Proměny CO2
1. 10. 2008
Molekula oxidu uhličitého se stává stále důležitější. Slyšíme o ní z rozhlasu i televize, píše se o ní v novinách. Jak ale vlastně vypadá? Michael vás provede chemií a fyzikou CO2 a ukáže, jak znalost chemie této molekuly umožní její zachycení a přeměnu na odlišnou sloučeninu.
Michael: A Yorkshireman by the name of Joseph Priestly was closely watching the results of Joseph Black, who demonstrated, that a mouse placed inside an atmosphere of pure carbon dioxide, dies.
Joseph Priestly z Yorkshire podrobně sledoval výsledky Josepha Blacka. Ten ukázal, že myš, umístěná do atmosféry čistého oxidu uhličitého, uhyne.
Filip: Priestly bydlel hned vedle pivovaru v Leedsu. To je náhoda, co? Takže měl silný zdroj CO2 z fermentačního procesu piva hned po ruce.
Michael: In 1771 he continued Black’s work and established, that a plant uses CO2 when growing, and releases in its stead oxygen gas.
V roce 1771 navázal na Blackovu práci a zjistil, že rostlina využívá CO2 během růstu a uvolňuje plynný kyslík.
Filip: Ukázal, že myš zůstane naživu v nádobě plné CO2, pokud je v ní také rostlina.
Michael: Soon afterward a Dutch doctor by the name of Jan Ingenhousz, working in the court of Marie Antoinette in Vienna, showed that plants indeed „breathe-in“ carbon dioxide and release oxygen and that this process requires light for it to function.
Brzy poté holandský lékař Jan Ingenhousz, který pracoval u dvora Marie Antoinetty ve Vídni, ukázal, že rostliny opravdu vdechují CO2 a uvolňují kyslík. A že tento proces vyžaduje světlo.
Filip: Právě tato zázračná fotosyntéza chrání naši planetu před tím, aby naši atmosféru ovládl oxid uhličitý, tak jako je tomu na Marsu nebo na Venuši. Ovšem naše planeta má i jiné způsoby, jak si s oxidem uhličitým poradit. Umí jej uskladnit.
Michael: For example oceans and seas store carbon dioxide in a form of carbonic acid. To je H2CO3. Some carbon dioxide from the air dissolves and reacts in water to form carbonic acid.
Oceány a moře například uchovávají CO2 ve formě kyseliny uhličité. Část CO2 ze vzduchu se ve vodě rozpouští a vzniká kyselina uhličitá.
Filip: Vznik kyseliny uhličité můžeme pozorovat na změně barvy flavinového roztoku, který je velmi citlivý na změnu pH. Ten si připravíme pomocí našeho oblíbeného červeného zelí.
Michael: The green colour is indicative of an alcaline water solution. In the presence of acid however we’ll see a colour change to a purple red.
Zelená barva je známkou zásaditého vodného roztoku. Přítomnost kyseliny však uvidíme jako změnu barvy na červenofialovou.
Takže teď se podíváme, co se stane, když přidám kousek suchého ledu – to je pevný CO2.
Filip: Právě tato fialovo-načervenalá barva dokazuje, že vznikla kyselina uhličitá.
Michael: In fact our planet’s oceans and seas are able to store many gigatonnes of carbon dioxide in exactly the same way.
Oceány a moře naší planety skutečně dovedou obdobně uskladnit mnoho gigatun CO2.
Filip: Oxid uhličitý uniká do atmosféry třeba při spalování fosilních paliv nebo papíru, část se ho rozpouští ve vodě ve formě kyseliny uhličité. Část zase reaguje s vápenatými ionty a vzniká přitom křída. To vše je součástí cyklu, kterému říkáme uhlíkový proces.
Michael: The carbon cycle is crucially important to life on this planet. And it is important to understand that the form, in which carbon may be found in, is in continuous flux, changing from one form or compound into another, then back into another, then into another etc., etc., etc.
Koloběh uhlíku má klíčový význam pro život na této planetě. Je důležité pochopit, že podoba, v jaké uhlík najdete, je v neustálém pohybu. Mění se přitom z jedné formy nebo sloučeniny do druhé, pak zpět do jiné, pak do jiné atd., atd., atd.
Filip: Například uhlík, který je součástí této křídy, mohl být pod zemí ukrytý mnoho milionů let.
Michael: The atoms of carbon within it are surrounded by three atoms of oxygen and one atom of calcium. However if I place this piece of chalk into the flame, it slowly loses one atom of oxygen and one atom of calcium as lime – CaO.
Atomy uhlíku v ní jsou obklopeny třemi atomy kyslíku a jedním atomem vápníku. Když však dám tenhle kousek křídy do plamene, pomalu ztrácí jeden atom kyslíku a jeden atom vápníku jako vápno – CaO.
Filip: A unikne jako molekula oxidu uhličitého do atmosféry.
Michael: The average lifetime of a molecule of carbon dioxide in our atmosphere is about four to five years…
Průměrná doba života molekuly CO2 v naší atmosféře je asi čtyři až pět let.
Filip: … během nichž cestuje podle směru a rychlosti větru po celém světě – nad lesy a horami.
Michael: It may dissolve into oceans and then be subsequently released again.
Může se rozpustit v oceánech a pak z nich zase uvolnit.
Filip: A jednoho dne, když je ten správný atmosférický tlak, jemně proletí kolem vinného listu.
Michael: The leaf takes it through its stomata and in a moment of miracle and with the help of a photon from the sun turns it into one of six atoms of carbon in a molecule of glucose sugar.
List molekulu vpustí svými průduchy a v okamžiku zázraku za pomoci fotonu ze slunce ji přemění na jeden ze šesti uhlíkových atomů v molekule cukru glukózy.
Filip: Uhlík stráví příjemné léto uvnitř hroznu v podobě molekuly glukózy. Pak jej lidská ruka utrhne, projde lisem a skončí v lahvi tohoto vína, …
Michael: … that I shall now consume, metabolise and breathe out again in a few days in another molecule of carbon dioxide.
… které teď vypiji, strávím a po několika dnech opět vydechnu jako jinou molekulu CO2.
Filip: A tak to jde pořád dál dokola. Když má ale naše planeta tolik cest, jak měnit oxid uhličitý, tak proč je to tedy takový problém?
Michael: The answer to this is kinetics. Simply speaking by burning fossil fuels we are adding to our atmosphere carbon dioxide faster than photosynthesis and chemisorbtion by oceans can take it out.
Odpověď na to dává kinetika. Jednoduše řečeno spalováním fosilních paliv do naší atmosféry přidáváme CO2 rychleji, než fotosyntéza a pohlcování v oceánech stačí odebrat.
Filip: Výsledkem je zvýšené množství uhlíku, přítomného na naší planetě ve formě CO2 v naší atmosféře. Ale v žádném případě na to nesmíte nahlížet černobíle. Neznamená to, že by atmosféra s CO2 byla špatně a bez CO2 dobře. Tak to není.
Michael: Some CO2 in our atmosphere actually facilitates our survival on this planet.
Oxid uhličitý v naší atmosféře nám opravdu usnadňuje život na této planetě.
Příliš mnoho CO2 by ze Země udělalo druhou Venuši s teplotou téměř 500 stupňů Celsia. Bez CO2 a skleníkového efektu by Země byla planetou ledu s průměrnou teplotou minus 15 stupňů.
Filip: Existuje rozumné řešení? Ano, zpomalit tempo vypouštění oxidu uhličitého do naší atmosféry.
Michael: Ano, můžeme toho dosáhnout dvěma způsoby. Zaprvé: zmírnění, …
Filip: … což je snížení emisí CO2 v ovzduší.
Michael: A za druhé inovace.
Filip: To jsou lepší technologie, lepší využívání energií a větší využívání obnovitelných zdrojů.
Michael: Jako příklad takového přístupu máme pro vás mimořádný pokus. Poprvé v České televizi vám ukážeme, jak zachytit CO2. K tomu budeme potřebovat jenom:
Filip: … úplně obyčejnou vodu …
Michael: … a hydroxid sodný. To je můj louh.
Filip mezitím z pevného oxidu uhličitého dělá tříšť, abychom ji mohli nasypat do láhve.
Michael: Je to velmi nebezpečné. Takže, prosím vás, jenom s brýlemi.
Michael: A teď budeme potřebovat one plastic bottle. And my question to you is: Je to prázdné nebo plné? Co myslíte?
… jednu plastovou láhev. A moje otázka zní:
Filip: No prázdné, samozřejmě. To vidím, ne?
Michael: Co myslíte vy? No ti, kteří říkají, že je to prázdné, nemáte pravdu. Je to ve skutečnosti úplně plné plynného vzduchu. To znamená kyslík a dusík.
Michael: CO2 je těžší než kyslík a dusík. To znamenám, že uvnitř CO2 vytlačí veškerý kyslík a dusík ven. Není to tedy vidět, ale odtud utíkají atomy a molekuly kyslíku a dusíku a tady uvnitř získáme čistou atmosféru CO2.
Michael: A teď půjdeme k zachycení …
Vodný roztok hydroxidu sodného vlijeme do láhve a protřepeme. Hydroxid reaguje s oxidem uhličitým a vzniká uhličitan sodný. Plynný oxid uhličitý mizí v roztoku a vznikající podtlak radikálně zmenší objem naší PET láhve.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough