Was ist CO2-Gas?

Kohlendioxid gehört zu den vielen wissenschaftlichen Begriffen, die eine breite Palette von Bedeutungen und eine ähnlich breite Palette von Konnotationen haben. Wenn Sie mit der Zellatmung vertraut sind, wissen Sie vielleicht, dass Kohlendioxidgas – abgekürzt CO₂ – ist ein Abfallprodukt dieser Reihe von Reaktionen bei Tieren, bei denen Sauerstoffgas oder O₂, ist ein Reaktant; Sie wissen vielleicht auch, dass dieser Prozess in Pflanzen tatsächlich umgekehrt ist, mit CO₂ dient als Brennstoff bei der Photosynthese und O₂ als Abfallprodukt.

Vielleicht noch bekannter, dank der Politik und Geowissenschaften des aktuellen Jahrhunderts, CO₂ ist berüchtigt dafür, ein Treibhausgas zu sein, das dafür verantwortlich ist, Wärme in der Erdatmosphäre einzufangen. CO₂ ist ein Nebenprodukt der Verbrennung fossiler Brennstoffe, und die daraus resultierende Erwärmung des Planeten hat die Bürger der Erde auf die Suche nach alternativen Energiequellen geführt.

Abgesehen von diesen Problemen ist CO₂ Gas, ein elegant einfaches Molekül, hat eine Reihe weiterer biochemischer und industrieller Funktionen, die Wissenschaftsfans kennen sollten.

Kohlendioxid ist bei Raumtemperatur ein farbloses, geruchloses Gas. Jedes Mal, wenn Sie ausatmen, verlassen Kohlendioxidmoleküle Ihren Körper und werden Teil der Atmosphäre. CO₂ Moleküle enthalten ein einzelnes Kohlenstoffatom, das von zwei Sauerstoffatomen flankiert wird, sodass das Molekül eine lineare Form hat:

O=C=O

Jedes Kohlenstoffatom bildet mit seinen Nachbarn in stabilen Molekülen vier Bindungen, während jedes Sauerstoffatom zwei Bindungen eingeht. Also mit jeder Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung in CO₂ bestehend aus einer Doppelbindung – also zwei Paaren gemeinsamer Elektronen – CO₂ ist sehr stabil.

Wie ein Blick auf ein Periodensystem der Elemente zeigt (siehe Ressourcen), beträgt das Molekulargewicht von Kohlenstoff 12 Atommasseneinheiten (amu), während das von Sauerstoff 16 amu beträgt. Das Molekulargewicht von Kohlendioxid beträgt somit 12 + 2(16) = 44. Eine andere Möglichkeit, dies auszudrücken, ist zu sagen, dass ein Mol CO₂ hat eine Masse von 44, wobei ein Mol 6,02 × 10. entspricht²³ einzelne Moleküle. (Diese Zahl, die als Avogadro-Zahl bekannt ist, leitet sich aus der Tatsache ab, dass die Molekülmasse von Kohlenstoff auf genau 12 Gramm, was uns die doppelte Anzahl von Protonen Kohlenstoff enthält, und diese Kohlenstoffmasse enthält 6,02 × 10²³ Kohlenstoffatome. Das Molekulargewicht jedes anderen Elements wurde um diesen Standard herum strukturiert.)

Kohlendioxid kann auch als Flüssigkeit vorliegen, in einem Zustand, in dem es als Kältemittel, in Feuerlöschern und bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken wie Soda verwendet wird; und als Feststoff, in welchem ​​Zustand es als Kältemittel verwendet wird und bei Hautkontakt Erfrierungen verursachen kann.

Kohlendioxid wird oft als giftig missverstanden, da es häufig mit Erstickung und sogar dem Verlust von Menschenleben einhergeht. Während ausreichende Mengen an CO₂ in der Tat direkt toxisch sein und zum Ersticken führen können, was normalerweise passiert, ist, dass CO₂ baut sich stattdessen als Folge oder Folge von Erstickung auf. Wenn jemand aus irgendeinem Grund aufhört zu atmen, CO₂ wird nicht mehr durch die Lunge ausgeschieden und reichert sich daher im Blutkreislauf an, da es nirgendwo anders hin muss. CO₂ ist daher ein Marker für Erstickung. Ungefähr genauso ist Wasser nicht „giftig“, nur weil es zum Ertrinken führen kann.

Nur ein winziger Bruchteil der Atmosphäre besteht aus CO₂ – etwa 1 Prozent. Obwohl es ein Nebenprodukt des tierischen Stoffwechsels ist, ist es für Pflanzen absolut überlebensnotwendig und ein wesentlicher Bestandteil der weltweiten Kohlenstoffzyklus. Pflanzen nehmen CO. auf₂, wandeln es in einer Reihe von Reaktionen in Kohlenstoff und Sauerstoff um und geben dann den Sauerstoff an die Atmosphäre ab, während der Kohlenstoff in Form von Glukose zum Leben und Wachsen zurückgehalten wird. Wenn Pflanzen sterben oder verbrannt werden, rekombiniert ihr Kohlenstoff mit O₂ in der Luft unter Bildung von CO₂ und Vervollständigung des Kohlenstoffkreislaufs.

Tiere erzeugen Kohlendioxid durch den Abbau von aufgenommenen Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten in der Nahrung. All dies wird zu Glukose verstoffwechselt, einem Molekül mit sechs Kohlenstoffatomen, das dann in die Zellen eindringt und schließlich zu Kohlendioxid und Wasser wird, wobei die resultierende Energie verwendet wird, um die Zellaktivitäten anzutreiben. Dies geschieht durch den Prozess der aeroben Atmung (oft als Zellatmung bezeichnet, obwohl die Begriffe nicht genau synonym sind). Alle Glukose, die sowohl in die Zellen von Prokaryoten (Bakterien) als auch von nicht-pflanzlichen Eukaryoten (Tiere) gelangt und Pilzen) durchläuft zunächst eine Glykolyse, die ein Paar von Drei-Kohlenstoff-Molekülen namens Pyruvat. Das meiste davon gelangt in Form des Zwei-Kohlenstoff-Moleküls Acetyl-CoA in den Krebs-Zyklus, während CO₂ ist befreit. Die hochenergetischen Elektronenträger NADH und FADH₂ die während des Krebs-Zyklus gebildet werden, geben dann in Gegenwart von Sauerstoff beim Elektronentransport Elektronen ab Kettenreaktionen, bei denen viel ATP gebildet wird, die "Energiewährung" der Zellen des Lebens Dinge.

CO₂ ist ein wärmespeicherndes Gas. Das ist in vielerlei Hinsicht gut, denn es verhindert, dass die Erde so viel Wärme verliert, dass Tiere wie der Mensch nicht überleben könnten. Aber die Verbrennung fossiler Brennstoffe hat seit Beginn der industriellen Revolution im 19.₂ Gas in die Atmosphäre, was zur globalen Erwärmung und ihren sich allmählich verschlechternden Auswirkungen führt.

Seit vielen tausend Jahren ist die atmosphärische CO .-Konzentration₂ in der Atmosphäre verblieben zwischen 200 und 300 Teile pro Million (ppm). Bis 2017 war es auf fast 400 ppm angestiegen, eine Konzentration, die immer noch zunimmt. Dieses zusätzliche CO₂ Wärme einfängt und das Klima verändert. Dies äußert sich nicht nur in steigenden Durchschnittstemperaturen weltweit, sondern auch in steigenden Meeresspiegeln, Gletscherschmelzen, mehr saures Meerwasser, kleinere Polkappen und eine Zunahme von Katastrophenereignissen (z. Wirbelstürme). Diese Probleme sind alle miteinander verbunden und voneinander abhängig.

Beispiele für fossile Brennstoffe sind Kohle, Erdöl (Öl) und Erdgas. Diese entstehen über einen Zeitraum von Millionen von Jahren, indem abgestorbenes Pflanzen- und Tiermaterial eingeschlossen und unter Gesteinsschichten begraben wird. Unter günstigen Hitze- und Druckbedingungen wird diese organische Substanz in einen Brennstoff umgewandelt. Alle fossilen Brennstoffe enthalten Kohlenstoff, der zu Energie verbrannt wird und dabei Kohlendioxid freisetzt.

Kohlendioxidgas hat eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten, was praktisch ist, da das Zeug buchstäblich überall ist. Wie bereits erwähnt, wird es als Kältemittel verwendet, obwohl dies eher für die feste und flüssige Form gilt. Es wird auch als Aerosoltreibstoff, als Rodentizid (d. h. Rattengift), als Bestandteil von Experimenten der Physik bei sehr niedrigen Temperaturen und als Anreicherungsmittel in der Luft in Gewächshäusern verwendet. Es wird auch beim Aufbrechen von Ölquellen, in einigen Arten des Bergbaus, als Moderator in bestimmten Kernreaktoren und in speziellen Lasern verwendet.

Interessante Tatsache: Durch grundlegende Stoffwechselprozesse produzieren Sie etwa 500 Gramm CO₂ in den nächsten 24 Stunden – noch mehr, wenn Sie aktiv sind. Das ist mehr als ein Pfund unsichtbares Gas, das nur aus Nase und Mund sowie aus den Poren strömt. Auf diese Weise verlieren Menschen im Laufe der Zeit an Gewicht, ohne den (vorübergehenden) Wasserverlust eingerechnet.