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Dioxyde de carbone
Gaz carbonique
représentation 3D du dioxyde de carbone
Général
Formule brute CO2
Nom IUPAC Dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont...)
Numéro CAS 124-38-9
Code ATC
Apparence Gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...) incolore
Propriétés physiques
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et...) moléculaire 44,01 g.mol − 1
Température
de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de...)
−78,5 °C (195 K)
Température
de vaporisation
−57 °C (216 K), pressurisé
Solubilité 1,45 kg.m − 3
Densité 1,87 kg.m − 3 (gaz à 298K 1,013 bar)
PLUS dense que l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et...)
Viscosité 0.07 cP à −78 °C
Thermochimie
ΔfH0gas -393,5 kJ.mol − 1
ΔfH0liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.)
ΔfH0solide
Unités du SI & CNTP,
sauf indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) contraire.

Le dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2.

Cette molécule linéaire a pour formule développée de Lewis : O=C=O.

Dans les conditions normales de température et de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) le dioxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et à la saveur piquante communément appelée gaz carbonique ou encore anhydride carbonique.

Il est présent dans l'atmosphère dans une proportion approximativement égale à 0,0375 % en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.), dans cette décennie (années 2000), soit 375 ppmv (parties par million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) en volume). Mais elle augmente rapidement, d'environ 2 ppmv/an, de par les activités humaines de consommation des combustibles fossiles : charbon, pétrole, gaz.

C'est un gaz à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres...).

Il est produit notamment lors de la fermentation (La fermentation est une réaction biochimique de conversion de l'énergie chimique contenue dans une source de carbone (souvent du glucose) en...) aérobie ou de la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) de composés organiques, et lors de la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz...) des êtres vivants et des végétaux. Pour ces derniers, la photosynthèse piège beaucoup plus de CO2 que sa respiration n'en produit.

Caractéristiques physiques

Formule chimique CO2
Masse moléculaire 44.01 g.mol − 1
Température critique 31,1°C
Pression critique 7,4 MPa
Point (Graphie) triple -56,6°C à 416 kPa
Chaleur latente (L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de chaleur nécessaire à l'unité de...) de vaporisation (0°C) 234,5 kJ.kg − 1
Chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) latente de vaporisation (-16.7°C) 276,8 kJ.kg − 1
Chaleur latente de vaporisation (-28.9°C) 301.7 kJ.kg − 1
Chaleur latente de fusion (à -56,6°C) 199 kJ.kg − 1

Le CO2 dissous dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) forme avec elle de l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique...) carbonique (H2CO3). Il est plus soluble dans l'eau froide que chaude. L'acide carbonique n'est que modérément stable et il se décompose facilement en H2O et CO2. En revanche, lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans une solution aqueuse basique (soude, potasse...), la base déprotone l'acide carbonique pour former un hydrogénocarbonate (HCO3), aussi appelé bicarbonate, puis un carbonate (CO32–). Dans ce cas, la solubilité est énormément augmentée. Par exemple, une solution aqueuse saturée de carbonate de potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe :...) (K2CO3) a une concentration de 112% (en masse) en carbonate à 20°C.

Histoire

Le dioxyde de carbone fut découvert vers 1638 par un médecin belge du nom de Jan Baptist van Helmont qui lui donna le nom d'anhydride carbonique.

Les propriétés du dioxyde de carbone furent étudiées plus à fond en 1750 par le chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique ("supra-atomique"). Le mot chimiste...) et physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de...) britannique, Joseph Black. Vers 1754, il appela ce gaz air fixe, mettant à mal la théorie du phlogiston encore enseignée à cette époque.

Le gaz carbonique fut par la suite isolé par le pasteur anglais Joseph Priestley en 1766.

En 1776, le chimiste français Antoine-Laurent De Lavoisier mit en évidence que ce gaz est le produit de la combustion du carbone avec le dioxygène. Dès 1875 se répandirent les premières boissons artificiellement gazeuses grâce à l'invention des récipients pressurisés.

Utilisations

Forme gazeuse

Sous forme gazeuse, il est utilisé pour :

  • carbonater des boissons (soda ou eau),
  • créer une couche isolante (flux) dans l'industrie alimentaire ou pour la soudure,
  • stimuler la croissance des plantes.

Forme liquide

Sous forme liquide, il est utilisé comme :

  • refrigérant pour congeler certains aliments,
  • réfrigérant dans l'industrie électronique,
  • agent d'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme...) dans les extincteurs dits « au dioxyde de carbone », on parle parfois de neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de façons. Puisque les flocons sont...) carbonique parce que le CO2 liquide se solidifie immédiatement à la sortie de l'extincteur (Un extincteur est un appareil de lutte contre l'incendie capable de projeter ou de répandre une substance appropriée — appelée « agent extincteur » — afin d'éteindre un...) en produisant une poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de millimètre...) blanche,
  • agent propulseur (et parfois également carbonatant) pour les boissons servies à la pression.

À NOTER : à pression atmosphérique, le dioxyde de carbone n'est jamais sous forme liquide. Il passe directement de la forme solide à la forme gazeuse (sublimation).

Forme solide

Le dioxyde de carbone sous forme solide ou glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) carbonique appelée aussi Carboglace ou glace sèche est issue du CO2 liquide sous forme de neige carbonique qui est ensuite compactée pour devenir glace carbonique.

Cette glace carbonique se sublime en ne laissant aucun résidu et produit très rapidement une grande quantité de froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) (150 fr/h/kg à -78,5 °C), l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par...) lui a donc rapidement trouvé de multiples utilisations.

  • sous forme de " Pellets " (de la taille d'un grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est...) de riz (Le riz est une céréale de la famille des Poacées ou Graminées, cultivée dans les régions tropicales, subtropicales et tempérées chaudes pour son fruit, ou...) 3 mm de diametre) : essentiellement pour le nettoyage et le décapage cryogénique.
  • en " Sticks " (batonet de 16 mm) : pour la conservation, le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) des produits sous température dirigée ( produits pharmaceutique, transport de surgelés, transport d'échantillons etc. ).
    • pour la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à...) ou appliquée.
    • pour la vinification : ralentit la fermentation et évite l'oxydation.
  • en " Plaquette " ou en " blocs " :
    • pour le ravitaillement aérien (catering) , les traiteurs, les pompes funèbres etc.
  • en "pains"
    • pour faire de la fumée épaisse (effets spéciaux, cinéma, vidéo).

Phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) Supercritique

Au delà de son point critique, le dioxyde de carbone entre dans une phase appelée "supercritique". La courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes...) d'équilibre liquide gaz est interrompue au niveau du point critique, assurant à la phase supercritique un continuum des propriétés physico-chimiques sans changement de phase. C'est une phase aussi dense qu'un liquide mais assurant des propriétés de transport (viscosité, diffusion) proche d'un gaz. Le dioxyde de carbone supercritique est utilisée comme solvant "vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M,...)", les extraits étant exempt de trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la...) de solvant.

  • décaféination du café
  • traitement du goût du bouchon dans les bouchons de lièges
  • mise en forme de principes actifs micronisés et sous forme nanométrique
  • extraction de composés chimiques ou biologiques
  • purification de composés chimiques (phase mobile en chromatographie, notamment en HPLC)
  • pour le transport et le stockage lors de la séquestration géologique du dioxyde de carbone (dans de rares applications industrielles).

Réactivité

L'électronégativité des atomes d'oxygène rend le carbone central très électrophile. De très nombreux nucléophiles peuvent donc réagir avec le dioxyde de carbone mais il faut noter que le produit de la réaction n'est pas forcément stable. En général, on place de la carboglace dans un récipient fermé muni d'un tuyau ; la carboglace se sublime et l'on fait buller le dioxyde de carbone gazeux dans le milieu réactionnel.

Quelques exemples de réaction :

  • Avec une amine : on appelle cette réaction une carbonatation. Le produit est un hydrogénocarbonate d'ammonium (R3N + CO2 + H2O → R3NH+HCO3).
  • Avec un carbanion : on forme un acide carboxylique après hydrolyse.
  • Avec l'eau : voir l'introduction ci-dessus.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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