Dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone, aussi appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé inorganique dont la formule chimique est CO₂, la molécule ayant une structure linéaire de la forme O=C=O. Il se présente, sous les conditions normales de température et de pression, comme un gaz incolore, inodore, à la saveur piquante.

Dioxyde de carbone

Structure du dioxyde de carbone.

Identification

Nom UICPA

Dioxyde de carbone

Synonymes

Gaz carbonique, anhydride carbonique

N^o CAS

124-38-9

N^o ECHA

100.004.271

N^o CE

204-696-9

Code ATC

V03AN02

PubChem

280

ChEBI

16526

N^o E

E290

SMILES

InChI

Apparence

Gaz comprimé liquéfié, incolore et inodore

Propriétés chimiques

Formule

CO₂ [Isomères]

Masse molaire

44,009 5 ± 0,001 4 g/mol
C 27,29 %, O 72,71 %,

Propriétés physiques

T° fusion

−78,48 °C (sublimation à 760 mmHg)

T° ébullition

−56,6 °C (5,12 atm)

Solubilité

dans l'eau à 20 °C :
88 ml/100 ml sous 1 bar de CO₂, soit 1,69 g/kg d'eau (3,35 g à 0 °C, 0,973 g à 40 °C et 0,576 g à 60 °C)

Masse volumique

1,87 kg m⁻³ (gaz à 15 °C 1,013 bar)
plus dense que l'air

équation : $\rho =2.768/0.26212^{(1+(1-T/304.21)^{0.2908})}$
Masse volumique du liquide en kmol·m^-3 et température en kelvins, de 216,58 à 304,21 K.
Valeurs calculées :
0,71354 g·cm^-3 à 25 °C.

T (K)	T (°C)	ρ (kmol·m^-3)	ρ (g·cm^-3)
216,58	−56,57	26,828	1,1807
222,42	−50,73	26,33541	1,15902
225,34	−47,81	26,08345	1,14793
228,26	−44,89	25,82729	1,13666
231,19	−41,97	25,56666	1,12519
234,11	−39,04	25,30127	1,11351
237,03	−36,12	25,0308	1,10161
239,95	−33,2	24,75489	1,08946
242,87	−30,28	24,47312	1,07706
245,79	−27,36	24,18504	1,06438
248,71	−24,44	23,89014	1,05141
251,63	−21,52	23,58782	1,0381
254,55	−18,6	23,27739	1,02444
257,47	−15,68	22,95809	1,01039
260,4	−12,76	22,62898	0,9959

T (K)	T (°C)	ρ (kmol·m^-3)	ρ (g·cm^-3)
263,32	−9,83	22,28898	0,98094
266,24	−6,91	21,93681	0,96544
269,16	−3,99	21,57091	0,94934
272,08	−1,07	21,18936	0,93254
275	1,85	20,78979	0,91496
277,92	4,77	20,36917	0,89645
280,84	7,69	19,92355	0,87684
283,76	10,61	19,4476	0,85589
286,68	13,53	18,93392	0,83328
289,61	16,46	18,37158	0,80853
292,53	19,38	17,74341	0,78089
295,45	22,3	17,01963	0,74903
298,37	25,22	16,13969	0,71031
301,29	28,14	14,93702	0,65738
304,21	31,06	10,560	0,46475

Pression de vapeur saturante

5 720 kPa (20 °C)

569,1 mmHg (−82 °C) ;
104,2 mmHg (−100 °C) et
10,5 mmHg (−120 °C)

équation : $P_{vs}=exp(140.54+{\frac {-4735}{T}}+(-21.268)\times ln(T)+(4.0909E-2)\times T^{1})$
Pression en pascals et température en kelvins, de 216,58 à 304,21 K.
Valeurs calculées :
6 447 890,53 Pa à 25 °C.

T (K)	T (°C)	P (Pa)
216,58	−56,57	518 670
222,42	−50,73	664 086,24
225,34	−47,81	747 226,81
228,26	−44,89	837 848,22
231,19	−41,97	936 353,81
234,11	−39,04	1 043 154,91
237,03	−36,12	1 158 671,36
239,95	−33,2	1 283 332,07
242,87	−30,28	1 417 575,74
245,79	−27,36	1 561 851,69
248,71	−24,44	1 716 620,73
251,63	−21,52	1 882 356,14
254,55	−18,6	2 059 544,8
257,47	−15,68	2 248 688,3
260,4	−12,76	2 450 304,21

T (K)	T (°C)	P (Pa)
263,32	−9,83	2 664 927,43
266,24	−6,91	2 893 111,53
269,16	−3,99	3 135 430,32
272,08	−1,07	3 392 479,34
275	1,85	3 664 877,53
277,92	4,77	3 953 268,94
280,84	7,69	4 258 324,53
283,76	10,61	4 580 744,03
286,68	13,53	4 921 257,93
289,61	16,46	5 280 629,47
292,53	19,38	5 659 656,84
295,45	22,3	6 059 175,35
298,37	25,22	6 480 059,81
301,29	28,14	6 923 226,91
304,21	31,06	7 389 600

Viscosité dynamique

0,07 mPa s à −78 °C

Point critique

31,3 °C ; 72,9 atm et 0,464 g cm⁻³

Point triple

−56,6 °C à 5,11 atm

Conductivité thermique

3,840 × 10⁻⁵ cal cm⁻¹ s⁻¹ K⁻¹
à 20 °C

Vitesse du son

259 m s⁻¹ (0 °C,1 atm)

Thermochimie

Δ_fH⁰_gaz

−393,52 kJ mol⁻¹

C_p

équation : $C_{P}=(-8.3043E6)+(104370)\times T+(-433.33)\times T^{2}+(0.60052)\times T^{3}$
Capacité thermique du liquide en J·kmol^-1·K^-1 et température en kelvins, de 220 à 290 K.
Valeurs calculées :

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
220	−53,15	78 270	1 778
224	−49,15	81 313	1 848
227	−46,15	82 961	1 885
229	−44,15	83 810	1 904
231	−42,15	84 492	1 920
234	−39,15	85 268	1 937
236	−37,15	85 661	1 946
238	−35,15	85 989	1 954
241	−32,15	86 422	1 964
243	−30,15	86 712	1 970
245	−28,15	87 039	1 978
248	−25,15	87 658	1 992
250	−23,15	88 200	2 004
252	−21,15	88 878	2 019
255	−18,15	90 214	2 050

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
257	−16,15	91 359	2 076
259	−14,15	92 742	2 107
262	−11,15	95 324	2 166
264	−9,15	97 427	2 214
266	−7,15	99 867	2 269
269	−4,15	104 225	2 368
271	−2,15	107 637	2 446
273	−0,15	111 489	2 533
276	2,85	118 152	2 685
278	4,85	123 228	2 800
280	6,85	128 843	2 928
283	9,85	138 342	3 143
285	11,85	145 433	3 305
287	13,85	153 166	3 480
290	16,85	166 030	3 773

équation : $C_{P}=(27.437)+(4.2315E-2)\times T+(-1.9555E-5)\times T^{2}+(3.9968E-9)\times T^{3}+(-2.9872E-13)\times T^{4}$
Capacité thermique du gaz en J mol⁻¹ K⁻¹ et température en kelvins, de 50 à 5 000 K.
Valeurs calculées :
38,418 J·mol^-1·K^-1 à 25 °C.

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
50	−223,15	29 504	670
380	106,85	40 906	929
545	271,85	45 311	1 030
710	436,85	48 978	1 113
875	601,85	51 993	1 181
1 040	766,85	54 440	1 237
1 205	931,85	56 396	1 281
1 370	1 096,85	57 931	1 316
1 535	1 261,85	59 112	1 343
1 700	1 426,85	60 000	1 363
1 865	1 591,85	60 651	1 378
2 030	1 756,85	61 114	1 389
2 195	1 921,85	61 436	1 396
2 360	2 086,85	61 655	1 401
2 525	2 251,85	61 807	1 404

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
2 690	2 416,85	61 919	1 407
2 855	2 581,85	62 017	1 409
3 020	2 746,85	62 117	1 411
3 185	2 911,85	62 234	1 414
3 350	3 076,85	62 375	1 417
3 515	3 241,85	62 543	1 421
3 680	3 406,85	62 735	1 425
3 845	3 571,85	62 943	1 430
4 010	3 736,85	63 152	1 435
4 175	3 901,85	63 346	1 439
4 340	4 066,85	63 499	1 443
4 505	4 231,85	63 581	1 445
4 670	4 396,85	63 560	1 444
4 835	4 561,85	63 393	1 440
5 000	4 726,85	63 037	1 432

Propriétés électroniques

1^re énergie d'ionisation

13,773 ± 0,002 eV (gaz)

Cristallographie

Classe cristalline ou groupe d’espace

P42/mnm

Paramètres de maille

a = 3,535 Å

b = 3,535 Å
c = 4,140 Å
α = 90,00°
β = 90,00°
γ = 90,00°

Volume

51,73 Å³

Propriétés optiques

Indice de réfraction

n_{589}^{0}

1,000 45 (1 atm)

Précautions

SGH

Attention

H280, P403 et P410

SIMDUT

A,

Transport

20
1013

22
2187

-
1845

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le CO₂ est utilisé par l'anabolisme des végétaux pour produire de la biomasse à travers la photosynthèse, processus qui consiste à réduire le dioxyde de carbone par l'eau, grâce à l'énergie lumineuse reçue du Soleil et captée par la chlorophylle, en libérant de l'oxygène pour produire des oses, et en premier lieu du glucose par le cycle de Calvin. Le CO₂ est libéré, à travers le cycle de Krebs, par le catabolisme des plantes, des animaux, des fungi (mycètes, ou champignons) et des micro-organismes. Ce catabolisme consiste notamment à oxyder les lipides et les glucides en eau et en dioxyde de carbone grâce à l'oxygène de l'air pour produire de l'énergie et du pouvoir réducteur, sous forme respectivement d'ATP et de NADH + H⁺. Le CO₂ est par conséquent un élément fondamental du cycle du carbone sur notre planète. Il est également produit par la combustion des énergies fossiles telles que le charbon, le gaz naturel et le pétrole, ainsi que par celle de toutes les matières organiques en général. C'est un sous-produit indésirable dans les processus industriels à grande échelle.

Des quantités significatives de CO₂ sont par ailleurs rejetées par les volcans et autres phénomènes géothermiques tels que les geysers.

En janvier 2021, l'atmosphère terrestre comportait 415,13 ppmv (parties par million en volume) de CO₂, soit 0,04153 %. Cette teneur était de 283,4 ppmv en 1839 d'après des carottes de glace prélevées dans l'Antarctique, soit une augmentation globale d'environ 46 % en 182 ans.

Le CO₂ est un gaz à effet de serre majeur, transparent en lumière visible mais absorbant dans le domaine infrarouge, de sorte qu'il tend à bloquer la réémission vers l'espace de l'énergie thermique reçue au sol sous l'effet du rayonnement solaire. Il est responsable d'environ 26 % de l'effet de serre à l'œuvre dans l'atmosphère terrestre (la vapeur d'eau en assurant 60 %) ; l'augmentation de sa concentration est en partie responsable du réchauffement climatique constaté à l'échelle de notre planète depuis les dernières décennies du XX^e siècle. Par ailleurs, l'acidification des océans résultant de la dissolution du dioxyde de carbone atmosphérique pourrait compromettre la survie de nombreux organismes marins avant la fin du XXI^e siècle.

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