Como é a geometria do CO₂?

Fontes de CO₂

Existem fontes naturais de CO₂, como as águas termais, os vulcões, os géiseres e, quando rochas carbonatadas se dissolvem em água, também é libertado. Além disso, como é solúvel em água, pode ser encontrado naturalmente em glaciares, águas subterrâneas, rios, mares, lagos e campos de gelo, bem como no gás natural e em jazidas de petróleo.

Do mesmo modo, o CO₂ é produzido através da respiração de todos os organismos aeróbios.

Todo o ar que entra nos pulmões dos seres humanos e dos animais, quando é expelido, é CO₂; no caso dos peixes, é o que sai pelas guelras e chega à água. Acontece algo semelhante no processo de respiração das plantas.

Pode também ser produzido quando acendemos madeira para fazer fogo e quando se produz pão, cerveja ou vinho pela fermentação de açúcares.

Como é a geometria do CO₂?

Devido à presença de 2 eletrões, a geometria do CO₂ é linear, tendo um ângulo de ligação de 180°.

Cada molécula de dióxido de carbono é composta por um par de átomos de oxigénio que se ligam a um átomo de carbono através de ligações covalentes duplas.

De forma mais detalhada, podemos dizer o seguinte:

• Na geometria do CO₂, temos um átomo de carbono no meio de dois átomos de oxigénio, formando uma espécie de ligação sigma. Com três deles completa-se um octeto, ligando-se ao que está no início, pelo que não existem pares de eletrões isolados.
• Uma vez que, na geometria do CO₂, os ângulos com que se produz a ligação são de 180 graus e os eletrões se encontram distribuídos de forma simétrica, a geometria do CO₂ apresenta uma forma linear.

Por outras palavras, numa molécula de CO₂ existem dois pares de eletrões de valência, que rodeiam o centro de carbono, e os pares isolados de oxigénio repelem-se.

Desta forma, existe uma repulsão nos dois lados do átomo central de carbono, que, por sua vez, está ligado duplamente a cada átomo de oxigénio, pelo que não se encontrará qualquer par isolado.

Para determinar a geometria do CO₂ das moléculas e a sua forma, pode utilizar-se a hipótese VSEPR, que estabelece que tanto a geometria eletrónica como a molecular de uma molécula é linear quando não contém pares isolados, ou então a técnica AXE.

Utilizações do CO₂

O CO₂, por ser um gás inerte, pode ser utilizado em diversos processos.

Como em soldaduras, como anestésico, solvente, para fazer bebidas gaseificadas, para endurecer o betão, para carbonatar a soda, como matéria-prima em alguns produtos químicos e combustíveis, mas uma das utilizações mais importantes é em sistemas de climatização ou refrigeração.

Graças ao facto de o CO₂ ser um refrigerante natural, que pode passar do estado líquido ao sólido ao variar a sua temperatura ou pressão, pode ser utilizado como refrigerante em instalações industriais ou comerciais.

Dito isto, nos sistemas de climatização o CO₂ é utilizado na fase subcrítica e transcrítica:

1. Fase subcrítica: é quando, nos sistemas de refrigeração, este gás se encontra abaixo do seu ponto crítico (31 °C / 73 bar). Neste ponto, o seu comportamento é semelhante ao de outros refrigerantes: absorve calor ao evaporar, depois é comprimido e, posteriormente, condensa (passa de gasoso a líquido ao perder calor).
2. Fase transcrítica: é quando, num sistema de refrigeração, o gás refrigerante ultrapassa o seu ponto crítico. Neste caso, o CO₂ não condensa (não ocorre a passagem de gás a líquido), pelo que são necessários controlos específicos devido às elevadas descargas e são necessárias tubagens com uma pressão de projeto de 120 bar.

Deve reduzir-se a pressão neste fluido que foi comprimido e refrigerado, para que depois o mesmo seja condensado em forma líquida e, assim, poder alimentar o evaporador do equipamento de refrigeração.

Como é utilizado atualmente o CO₂?

O uso do CO₂ tem vindo a aumentar, hoje em dia, em diversas aplicações e em grandes sistemas transcríticos de climatização. De facto, muitos fabricantes estão a criar equipamentos que funcionem com refrigerantes naturais.

Nos sistemas de climatização, um dos componentes básicos é o permutador de calor, que é um módulo cuja função é transferir calor entre dois líquidos, separados por uma barreira compacta. São geralmente utilizados para produção de energia, processamento químico ou sistemas de refrigeração.

Estes novos permutadores térmicos estão a ser concebidos, adaptando-se a sistemas de refrigeração mais exigentes e de diferentes dimensões.

Entre as utilizações do permutador térmico temos:

• Aumentar a temperatura de um fluido através de outro que esteja mais quente.
• Arrefecer um fluido utilizando outro com uma temperatura mais baixa.
• Fazer com que um fluido atinja o seu ponto de ebulição através de outro que tenha uma temperatura mais elevada.
• Ao utilizar fluidos frios, podem condensar-se alguns gases.
• Fazer com que um fluido atinja o seu ponto de ebulição enquanto outro, gasoso e mais quente, condensa.

Vantagens do gás CO₂ como refrigerante

Ao utilizar CO₂ como refrigerante, obtêm-se os seguintes benefícios:

1. O CO₂ é considerado um dos mais adequados para o ambiente na sua utilização em estufas. Quando é usado nestes sistemas de refrigeração, consegue-se obter 99,99 % de pureza, o que demonstra que é uma das melhores opções para a ecologia.
2. Por ser um gás inerte, não é tóxico nem inflamável, sendo considerado excelente para o intercâmbio de temperatura em condensadores, evaporadores e arrefecedores de gás.
3. Quando se utiliza CO₂ em refrigeração, outra das principais vantagens é que o seu custo é muito inferior ao de outros gases refrigerantes.
4. Os compressores utilizados com CO₂ revelam-se mais eficientes e obtém-se também uma excelente transferência de calor.