يعتبر ثاني أكسيد الكربون من بين العديد من المصطلحات العلمية التي تحمل مجموعة واسعة من المعاني ومجموعة واسعة مماثلة من الدلالات. إذا كنت معتادًا على التنفس الخلوي ، فقد تعلم أن غاز ثاني أكسيد الكربون - اختصاره CO2 - هو ناتج نفايات لهذه السلسلة من التفاعلات في الحيوانات ، حيث غاز الأكسجين ، أو O2، متفاعل قد تعلم أيضًا أنه في النباتات ، يتم عكس هذه العملية فعليًا باستخدام ثاني أكسيد الكربون2 بمثابة وقود في التمثيل الضوئي و O2 كمنتج نفايات.
ربما أكثر شهرة ، بفضل السياسة وعلوم الأرض في القرن الحالي ، CO2 يشتهر بكونه غازًا من غازات الدفيئة ، وهو مسؤول عن المساعدة في حبس الحرارة في الغلاف الجوي للأرض. كو2 هو نتاج ثانوي لحرق الوقود الأحفوري ، وقد أدى ارتفاع درجة حرارة الكوكب اللاحق إلى قيام مواطني الأرض بالبحث عن مصادر بديلة للطاقة.
بصرف النظر عن هذه القضايا ، CO2 يحتوي الغاز ، وهو جزيء بسيط بأناقة ، على عدد من الوظائف البيوكيميائية والصناعية الأخرى التي يجب أن يكون عشاق العلوم على دراية بها.
ما هو ثاني أكسيد الكربون؟
ثاني أكسيد الكربون غاز عديم اللون والرائحة في درجة حرارة الغرفة. في كل مرة تقوم فيها بالزفير ، تغادر جزيئات ثاني أكسيد الكربون جسمك وتصبح جزءًا من الغلاف الجوي. كو
2 تحتوي الجزيئات على ذرة كربون واحدة محاطة بذرتين من الأكسجين ، بحيث يكون الجزيء خطي الشكل:O = C = O
تشكل كل ذرة كربون أربع روابط مع جيرانها في جزيئات مستقرة ، بينما تشكل كل ذرة أكسجين رابطين. وهكذا مع كل رابطة كربون-أكسجين في ثاني أكسيد الكربون2 تتكون من رابطة مزدوجة - أي زوجان من الإلكترونات المشتركة - CO2 مستقر للغاية.
بنظرة سريعة على الجدول الدوري للعناصر يكشف (انظر الموارد) ، فإن الوزن الجزيئي للكربون هو 12 وحدة كتلة ذرية (amu) ، في حين أن وزن الأكسجين هو 16 وحدة كتلة ذرية. وبالتالي ، فإن الوزن الجزيئي لثاني أكسيد الكربون هو 12 + 2 (16) = 44. هناك طريقة أخرى للتعبير عن ذلك وهي القول بأن مولًا واحدًا من أول أكسيد الكربون2 كتلته 44 ، مع أن مول واحد يساوي 6.02 × 1023 الجزيئات الفردية. (هذا الرقم ، المعروف برقم أفوجادرو ، مشتق من حقيقة أن الكتلة الجزيئية للكربون محددة عند بالضبط 12 جرامًا ، أي ضعف عدد البروتونات التي يحتوي عليها الكربون ، وهذه الكتلة من الكربون تحتوي على 6.02 × 1023 ذرات الكربون. تم بناء الوزن الجزيئي لكل عنصر آخر حول هذا المعيار.)
يمكن أن يوجد ثاني أكسيد الكربون أيضًا في صورة سائل ، وهي حالة تُستخدم فيها كمبرد ، وفي طفايات الحريق وفي إنتاج المشروبات الغازية مثل الصودا ؛ وكمادة صلبة ، وفي هذه الحالة يتم استخدامه كمبرد ويمكن أن يسبب قضمة الصقيع إذا لامست الجلد.
ثاني أكسيد الكربون في التمثيل الغذائي
غالبًا ما يُساء فهم ثاني أكسيد الكربون على أنه مادة سامة لأنه غالبًا ما يرتبط بالاختناق وحتى فقدان الأرواح. بينما مستويات كافية من ثاني أكسيد الكربون2 يمكن أن يكون في الواقع سامًا بشكل مباشر ويسبب الاختناق ، ما يحدث عادة هو ثاني أكسيد الكربون2 بدلا من ذلك يتراكم نتيجة أو نتيجة للاختناق. إذا توقف شخص ما عن التنفس لأي سبب من الأسباب ، فإن أول أكسيد الكربون2 لم يعد يتم طرده من خلال الرئتين ، وبالتالي يتراكم في مجرى الدم لأنه لا يوجد مكان آخر يذهب إليه. كو2 لذلك هي علامة على الاختناق. بنفس الطريقة تقريبًا ، الماء ليس "سامًا" لمجرد أنه يمكن أن يؤدي إلى الغرق.
يتكون جزء صغير فقط من الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون2 - حوالي 1 بالمائة. في حين أنه منتج ثانوي لعملية التمثيل الغذائي للحيوان ، إلا أنه ضروري للغاية للنباتات للبقاء على قيد الحياة وهو جزء أساسي من العالم. دورة الكربون. النباتات تأخذ في CO2، وتحويله في سلسلة من تفاعلات الكربون والأكسجين ، ثم إطلاق الأكسجين إلى الغلاف الجوي مع الاحتفاظ بالكربون على شكل جلوكوز للعيش والنمو. عندما تموت النباتات أو تحترق ، يتحد الكربون مع O2 في الهواء ، مكونًا ثاني أكسيد الكربون2 واستكمال دورة الكربون.
تولد الحيوانات ثاني أكسيد الكربون من خلال تكسير الكربوهيدرات والبروتينات والدهون في الطعام. يتم استقلاب كل هذه العناصر إلى الجلوكوز ، وهو جزيء من ستة كربون يدخل بعد ذلك إلى الخلايا ويتحول في النهاية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، مع استخدام الطاقة الناتجة لتشغيل الأنشطة الخلوية. يحدث هذا من خلال عملية التنفس الهوائي (تسمى غالبًا التنفس الخلوي ، على الرغم من أن المصطلحات ليست مترادفة تمامًا). كل الجلوكوز الذي يدخل خلايا بدائيات النوى (البكتيريا) وحقيقيات النوى غير النباتية (الحيوانات والفطريات) أولًا يخضع لتحلل السكر ، والذي يولد زوجًا من جزيئات الكربون الثلاثة تسمى البيروفات. يدخل معظم هذا في دورة كريبس في شكل جزيء ثنائي الكربون أسيتيل CoA ، بينما يدخل ثاني أكسيد الكربون2 تم تحريره. حاملات الإلكترون عالية الطاقة NADH و FADH2 التي تتشكل خلال دورة كريبس ثم تتخلى عن الإلكترونات في وجود الأكسجين في نقل الإلكترون سلسلة من التفاعلات ، مما أدى إلى تكوين قدر كبير من ATP ، "عملة الطاقة" للخلايا الحية أشياء.
ثاني أكسيد الكربون وتغير المناخ
كو2 هو غاز احتباس الحرارة. يعد هذا أمرًا جيدًا في كثير من النواحي ، لأنه يمنع الأرض من فقدان الكثير من الحرارة بحيث لا تتمكن الحيوانات مثل البشر من البقاء على قيد الحياة. لكن احتراق الوقود الأحفوري منذ بداية الثورة الصناعية في القرن التاسع عشر أضاف كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.2 الغاز في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى الاحتباس الحراري وتأثيراته التدريجية المتفاقمة.
منذ آلاف السنين ، كان تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 في الغلاف الجوي بين 200 و 300 جزء في المليون (جزء في المليون). بحلول عام 2017 ، ارتفع إلى ما يقرب من 400 جزء في المليون ، وهو تركيز لا يزال في ازدياد. هذا CO إضافي2 يحبس الحرارة ويسبب تغير المناخ. يتجلى هذا ليس فقط في ارتفاع متوسط درجات الحرارة في جميع أنحاء العالم ، ولكن في ارتفاع مستويات سطح البحر ، وذوبان الجليد ، وأكثر من ذلك مياه البحر الحمضية ، القمم الجليدية القطبية الأصغر وزيادة في عدد الأحداث الكارثية (على سبيل المثال ، الأعاصير). كل هذه المشاكل مترابطة ومترابطة.
تشمل أمثلة الوقود الأحفوري الفحم والنفط (النفط) والغاز الطبيعي. يتم تكوينها على مدى ملايين السنين حيث يتم احتجاز المواد النباتية والحيوانية الميتة ودفنها تحت طبقات من الصخور. في ظل ظروف الحرارة والضغط الملائمة ، تتحول هذه المادة العضوية إلى وقود. تحتوي جميع أنواع الوقود الأحفوري على الكربون ، ويتم حرقه لإنتاج الطاقة ، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون.
استخدامات ثاني أكسيد الكربون في الصناعة
يحتوي غاز ثاني أكسيد الكربون على مجموعة متنوعة من الاستخدامات ، وهو أمر مفيد لأن المادة موجودة في كل مكان. كما لوحظ سابقًا ، يتم استخدامه كمبرد ، على الرغم من أن هذا ينطبق بشكل أكبر على الأشكال الصلبة والسائلة. كما أنه يستخدم كوقود دافع للهباء الجوي ، ومبيد للقوارض (أي سم الفئران) ، ومكون من مكونات تجارب الفيزياء ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية وعامل إثراء في الهواء داخل الصوبات الزراعية. كما يتم استخدامه في تكسير آبار النفط ، وفي بعض أنواع التعدين ، كوسيط في بعض المفاعلات النووية وفي أجهزة الليزر الخاصة.
حقيقة مثيرة للاهتمام: من خلال عمليات التمثيل الغذائي الأساسية ، ستنتج حوالي 500 جرام من ثاني أكسيد الكربون2 خلال الـ 24 ساعة القادمة - حتى أكثر إذا كنت نشطًا. هذا أكثر من رطل واحد من الغاز غير المرئي ، يخرج فقط من أنفك وفمك وكذلك من مسامك. هذه ، في الواقع ، هي الطريقة التي يفقد بها الناس الوزن بمرور الوقت ، ولا يشمل ذلك فقدان الماء (المؤقت).
