Door Kevin Beck
Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Kooldioxide (CO₂) is een eenvoudig maar zeer invloedrijk molecuul. Bij dieren is het een bijproduct van het aerobe metabolisme; in planten is het het essentiële substraat voor fotosynthese. Door zijn status als broeikasgas is het een centraal punt geworden in de discussies over klimaatverandering, terwijl zijn veelzijdigheid het onmisbaar maakt in talloze industriële processen.

Wat is kooldioxide?

Kooldioxide is bij omgevingstemperatuur een kleurloos en geurloos gas. De lineaire moleculaire geometrie ervan – O=C=O – bestaat uit een enkel koolstofatoom dat dubbel gebonden is aan twee zuurstofatomen. De hoge stabiliteit van het molecuul komt voort uit de dubbele bindingen die voldoen aan de valentie-eisen van elk atoom.

Met een molecuulgewicht van 44 amu (12 voor koolstof + 2 x 16 voor zuurstof) heeft één mol CO₂ (6,02 x 10²³ moleculen) een massa van 44 g. Deze waarde volgt de conventie dat 12 g koolstof precies het aantal atomen van Avogadro bevat.

CO₂ bestaat in drie toestanden. Als vloeistof wordt het gebruikt als koelmiddel en in brandblussystemen; als vaste stof (droogijs), dient het in de koeling en kan bevriezing veroorzaken bij contact met de huid.

Kooldioxide in het metabolisme

Hoewel CO₂ bij hoge concentraties giftig kan zijn, is het doorgaans een onschadelijke marker van de ademhaling. Wanneer de ademhaling stopt, hoopt CO₂ zich op in de bloedbaan, wat leidt tot verstikking – vergelijkbaar met hoe water niet giftig is, tenzij het verdrinking veroorzaakt.

Atmosferisch gezien omvat CO₂ grofweg 0,04% van de lucht:ongeveer 400 ppm vandaag de dag, een sterke stijging ten opzichte van het bereik van 200 tot 300 ppm dat duizenden jaren vóór de industriële revolutie heerste.

Bij cellulaire ademhaling worden koolhydraten, eiwitten en vetten geoxideerd tot CO₂ en water, waarbij ATP wordt geproduceerd via de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen. Dit proces drijft vrijwel alle aërobe organismen aan.

Kooldioxide en klimaatverandering

CO₂ is een natuurlijk broeikasgas dat de temperatuur op aarde matigt. Door de verbranding van fossiele brandstoffen (steenkool, olie en aardgas) is de CO₂ in de atmosfeer sinds de 19e eeuw echter aanzienlijk toegenomen, waardoor de opwarming van de aarde is versneld.

Gevolgen zijn onder meer stijgende gemiddelde temperaturen, stijging van de zeespiegel, smelten van gletsjers, verzuring van de oceanen, krimpend poolijs en een toename van extreme weersomstandigheden zoals orkanen.

Industrieel gebruik van CO₂

De fysieke eigenschappen van CO₂ maken het van onschatbare waarde in alle sectoren. Het wordt gebruikt als koelmiddel (vast en vloeibaar), als drijfgas in spuitbussen, als rodenticide, als cryogeen medium bij natuurkundige experimenten en als verrijkend gas in kassen.

Andere toepassingen zijn onder meer het hydraulisch breken van oliebronnen, mijnbouwprocessen, neutronenmoderatie in bepaalde kernreactoren en speciale lasers.

Op persoonlijk vlak produceert een gemiddelde volwassene dagelijks ongeveer 500 g CO₂ (ongeveer een pond onzichtbaar gas) door metabolische activiteit.

Voor meer gedetailleerde informatie, zie NASA's CO₂-bronnen en peer-reviewed chemierecensies .