Dióxido de carbono

La simetría de una molécula de dióxido de carbono es lineal y centrosimétrica en su geometría de equilibrio. La longitud del enlace carbono-oxígeno en el dióxido de carbono es de 116,3 pm , notablemente más corta que la longitud aproximada de 140 pm de un enlace C-O simple típico, y más corta que la mayoría de los demás grupos funcionales con enlaces múltiples C-O, como los carbonilos . ^{[ 19 ]} Dado que es centrosimétrica, la molécula no tiene momento dipolar eléctrico .  

Como molécula triatómica lineal, _el CO₂ tiene cuatro modos vibracionales, como se muestra en el diagrama. En los modos de estiramiento simétrico y antisimétrico, los átomos se mueven a lo largo del eje de la molécula. Hay dos modos de flexión, que son degenerados , lo que significa que tienen la misma frecuencia y la misma energía, debido a la simetría de la molécula. Cuando una molécula toca una superficie o toca otra molécula, los dos modos de flexión pueden diferir en frecuencia porque la interacción es diferente para los dos modos. Algunos de los modos vibracionales se observan en el espectro infrarrojo (IR) : el modo de estiramiento antisimétrico en ^el número de onda 2349 cm⁻¹ (longitud de onda 4,25 μm) y el par degenerado de modos de flexión en 667 cm⁻¹ (longitud de onda 15,0 ^μm ). El modo de estiramiento simétrico no crea un dipolo eléctrico, por lo que no se observa en la espectroscopia IR, pero se detecta en ^la espectroscopia Raman a 1388 cm⁻¹ (longitud de onda de 7,20 μm), con un doblete de resonancia de Fermi a ¹²⁸⁵ cm⁻¹ . ^{[ 20 ]}      

En la fase gaseosa, las moléculas de dióxido de carbono experimentan movimientos vibracionales significativos y no mantienen una estructura fija. Sin embargo, en un experimento de imagen por explosión de Coulomb , se puede deducir una imagen instantánea de la estructura molecular. Dicho experimento ^{[ 21 ]} se ha realizado para el dióxido de carbono. El resultado de este experimento, y la conclusión de los cálculos teóricos ^{[ 22 ]} basados ​​en una superficie de energía potencial ab initio de la molécula, es que ninguna de las moléculas en la fase gaseosa es exactamente lineal. Este resultado contraintuitivo se debe trivialmente al hecho de que el elemento de volumen de movimiento nuclear se anula para geometrías lineales. ^{[ 22 ]} Esto es así para todas las moléculas excepto las moléculas diatómicas .

El dióxido de _carbono es soluble en agua, en la que forma reversiblemente H₂CO₃ (ácido carbónico), que es un _ácido débil , porque su ionización en agua es incompleta.

CO ₂ + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃

La constante de equilibrio de hidratación del ácido carbónico es, a 25  °C:

${\displaystyle K_{\mathrm {h} }={\frac {{\ce {[H2CO3]}}}{{\ce {[CO2_{(aq)}]}}}}=1,70\times 10^{-3}}$

Por lo tanto, la mayor parte del dióxido de carbono no se convierte en ácido carbónico, sino que permanece como moléculas de CO ₂ , sin afectar al pH.

Las concentraciones relativas de CO₂ _, H₂CO₃ y las formas desprotonadas _HCO₃⁻ ( ^bicarbonato ₎ y CO₃²⁻ ₍ carbonato ⁾ dependen del pH . Como se muestra en un diagrama de Bjerrum _, en agua neutra o ligeramente alcalina (pH > 6,5), predomina la forma de bicarbonato (>50%), convirtiéndose en la más prevalente (>95%) al pH del agua de mar. En agua muy alcalina (pH > 10,4), la forma predominante (>50%) es el carbonato. Los océanos, al ser ligeramente alcalinos con un pH típico de 8,2–8,5, contienen aproximadamente 120 mg de bicarbonato por litro. 

Al ser diprótico , el ácido carbónico tiene dos constantes de disociación ácida , la primera para la disociación en el ion bicarbonato (también llamado hidrogenocarbonato) (HCO ₃ ^– ):

H₂CO₃ _⇌ H⁺ ⁺ HCO₃⁻_​​_​^​

K _a1 = 2,5 × 10 ⁻⁴ mol/L; p K _a1 = 3,6 a 25  °C. ^{[ 19 ]}

Esta es la verdadera primera constante de disociación ácida, definida como

${\displaystyle K_{\mathrm {a1} }={\frac {{\ce {[HCO3- ][H+]}}}{{\ce {[H2CO3]}}}}}$

donde el denominador incluye solo H₂CO₃ unido covalentemente y _{no incluye} CO₂ hidratado ( _aq ) . El valor mucho menor y frecuentemente citado cercano a 4,16 × 10⁻⁷ ⁽ o pKₐ₁ ₌ 6,38) es un valor aparente calculado bajo la suposición (incorrecta) de que todo _el CO₂ disuelto está presente como ácido carbónico, de modo que

${\displaystyle K_{\mathrm {a1} }{\rm {(aparente)}}={\frac {{\ce {[HCO3- ][H+]}}}{{\ce {[H2CO3] + [CO2_{(aq)}]}}}}}$

Dado que la mayor parte del CO₂ _disuelto permanece como moléculas de CO₂, _K a1 ( _aparente ) tiene un denominador mucho mayor y un valor mucho menor que el K _a1 verdadero . ^{[ 23 ]}

El ion bicarbonato es una especie anfótera que puede actuar como ácido o como base, dependiendo del pH de la solución. A pH alto, se disocia significativamente en el ^ion carbonato ( CO₃²⁻ ₎ :

HCO ₃ ^– ⇌ CO ₃ ^2– + H ⁺

K _a2 = 4,69 × 10 ⁻¹¹ mol/L; p K _a2 = 10,329

En los organismos, la producción de ácido carbónico está catalizada por la enzima conocida como anhidrasa carbónica .

Además de alterar su acidez, la presencia de dióxido de carbono en el agua también afecta a sus propiedades eléctricas.

Cuando el dióxido de carbono se disuelve en agua desalinizada, la conductividad eléctrica aumenta significativamente de menos de 1 μS/cm a casi 30 μS/cm. Al calentarse, el agua comienza a perder gradualmente la conductividad inducida por la presencia de${\displaystyle \mathrm {CO_{2}} }$, especialmente perceptible cuando las temperaturas superan los 30  °C.

La dependencia de la conductividad eléctrica del agua totalmente desionizada sin saturación _de CO2 con respecto a la temperatura es comparativamente baja en relación con estos datos.

_El CO₂ es un electrófilo potente con una reactividad electrófila comparable a la del benzaldehído o a la de compuestos carbonílicos α,β-insaturados fuertemente electrófilos . Sin embargo, a diferencia de los electrófilos de reactividad similar, las reacciones de los nucleófilos con _el CO₂ son termodinámicamente menos favorables y a menudo resultan ser altamente reversibles. ^{[ 24 ]} La reacción reversible del dióxido de carbono con aminas para formar carbamatos se utiliza en depuradores _de CO₂ y se ha sugerido como un posible punto de partida para la captura y el almacenamiento de carbono mediante el tratamiento de gases con aminas . Solo los nucleófilos muy fuertes, como los carbaniones proporcionados por los reactivos de Grignard y los compuestos de organolitio, reaccionan con _el CO₂ para dar carboxilatos :

MR + CO ₂ → RCO ₂ M

donde M = Li o Mg Br y R = alquilo o arilo .

En los complejos de dióxido _de carbono metálico , _el CO₂ actúa como ligando , lo que puede facilitar la conversión de CO₂ en otros productos químicos. ^{[ 25 ]}

La reducción de _CO₂ a CO es normalmente una reacción difícil y lenta:

CO ₂ + 2 mi ⁻ + 2 H ⁺ → CO + H ₂ O

El potencial redox para esta reacción cerca de pH  7 es de aproximadamente −0,53  V con respecto al electrodo estándar de hidrógeno . La enzima monóxido de carbono deshidrogenasa , que contiene níquel, cataliza este proceso. ^{[ 26 ]}

Los fotoautótrofos (es decir, _las plantas y las cianobacterias ) utilizan la energía contenida en la luz solar para fotosintetizar azúcares simples a partir del CO₂ absorbido del aire y del agua:

norte CO ₂ + norte H ₂ O → (CH ₂ O) _norte + norte O ₂

El dióxido de carbono es incoloro. A bajas concentraciones, el gas es inodoro; sin embargo, a concentraciones suficientemente altas, tiene un olor penetrante y ácido. ^{[ 1 ]} A temperatura y presión estándar , la densidad del dióxido de carbono es de alrededor de 1,98  kg/m³ ^, aproximadamente 1,53 veces la del aire . ^{[ 27 ]}

El dióxido de carbono no tiene estado líquido a presiones inferiores a 0,51795(10) MPa ^{[ 2 ]} (5,11177(99) atm ). A una presión de 1  atm (0,101325 MPa), el gas se deposita directamente en estado sólido a temperaturas inferiores a 194,6855(30) K ^{[ 2 ]} (−78,4645(30) °C) y el sólido se sublima directamente en estado gaseoso por encima de esta temperatura. En su estado sólido, el dióxido de carbono se denomina comúnmente hielo seco .

El dióxido de carbono líquido se forma solo a presiones superiores a 0,51795(10) MPa ^{[ 2 ]} (5,11177(99) atm); el punto triple del dióxido de carbono es 216,592(3) K ^{[ 2 ]} (−56,558(3) °C) a 0,51795(10) MPa ^{[ 2 ]} (5,11177(99) atm) (véase el diagrama de fases). El punto crítico es 304,128(15) K ^{[ 2 ]} (30,978(15) °C) a 7,3773(30) MPa ^{[ 2 ]} (72,808(30) atm). Otra forma de dióxido de carbono sólido observada a alta presión es un sólido amorfo similar al vidrio. ^{[ 28 ]} Esta forma de vidrio, llamada carbonia , se produce mediante el superenfriamiento _de CO₂ calentado a presiones extremas (40–48 GPa , o aproximadamente 400 000 atmósferas) en un yunque de diamante . Este descubrimiento confirmó la teoría de que el dióxido de carbono podría existir en un estado vítreo similar al de otros miembros de su familia elemental, como el dióxido de silicio (vidrio de sílice) y el dióxido de germanio . Sin embargo, a diferencia de los vidrios de sílice y germania, el vidrio de carbonia no es estable a presiones normales y vuelve a convertirse en gas cuando se libera la presión. 

A temperaturas y presiones superiores al punto crítico, el dióxido de carbono se comporta como un fluido supercrítico conocido como dióxido de carbono supercrítico .

Tabla de propiedades térmicas y físicas del dióxido de carbono líquido saturado: ^{[ 29 ] [ 30 ]}

Tabla de propiedades térmicas y físicas del dióxido de carbono ( _CO₂ ) a presión atmosférica: ^{[ 29 ] [ 30 ]}

La fijación de carbono es un proceso bioquímico mediante el cual las plantas, las algas y las cianobacterias incorporan el dióxido de carbono atmosférico a moléculas orgánicas ricas en energía, como la glucosa , creando así su propio alimento mediante la fotosíntesis. La fotosíntesis utiliza dióxido de carbono y agua para producir azúcares a partir de los cuales se pueden construir otros compuestos orgánicos , y el oxígeno se produce como subproducto.

La ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa oxigenasa , comúnmente abreviada como RuBisCO, es la enzima involucrada en el primer paso importante de la fijación de carbono, la producción de dos moléculas de 3-fosfoglicerato a partir de CO ₂ y ribulosa bisfosfato , como se muestra en el diagrama de la izquierda.

Se cree que la RuBisCO es la proteína más abundante en la Tierra. ^{[ 31 ]}

Los fotótrofos utilizan los productos de su fotosíntesis como fuentes internas de alimento y como materia prima para la biosíntesis de moléculas orgánicas más complejas, como polisacáridos , ácidos nucleicos y proteínas. Estos se utilizan para su propio crecimiento y también como base de las cadenas y redes alimentarias que alimentan a otros organismos, incluidos animales como nosotros. Algunos fotótrofos importantes, los cocolitóforos, sintetizan escamas duras de carbonato de calcio . ^{[ 32 ]} Una especie de cocolitóforo de importancia mundial es Emiliania huxleyi, cuyas escamas de calcita han formado la base de muchas rocas sedimentarias como la caliza , donde lo que antes era carbono atmosférico puede permanecer fijado durante escalas de tiempo geológicas.

Las plantas pueden crecer hasta un 50 % más rápido en concentraciones de 1000  ppm _de CO₂ en comparación con las condiciones ambientales, aunque esto supone que no hay cambios en el clima ni limitaciones en otros nutrientes. ^{[ 33 ]} Los niveles elevados _de CO₂ provocan un mayor crecimiento que se refleja en el rendimiento cosechable de los cultivos, con el trigo, el arroz y la soja mostrando aumentos en el rendimiento del 12-14 % bajo CO₂ _elevado en experimentos FACE. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

El aumento de las concentraciones atmosféricas _de CO₂ provoca un menor desarrollo de estomas en las plantas ^{[ 36 ]} , lo que conlleva una reducción del consumo de agua y una mayor eficiencia en su uso . ^{[ 37 ]} Estudios que utilizan FACE han demostrado que el enriquecimiento _con CO₂ reduce las concentraciones de micronutrientes en los cultivos. ^{[ 38 ]} Esto puede tener efectos en cadena en otras partes de los ecosistemas , ya que los herbívoros necesitarán consumir más alimento para obtener la misma cantidad de proteína. ^{[ 39 ]}

The concentration of secondary metabolites such as phenylpropanoids and flavonoids can also be altered in plants exposed to high concentrations of CO₂.^[40][41]

Plants also emit CO₂ during respiration, and so the majority of plants and algae, which use C3 photosynthesis, are only net absorbers during the day. Though a growing forest will absorb many tons of CO₂ each year, a mature forest will produce as much CO₂ from respiration and decomposition of dead specimens (e.g., fallen branches) as is used in photosynthesis in growing plants.^[42] Contrary to the long-standing view that they are carbon neutral, mature forests can continue to accumulate carbon^[43] and remain valuable carbon sinks, helping to maintain the carbon balance of Earth's atmosphere. Additionally, and crucially to life on earth, photosynthesis by phytoplankton consumes dissolved CO₂ in the upper ocean and thereby promotes the absorption of CO₂ from the atmosphere.^[44]

Carbon dioxide content in fresh air (averaged between sea-level and 10 kPa level, i.e., about 30 km (19 mi) altitude) varies between 0.036% (360 ppm) and 0.041% (412 ppm), depending on the location.^[46]

In humans, exposure to CO₂ at concentrations greater than 5% causes the development of hypercapnia and respiratory acidosis.^[47] Concentrations of 7% to 10% (70,000 to 100,000 ppm) may cause suffocation, even in the presence of sufficient oxygen, manifesting as dizziness, headache, visual and hearing dysfunction, and unconsciousness within a few minutes to an hour.^[48] Concentrations of more than 10% may cause convulsions, coma, and death. CO₂ levels of more than 30% act rapidly leading to loss of consciousness in seconds.^[47]

Debido a que es más pesado que el aire, en lugares donde el gas se filtra del suelo (debido a la actividad volcánica o geotérmica subterránea) en concentraciones relativamente altas, sin los efectos de dispersión del viento, puede acumularse en lugares protegidos/bolsas por debajo del nivel medio del suelo, causando la asfixia de los animales que se encuentran allí. Los carroñeros atraídos por los cadáveres también mueren. Niños han muerto de la misma manera cerca de la ciudad de Goma por las emisiones _de CO₂ del cercano volcán Nyiragongo . ^{[ 49 ]} El término suajili para este fenómeno es mazuku .

La adaptación a concentraciones elevadas de CO₂ ocurre en humanos, incluyendo la modificación de la respiración y la producción _de bicarbonato renal, para equilibrar los efectos de la acidificación sanguínea ( acidosis ). Varios estudios sugirieron que concentraciones inspiradas del 2,0 por ciento podrían usarse en espacios de aire cerrados (por ejemplo, un submarino ) ya que la adaptación es fisiológica y reversible, puesto que el deterioro en el rendimiento o en la actividad física normal no ocurre a este nivel de exposición durante cinco días. ^{[ 50 ] [ 51 ]} Sin embargo, otros estudios muestran una disminución en la función cognitiva incluso a niveles mucho más bajos. ^{[ 52 ] [ 53 ]} Además, con acidosis respiratoria continua , la adaptación o los mecanismos compensatorios no podrán revertir la condición.

Ventilación

La mala ventilación es una de las principales causas de concentraciones excesivas _de CO₂ en espacios cerrados, lo que conlleva una mala calidad del aire interior . La diferencia de dióxido de carbono por encima de las concentraciones exteriores en condiciones de estado estacionario (cuando la ocupación y el funcionamiento del sistema de ventilación son suficientemente prolongados como para que la concentración _de CO₂ se haya estabilizado) se utiliza a veces para estimar las tasas de ventilación por persona. ^{[ 61 ]} Las concentraciones más altas _de CO₂ se asocian con la salud, el confort y la degradación del rendimiento de los ocupantes. ^{[ 62 ] [ 63 ]} Las tasas de ventilación de la norma ASHRAE 62.1–2007 pueden dar lugar a concentraciones interiores de hasta 2100 ppm por encima de las condiciones ambientales exteriores. Por lo tanto, si la concentración exterior es de 400 ppm, las concentraciones interiores pueden alcanzar las 2500 ppm con tasas de ventilación que cumplan con esta norma de consenso de la industria. En espacios con poca ventilación, las concentraciones pueden ser incluso más altas que esta (rango de 3000 o 4000 ppm).    

Los mineros, particularmente vulnerables a la exposición a gases debido a la ventilación insuficiente, se referían a las mezclas de dióxido de carbono y nitrógeno como " humo negro ", "humo asfixiante" o "estiros". Antes de que se desarrollaran tecnologías más eficaces, los mineros solían controlar los niveles peligrosos de humo negro y otros gases en los pozos mineros llevando consigo un canario enjaulado . El canario es más sensible a los gases asfixiantes que los humanos, y al perder el conocimiento dejaba de cantar y caía de su percha. La lámpara de Davy también podía detectar altos niveles de humo negro (que se hunde y se acumula cerca del suelo) al arder con menos intensidad, mientras que el metano , otro gas sofocante y con riesgo de explosión, hacía que la lámpara brillara con más intensidad.

En febrero de 2020, tres personas murieron asfixiadas en una fiesta en Moscú cuando se añadió hielo seco ( CO₂ _congelado ) a una piscina para enfriarla. ^{[ 64 ]} Un accidente similar ocurrió en 2018 cuando una mujer murió por inhalación _de CO₂ proveniente de la gran cantidad de hielo seco que transportaba en su automóvil. ^{[ 65 ]}

El cuerpo produce aproximadamente 2,3 libras (1,0 kg) de dióxido de carbono por día por persona, ^{[ 72 ]} que contienen 0,63 libras (290 g) de carbono.  En los seres humanos, este dióxido de carbono se transporta a través del sistema venoso y se exhala a través de los pulmones, lo que resulta en concentraciones más bajas en las arterias . El contenido de dióxido de carbono en la sangre se suele expresar como presión parcial , que es la presión que tendría el dióxido de carbono si ocupara el volumen por sí solo. ^{[ 73 ]} En los seres humanos, los contenidos de dióxido de carbono en la sangre se muestran en la tabla adjunta.

_El CO₂ se transporta en la sangre de tres maneras diferentes. Los porcentajes exactos varían entre la sangre arterial y la venosa.

• La mayor parte (aproximadamente del 70% al 80%) se convierte en iones bicarbonato (HCO ₃ ^– ) por la enzima anhidrasa carbónica en los glóbulos rojos, ^{[ 74 ]} mediante la reacción:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃ → H ⁺ + HCO ₃ ^–

• Entre el 5 y el 10% se disuelve en el plasma sanguíneo ^{[ 74 ].}
• Entre el 5 y el 10% se une a la hemoglobina como compuestos carbamino ^{[ 74 ].}

La hemoglobina , la principal molécula transportadora de oxígeno en _los glóbulos rojos , transporta tanto oxígeno como dióxido de carbono. Sin embargo, el CO₂ unido a la hemoglobina no se une al mismo sitio que el oxígeno. En cambio, se combina con los grupos N-terminales de las cuatro cadenas de globina. Debido a los efectos alostéricos sobre la molécula de hemoglobina, la unión del CO₂ disminuye la cantidad de oxígeno unido para una presión parcial de oxígeno dada. Esto se conoce como el efecto Haldane y es importante en el transporte de dióxido de carbono desde los tejidos a los pulmones. Por el contrario, un aumento en la presión parcial de _CO₂ o un pH más bajo provoca la liberación de oxígeno de la hemoglobina, lo que se conoce como el _efecto Bohr .

El dióxido de carbono es uno de los mediadores de la autorregulación local del suministro sanguíneo. Si su concentración es alta, los capilares se dilatan para permitir un mayor flujo sanguíneo a ese tejido. ^{[ 75 ]}

_{Los iones bicarbonato son cruciales para regular el} pH sanguíneo. La frecuencia respiratoria de una persona influye en el nivel de CO₂ en su sangre. Una respiración demasiado lenta o superficial provoca acidosis respiratoria , mientras que una respiración demasiado rápida conduce a la hiperventilación , que puede causar alcalosis respiratoria . ^{[ 76 ]}

Aunque el cuerpo necesita oxígeno para el metabolismo, los niveles bajos de oxígeno normalmente no estimulan la respiración. La respiración se estimula, en cambio, con niveles más altos de dióxido de carbono. Por lo tanto, respirar aire a baja presión o una mezcla de gases sin oxígeno (como nitrógeno puro) puede provocar la pérdida del conocimiento sin experimentar falta de aire . Esto es especialmente peligroso para los pilotos de cazas que vuelan a gran altitud. Por eso, los auxiliares de vuelo instruyen a los pasajeros, en caso de pérdida de presión en la cabina, para que se coloquen primero la máscara de oxígeno antes de ayudar a los demás; de lo contrario, se corre el riesgo de perder el conocimiento. ^{[ 74 ]}

Los centros respiratorios intentan mantener una presión arterial de CO₂ de 40 _mmHg . Con la hiperventilación intencional, el contenido _de CO₂ en la sangre arterial puede disminuir a 10-20 mmHg (el contenido de oxígeno en la sangre se ve poco afectado) y el impulso respiratorio se reduce. Por eso, se puede contener la respiración durante más tiempo después de hiperventilar que sin hacerlo. Esto conlleva el riesgo de perder el conocimiento antes de que la necesidad de respirar se vuelva imperiosa, razón por la cual la hiperventilación es particularmente peligrosa antes del buceo libre. ^{[ 77 ]}  

El dióxido de carbono es un subproducto de la fermentación del azúcar en la elaboración de cerveza , whisky y otras bebidas alcohólicas _, así como en la producción de bioetanol . La levadura metaboliza el azúcar para producir CO₂ y etanol , también conocido como alcohol, de la siguiente manera:

C6H12O6 → 2CO2 + _2CH3CH2OH​​_​​_​​​_​

Todos los organismos aerobios producen CO₂ al oxidar carbohidratos , ácidos grasos y proteínas . El gran número de reacciones involucradas es extremadamente complejo y no se describe fácilmente. Consulte la respiración celular , la respiración anaeróbica y _la fotosíntesis . La ecuación para la respiración de la glucosa y otros monosacáridos es:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6 O ₂ → 6 CO ₂ + 6 H ₂ O

Los organismos anaeróbicos descomponen la materia orgánica produciendo metano y dióxido de carbono junto con trazas de otros compuestos. ^{[ 102 ]} Independientemente del tipo de materia orgánica, la producción de gases sigue un patrón cinético bien definido . El dióxido de carbono constituye aproximadamente el 40-45% del gas que emana de la descomposición en vertederos (denominado " gas de vertedero "). La mayor parte del 50-55% restante es metano. ^{[ 103 ]}

En la industria química, el dióxido de carbono se consume principalmente como ingrediente en la producción de urea , y una fracción menor se utiliza para producir metanol y una variedad de otros productos. ^{[ 111 ]} Algunos derivados de ácidos carboxílicos, como el salicilato de sodio, se preparan utilizando CO ₂ mediante la reacción de Kolbe-Schmitt . ^{[ 112 ]}

_El CO₂ capturado podría utilizarse para producir metanol o electrocombustibles . Para lograr la neutralidad de carbono, el CO₂ debería provenir de la producción de bioenergía o _de la captura directa del aire . ^{[ 113 ] : 21–24}

El dióxido de carbono se utiliza en la recuperación mejorada de petróleo, donde se inyecta dentro o cerca de los pozos productores, generalmente en condiciones supercríticas , cuando se vuelve miscible con el petróleo. Este método puede aumentar la recuperación original de petróleo al reducir la saturación de petróleo residual entre un 7 % y un 23 % adicional a la extracción primaria . ^{[ 114 ]} Actúa como agente presurizante y, al disolverse en el petróleo crudo subterráneo , reduce significativamente su viscosidad y modifica la química de la superficie, lo que permite que el petróleo fluya más rápidamente a través del yacimiento hasta el pozo de extracción. ^{[ 115 ]}

La mayor parte _del CO₂ inyectado en proyectos de recuperación mejorada de petróleo _con CO₂ proviene de depósitos subterráneos de CO₂ que se producen de forma natural. _[ 116 ^{] Parte del} CO₂ _utilizado en la recuperación mejorada de petróleo se captura de instalaciones industriales, como plantas de procesamiento de gas natural , mediante tecnología de captura de carbono y se transporta al yacimiento petrolífero a través de oleoductos. ^{[ 116 ]}

Las plantas requieren dióxido de carbono para realizar la fotosíntesis. Las atmósferas de los invernaderos pueden (si son de gran tamaño, deben) enriquecerse con CO₂ _adicional para mantener e incrementar la tasa de crecimiento de las plantas. ^{[ 117 ] [ 118 ]} A concentraciones muy altas (100 veces la concentración atmosférica o más), el dióxido de carbono puede ser tóxico para la vida animal, por lo que elevar la concentración a 10 000  ppm (1 %) o más durante varias horas eliminará plagas como moscas blancas y ácaros en un invernadero. ^{[ 119 ]} Algunas plantas responden más favorablemente al aumento de las concentraciones de dióxido de carbono que otras, lo que puede conducir a cambios en el régimen de vegetación, como la invasión de plantas leñosas . ^{[ 120 ]}

El dióxido de carbono es un aditivo alimentario utilizado como propulsor y regulador de acidez en la industria alimentaria. Está aprobado para su uso en la UE ^{[ 121 ]} (con el número E290), EE. UU. ^{[ 122 ]} , Australia y Nueva Zelanda ^{[ 123 ]} (con el número INS 290).

Un caramelo llamado Pop Rocks está presurizado con gas dióxido de carbono ^{[ 124 ]} a unos 4000 kPa (40 bar ; 580 psi ) . Cuando se coloca en la boca, se disuelve (al igual que otros caramelos duros) y libera las burbujas de gas con un estallido audible.   

Los agentes leudantes hacen que la masa suba al producir dióxido de carbono. ^{[ 125 ]} La levadura de panadería produce dióxido de carbono por fermentación de los azúcares dentro de la masa, mientras que los leudantes químicos como el polvo para hornear y el bicarbonato de sodio liberan dióxido de carbono cuando se calientan o si se exponen a ácidos .

Elaboración de vino

El dióxido de carbono en forma de hielo seco se utiliza frecuentemente durante la fase de maceración en frío en la elaboración del vino para enfriar rápidamente los racimos de uva tras la vendimia y así prevenir la fermentación espontánea por levaduras silvestres . La principal ventaja del hielo seco sobre el hielo de agua es que enfría las uvas sin añadir agua adicional, lo que podría disminuir la concentración de azúcar en el mosto y, por consiguiente, la concentración de alcohol en el vino final. El dióxido de carbono también se utiliza para crear un ambiente hipóxico en la maceración carbónica , el proceso empleado para la elaboración del vino Beaujolais .

El dióxido de carbono se utiliza a veces para rellenar botellas de vino u otros recipientes de almacenamiento , como barricas, para evitar la oxidación, aunque tiene el inconveniente de que puede disolverse en el vino, haciendo que un vino que antes era tranquilo adquiera un ligero toque espumoso. Por este motivo, los enólogos profesionales prefieren otros gases como el nitrógeno o el argón para este proceso.

El dióxido de carbono es uno de los gases comprimidos más utilizados en sistemas neumáticos (de gas presurizado) para herramientas portátiles de presión. También se utiliza como atmósfera para soldadura , aunque en el arco de soldadura reacciona oxidando la mayoría de los metales. Su uso en la industria automotriz es común a pesar de la evidencia significativa de que las soldaduras realizadas en dióxido de carbono son más frágiles que las realizadas en atmósferas más inertes. ^{[ 130 ]} Cuando se utiliza para soldadura MIG , el uso _de CO₂ a veces se denomina soldadura MAG, por Metal Active Gas, ya que _el CO₂ puede reaccionar a estas altas temperaturas. Tiende a producir un baño de fusión más caliente que las atmósferas verdaderamente inertes, mejorando las características de flujo. Sin embargo, esto puede deberse a reacciones atmosféricas que ocurren en el sitio del baño de fusión. Esto suele ser lo contrario del efecto deseado al soldar, ya que tiende a fragilizar el sitio, pero puede no ser un problema para la soldadura general de acero dulce, donde la ductilidad final no es una preocupación importante.

El dióxido de carbono se utiliza en muchos productos de consumo que requieren gas presurizado porque es económico y no inflamable, y porque experimenta una transición de fase de gas a líquido a temperatura ambiente a una presión alcanzable de aproximadamente 60 bar (870 psi ; 59 atm ) , lo que permite que quepa mucho más dióxido de carbono en un recipiente determinado que de otro modo. Los chalecos salvavidas a menudo contienen cartuchos de dióxido de carbono presurizado para un inflado rápido. _{Las cápsulas} de aluminio de CO₂ también se venden como suministros de gas comprimido para pistolas de aire comprimido , marcadores/pistolas de paintball , inflar neumáticos de bicicleta y para hacer agua carbonatada . Las altas concentraciones de dióxido de carbono también se pueden utilizar para matar plagas. El dióxido de carbono líquido se utiliza en el secado supercrítico de algunos productos alimenticios y materiales tecnológicos, en la preparación de muestras para microscopía electrónica de barrido ^{[ 131 ]} y en la descafeinización de granos de café .   

El dióxido de carbono puede utilizarse para extinguir llamas inundando el entorno con este gas. No reacciona directamente para apagar la llama, sino que la priva de oxígeno al desplazarlo. Algunos extintores , especialmente los diseñados para incendios eléctricos , contienen dióxido de carbono líquido a presión. Los extintores de dióxido de carbono funcionan bien en pequeños incendios de líquidos inflamables y eléctricos, pero no en incendios de combustibles comunes, ya que no enfrían significativamente las sustancias en combustión y, al dispersarse el dióxido de carbono, pueden incendiarse al entrar en contacto con el oxígeno atmosférico . Se utilizan principalmente en salas de servidores. ^{[ 132 ]}

El dióxido de carbono también se ha utilizado ampliamente como agente extintor en sistemas fijos de protección contra incendios para la aplicación localizada de riesgos específicos y la inundación total de un espacio protegido. ^{[ 133 ]} Las normas de la Organización Marítima Internacional reconocen los sistemas de dióxido de carbono para la protección contra incendios de bodegas y salas de máquinas de buques. Los sistemas de protección contra incendios basados ​​en dióxido de carbono se han relacionado con varias muertes, ya que puede causar asfixia en concentraciones suficientemente altas. Una revisión de los sistemas _de CO₂ identificó 51 incidentes entre 1975 y la fecha del informe (2000), que causaron 72 muertes y 145 heridos. ^{[ 134 ]}

El dióxido de carbono líquido es un buen disolvente para muchos compuestos orgánicos lipofílicos y se utiliza para descafeinar el café . ^{[ 135 ]} El dióxido de carbono ha despertado interés en la industria farmacéutica y otras industrias de procesamiento químico como una alternativa menos tóxica a disolventes más tradicionales como los organoclorados . Por este motivo, también lo utilizan algunas tintorerías . Se emplea en la preparación de algunos aerogeles debido a las propiedades del dióxido de carbono supercrítico.

El dióxido de carbono líquido y sólido son refrigerantes importantes , especialmente en la industria alimentaria, donde se utilizan durante el transporte y almacenamiento de helados y otros alimentos congelados. El dióxido de carbono sólido se denomina «hielo seco» y se emplea para envíos pequeños donde no es práctico utilizar equipos de refrigeración. A presión atmosférica normal, el dióxido de carbono sólido siempre se mantiene por debajo de −78,5 °C (−109,3 °F) , independientemente de la temperatura del aire.  

El dióxido de carbono líquido (nomenclatura industrial R744 o R-744) se utilizó como refrigerante antes del uso del diclorodifluorometano (R12, un compuesto de clorofluorocarbono (CFC)). ^{[ 136 ]} _El CO₂ podría experimentar un renacimiento porque uno de los principales sustitutos de los CFC, el 1,1,1,2-tetrafluoroetano ( R134a , un compuesto de hidrofluorocarbono (HFC)) contribuye al cambio climático más que _el CO₂ . Las propiedades físicas _del CO₂ son muy favorables para fines de enfriamiento, refrigeración y calefacción, ya que posee una alta capacidad de enfriamiento volumétrico. Debido a la necesidad de operar a presiones de hasta 130 bares (1900 psi; 13 000 kPa) , los sistemas _de CO₂ requieren depósitos y componentes mecánicamente muy resistentes que ya se han desarrollado para la producción en masa en muchos sectores. En los sistemas de aire acondicionado para automóviles, en más del 90 % de las condiciones de conducción en latitudes superiores a 50°, _el CO₂ (R744) funciona de manera más eficiente que los sistemas que utilizan HFC (por ejemplo, R134a). Sus ventajas ambientales ( GWP de 1, no agota la capa de ozono, no es tóxico ni inflamable) podrían convertirlo en el fluido de trabajo del futuro para reemplazar los HFC actuales en automóviles, supermercados y calentadores de agua con bomba de calor, entre otros. Coca-Cola ha implementado refrigeradores de bebidas basados _​​en CO₂ y el Ejército de los EE. UU. está interesado en la tecnología de refrigeración y calefacción _con CO₂ . ^{[ 137 ] [ 138 ]}  

El dióxido de carbono es el medio láser en un láser de dióxido de carbono , que es uno de los primeros tipos de láser.

El dióxido de carbono puede utilizarse para controlar el pH de las piscinas ^{[ 139 ]} , añadiendo gas al agua de forma continua y evitando así que el pH aumente. Entre las ventajas de esto se encuentra la evitación del manejo de ácidos (más peligrosos). Asimismo, se utiliza en el mantenimiento de acuarios de arrecife , donde se emplea comúnmente en reactores de calcio para reducir temporalmente el pH del agua que pasa sobre carbonato de calcio , permitiendo así que este se disuelva con mayor facilidad. Algunos corales lo utilizan para construir su esqueleto.

Se utiliza como refrigerante principal en el reactor británico avanzado refrigerado por gas para la generación de energía nuclear.

_La inducción con dióxido de carbono se utiliza comúnmente para la eutanasia de animales de laboratorio. Los métodos para administrar CO₂ incluyen colocar a los animales directamente en una cámara cerrada y prellenada que contiene CO₂ , o exponerlos a una concentración de CO₂ que aumenta gradualmente . Las directrices de la _Asociación Americana de Medicina Veterinaria de 2020 para la inducción con dióxido _de carbono afirman que una tasa de desplazamiento del 30-70% del volumen de la cámara o jaula por minuto es óptima para la eutanasia de pequeños roedores. ^{[ 140 ] : 5, 31} Los porcentajes de CO₂ varían para diferentes especies, según los porcentajes óptimos identificados que se afirma que minimizan el sufrimiento _. ^{[ 140 ] : 22}

El dióxido de carbono también se utiliza en diversas técnicas relacionadas de limpieza y preparación de superficies .