Dioxyde de carbone - Définition et Explications

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Histoire

Le dioxyde de carbone est l'un des premiers gaz (avec la vapeur d'eau) à avoir été décrit comme étant une substance distincte de l'air. Au XVIIe siècle, le chimiste et médecin flamand Jean-Baptiste Van Helmont observa qu'en brûlant du charbon de bois (Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois en atmosphère contrôlée (en...) en vase clos, la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) des cendres résultantes est inférieure à celle du charbon. Son interprétation était que la masse manquante s'était transmutée en une substance invisible qu'il nomme « gas » ou spiritus sylvestre (« esprit sauvage »).

Les propriétés du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) furent étudiées plus en détail dans les années 1750 par le chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la...) et physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) écossais Joseph Black. Il découvrit qu'en chauffant ou en versant (En géomorphologie, un versant est une surface topographique inclinée, située entre...) un acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) sur du calcaire (roche composée de carbonate de calcium), il en résultait l'émission d'un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...), qu'il nomma « air fixe », mettant à mal la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) du phlogiston encore enseignée à cette époque. Il observa que celui-ci est plus dense que l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) et qu'il ne peut ni entretenir une flamme, ni la vie (La vie est le nom donné :) d'un animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un...). Black découvrit également que lorsque le dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) est introduit dans une solution calcaire (hydroxyde de calcium), il en résulte un précipité (En chimie et en métallurgie, un précipité est la formation d'une phase...) de carbonate de calcium (Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.). Il utilisa ce phénomène pour illustrer le fait que le dioxyde de carbone est produit par la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet...) animale et la fermentation (La fermentation est une réaction biochimique de conversion de l'énergie chimique contenue...) microbienne.

En 1772, le chimiste anglais Joseph Priestley (Joseph Priestley (13 mars 1733 à Birstall, West Yorkshire –...) publia un ouvrage intitulé Impregnating Water with Fixed Air dans lequel il décrivit un processus consistant à verser de l'acide sulfurique (L'acide sulfurique (anciennement appelé huile de vitriol ou vitriol) est un composé...) (ou « huile de vitriol » comme on la nommait à cette époque) sur de la craie afin de produire du dioxyde de carbone, puis forçant le gaz à se dissoudre dans un bol d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...). Il vint en fait d'« inventer » l'eau gazeuse (L'eau gazeuse, eau acidule, eau effervescente, eau pétillante ou encore eau...). Le procédé est ensuite repris par Johann Jacob Schweppe qui fonda, en 1790, à Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville...) une usine de production de soda connue sous le nom de Schweppes.

En 1781, le chimiste français Antoine Lavoisier (Antoine Lavoisier, né Antoine Laurent de Lavoisier le 26 août 1743 à Paris et...) mit en évidence le fait que ce gaz est le produit de la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) du carbone avec le dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2,...).

Le dioxyde de carbone fut liquéfié pour la première fois en 1823 par Humphry Davy (Davy (titre original : Davy) est un roman de Edgar Pangborn publié en 1964.) et Michael Faraday (Michael Faraday (Newington, 22 septembre 1791 - Hampton Court,...). La première description du dioxyde de carbone en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) solide fut écrite par Charles Thilorier, qui en 1834 ouvrit un container pressurisé de gaz carbonique liquéfié et découvrit que le refroidissement produit par la rapide évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente...) du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) générait de la « neige » de CO2.

Toxicité

L'air contient aujourd'hui environ 0,04 % de CO2. À partir d'une certaine concentration dans l'air, ce gaz s'avère dangereux voire mortel. La valeur limite d'exposition est de 3 % sur une durée de 15 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...). Cette valeur ne doit jamais être dépassée. Au-delà, les effets sur la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) sont d'autant plus graves que la teneur en CO2 augmente. Ainsi, à 2 % de CO2 dans l’air, l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) respiratoire augmente. À 4 %, la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) respiratoire s'accélère. À 10 %, peuvent apparaître des troubles visuels, des tremblements et des sueurs. À 15 %, c'est la perte de connaissance brutale. À 25 %, un arrêt respiratoire entraîne le décès.

Réactivité

L'électronégativité des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) rend le carbone central très électrophile. De très nombreux nucléophiles peuvent donc réagir avec le dioxyde de carbone mais 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 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 (L'ion ammonium (de formule NH4+) est un ion polyatomique de charge électrique positive (c'est...) (R3N + CO2 + H2O → R3NH+HCO3).
  • avec un carbanion : on forme un acide carboxylique (Le terme acide carboxylique désigne une molécule comprenant un groupement carboxyle...) après hydrolyse.
  • avec l'eau.
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