이산화 탄소
1. 개요
CO2, Carbon Dioxide
2개의 산소 원자와 1개의 탄소 원자가 완전연소를 거쳐 결합한 화학물질. 중심 원자는 탄소이며, 결합각은 180°이다. 혼성 오비탈은 sp. 전기 음성도가 엄청나게 큰 산소 원자가 있지만, 결합각이 180°라서 산소가 탄소로부터 잡아당기는 전자쌍의 효과가 양쪽으로 완벽하게 상쇄되기 때문에 무극성 분자이다. 고체는 드라이아이스라고 부른다. 일상생활에서는 기체 상태로 존재하며, 삼중점이 약 5.1기압, -56.6°C 정도에 형성되어 있기 때문에 1기압 상태에서는 액체 상태를 거치지 않고 고체에서 바로 기체가 되는 것이 특징이다.
물(H2O)과 더불어 화학에 관심 없는 일반인들도 잘 알고 있는 화합물이다.
2. 제법
3. 특징
주로 호흡 등의 연소작용으로 나타난다. 산소로 호흡하는 동물 대부분이 노폐물로 만드는 물질. 이렇게 나온 이산화 탄소는 다시 식물이 광합성해 산소와 탄소화합물로 돌아간다. 지구에서 일어나는 '탄소의 순환' 과정 중 일부이다. 식물도 호흡은 하지만 낮에는 광합성이, 밤에는 호흡이 더 많다. 그러므로 숲에서 산림욕을 하려면 해가 있는 낮에 들어가자. 전 지구적으로 북반구의 육지 면적이 더 넓으니, 북반구가 여름일 때는 이산화 탄소량이 줄고 겨울일 때는 이산화 탄소량이 느는 경향이 있다.
이산화 탄소는 실온에서 기체로 존재하며 생물에게 있어 무독성이다. 그러나 일산화탄소만큼은 아니지만 높은 농도의 이산화 탄소는 산소의 비중을 낮추게 되어 중독증상(호흡곤란, 어지럼증, 피로 등)을 일으키며 사람을 죽일 수도 있다. 실제로 2014년 3월 27일 삼성전자 수원사업장에서 이산화 탄소 누출로 1명이 죽는 인명피해가 나왔다. 생물이 이산화 탄소를 흡입하면 호흡 속도가 빠르게 촉진된다. 이때 이산화 탄소가 너무 많으면 혈액이 산성화되니 위험하다. 하지만 체내 이산화 탄소의 양이 부족해도 위험할 수 있으니, 과호흡증후군 참조.
이산화 탄소가 물과 반응하면 H2CO3가 만들어지는데, 다시 H+를 내어놓고 HCO3-(탄산수소이온)이나 CO32- (탄산이온)으로 바뀌니 산으로 작용한다. 그래서 탄산이라고도 부르며, 술(맥주, 샴페인 등)이나 탄산음료(사이다, 콜라 등)에 들어있다(콜라 같은 탄산음료의 경우에는 이산화 탄소의 무게탓에 다 마시면 병 속이 이산화 탄소로 차있어서 그대로 쭉 들이키면 속이 불편할 수 있다). 유럽 등에서 죽어라 파는 탄산수는 석회 성분의 축적을 막기 위해서다.
임계점이 31.1℃에 7.38 MPa(약 73기압)이기 때문에 초임계유체라고 하는 특수한 액체 비슷한 상태를 쉽게 만들 수 있다. 여기에 인체에 비교적 안전한 물질이기 때문에 많은 식품 관련 업계에서 초임계 이산화 탄소를 쓰고 있다.
3.1. 온실가스
대표적인 온실가스 중 하나다. 삼림파괴 등으로 정화능력[3]이 약화하고 공업 발달로 배출량이 늘어만 간다. 이른바 지구온난화의 주범. 지구온난화 음모론자들은 이에 대해 의문을 제기하나 기후변화/의혹과 설명 항목에서 볼 수 있듯이 97%의 과학자가 인정한 사실이다. 현재 대기중의 이산화 탄소 농도는 약 400ppm 즉 0.04%.
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1960 ~ 70년대까지만 해도 교과서에는 약 0.03% 이라고 나와 있었지만 불과 수십 년 사이에 농도가 급격히 늘어나서 2013 ~ 4년에 처음 '''400 ppm을 넘어섰다.''' 학생 때 300 ppm으로 배운 사람들에게는 상당한 충격이다. 그것도 과거에 비해 속도가 생각보다 빠르다는 점이다.#[4][5]
2021년 1월 기준 이산화 탄소 농도는 415ppm이다. #
4. '''이산화 탄소 포집 기술(CCS)'''
이산화 탄소 포집 기술은 이미 개발되어 배치를 앞두고 있다.
팬을 돌려서 공기중의 이산화 탄소를 필터로 분리시켜 땅에 묻거나 활용하는 것인데, 이를 DAC(직접공기포집 방식)이라 부른다. DAC 공장이 한 개가 있다면 나무 4천만 그루가 빨아들이는 CO2의 양과 같은 효과를 낸다고 한다. 이것으로 CO2를 이용해서 공해가 훨씬 덜 나오는 투명색의 연료를 만들 수도 있으며, 이는 비행기나 자동차 등에 다양하게 사용될 것이라고 한다.
이 공장이 전세계에 4만 개가 있다면 배출하는 CO2와 공기 중에 있는 모든 CO2를 전부 제거할 수 있다는데, 하지만 공장을 돌리는 전기를 화석연료로 생산해내기에 조금 모순적이라고 할 수 있겠다. 핵융합 같은 기술이 나오면 몰라도. 최근 빌 게이츠도 이 기술에 투자했다.
최근에는 DAC기술이 더욱 발전해 이산화탄소 1톤을 제거하는데 87달러밖에 안 든다고 한다.
5. 여담
- 온실가스이지만, 정작 농작물, 식물을 키우는 온실에서는 이산화 탄소가 모자란다. 난방을 하니 밀폐한 곳인 때가 많은데, 식물들이 광합성을 하기 위해 이산화 탄소를 써서 그렇다. 따라서 온실의 온도를 조절하면서 이산화 탄소를 공급하려고 석탄, 연탄, 나무 같은 탄소 연료를 때서 불을 피우는 일이 있다.(농촌에서는 비닐하우스 난방에 폐목 등 아무 연료나 쓸 수 있는 화목 난로를 꽤 쓴다.)
- 흔히 이산화 탄소가 산소와 달리 불을 끄게 하는 가스이고 이것 때문에 날숨을 불면 불이 꺼진다라 생각하는 사람들도 있는데, 날숨에 있는 이산화 탄소의 양은 산소에 비하면 새발의 피다. 날숨은 이산화 탄소 때문이 아니라, 바람 때문에 연료 성분이 흩어져서 불을 끌 뿐이다. 초나 가스불이 아닌 고체연료에 붙은 불에다 날숨을 불면 불이 더 세지기만 한다. 비슷한 이유로, 이젠 지침이 바뀌어서 더 이상은 필요 없지만[6] 하여튼 사람의 날숨으로도 인공호흡이 가능하다.
- 고압용기에 주입할 시 용기의 지정색상은 파란색. CO2 용접에 쓰인다.
- 화학용어의 독일어 영향을 벗어나기 위한 대한화학회의 몸부림 중 하나로, 이산화탄소를 영어(Carbon Dioxide)처럼 띄어쓰는 표기(이산화 탄소)를 밀고 있다. 물론 아직은 붙여 쓰는 표기가 압도적으로 많이 쓰이기 때문에 띄어 쓰는 표기법이 대중적으로 받아들여질지는 미지수. 국어사전의 단어도 아직 바뀌지 않았고 애초에 있는 말도 귀찮다고 줄여 쓰는 판에 띄어 쓰는 사람은 적을 것으로 예상된다.
- 한 연구진이 이산화 탄소를 에탄올로 바꾸는 방법을 우연히 발견했다. 기사
- 추위나 미세먼지 때문에 창문을 꼭 꼭 닫고 있으면, 이산화탄소 수치는 기준치 이상으로 몇 십 분만에도 올라 갈 수 있다. 취침시에는 창문을 10cm 정도 열어 놓으면, 이산화탄소 수치를 권고치 이내로 유지할 수 있다. 물론 이 경우 추위를 좀 감안해야 한다.
[1] 태우면 나오긴 하지만 하진 말자. 이미 앙투안 라부아지에가 몸소 입증했다.[2] 들숨은 산소, 날숨은 이산화 탄소라는 인식이 종종 있는데, 실제 들숨과 날숨에 포함된 이산화 탄소는 전체의 4% 이하로 거의 비슷하다. 질소가 대부분이고, 그 다음으로 산소, 그 이외의 기체가 미량이다.[3] 삼림은 광합성을 통해 이산화 탄소를 흡수하고 산소로 정화시키는 능력이 있는데, 삼림이 파괴되면 이 능력이 약화되고 대기 중 이산화 탄소가 급격히 증가하게 된다.[4] 이 농도가 600ppm에 도달하면 지구는 지나치게 더워져 황폐화 되어버릴 것이다. 유명한 과학 다큐멘터리 코스모스에서도 설명한 바 있는 내용이다 300ppm에서 400ppm에 도달하는데 걸린 세월이 고작 수십년에 불과하고 매년 이산화탄소 배출량이 기하급수적으로 증가함을 생각해보면 꽤나 심각한 문제이다. 지구온난화 문제를 성토하는 코스모스 12화의 내용[5] 지구 전체 대기비율 퍼센테이지로 치면 인류 문명이 증가시킨 이산화탄소의 총량은 기존 약 0.03%에서 0.04%로 증가량 0.01%를 가지지만 이산화탄소 0.01%가 나가지 못 하게 막는 태양열 에너지는 초당 히로시마 원폭 5개의 에너지 총량과 맞먹는 수준이다. 이는 하루에 히로시마 원폭 42만개에 달하는 에너지가 우주로 빠져나가지 못 하고 지구에 잔류함을 뜻한다.0.01% 증가라고 해서 결코 작은 문제가 아닌 셈[6] 일단 코와 입을 맞댄다는 것이 불편한 일이고, 위속에 바람이 들어가거나, 병원균이나 독극물에 입공 호흡하던 사람이 감염 또는 사망하거나 하는 문제가 더 크고 실제로도 도움이 거의 안 된다는 판단 하에 심폐소생술에서 숨을 불어 넣는 것은 2010년대에 폐지되었다.