecido ou tratado com ácidos para produzir um gás que ele chamava de "ar fixo". Ele observou que o ar fixo era mais denso que o ar e não suportava nem a chama nem a vida animal. Black também descobriu que quando borbulhado através de limewater (uma solução aquosa saturada de hidróxido de cálcio ), precipitaria carbonato de cálcio. Ele usou esse fenômeno para ilustrar que o dióxido de carbono é produzido pela respiração animal e pela fermentação microbiana. Em 1772, químico inglêsJoseph Priestley publicou um artigo intitulado Impregnando Água com Ar Fixo no qual ele descreveu um processo de gotejar ácido sulfúrico (ou óleo de vitríolo como Priestley sabia) no giz para produzir dióxido de carbono e forçar o gás a dissolver agitando uma tigela de água em contato com o gás.

O dióxido de carbono foi primeiro liquefeito (a pressões elevadas) em 1823 por Humphry Davy e Michael Faraday . A descrição mais antiga de dióxido de carbono sólido foi dada por Adrien-Jean-Pierre Thilorier , que em 1835 abriu um recipiente pressurizado de dióxido de carbono líquido, apenas para descobrir que o resfriamento produzido pela rápida evaporação do líquido produzia uma "neve". "de CO 2 sólido

Propriedades químicas e físicas

Estrutura e Ligação 

A molécula de dióxido de carbono é linear e centrossimétrica . O comprimento da ligação carbono-oxigênio é 116,3  pm , visivelmente mais curto que o comprimento de ligação de uma ligação simples C – O e ainda mais curto do que a maioria dos outros grupos funcionais de ligação múltipla C – O.  Como é centrossimétrica, a molécula não possui dipolo elétrico . Consequentemente, apenas duas bandas vibracionais são observadas no espectro IV - um modo de alongamento antisimétrico de 2349 cm- 1 e um par degenerado de modos de flexão a 667 cm- 1 . Há também um modo de alongamento simétrico de 1388 cm −1que é apenas observado no espectro Raman .

Em solução aquosa 
Veja também: Ácido carbônico
O dióxido de carbono é solúvel em água, no qual forma reversivelmente H
2 CO
3 (ácido carbônico), que é umácido fraco,já que sua ionização na água é incompleta.

CO
2 +H
2 O⇌H
2 CO
3
A constante de equilíbrio de hidratação do ácido carbônico é {\ displaystyle K _ {\ mathrm {h}} = {\ frac {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}]}} {\ rm {[CO_ {2} (aq)]}}} = 1.70 \ vezes 10 ^ {- 3}} K {{mathrm {h}} = {\ frac {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}]}} {\ rm {[CO_ {2} (aq)]}}} = 1,70 \ vezes 10 ^ {-3}(a 25 ° C). Assim, a maioria do dióxido de carbono não é convertido em ácido carbônico, mas permanece como moléculas de CO 2 , não afetando o pH.

As concentrações relativas de CO
2 , H
2 CO
3 , e asformasdesprotonadasHCO -
3 (bicarbonato) eCO 2−
3 (carbonato) dependem dopH. Como mostrado em umgráfico Bjerrum, em água neutra ou ligeiramente alcalina (pH> 6,5), a forma de bicarbonato predomina (> 50%), tornando-se o mais prevalente (> 95%) no pH da água do mar. Em água muito alcalina (pH> 10,4), a forma predominante (> 50%) é carbonato. Os oceanos, sendo levemente alcalinos com pH típico = 8,2-8,5, contêm cerca de 120 mg de bicarbonato por litro.

Sendo diprótico , o ácido carbônico tem duas constantes de dissociação ácida , a primeira para a dissociação no íon bicarbonato (também chamado de hidrogenocarbonato) (HCO 3 - ):

H 2 CO 3 ⇌ HCO 3 - + H +
K a1 = 2,5 x 10 -4  mol / L ; p K a1 = 3,6 a 25 ° C.
Esta é a verdadeira primeira constante de dissociação ácida, definida como {\ displaystyle K_ {a1} = {\ frac {\ rm {[HCO_ {3} ^ {-}] [H ^ {+}]}} {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}]}} }} K_ {a1} = {\ frac {\ rm {[HCO_ {3} ^ {-}] [H ^ {+}]}} {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}]}}}, onde o denominador inclui apenas H 2 CO 3 ligado covalentemente e não inclui CO 2 hidratado (aq). O valor muito mais pequenos e frequentemente citada perto de 4,16 x 10 -7 é um aparente valor calculado no pressuposto (incorrecto) que todos dissolvidos CO 2 está presente como o ácido carbónico, de forma que {\ displaystyle K _ {\ mathrm {a1}} {\ rm {(aparente)}} = {\ frac {\ rm {[HCO_ {3} ^ {-}] [H ^ {+}]}} {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}] + [CO_ {2} (aq)]}}}} K {\ mathrm {a1}} {\ rm {(aparente)}} {\ frac {\ rm {[HCO_ {3} ^ {-}] [H ^ {+}]}} {\ rm {[H_ {2} CO_ {3}] + [CO_ {2} (aq)]}}}. Como a maior parte do CO 2 dissolvido permanece como moléculas de CO 2 , K a1 (aparente) tem um denominador muito maior e um valor muito menor do que o K a1 verdadeiro .

O íon bicarbonato é uma espécie anfotérica que pode atuar como ácido ou como base, dependendo do pH da solução. Em pH alto , dissocia-se significativamente no íon carbonato (CO 3 2− ):

HCO 3 - ⇌ CO 3 2− + H +
K a2 = 4,69 x 10 -11  mol / L ; p K a2 = 10,329
Nos organismos, a produção de ácido carbônico é catalisada pela enzima , a anidrase carbônica .

Reações químicas de CO 2 

O CO 2 é um eletrófilo fraco . Sua reação com água básica ilustra essa propriedade, caso em que o hidróxido é o nucleófilo . Outros nucleófilos reagem também. Por exemplo, os carbaniões , conforme fornecidos pelos reagentes de Grignard e compostos de organolítio, reagem com o CO 2 para dar carboxilatos :

MR + CO 2 → RCO 2 M
onde M = Li ou Mg Br e R = alquilo ou arilo .
Nos complexos metálicos de dióxido de carbono , o CO 2 serve como ligante , o que pode facilitar a conversão do CO 2 em outros produtos químicos.

A redução de CO 2 para CO é normalmente uma reação difícil e lenta:

CO 2 + 2 e - + 2H + → CO + H 2 O
Os fotoautotróficos (isto é, plantas e cianobactérias ) usam a energia contida na luz solar para fotossintetizar os açúcares simples do CO 2 absorvido do ar e da água:

n CO 2 + n H
2 O→(CH
2 O)
n +n O
2
O potencial redox para esta reação próximo ao pH 7 é de aproximadamente -0,53 V versus o eletrodo padrão de hidrogênio . A enzima monóxido de carbono desidrogenase contendo o níquel catalisa este processo.

Propriedades físicas 

O dióxido de carbono é incolor. Em baixas concentrações, o gás é inodoro; no entanto, em concentrações suficientemente altas, tem um odor ácido e agudo.  para a temperatura e pressão normal , a densidade do dióxido de carbono é de cerca de 1,98 kg / m 3 , a cerca de 1,67 vezes a do ar

O dióxido de carbono não tem estado líquido sob pressões abaixo de 5,1 atmosferas padrão (520 kPa). Em uma atmosfera (perto da pressão média do nível do mar), o gás se deposita diretamente em um sólido a temperaturas abaixo de -78,5 ° C (-109,3 ° F; 194,7 K) e o sólido sublima diretamente para um gás acima de -78,5 ° C. Em seu estado sólido, o dióxido de carbono é comumente chamado de gelo seco .

O dióxido de carbono líquido forma-se apenas a pressões acima de 5,1 atm; o ponto triplo do dióxido de carbono é de cerca de 5,1 bar (517 kPa ) a 217 K (ver diagrama de fases). O ponto crítico é de 7,38 MPa a 31,1 ° C. Outra forma de dióxido de carbono sólido observada em alta pressão é um sólido semelhante a vidro amorfo .  Esta forma de vidro, chamada carbonia , é produzida por super-resfriamento de CO 2 aquecido a pressão extrema (40-48 GPa ou cerca de 400.000 atmosferas) em uma bigorna de diamante.. Essa descoberta confirmou a teoria de que o dióxido de carbono poderia existir em um estado semelhante a outros membros de sua família elementar, como o silício ( vidro de sílica ) e o dióxido de germânio . Ao contrário dos vidros de sílica e germania, no entanto, o vidro carbonia não é estável a pressões normais e reverte para o gás quando a pressão é liberada.

Em temperaturas e pressões acima do ponto crítico, o dióxido de carbono se comporta como um fluido supercrítico conhecido como dióxido de carbono supercrítico . Neste estado está começando (a partir de 2018) a ser usado para geração de energia .

Isolamento e produção 

O dióxido de carbono pode ser obtido por destilação do ar, mas o método é ineficiente. Industrialmente, o dióxido de carbono é predominantemente um produto residual não recuperado, produzido por vários métodos que podem ser praticados em várias escalas.

A combustão de todos os combustíveis à base de carbono , como metano ( gás natural ), destilados de petróleo ( gasolina , diesel , querosene , propano ), carvão, madeira e matéria orgânica genérica produz dióxido de carbono e, exceto no caso de carbono puro, água . Como exemplo, a reação química entre o metano e o oxigênio:

CH
4 + 2 O
2 → CO
2 + 2 H
2 O
É produzido pela decomposição térmica de calcário, CaCO
3 por aquecimento (calcinação) a cerca de 850 ° C (1.560 ° F), no fabrico decal viva(óxido de cálcio,CaO), um composto com muitos usos industriais:

CaCO
3 → CaO + CO
2
O ferro é reduzido dos seus óxidos com coque num alto-forno , produzindo ferro gusa e dióxido de carbono:

O dióxido de carbono é um subproduto da produção industrial de hidrogênio por reforma a vapor e a reação de mudança de gás na produção de amônia . Esses processos começam com a reação da água e do gás natural (principalmente metano).  Essa é uma fonte importante de dióxido de carbono para uso alimentar na carbonatação de cervejas e refrigerantes , e também é usada para animais estonteantes, como as aves domésticas . No verão de 2018, a falta de dióxido de carbono para esses fins surgiu na Europa devido ao fechamento temporário de várias plantas de amônia para manutenção.

Ácidos liberam CO 2 da maioria dos carbonatos metálicos. Consequentemente, pode ser obtido diretamente de molas naturais de dióxido de carbono , onde é produzido pela ação de água acidificada em calcário ou dolomita . A reação entre ácido clorídrico e carbonato de cálcio (calcário ou giz) é mostrada abaixo:

CaCO
3 + 2 HCl → CaCl
2 + H
2 CO
3
O ácido carbônico ( H
2 CO
3 ) então se decompõe em água e CO2:

H
2 CO
3 → CO
2 + H
2 O
Tais reações são acompanhadas de espuma ou borbulhamento, ou ambos, quando o gás é liberado. Eles têm usos difundidos na indústria porque podem ser usados ​​para neutralizar fluxos de resíduos de ácido.

O dióxido de carbono é um subproduto da fermentação do açúcar na fabricação de cerveja , uísque e outras bebidas alcoólicas e na produção de bioetanol . A levedura metaboliza o açúcar para produzir CO 2 e etanol , também conhecido como álcool, como segue:

C
6 H
12 O
6 →2 CO
2 + 2 C
2 H
5 OH
Todos os organismos aeróbicos produzem CO 2 quando oxidam carboidratos , ácidos graxos e proteínas. O grande número de reações envolvidas é extremamente complexo e não é descrito facilmente. Consulte ( respiração celular , respiração anaeróbica e fotossíntese ). A equação para a respiração da glicose e outros monossacarídeos é:

C
6 H
12 O
6 +6 O
2 →6 CO
2 +6 H
2 O
Os organismos anaeróbicos decompõem o material orgânico que produz metano e dióxido de carbono, juntamente com vestígios de outros compostos.Independentemente do tipo de material orgânico, a produção de gases segue um padrão cinético bem definido . O dióxido de carbono compreende cerca de 40-45% do gás que emana da decomposição em aterros (denominado " gás de aterro "). A maior parte dos 50% a 55% restantes é de metano.

Aplicações 

O dióxido de carbono é usado pela indústria alimentícia, pela indústria do petróleo e pela indústria química.  O composto tem usos comerciais variados, mas um de seus maiores usos como produto químico é na produção de bebidas carbonatadas; Ele fornece o brilho em bebidas carbonatadas, como água de soda, cerveja e vinho espumante.

Precursor de produtos químicos 

Na indústria química, o dióxido de carbono é consumido principalmente como um ingrediente na produção de uréia , com uma fração menor sendo usada para produzir metanol e uma série de outros produtos,  tais como carbonatos e bicarbonatos de metal .Alguns derivados de ácido carboxílico, tais como salicilato de sódio são preparados usando CO 2 pela reacção de Kolbe-Schmitt .

Em adição aos processos convencionais utilizando CO 2 para a produção de produtos químicos, métodos electroquímicos, também estão a ser exploradas a um nível de investigação. Em particular, o uso de energia renovável para a produção de combustíveis a partir do CO 2 (como metanol) é atraente, pois isso poderia resultar em combustíveis que poderiam ser facilmente transportados e usados ​​dentro de tecnologias convencionais de combustão, mas sem emissões líquidas de CO 2 .

Alimentos 

O dióxido de carbono é um aditivo alimentar utilizado como regulador de propulsores e acidez na indústria alimentar. Está aprovado para uso na UE (listado como E número E290), EUA  e Austrália e Nova Zelândia  (listado pelo seu número INS 290).

Um doce chamado Pop Rocks é pressurizado com gás dióxido de carbono  a cerca de 4 x 10 6 Pa (40 bar, 580 psi). Quando colocado na boca, ele se dissolve (assim como outros rebuçados) e libera as bolhas de gás com um estalo audível.

Agentes fermentadores fazem com que a massa suba produzindo dióxido de carbono.  A levedura de padeiro produz dióxido de carbono pela fermentação de açúcares dentro da massa, enquanto fermentos químicos, como fermento em pó e bicarbonato de sódio, liberam dióxido de carbono quando aquecidos ou expostos a ácidos

Bebidas 

O dióxido de carbono é usado para produzir carbonatadas refrigerantes e água refrigerante . Tradicionalmente, a carbonatação da cerveja e do vinho espumante surgiu por meio da fermentação natural, mas muitos fabricantes carbonatam essas bebidas com o dióxido de carbono recuperado do processo de fermentação. No caso da cerveja engarrafada e de barris, o método mais comum utilizado é a carbonatação com dióxido de carbono reciclado. Com exceção do British Real Ale , a cerveja de pressão é geralmente transferida dos barris em uma sala fria ou adega para dispensar torneiras na barra usando dióxido de carbono pressurizado, às vezes misturado com nitrogênio.

Vinificação 

O dióxido de carbono na forma de gelo seco é frequentemente utilizado durante a fase de imersão a frio na produção de vinho para arrefecer os cachos de uvas rapidamente após a colheita, para ajudar a evitar a fermentação espontânea por levedura selvagem . A principal vantagem do uso do gelo seco sobre o gelo é que ele resfria as uvas sem acrescentar nenhuma água adicional que possa diminuir a concentração de açúcar no mosto de uvas e, portanto, a concentração de álcool no vinho acabado. O dióxido de carbono também é usado para criar um ambiente hipóxico para a maceração carbônica , o processo usado para produzir Beaujolais vinho.

O dióxido de carbono é usado às vezes para encher garrafas de vinho ou outros recipientes de armazenamento , como barris, para evitar a oxidação, embora tenha o problema de poder dissolver-se no vinho, fazendo com que um vinho previamente ainda levemente efervescente. Por essa razão, outros gases, como nitrogênio ou argônio, são preferidos para esse processo por fabricantes de vinhos profissionais.

Animais impressionantes

O dióxido de carbono é freqüentemente usado para "atordoar" os animais antes do abate. "Impressionante" pode ser um equívoco, pois os animais não são eliminados imediatamente e podem sofrer angústia.

Gás inerte 

É um dos gases comprimidos mais utilizados em sistemas pneumáticos (pressurized gas) em ferramentas de pressão portáteis. O dióxido de carbono também é usado como uma atmosfera para soldagem , embora no arco de soldagem, ele reaja para oxidar a maioria dos metais. O uso na indústria automotiva é comum, apesar da evidência significativa de que as soldas feitas em dióxido de carbono são mais frágeis do que as produzidas em atmosferas mais inertes. Ele é usado como um gás de solda principalmente porque é muito menos caro do que os gases mais inertes, como o argônio ou o hélio .  Quando usado para a soldadura MIG , CO 2o uso é, às vezes, chamado de solda MAG, para Metal Active Gas, pois o CO 2 pode reagir a essas altas temperaturas. Ele tende a produzir uma poça mais quente do que atmosferas verdadeiramente inertes, melhorando as características do fluxo. Embora isto possa ser devido a reações atmosféricas que ocorrem no local da poça. Isso geralmente é o oposto do efeito desejado na soldagem, pois tende a fragmentar o local, mas pode não ser um problema para a soldagem de aços macios em geral, onde a ductilidade final não é uma preocupação importante.

É usado em muitos produtos de consumo que requerem gás pressurizado porque é barato e não inflamável, e porque sofre uma transição de fase de gás para líquido à temperatura ambiente a uma pressão atingível de aproximadamente 60 bar (870 psi, 59 atm), permitindo mais dióxido de carbono para caber em um determinado recipiente do que o contrário. Coletes salva-vidas muitas vezes contêm latas de dióxido de carbono pressurizado para rápida inflação. Cápsulas de CO 2 de alumínio também são vendidas como suprimento de gás comprimido para pistolas de ar , marcadores de paintball / armas de fogo, inflar pneus de bicicleta e para fazer água gaseificada . A vaporização rápida de dióxido de carbono líquido é usada para explodir em minas de carvão. Altas concentrações de dióxido de carbono também podem ser usadas para matar pragas. O dióxido de carbono líquido é utilizado nasecagem supercríticade alguns produtos alimentares e materiais tecnológicos, na preparação de amostras paraa microscopia electrónica de varrimente nadescafeinaçãodecaféfeijão.

Extintor de incêndio 

O dióxido de carbono pode ser usado para extinguir as chamas, inundando o ambiente ao redor da chama com o gás. Ele não reage para extinguir a chama, mas morre de fome a chama do oxigênio, deslocando-a. Alguns extintores de incêndioespecialmente aqueles projetados para incêndios elétricos, contêm dióxido de carbono líquido sob pressão. Os extintores de dióxido de carbono funcionam bem em pequenos incêndios líquidos e elétricos inflamáveis, mas não em incêndios comuns, porque embora exclua oxigênio, ele não esfria as substâncias queimando significativamente e quando o dióxido de carbono se dispersa eles ficam livres para pegar fogo quando expostos à atmosfera. oxigênio. Sua conveniência no fogo elétrico deriva do fato de que, diferentemente da água ou de outros métodos baseados em produtos químicos, o dióxido de carbono não causará curto-
circuito, levando a danos ainda maiores ao equipamento. Como é um gás, também é fácil dispensar grandes quantidades de gás automaticamente nas salas de infraestrutura de TI, onde o incêndio em si pode ser difícil de alcançar com métodos mais imediatos, pois fica atrás de portas de rack e dentro de caixas. As normas da Organização Marítima Internacional também reconhecem os sistemas de dióxido de carbono para proteção contra incêndios de navios e casas de máquinas. Os sistemas de proteção contra incêndio baseados em dióxido de carbono têm sido associados a várias mortes, porque podem causar sufocamento em concentrações suficientemente altas. Uma revisão dossistemasde CO 2 identificou 51 incidentes entre 1975 e a data do relatório (2000), causando 72 mortes e 145 feridos.

CO 2 supercrítico como solvente 

O dióxido de carbono líquido é um bom solvente para muitos compostos orgânicos lipofílicos e é usado para remover a cafeína do café . O dióxido de carbono tem atraído a atenção nas indústrias farmacêutica e de processamento químico, como uma alternativa menos tóxica aos solventes mais tradicionais, como os organoclorados . É usado por alguns produtos de limpeza a seco por esse motivo (ver química verde ). É utilizado na preparação de alguns aerogéis devido às propriedades do dióxido de carbono supercrítico.

Aplicações agrícolas e biológicas

As plantas requerem dióxido de carbono para realizar a fotossíntese . As atmosferas de estufas podem (se de grande tamanho, devem) ser enriquecido com adicional de CO 2 para manter e aumentar a taxa de crescimento da planta. Em concentrações muito altas (100 vezes a concentração atmosférica, ou maior), o dióxido de carbono pode ser tóxico para a vida animal, portanto, elevar a concentração para 10.000 ppm (1%) ou mais por várias horas elimina pragas, como whiteflies e ácaros em uma estufa.

Tem sido proposto que o CO 2 de geração de energia ser feito borbulhar lagoas para estimular o crescimento de algas que poderiam, em seguida, ser convertido em biodiesel combustível.

Usos médicos e farmacológicos 

Na medicina, até 5% de dióxido de carbono (130 vezes a concentração atmosférica) é adicionado ao oxigênio para estimular a respiração após a apnéia e para estabilizar o O
2 / CO
2 equilíbrio no sangue.

O dióxido de carbono pode ser misturado com até 50% de oxigênio, formando um gás inalável; isto é conhecido como Carbogen e tem uma variedade de usos médicos e de pesquisa.

Recuperação de Petróleo 

O dióxido de carbono é usado na recuperação avançada de petróleo, onde é injetado dentro ou adjacente à produção de poços de petróleo, geralmente sob condições supercríticas , quando se torna miscível com o óleo. Essa abordagem pode aumentar a recuperação original do petróleo, reduzindo a saturação residual de óleo entre 7% e 23%, além da extração primária .  Atua como um agente pressurizante e, quando dissolvido no óleo cru subterrâneo , reduz significativamente sua viscosidade e altera a química da superfície, permitindo que o óleo flua mais rapidamente através do reservatório para o poço de remoção.  Em campos de petróleo maduros, extensas redes de tubulação são usadas para transportar o dióxido de carbono até os pontos de injeção.

Bio transformação em combustível 

Uma cepa da cianobactéria Synechococcus elongatus foi geneticamente modificada para produzir os combustíveis isobutiraldeído e isobutanol a partir do CO 2 usando a fotossíntese.

Refrigerante 

O dióxido de carbono líquido e sólido são refrigerantes importantes , especialmente na indústria alimentícia, onde são empregados durante o transporte e armazenamento de sorvetes e outros alimentos congelados. O dióxido de carbono sólido é chamado de "gelo seco" e é usado para pequenas remessas onde o equipamento de refrigeração não é prático. O dióxido de carbono sólido está sempre abaixo de -78,5 ° C à pressão atmosférica normal, independentemente da temperatura do ar.

O dióxido de carbono líquido (indústria nomenclatura R744 ou R744), foi usado como um refrigerante, antes da descoberta de R-12 e pode desfrutar de um renascimento devido ao fato de que R134a contribui para as alterações climáticas mais do que o CO 2 faz. Suas propriedades físicas são altamente favoráveis ​​para fins de resfriamento, refrigeração e aquecimento, possuindo uma alta capacidade de resfriamento volumétrico. Devido à necessidade de operar a pressões de até 130 bar (1880 psi ), o CO 2Os sistemas requerem componentes altamente resistentes que já foram desenvolvidos para produção em massa em muitos setores. No ar condicionado automotivo, em mais de 90% de todas as condições de condução para latitudes superiores a 50 °, o R744 opera com mais eficiência do que os sistemas que usam o R134a. Suas vantagens ambientais ( GWP de 1, não destroem o ozono, não-tóxico, não inflamável) poderia fazê-lo no futuro fluido de trabalho para substituir HFCs atuais em carros, supermercados e aquecedores de água bomba de calor, entre outros. A Coca-Cola produz refrigeradores de bebidas à base de CO 2 e o Exército dos EUA está interessado na tecnologia de refrigeração e aquecimento de CO 2 .

Espera-se que a indústria automobilística mundial decida sobre o refrigerante de próxima geração no ar condicionado automotivo. O CO 2 é uma opção discutida (ver Ar condicionado automotivo sustentável ).

Recuperação de metano em leito de carvão
Na recuperação melhorada do metano do leito de carvão , o dióxido de carbono seria bombeado para a camada de carvão para deslocar o metano, ao contrário dos métodos atuais que dependem principalmente da remoção de água (para reduzir a pressão) para fazer a camada de carvão liberar seu metano retido.

Usos menores 

O dióxido de carbono é o meio de laser em um laser de dióxido de carbono , que é um dos primeiros tipos de lasers.

O dióxido de carbono pode ser usado como um meio de controlar o pH das piscinas, continuamente adicionando gás à água, mantendo assim o pH de subir. Entre as vantagens disso está o evitar o manuseio de ácidos (mais perigosos). Da mesma forma, também é usado na manutenção de aquários de recife , onde é comumente usado em reatores de cálcio para temporariamente baixar o pH da água sendo passado sobre carbonato de cálcio para permitir que o carbonato de cálcio se dissolva na água mais livremente onde é usado por alguns corais para construir seu esqueleto.

Usado como o refrigerante primário no reator avançado britânico refrigerado a gás para geração de energia nuclear.

A indução de dióxido de carbono é comumente usada para a eutanásia de animais de pesquisa de laboratório. Os métodos para administrar CO 2 incluem a colocação de animais diretamente em uma câmara pré-preenchida contendo CO 2 , ou a exposição a uma concentração gradualmente crescente de CO 2 . Em 2013, a American Veterinary Medical Association emitiu novas diretrizes para a indução de dióxido de carbono, afirmando que uma taxa de deslocamento de 10% a 30% do volume da câmara de gás por minuto é ideal para a eutanásia humana de pequenos roedores.  No entanto, há oposição à prática de usar dióxido de carbono para isso, alegando que é cruel.

O dióxido de carbono também é usado em várias técnicas relacionadas de limpeza e preparação de superfícies .

Na atmosfera da Terra 

O dióxido de carbono na atmosfera da Terra é um gás traço , atualmente (meados de 2018) com uma concentração média global de 409 partes por milhão em volume (ou 622 partes por milhão em massa). As concentrações atmosféricas de dióxido de carbono flutuam ligeiramente com as estações do ano, caindo durante a primavera e o verão no Hemisfério Norte, à medida que as plantas consomem o gás e sobem durante o outono e inverno setentrional, quando as plantas ficam inativas ou morrem e se deterioram. As concentrações também variam em uma base regional, mais fortemente perto do solo, com variações muito menores no ar. Nas áreas urbanas, as concentrações são geralmente mais elevadas  e dentro de casa eles podem atingir 10 níveis de fundo.

A concentração de dióxido de carbono aumentou devido às atividades humanas. A combustão de combustíveis fósseis e o desmatamento fizeram com que a concentração atmosférica de dióxido de carbono aumentasse em cerca de 43% desde o início da era da industrialização .  A maioria do dióxido de carbono das atividades humanas é liberada da queima de carvão e outros combustíveis fósseis. Outras atividades humanas, incluindo desmatamento, queima de biomassa e produção de cimento também produzem dióxido de carbono. As atividades humanas emitem cerca de 29 bilhões de toneladas de dióxido de carbono por ano, enquanto os vulcões emitem entre 0,2 e 0,3 bilhão de toneladas. Atividades humanas causaram CO 2para aumentar acima dos níveis não vistos em centenas de milhares de anos. Atualmente, cerca de metade do dióxido de carbono liberado pela queima de combustíveis fósseis permanece na atmosfera e não é absorvido pela vegetação e pelos oceanos.

Enquanto transparente à luz visível , o dióxido de carbono é um gás de efeito estufa , absorvendo e emitindo radiação infravermelha em suas duas frequências vibracionais ativas por infravermelho (veja a seção "Estrutura e ligação" acima). A emissão de luz da superfície da Terra é mais intensa na região do infravermelho entre 200 e 2500 cm -1  , ao contrário da emissão de luz do sol muito mais quente, que é mais intenso na região visível. A absorção de luz infravermelha nas frequências vibracionais do dióxido de carbono atmosférico retém energia perto da superfície, aquecendo a superfície e a atmosfera inferior. Menos energia atinge a atmosfera superior, que é, portanto, mais fria devido a essa absorção. Os aumentos nas concentrações atmosféricas de CO 2 e outros gases de efeito estufa de longa duração, como metano, óxido nitroso e ozônio, reforçaram sua absorção e emissão de radiação infravermelha, causando o aumento da temperatura média global desde meados do século XX. O dióxido de carbono é a maior preocupação, pois exerce uma maior influência no aquecimento global do que todos esses outros gases combinados e porque tem uma longa vida útil atmosférica (centenas a milhares de anos).

Não só o aumento das concentrações de dióxido de carbono leva a aumentos na temperatura da superfície global, mas o aumento das temperaturas globais também causa concentrações crescentes de dióxido de carbono. Isso produz um feedback positivo para mudanças induzidas por outros processos, como ciclos orbitais . Quinhentos milhões de anos atrás, a concentração de dióxido de carbono era 20 vezes maior do que hoje, diminuindo para 4 a 5 vezes durante o período jurássico e declinando lentamente com uma redução particularmente rápida ocorrendo 49 milhões de anos atrás.

Concentrações locais de dióxido de carbono podem atingir valores altos perto de fontes fortes, especialmente aquelas que são isoladas pelo terreno circundante. Na fonte termal de Bossoleto perto de Rapolano Terme na Toscana , Itália , situada em uma depressão em forma de tigela com cerca de 100 m de diâmetro, as concentrações de CO 2 aumentam acima de 75% durante a noite, o suficiente para matar insetos e pequenos animais. Após o nascer do sol, o gás é dispersado por convecção.  Acredita-se que altas concentrações de CO 2 produzidas pela perturbação da água do lago profunda saturada com CO 2 causaram 37 fatalidades em Lake Monoun , Camarões.em 1984 e 1700 vítimas no Lago Nyos , Camarões em 1986

Nos oceanos 

O dióxido de carbono se dissolve no oceano para formar ácido carbônico (H 2 CO 3 ), bicarbonato (HCO 3 - ) e carbonato (CO 3 2− ). Há cerca de cinquenta vezes mais carbono dissolvido nos oceanos que existe na atmosfera. Os oceanos agem como um enorme sumidouro de carbono e absorveram cerca de um terço do CO 2 emitido pela atividade humana.

À medida que a concentração de dióxido de carbono aumenta na atmosfera, o aumento da absorção de dióxido de carbono nos oceanos está causando uma diminuição mensurável no pH dos oceanos, o que é conhecido como acidificação oceânica . Essa redução no pH afeta sistemas biológicos nos oceanos, principalmente organismos calcificadores oceânicos . Estes efeitos abrangem a cadeia alimentar desde autótrofos a heterótrofos e incluem organismos como cococolitóforos , corais , foraminíferos , equinodermes , crustáceos e moluscos. Em condições normais, o carbonato de cálcio é estável em águas superficiais, uma vez que o íon carbonato está em concentrações supersaturadas . No entanto, como o pH oceânico cai, o mesmo ocorre com a concentração desse íon, e quando o carbonato se torna insaturado, as estruturas feitas de carbonato de cálcio são vulneráveis ​​à dissolução.  Os corais,  cocolitóforo algas,  algas coralinas, foraminífero, marisco  e pteropods experiência calcificação reduzida ou dissolução aumentada quando exposta a níveis elevados de CO
2 .

Solubilidade do gás diminui à medida que a temperatura da água aumenta (excepto quando a pressão exceder 300 bar e uma temperatura superior a 393 K, só se encontra perto de respiradouros geotérmicos profundos)  e, por conseguinte, a taxa de absorção da atmosfera diminui à medida que as temperaturas do oceano subir.

A maior parte do CO 2 absorvido pelo oceano, que é cerca de 30% do total liberado na atmosfera,  forma o ácido carbônico em equilíbrio com o bicarbonato. Algumas dessas espécies químicas são consumidas por organismos fotossintéticos que removem o carbono do ciclo. O aumento de CO 2 na atmosfera levou à diminuição da alcalinidade da água do mar, e existe a preocupação de que isso possa afetar negativamente os organismos que vivem na água. Em particular, com a diminuição da alcalinidade, a disponibilidade de carbonatos para a formação de conchas diminui,  embora haja evidências de aumento da produção de conchas por certas espécies sob maior teor de CO 2 .

A NOAA declara em maio de 2008, "State of the science fact sheet para acidificação dos oceanos " que:
"Os oceanos absorveram cerca de 50% do dióxido de carbono (CO 2 ) liberado da queima de combustíveis fósseis, resultando em reações químicas pH Isso causou um aumento no íon hidrogênio (acidez) de cerca de 30% desde o início da era industrial, através de um processo conhecido como "acidificação oceânica". Um número crescente de estudos demonstrou impactos adversos sobre os organismos marinhos, incluindo:

A taxa na qual os corais construtores de recifes produzem seus esqueletos diminui, enquanto a produção de numerosas variedades de medusas aumenta.
A capacidade de as algas marinhas e o zooplâncton de natação livre manterem conchas de proteção é reduzida.
A sobrevivência de espécies marinhas larvas, incluindo peixes e moluscos comerciais, é reduzida. "
Além disso, o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) escreve em suas Mudanças Climáticas 2007: Relatório de Síntese:
"A absorção de carbono antropogênico desde 1750 levou o oceano a se tornar mais ácido com uma diminuição média de 0,1 unidades. As concentrações crescentes de CO 2 atmosférico levam a uma maior acidificação ... Embora os efeitos da acidificação oceânica observada na biosfera marinha ainda não estejam documentados, espera-se que a acidificação progressiva dos oceanos tenha impactos negativos nos organismos marinhos (por exemplo, corais) e suas espécies dependentes ".

Alguns organismos calcificadores marinhos (incluindo recifes de corais) foram destacados pelas principais agências de pesquisa, incluindo a NOAA, a comissão OSPAR, NANOOS e o IPCC, porque suas pesquisas mais atuais mostram que a acidificação dos oceanos deve impactá-los negativamente.

O dióxido de carbono também é introduzido nos oceanos através de fontes hidrotermais. A represa hidrotermal de Champagne , encontrada no vulcão North Eifuku, na fossa das Marianas , produz dióxido de carbono líquido quase puro, um dos dois únicos locais conhecidos no mundo a partir de 2004, sendo o outro na calha de Okinawa .A descoberta de um lago submarino de dióxido de carbono líquido na Calha de Okinawa foi relatada em 2006.

Papel biológico 

O dióxido de carbono é um produto final da respiração celular em organismos que obtêm energia quebrando açúcares, gorduras e aminoácidos com oxigênio como parte de seu metabolismo . Isso inclui todas as plantas, algas e animais e fungos aeróbicos e bactérias. Nos vertebrados , o dióxido de carbono viaja no sangue dos tecidos do corpo para a pele (por exemplo, anfíbios ) ou brânquias (por exemplo, peixes ), de onde se dissolve na água ou para os pulmões de onde é exalado. Durante a fotossíntese ativa, as plantas podem absorver mais dióxido de carbono da atmosfera do que liberar na respiração.

Fotossíntese e fixação de carbono

A fixação de carbono é um processo bioquímico pelo qual o dióxido de carbono atmosférico é incorporado por plantas , algas e ( cianobactérias ) em moléculas orgânicas ricas em energia , como a glicose , criando assim seu próprio alimento pela fotossíntese . A fotossíntese usa dióxido de carbono e água para produzir açúcares a partir dos quais outros compostos orgânicos podem ser construídos, e o oxigênio é produzido como subproduto.

A ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase oxigenase , comumente abreviada para RuBisCO, é a enzima envolvida no primeiro grande passo de fixação de carbono, a produção de duas moléculas de 3-fosfoglicerato a partir de CO 2 e bisfosfato de ribulose , como mostrado no diagrama em esquerda.

A RuBisCO é considerada a proteína mais abundante na Terra.

Os fototróficos usam os produtos de sua fotossíntese como fontes de alimento interno e como matéria-prima para a biossíntese de moléculas orgânicas mais complexas, como polissacarídeos , ácidos nucléicos e proteínas . Estes são usados ​​para o seu próprio crescimento, e também como a base das cadeias alimentares e teias que alimentam outros organismos, incluindo animais como nós. Alguns fototróficos importantes, os cocolitóforos sintetizam escamas duras de carbonato de cálcio . Uma espécie globalmente significativa de coccolithóforo é Emiliania huxleyi cuja calcitaAs escamas formaram a base de muitas rochas sedimentares , como o calcário , onde o carbono anteriormente atmosférico pode permanecer fixo para escalas de tempo geológicas.

As plantas podem crescer até 50% mais rapidamente em concentrações de 1.000 ppm de CO 2 quando comparadas com as condições ambientais, embora isso não implique mudança no clima e nenhuma limitação em outros nutrientes. Níveis elevados de CO 2 causam aumento no crescimento refletido no rendimento de colheita das culturas, com trigo, arroz e soja, todos apresentando aumentos no rendimento de 12-14% sob CO 2 elevado em experimentos FACE.

O aumento das concentrações atmosféricas de CO 2 resulta em menos estômatos em desenvolvimento nas plantas , o que leva a uma redução no uso de água e maior eficiência no uso da água . Estudos usando FACE mostraram que o enriquecimento de CO 2 leva a concentrações menores de micronutrientes em plantas cultivadas.  Isso pode ter efeitos indiretos em outras partes dos ecossistemas, pois os herbívoros precisarão comer mais alimentos para obter a mesma quantidade de proteína.

A concentração de metabólitos secundários , como os fenilpropanóides e flavonóides, também pode ser alterada em plantas expostas a altas concentrações de CO 2 .

As plantas também emite CO 2 durante a respiração, e assim que a maioria das plantas e algas, o qual utilize a fotossíntese C3 , são apenas absorventes de líquidos durante o dia. Embora uma floresta em crescimento absorva muitas toneladas de CO 2 a cada ano, uma floresta madura produzirá tanto CO 2 da respiração e decomposição de espécimes mortos (por exemplo, galhos caídos) como é usado na fotossíntese em plantas em crescimento.  Ao contrário da visão de longa data de que eles são neutros em carbono, as florestas maduras podem continuar a acumular carbono  e continuar sendo valiosos sumidouros de carbono., ajudando a manter o balanço de carbono da atmosfera da Terra. Além disso, e de crucial para a vida na terra, fotossíntese pelo fitoplâncton consome dissolvido CO 2 na parte superior do oceano e assim promove a absorção de CO 2 a partir da atmosfera.

Toxicidade 

O teor de dióxido de carbono em ar fresco (em média entre o nível do mar e 10 kPa, ou seja, cerca de 30 km) varia entre 0,036% (360 ppm) e 0,041% (410 ppm), dependendo da localização.

O CO 2 é um gás asfixiante e não é classificado como tóxico ou nocivo de acordo com as normas do Sistema Global Harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos da Comissão Económica das Nações Unidas para a Europa , utilizando as Directrizes da OCDE para o Ensaio de Produtos Químicos . Em concentrações de até 1% (10.000 ppm), algumas pessoas se sentirão sonolentas e darão aos pulmões uma sensação de abafamento.  Concentrações de 7% a 10% (70.000 a 100.000 ppm) podem causar asfixia, mesmo na presença de oxigênio suficiente, manifestando-se como tontura, cefaléia, disfunção visual e auditiva e inconsciência em poucos minutos a uma hora. Os efeitos fisiológicos da exposição aguda ao dióxido de carbono são agrupados sob o termo hipercapnia , um subconjunto da asfixia .

Por ser mais pesado que o ar, em locais onde o gás se infiltra do solo (devido à atividade sub-superficial vulcânica ou geotérmica) em concentrações relativamente altas, sem os efeitos dispersantes do vento, ele pode coletar em locais abrigados / embolsados ​​abaixo do solo nível, fazendo com que os animais nele localizados sejam sufocados. Alimentadores carniceiros atraídos para as carcaças são também mortos. As crianças foram mortos da mesma maneira perto da cidade de Goma por CO 2 emissões do vulcão próximo Mt. Nyiragongo .  O termo em suaíli para esse fenômeno é ' mazuku '.

A adaptação ao aumento das concentrações de CO 2 ocorre em humanos, incluindo a respiração modificada e a produção de bicarbonato de rim, a fim de equilibrar os efeitos da acidificação do sangue ( acidose ). Vários estudos sugeriram que concentrações inspiradas de 2,0% poderiam ser usadas para espaços aéreos fechados (por exemplo, um submarino ), uma vez que a adaptação é fisiológica e reversível, pois o decréscimo no desempenho ou na atividade física normal não ocorre nesse nível de exposição por cinco dias.  No entanto, outros estudos mostram uma diminuição na função cognitiva mesmo em níveis muito mais baixos. Além disso, com acidose respiratória contínua, adaptação oumecanismos compensatórios não serão capazes de reverter essa condição .

Abaixo de 1%

Existem poucos estudos sobre os efeitos na saúde da exposição contínua a longo prazo de CO 2 em humanos e animais em níveis abaixo de 1%. Limites de exposição ocupacional ao CO 2 foram estabelecidos nos Estados Unidos em 0,5% (5000 ppm) por um período de oito horas. Nesta concentração de CO 2 , a tripulação da Estação Espacial Internacional experimentou dores de cabeça, letargia, lentidão mental, irritação emocional e distúrbios do sono.  Estudos em animais com 0,5% de CO 2 demonstraram calcificação renal e perda óssea após oito semanas de exposição. Um estudo de seres humanos expostos em 2,5 horas sessões demonstrou efeitos significativos sobre as capacidades cognitivas em concentrações tão baixas como 0,1% (1000 ppm) de CO 2 provável devido ao CO 2 induziu aumentos no fluxo sanguíneo cerebral.  Outro estudo observou um declínio no nível básico de atividade e uso de informações a 1000 ppm, quando comparado a 500 ppm.

Ventilação

A falta de ventilação é uma das principais causas de concentrações excessivas de CO 2 em espaços fechados. O dióxido de carbono diferencial acima das concentrações externas em condições de estado estacionário (quando a ocupação e a operação do sistema de ventilação são suficientemente longas para estabilizar a concentração de CO 2 ) é algumas vezes usado para estimar as taxas de ventilação por pessoa.  mais elevados de CO 2 concentrações estão associados com a saúde dos ocupantes, o conforto e a degradação do desempenho.  ASHRAEAs taxas de ventilação padrão de 62.1–2007 podem resultar em concentrações internas de até 2.100 ppm acima das condições ambientais externas. Assim, se a concentração externa for de 400 ppm, as concentrações internas podem chegar a 2.500 ppm com taxas de ventilação que atendam a esse padrão de consenso da indústria. Concentrações em espaços mal ventilados podem ser encontradas ainda mais altas (faixa de 3.000 ou 4.000).

Os mineiros, que são particularmente vulneráveis ​​à exposição de gás devido a uma ventilação insuficiente, referiram-se a misturas de dióxido de carbono e nitrogênio como " blackdamp ", "choke húmido" ou "stythe". Antes que tecnologias mais eficazes fossem desenvolvidas, os mineiros freqüentemente monitoravam níveis perigosos de blackdamp e outros gases nos poços das minas, trazendo consigo um canário enjaulado enquanto eles trabalhavam. O canário é mais sensível aos gases asfixiantes do que os humanos e, quando fica inconsciente, pára de cantar e cai do poleiro. A lâmpada Davy também pode detectar altos níveis de blackdamp (que afunda e coleta perto do chão) queimando menos intensamente, enquanto o metanooutro risco sufocante de gás e explosão faria a lâmpada queimar mais intensamente.

Fisiologia humana 

Conteúdo 

O corpo produz aproximadamente 2,3 libras (1,0 kg) de dióxido de carbono por dia por pessoa, contendo 0,63 libras (290 g) de carbono.Nos seres humanos, este dióxido de carbono é transportado através do sistema venoso e é respirado através dos pulmões, resultando em concentrações mais baixas nas artérias . O teor de dióxido de carbono no sangue é muitas vezes dado como a pressão parcial , que é a pressão que o dióxido de carbono teria se apenas ocupasse o volume. Em humanos, o conteúdo de dióxido de carbono no sangue é mostrado na tabela ao lado:

Transporte no sangue

CO 2 é realizada no sangue de três maneiras diferentes. (As porcentagens exatas variam dependendo se é sangue arterial ou venoso).

A maior parte (cerca de 70% a 80%) é convertida em íons bicarbonato HCO -
3 pela enzima anidrase carbônica nas hemácias,  pela reação CO 2 + H
2 O→H
2 CO
3 →H +
+ HCO -
3 .
5-10% é dissolvido no plasma
5–10% estão vinculados à hemoglobina como compostos de carbamino
A hemoglobina , a principal molécula que transporta oxigénio nos glóbulos vermelhos , transporta oxigénio e dióxido de carbono. No entanto, o CO 2 ligado à hemoglobina não se liga ao mesmo local que o oxigênio. Em vez disso, combina com os grupos N-terminais nas quatro cadeias de globina. No entanto, devido aos efeitos alostéricos sobre a molécula de hemoglobina, a ligação do CO 2 diminui a quantidade de oxigênio que é ligado a uma dada pressão parcial de oxigênio. Isso é conhecido como o Efeito Haldane e é importante no transporte de dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. Por outro lado, um aumento na pressão parcial de CO 2ou um pH mais baixo causará o descarregamento de oxigênio da hemoglobina, o que é conhecido como o efeito de Bohr .

Regulamento de respiraçã

O dióxido de carbono é um dos mediadores da autorregulação local do suprimento de sangue. Se a sua concentração é alta, os capilares se expandem para permitir um maior fluxo sanguíneo para esse tecido.

Íons de bicarbonato são cruciais para regular o pH do sangue. A taxa de respiração de uma pessoa influencia o nível de CO 2 no sangue. A respiração muito lenta ou superficial provoca acidose respiratória , enquanto a respiração muito rápida leva à hiperventilação , que pode causar alcalose respiratória .

Embora o corpo necessite de oxigênio para o metabolismo, baixos níveis de oxigênio normalmente não estimulam a respiração. Em vez disso, a respiração é estimulada por níveis mais altos de dióxido de carbono. Como resultado, respirar ar de baixa pressão ou uma mistura de gás sem oxigênio (como nitrogênio puro) pode levar à perda de consciência sem nunca sentir fome . Isso é especialmente perigoso para pilotos de caça de alta altitude. É também por isso que os comissários de bordo instruem os passageiros, em caso de perda de pressão da cabine, a aplicar a máscara de oxigênio a si mesmos antes de ajudar os outros; caso contrário, corre-se o risco de perder a consciência.

Os centros respiratórios tentam manter uma pressão arterial de CO 2 de 40 mmHg. Com a hiperventilação intencional, o conteúdo de CO 2 do sangue arterial pode ser reduzido para 10 a 20 mm Hg (o conteúdo de oxigênio do sangue é pouco afetado), e o estímulo respiratório é diminuído. É por isso que se pode prender a respiração por mais tempo depois de hiperventilar do que sem hiperventilar. Isso acarreta o risco de que a inconsciência possa resultar antes que a necessidade de respirar se torne esmagadora, e é por isso que a hiperventilação é particularmente perigosa antes do mergulho livre.








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