Dióxido de carbono (CO2)
El dióxido de carbono es un gas incoloro formado por un carbono y dos oxígenos, clave en la fotosíntesis y el efecto invernadero.
El dióxido de carbono (CO₂) es un gas incoloro e inodoro formado por un átomo de carbono unido a dos de oxígeno. Se produce en la respiración, la combustión y la descomposición de la materia orgánica, y las plantas lo usan para fabricar azúcares mediante la fotosíntesis. Aunque es un componente minoritario de la atmósfera, desempeña un papel decisivo en el clima de la Tierra por su efecto invernadero.
¿Qué es el dióxido de carbono?
El CO₂ es un compuesto inorgánico covalente con molécula lineal (O=C=O) y ángulo de enlace de 180°. Aunque cada enlace C=O es polar, la simetría de la molécula hace que los dipolos se anulen y el conjunto sea apolar. Su masa molar es de 44,01 g/mol.
Fue uno de los primeros gases identificados con claridad: hacia 1754 el químico escocés Joseph Black lo describió como «aire fijo», al comprobar que se desprendía de las rocas calizas al calentarlas o tratarlas con ácidos.
Propiedades físicas y químicas
- Densidad: es más denso que el aire (unos 1,98 kg/m³ a 0 °C y 1 atm frente a 1,29 kg/m³ del aire), por lo que tiende a acumularse en zonas bajas, como sótanos, pozos o cuevas.
- Sublimación: a presión atmosférica no existe como líquido; pasa de sólido a gas a –78,5 °C. El sólido se conoce como hielo seco.
- Estado supercrítico: por encima de unos 31 °C y 73,8 bar se comporta como fluido supercrítico, útil como disolvente.
- Solubilidad en agua: se disuelve parcialmente y forma ácido carbónico (H₂CO₃), responsable de la acidez ligera del agua con gas: CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃.
- No es combustible ni mantiene la combustión, por lo que se emplea en extintores.
El CO₂ en la naturaleza: el ciclo del carbono
El dióxido de carbono circula entre la atmósfera, los océanos, los suelos y los seres vivos dentro del ciclo del carbono.
- Fotosíntesis: plantas, algas y cianobacterias capturan CO₂ y lo transforman en materia orgánica: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ (con energía solar).
- Respiración: los seres vivos liberan CO₂ al oxidar glucosa para obtener energía.
- Océanos: absorben una parte importante del CO₂ emitido; esto provoca la acidificación oceánica, que afecta a corales y organismos con concha.
- Volcanes y descomposición: aportan CO₂ de forma natural.
CO₂ y cambio climático
El CO₂ es un gas de efecto invernadero: deja pasar la radiación solar de onda corta, pero absorbe parte de la radiación infrarroja que emite la superficie terrestre y la devuelve en todas direcciones, calentando el planeta. Sin este efecto natural, la temperatura media sería de unos –18 °C en lugar de los aproximadamente 15 °C actuales.
Antes de la Revolución Industrial la concentración atmosférica rondaba las 280 ppm. Las mediciones continuas del observatorio de Mauna Loa, iniciadas por Charles David Keeling en 1958, muestran un aumento sostenido hasta superar las 420 ppm en los últimos años. El incremento se atribuye principalmente a la quema de combustibles fósiles, la fabricación de cemento y la deforestación, según el IPCC.
Usos del dióxido de carbono
- Bebidas gaseosas: da el burbujeo a refrescos, cervezas y aguas con gas.
- Extintores: desplaza el oxígeno y sofoca el fuego, sin dejar residuos.
- Refrigeración: el hielo seco se usa para conservar y transportar alimentos y muestras biológicas.
- Industria: síntesis de urea, de carbonatos y de metanol; extracción con CO₂ supercrítico (por ejemplo, descafeinado).
- Agricultura: se enriquece el aire de algunos invernaderos para favorecer el crecimiento de las plantas.
Efectos sobre la salud y seguridad
En el aire libre es inocuo, pero en espacios cerrados una concentración alta provoca dolor de cabeza, mareo y somnolencia, y a niveles muy elevados puede causar asfixia por desplazamiento del oxígeno. Por eso es importante ventilar y respetar las normas de seguridad en bodegas, silos y recintos con hielo seco.
Cómo reducir las emisiones
- Sustituir combustibles fósiles por energías renovables y mejorar la eficiencia energética.
- Proteger bosques y suelos, que actúan como sumideros de carbono.
- Desarrollar tecnologías de captura, uso y almacenamiento de CO₂ en la industria pesada.
- Fomentar el transporte público, la movilidad eléctrica y la economía circular.
Ejercicios resueltos
1. Calcula la masa molar del CO₂. Datos: C = 12,01; O = 16,00 g/mol.
M = 12,01 + 2 · 16,00 = 44,01 g/mol
2. ¿Cuántos moles hay en 22 g de CO₂ y qué volumen ocupan en condiciones normales (0 °C y 1 atm, 22,4 L/mol)?
V = 0,5 mol · 22,4 L/mol = 11,2 L
3. Si se quema 1 kg de carbono puro (C + O₂ → CO₂), ¿cuántos kilogramos de CO₂ se emiten?
12 g de C producen 44 g de CO₂, así que la relación es 44/12 = 3,67. Con 1 kg de C se emiten 3,67 kg de CO₂.
Preguntas frecuentes
¿El CO₂ es un contaminante?
¿Qué diferencia hay entre CO y CO₂?
¿Por qué se llama hielo seco al CO₂ sólido?
¿Cuánto CO₂ hay en la atmósfera?
¿Por qué respiramos CO₂?
Referencias
- IPCC. Cambio climático 2021: Bases físicas. Contribución del Grupo de trabajo I al Sexto Informe de Evaluación. Cambridge University Press.
- Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E. Química: la ciencia central. Pearson.
- Keeling, C. D. y colaboradores. Registro de CO₂ atmosférico en Mauna Loa, Scripps Institution of Oceanography y NOAA.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Dióxido de carbono (CO2)». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/dioxido-de-carbono-co2/
