5.5 Uorganiske karbonforbindelser

Karbon uten hydrogen

I forrige kapitler har vi sett at karbon danner et fantastisk mangfold av organiske forbindelser -- millioner av dem. Men det finnes også en liten, men svært viktig gruppe uorganiske karbonforbindelser. Disse mangler typisk de karbon-hydrogenbindingene som kjennetegner organiske molekyler, og har enklere struktur. Men de spiller avgjørende roller i naturen, i industrien og i hverdagen din.

De viktigste uorganiske karbonforbindelsene er karbondioksid (CO₂), karbonmonoksid (CO), karbonater (CO₃²⁻), hydrogenkarbonater (HCO₃⁻) og cyanider (CN⁻). Noen av dem er livsviktige for alt liv på jorden. Andre er dødelig farlige. Og noen er begge deler, avhengig av konsentrasjonen.

La oss starte med den mest kjente av dem alle.

Karbondioksid -- livgiver og klimatrussel

Karbondioksid (CO₂) er en fargeløs og luktfri gass som du puster ut hver gang du trekker pusten. Den er et lineært molekyl med to dobbeltbindinger: O=C=O, og har en molvekt på 44 g/mol -- tyngre enn luft. Hvis du noen gang har sett tørris, har du sett CO₂ i fast form -- den sublimerer (går rett fra fast stoff til gass) ved -78,5 °C. CO₂ løser seg i vann og danner karbonsyre: CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃.

CO₂ er helt sentral for livet på jorden. I fotosyntesen bruker planter CO₂ og vann for å bygge glukose og frigjøre oksygen: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. I celleåndingen gjør levende organismer det motsatte -- de bryter ned glukose og frigjør CO₂: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O. Slik sirkulerer karbon mellom luft og liv.

Men CO₂ er også en drivhusgass. Den absorberer varmestråling fra jordoverflaten og sender noe av den tilbake, noe som varmer opp atmosfæren. Den naturlige drivhuseffekten er nødvendig -- uten den ville jorden vært en iskald planet. Problemet er at menneskelig aktivitet har økt CO₂-konsentrasjonen fra rundt 280 ppm (deler per million) i førindustriell tid til over 420 ppm i dag, hovedsakelig gjennom forbrenning av fossile brensler. Denne økningen forsterker drivhuseffekten og driver global oppvarming.

CO -- den usynlige morderen, og cyanider

Mens CO₂ er relativt ufarlig i normale konsentrasjoner, er slektningen karbonmonoksid (CO) en helt annen historie. CO er en fargeløs, luktfri og svært giftig gass som dannes ved ufullstendig forbrenning -- altså når det ikke er nok oksygen til stede.

Det som gjør CO så farlig, er måten den virker på i kroppen. CO binder seg til hemoglobin i blodet ditt -- det proteinet som normalt transporterer oksygen fra lungene til cellene. Problemet er at CO binder seg 200 ganger sterkere enn oksygen. Når CO tar plassen til oksygen på hemoglobinet, mister blodet evnen til å frakte oksygen. Resultatet kan være bevisstløshet og død. Og fordi CO er luktfri og fargeløs, merker du ikke at du puster den inn.

CO-forgiftning kan oppstå i dårlig ventilerte rom med gasskaminer, vedovner eller andre forbrenningskilder. Forebygging er avgjørende: god ventilasjon, CO-varsler i boligen, og regelmessig vedlikehold av ildsteder og piper. Industrielt brukes CO faktisk til produksjon av metanol og som reduksjonsmiddel, men da under kontrollerte forhold.

En annen farlig uorganisk karbonforbindelse er cyanider (CN⁻). Hydrogencyanid (HCN) er ekstremt giftig -- den blokkerer cellenes evne til å bruke oksygen, noe som gjør at cellene «kveles» selv om det er nok oksygen i blodet. Cyanider finnes i små, ufarlige mengder i bittermandelkjerner og kassava, men i konsentrert form er de dødelige. Industrielt brukes cyanider i gullutvinning og plastproduksjon.

Karbonater -- fra fjell til bruspulver

Karbonater er salter der karbonationet CO₃²⁻ er bundet til et metallion. Karbonater finnes overalt i naturen og i hverdagen, og de har noen fascinerende kjemiske egenskaper.

Kalsiumkarbonat (CaCO₃) er en av de vanligste forbindelsene på jorden. Du finner det i kalkstein, marmor, koraller og eggeskall. Parthenontelmpelet i Athen, mange gotiske katedraler og utallige skulpturer er laget av marmor -- altså av kalsiumkarbonat. Natriumkarbonat (Na₂CO₃), kalt soda, brukes i vaskemidler. Og natriumhydrogenkarbonat (NaHCO₃), bedre kjent som natron, brukes i baking -- det er det som får kaken til å heve.

Det mest slående med karbonater er hva som skjer når de møter en syre. Karbonater reagerer med syre og frigir CO₂-gass: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Den brusende gassen som bobler opp er CO₂. Denne reaksjonen brukes som en enkel test for å finne ut om en bergart inneholder kalkstein -- drypp litt syre på den, og hvis det bobler, inneholder den karbonat.

Denne reaktiviteten har også en alvorlig side. Sur nedbør -- nedbør som inneholder svovelsyre (H₂SO₄) og salpetersyre (HNO₃) fra luftforurensning -- løser opp kalkstein og marmor. Det er dette som forvitrer bygninger, statuer og historiske monumenter over tid. Sur nedbør forsurer også innsjøer, noe som skader livet i vannet. Kalking av innsjøer -- å tilsette kalkstein -- brukes som mottiltak for å nøytralisere syren.

Oppsummering

I dette kapittelet har du utforsket de viktigste uorganiske karbonforbindelsene. Karbondioksid (CO₂) er en lineær, luktfri gass som spiller dobbeltrolle -- den er livsviktig for fotosyntese og celleånding, men også en drivhusgass som bidrar til global oppvarming. CO₂-konsentrasjonen har steget fra 280 ppm til over 420 ppm på grunn av fossile brensler. CO₂ løses i vann og danner karbonsyre, og den sublimerer ved -78,5 °C som tørris.

Karbonmonoksid (CO) er en luktfri, fargeløs og svært giftig gass fra ufullstendig forbrenning. Den binder seg til hemoglobin 200 ganger sterkere enn oksygen. CO-varsler og god ventilasjon er viktig forebygging. Cyanider (CN⁻) er ekstremt giftige og blokkerer cellenes evne til å bruke oksygen.

Karbonater (CO₃²⁻) som kalsiumkarbonat finnes i kalkstein, marmor, koraller og eggeskall. De reagerer med syrer og frigir CO₂ -- noe som brukes som test for karbonat i bergarter. Sur nedbør løser opp karbonater i bygninger og forsurer innsjøer, og kalking brukes som mottiltak.