Tener conocimiento de la geometría del CO₂ o dióxido de carbono, tiene una gran importancia para entender lo útil que es en la actualidad, además de ser necesario para saber cómo hacer uso del mismo para conseguir una buena eficiencia energética.
Cabe mencionar que, se trata de un gas sin color ni olor, un poco ácido, pero no inflamable, el cual se presenta de manera natural en la atmósfera proveniente de la circulación del carbono por los océanos, las plantas, la tierra y también los animales.
Dicho esto, las moléculas están constituidas por átomos, y cuando hablamos de geometría molecular nos estamos refiriendo a cuál es la forma tridimensional de los átomos que la componen, determinando las propiedades que pueda tener una molécula como polaridad, fase, reactividad, color, actividad biológica, entre otras.
Índice
Fuentes de CO₂
Existen fuentes naturales de CO₂ como las aguas termales, los volcanes, los géiseres y cuando se diluyen rocas carbonadas en agua también es liberado. Además, como es soluble en el agua, se puede encontrar de forma natural en glaciares, aguas subterráneas, ríos, mares, lagos y campos de hielo, así como en el gas natural y yacimientos de petróleo.
Asimismo, el CO₂ se produce a través de la respiración de todos aquellos organismos aerobios.
Todo el aire que ingresa a los pulmones de los humanos y de los animales cuando es expulsado es CO₂, en el caso de los peces es lo que sale por las branquias de los mismos y llega al agua, sucede algo similar en el proceso de respiración de las plantas.
Puede producirse también cuando encendemos madera para hacer fuego y cuando se produce pan, cerveza o vino por la fermentación de azúcares.
¿Cómo es la geometría del CO₂?
Debido a la presencia de 2 electrones, la geometría del CO₂ es lineal. Teniendo un ángulo de enlace de 180°.
Cada molécula de dióxido de carbono está compuesta por un par de átomos de oxígeno que se unen a un átomo de carbono mediante dobles enlaces covalentes.
De manera más detallada, podemos decir lo siguiente:
- En la geometría del CO₂ tenemos a un átomo de carbono que está en el medio de dos átomos de oxígeno, formando una especie de enlace sigma, con tres de ellos se completa un octeto, uniéndose al que está en el inicio, por lo que no existen pares de electrones en forma solitaria.
- Debido a que en la geometría de CO₂ los ángulos con que se produce el enlace son de 180 grados, y que los electrones se encuentran distribuidos de una forma simétrica, la geometría del CO₂ presenta una forma lineal.
En otras palabras, en una molécula de CO₂ existen dos pares de electrones de valencia, los cuales rodean el centro de carbono y los pares solitarios de oxígeno se repelen.
De esta forma, existe una repulsión en los dos lados del átomo central de carbono, que a su vez está unido de forma doble con cada átomo de oxígeno, por lo que no se encontrará ningún par solitario.
Para poder determinar la geometría del CO₂ de las moléculas y su forma, se pueden utilizar la hipótesis de VSEPR, que establece que tanto la geometría electrónica como la molecular de una molécula es lineal cuando no contiene pares solitarios y tampoco hibridación Sp, o bien la técnica AXE.
Usos del CO₂
El CO₂ al ser un gas inerte se puede utilizar en diversos procesos:
Como las soldaduras, como anestésico, solvente, para hacer bebidas gaseosas, para endurecer el hormigón, para carbonatar la soda, como materia prima en algunos productos químicos y combustibles, pero una de las más importantes es para sistemas de climatización o refrigeración.
Gracias a que el CO₂ es un refrigerante natural, el cual puede pasar de estado líquido a sólido al variar su temperatura o presión, este se puede utilizar en instalaciones industriales o comerciales como refrigerante.
Dicho esto, en los sistemas de climatización, el CO₂ se utiliza en la fase subcrítica y transcrítica:
- Fase subcrítica: Es cuando en los sistemas de refrigeración este gas se encuentra por debajo de su punto crítico (31° C / 73 bar). En este punto su reacción o comportamiento es muy parecido a la reacción de otro refrigerante, absorbiendo calor evaporándose, luego comprimiéndose y posteriormente condensándose, lo que quiere decir que pasa de gaseoso a líquido al momento de perder calor.
- Fase transcrítica: Es cuando en un sistema de refrigeración el gas refrigerante supera su punto crítico. En este caso el CO₂ no se condensa, no ocurre el paso de gas a líquido como suele suceder de forma tradicional, por lo que se necesitan unos controles específicos por las altas descargas que se producen y se requieren tuberías con una presión de diseño de 120 bar.
Se debe reducir la presión en este fluido que se ha comprimido y se ha refrigerado, para que luego el mismo sea condensado en la forma líquida, y así poder alimentar al evaporador del equipo de refrigeración.
¿Cómo es el uso que se le da actualmente al CO₂?
El uso del CO₂ hoy en día se ha ido incrementando en diversas aplicaciones y en grandes sistemas transcríticos de climatización, de hecho, muchos fabricantes están creando equipos que funcionen con refrigerantes naturales.
En los sistemas de climatización, uno de los componentes básicos es el intercambiador de calor, que es un módulo cuya función es transferir el calor entre dos líquidos, los cuales estarán separados por una barrera compacta. Utilizados generalmente para la producción de energía, procesamientos químicos o sistemas de refrigeración, como el aire acondicionado.
Estos nuevos intercambiadores térmicos están siendo diseñados adecuándose a sistemas de refrigeración más exigentes y de diferentes tamaños.
Entre los usos del intercambiador térmico tenemos:
- Subir la temperatura de un fluido a través de otro que esté más caliente.
- Enfriar un fluido utilizando otro con una temperatura más baja.
- Poder lograr que un fluido alcance su punto de ebullición a través de otro que tenga una temperatura mayor.
- Al utilizar fluidos fríos se pueden condensar algunos gases.
- Puede lograr que un fluido determinado llegue a su punto de ebullición mientras otro gaseoso que esté más caliente se condensa.
Ventajas del gas CO₂ como refrigerante
Al hacer uso del CO₂ como refrigerante, se obtienen los siguientes beneficios:
- El CO₂ es considerado uno de los más adecuados para el medio ambiente en su uso en invernaderos. Cuando se usa en estos sistemas de refrigeración se logra obtener un 99,99% de pureza, lo que demuestra que es una de las mejores opciones para la ecología.
- Al ser un gas inerte, no es tóxico ni inflamable, se considera excelente para el intercambio de temperatura en condensadores, evaporadores y enfriadores de gas.
- Cuando se usa el CO₂ en refrigeración, otra de las principales ventajas es que su coste es mucho menor que el de otros gases refrigerantes.
- Los compresores utilizados con CO₂ resultan ser más eficientes y también se obtiene una transferencia de calor excelente.
