이산화탄소의 성질

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이산화탄소와 일산화탄소의 성질과 용도

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1. 이산화탄소는 태양에서 오는 적외선의 열에너지를 잘 흡수하는 성질이 강하여 ‘온실효과’라 불리는 영향을 준다. 이 때문에 지구 전체의 대기 온도가 조금씩 상승하여 세계적으로 기후변화가 극심하게 일어나도록 하고 있다. 이산화탄소가 지구 환경에 재앙을 가져오는 ‘범죄자’로 취급을 받지만, 인류와 모든 생명체의 생존에 절대 필요한 원소는 바로 탄소라 하겠다.

 

2. 이산화탄소는 물에 잘 녹는 성질이 있어 탄산음료 제조에 쓰인다.

 

3. 이산화탄소가 물에 녹으면 ‘탄산’이 되는데, 탄산(H2CO3)은 H+와 (CO3)―로 분리하여 약한 알칼리성을 나타낸다. 탄산 분자 속의 CO3은 물에 녹아있는 칼슘과 화합하여 탄산칼슘(CaCO3)이 되고, 이것은 물밑에 침전하여 두터운 층을 이루게 된다. 지구 곳곳에 석회암과 대리석, 백악(chalk) 등의 ‘탄산염’(炭酸鹽) 층(석회암)이 있는데, 탄산염 층은 그 자리가 과거에 물로 뒤덮였던 곳임을 말해준다. 석회동굴은 바로 두터운 석회암 층 틈새로 수백만 년 동안 지하수가 스며들어 물속의 탄산이 탄산칼슘을 녹여내어 생겨난 것이다.

 

4. 이산화탄소를 압축하여 영하 78도까지 내리면, 액체상태가 되지 않고 바로 하얀 고체 같은 ‘초임계 유체 상태’(드라이아이스)가 된다. 기체가 고체로 직접 되는 현상을 ‘승화’(昇華 sublimation)라 한다. 만일 드라이아이스를 고압 조건에서 온도를 올려준다면, 영하 56도에서 액체 상태로 변한다. 이런 액화 이산화탄소는 커피에서 카페인을 제거할 때 이용되는데, 작업이 끝나면 기화하여 날아가 버리므로 아무것도 남지 않아 편리하다.

 

5. 드라이아이스는 냉동제로 잘 이용된다. 예를 들어 생선을 일반 얼음으로 냉동시켜 운반한다면 얼음은 녹아 물이 된다. 그러나 드라이아이스로 냉동시키면 기체로 승화하기 때문에 물건이 젖지도 않고 청소할 것도 없다. 드라이아이스가 승화하려면 주변에서 열에너지를 흡수해야 하므로 승화가 느리게 진행된다.

 

6. 이산화탄소는 공기보다 밀도가 1.5배 정도 높은 무거운 기체이다. 그러므로 환기가 되지 않는 공간의 이산화탄소는 바닥에 고인다. 밀폐된 지하 창고나 하수관에서 일하던 사람이 이산화탄소에 중독되는 사고가 수시로 발생하므로, 이런 곳에 들어갈 때는 누구나 환기에 조심해야 한다.

 

7. 산업용으로 ‘활성탄’(活性炭 activated charcoal)이라는 것을 많이 사용한다. 활성탄은 숯을 가루로 만든 것이다. 먼지처럼 가루가 도게 만든 활성탄은 표면적이 매우 넓어져, 활성탄 1그램의 표면적은 1,000m2가 될 정도이다. 이처럼 넓은 표면적은 다른 분자를 매우 효과적으로 흡수하거나 포착하는 작용을 한다. 그러므로 공기정화기를 비롯하여 화학공업에서 활성탄을 편리하게 이용하고 있다.

 

8. 산소가 다소 부족한 조건에서 천연가스나 석유를 태우면 분말 상태의 탄소, 즉 검댕이 생기는데, 이것을 ‘카본블랙’(carbon black) 또는 ‘램프검댕’(lampblack)이라 한다. 고대로부터 중국과 이집트에서는 카본블랙을 종이(파피루스) 위에 글씨를 쓰는 잉크(먹물)로 사용해 왔다. 또 카본블랙은 자동차의 타이어를 제조할 때 첨가하여 타이어의 마모 강도를 높이고 있다. 일반 건전지의 전극에도 카본블랙을 사용한다.

 

9. 탄소를 규소와 함께 고온으로 가열하면 탄화규소(silicon carbide) 일명 ‘카보런덤(carborundum)이 된다. 이 물질은 다이아몬드처럼 단단하여 유리나 금속 연마재로 대량 이용한다.

 

10. 탄소와 질소를 화합시키면 ‘시안화물’(cyanides)이라는 유기물이 된다. 시안화수소는 공기 중에 1~2%만 포함되어 있어도 몇 분 안에 생명을 잃게 하는 치명적인 독가스이다. 시안화수소가 독성을 나타내는 이유는 적혈구 분자를 구성하는 철(Fe)의 기능을 억제하기 때문이다.

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11. 공기보다 무거우면서 불에 타지 않는 이산화탄소는 불을 끄는데 이용된다. 가정이나 사무실에 상비해두는 소형 소화전 중에는 화학반응으로 이산화탄소가 뿜어 나오도록 만든 것이 있는데, 이것은 소규모 불이나 물로 끌 수 없는 화재를 진화(鎭火)하는데 편리하다.

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이산화탄소의 성질

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1. 산소가 부족한 상태에서 탄소를 태우면 일산화탄소(CO)가 발생한다. 일산화탄소는 산소와 반응하여 이산화탄소로 되려 하므로, 광물을 재련하는 과정에 일산화탄소를 공급하면 광물에 포함된 산소 성분을 제거할 수 있다.

 

2. 일산화탄소는 인체에 매우 위험하다. 이 기체를 호흡하면 혈액의 헤모글로빈이 산소 대신 일산화탄소와 결합해버리기 때문에, 인체 조직에 산소가 공급되지 못한다. 인체는 소량의 일산화탄소만 호흡해도 심한 두통을 느끼며, 심하면 생명까지 잃는다. 그러므로 일산화탄소가 발생하는 공간에서는 충분히 환기를 시켜야 한다. 일산화탄소는 자동차의 배기가스에도 대량 포함되어 있어 대기를 오염시키는 하나의 원인이 되기도 한다.

 

참고 : 탄소 원소, 온실가스, 방사선탄소 연대측정 참조

 

 

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