¿Cómo se puede convertir el dióxido de carbono en carbono y oxígeno?

Question

¿Cómo puede $\ce{CO2}$ se convierta en carbono y oxígeno?

$$\ce{CO2 -> C + O2}$$

Alternativamente:

$$\ce{CO2 + ? -> C + O2}$$

Soy consciente de que las plantas son capaces de transformarse $\ce{CO2 + H2O}$ a glucosa y oxígeno a través de la fotosíntesis, pero me interesan los medios químicos o físicos más que los biológicos.

Answer 1

1. Reacciona el dióxido de carbono con el hidrógeno en el Proceso Sabatier para obtener metano. Se necesitan 400 °C, alta presión y un catalizador de níquel. El proceso es ligeramente exotérmico, por lo que puede continuar por sí solo:

   $$\ce{CO2} + \ce{4H2} \rightarrow \ce{CH4} + 2\ce{H2O}$$

   Este proceso se ha propuesto para generar combustible en Marte, y utilizado en la ISS para procesar el dióxido de carbono exhalado.

2. Dividir el agua resultante (utilizar la electrólisis o algún otro ciclo termoquímico) tomar el oxígeno, llevar el hidrógeno de vuelta al Paso 1:

   $$2\ce{H2O} \rightarrow 2\ce{H2} + \ce{O2}$$

   La electricidad para esto puede provenir de paneles solares.

3. El metano se descompone a altas temperaturas . El proceso se completa en torno a los 1200°C. Recoger el carbono condensado, llevar el hidrógeno al paso 1.

   $$\ce{CH4} \rightarrow \ce{C} + 2\ce{H2}$$

   Este proceso se propone como una alternativa sin emisiones para producir hidrógeno a partir de gas natural. El calor puede provenir de la luz solar concentrada.

Answer 2

La configuración electrónica del carbono es $\ce{1s^2 2s^2 2p^2}$ . Así, un átomo de carbono necesita 4 electrones para completar su orbital más externo. La configuración electrónica del oxígeno es $\ce{1s^2 2s^2 2p^4}$ por lo que un átomo de oxígeno requiere 2 electrones para completar su configuración de octeto.

Así, dos átomos de oxígeno y un átomo de carbono forman un doble enlace entre ellos, por lo que se requiere más energía para romper este enlace. De este modo $\ce{CO2}$ se forma.

Para convertir $\ce{CO2}$ en átomos de carbono y oxígeno, $\ce{CO2}$ debe calentarse a casi $\pu{298 K}$ por lo que el carbono se convierte en gas y el oxígeno pasa a formar parte del aire.

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Edición de otra respuesta borrada:

Si $\ce{CO2}$ puede producirse combinando $\ce{C}$ y $\ce{O2}$ bajo la presencia de aire; luego, opuestamente $\ce{CO2}$ puede separarse para $\ce{C}$ y $\ce{O2}$ por calentamiento $\ce{CO2}$ a casi esa temperatura que es imposible para $\ce{CO2}$ para absorber el calor.