Τι είναι το αέριο CO2;

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένας από τους πολλούς επιστημονικούς όρους που φέρουν ένα ευρύ φάσμα εννοιών και ένα παρόμοιο ευρύ φάσμα συννοιών. Εάν είστε εξοικειωμένοι με την κυτταρική αναπνοή, μπορεί να γνωρίζετε ότι το αέριο διοξείδιο του άνθρακα - συντομογραφία CO₂ - είναι ένα απόβλητο αυτής της σειράς αντιδράσεων σε ζώα, στα οποία το αέριο οξυγόνο, ή Ο₂, είναι ένα αντιδραστήριο. μπορεί επίσης να γνωρίζετε ότι στα φυτά, αυτή η διαδικασία αντιστρέφεται στην πραγματικότητα, με CO₂ χρησιμεύει ως καύσιμο στη φωτοσύνθεση και το Ο₂ ως απόβλητο προϊόν.

Ίσως πιο διάσημα, χάρη στην πολιτική και τη Γη της επιστήμης του τρέχοντος αιώνα, CO₂ είναι διαβόητη για το ότι είναι αέριο θερμοκηπίου, υπεύθυνη για τη συμβολή στην παγίδευση θερμότητας στην ατμόσφαιρα της Γης. CO₂ είναι ένα υποπροϊόν της καύσης ορυκτών καυσίμων και η επακόλουθη θέρμανση του πλανήτη έχει οδηγήσει τους πολίτες της Γης σε μια αναζήτηση για εναλλακτικές πηγές ενέργειας.

Εκτός από αυτά τα θέματα, CO₂ Το αέριο, ένα κομψά απλό μόριο, έχει μια σειρά από άλλες βιοχημικές και βιομηχανικές λειτουργίες που θα πρέπει να γνωρίζουν οι οπαδοί της επιστήμης.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο, άοσμο αέριο σε θερμοκρασία δωματίου. Κάθε φορά που εκπνέετε, μόρια διοξειδίου του άνθρακα αφήνουν το σώμα σας και γίνονται μέρος της ατμόσφαιρας. CO₂ Τα μόρια περιέχουν ένα άτομο άνθρακα που πλαισιώνεται από δύο άτομα οξυγόνου, έτσι ώστε το μόριο να έχει γραμμικό σχήμα:

O = C = Ο

Κάθε άτομο άνθρακα σχηματίζει τέσσερις δεσμούς με τους γείτονές του σε σταθερά μόρια, ενώ κάθε άτομο οξυγόνου σχηματίζει δύο δεσμούς. Έτσι, με κάθε δεσμό άνθρακα-οξυγόνου σε CO₂ που αποτελείται από έναν διπλό δεσμό - δηλαδή, δύο ζεύγη κοινόχρηστων ηλεκτρονίων - CO₂ είναι πολύ σταθερό.

Με μια ματιά σε έναν περιοδικό πίνακα στοιχείων αποκαλύπτεται (βλ. Πόροι), το μοριακό βάρος του άνθρακα είναι 12 μονάδες ατομικής μάζας (amu), ενώ αυτό του οξυγόνου είναι 16 amu. Το μοριακό βάρος του διοξειδίου του άνθρακα είναι συνεπώς 12 + 2 (16) = 44. Ένας άλλος τρόπος για να το εκφράσετε είναι να πείτε ότι ένα γραμμομόριο CO₂ έχει μάζα 44, με ένα mole να είναι ισοδύναμο με 6,02 × 10²³ μεμονωμένα μόρια. (Αυτός ο αριθμός, γνωστός ως αριθμός Avogadro, προέρχεται από το γεγονός ότι η μοριακή μάζα του άνθρακα έχει ρυθμιστεί στο ακριβώς 12 γραμμάρια, τα οποία εμείς έχουμε διπλάσιο αριθμό από τον άνθρακα πρωτονίων, και αυτή η μάζα άνθρακα περιέχει 6,02 × 10²³ άτομα άνθρακα. Το μοριακό βάρος κάθε άλλου στοιχείου ήταν δομημένο γύρω από αυτό το πρότυπο.)

Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί επίσης να υπάρχει ως υγρό, μια κατάσταση στην οποία χρησιμοποιείται ως ψυκτικό, σε πυροσβεστήρες και στην παραγωγή ανθρακούχων ποτών όπως σόδα. και ως στερεό, σε ποια κατάσταση χρησιμοποιείται ως ψυκτικό και μπορεί να προκαλέσει κρυοπαγήματα σε περίπτωση επαφής με το δέρμα.

Το διοξείδιο του άνθρακα συχνά παρερμηνεύεται ότι είναι τοξικό επειδή συνδέεται συχνά με ασφυξία και ακόμη και απώλεια ζωής. Ενώ επαρκούν επίπεδα CO₂ μπορεί στην πραγματικότητα να είναι άμεσα τοξικό και να προκαλέσει ασφυξία, αυτό που συνήθως συμβαίνει είναι ότι το CO₂ αντ 'αυτού συσσωρεύεται ως αποτέλεσμα ή συνέπεια ασφυξίας. Εάν κάποιος σταματήσει να αναπνέει για οποιοδήποτε λόγο, CO₂ δεν εκδιώκεται πλέον μέσω των πνευμόνων και συνεπώς συσσωρεύεται στην κυκλοφορία του αίματος καθώς δεν έχει πουθενά αλλού. CO₂ είναι επομένως ένας δείκτης ασφυξίας. Με τον ίδιο περίπου τρόπο, το νερό δεν είναι «τοξικό» μόνο και μόνο επειδή μπορεί να οδηγήσει σε πνιγμό.

Μόνο ένα μικρό κλάσμα της ατμόσφαιρας αποτελείται από CO₂ - περίπου 1 τοις εκατό. Ενώ είναι υποπροϊόν του μεταβολισμού των ζώων, είναι απολύτως απαραίτητο να επιβιώσουν τα φυτά και είναι ένα σημαντικό μέρος του παγκόσμιου κύκλος άνθρακα. Τα φυτά λαμβάνουν CO₂, μετατρέψτε το σε μια σειρά αντιδράσεων άνθρακα και οξυγόνο, και στη συνέχεια απελευθερώστε το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα διατηρώντας τον άνθρακα με τη μορφή γλυκόζης για να ζήσει και να αναπτυχθεί. Όταν τα φυτά πεθαίνουν ή καίγονται, ο άνθρακας ανασυνδυάζεται με Ο₂ στον αέρα, σχηματίζοντας CO₂ και ολοκλήρωση του κύκλου άνθρακα.

Τα ζώα παράγουν διοξείδιο του άνθρακα μέσω της διάσπασης των απορροφούμενων υδατανθράκων, πρωτεϊνών και λιπών στα τρόφιμα. Όλα αυτά μεταβολίζονται σε γλυκόζη, ένα μόριο έξι άνθρακα που στη συνέχεια εισέρχεται στα κύτταρα και τελικά γίνεται διοξείδιο του άνθρακα και νερό, με την προκύπτουσα ενέργεια να χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των κυτταρικών δραστηριοτήτων. Αυτό συμβαίνει μέσω της διαδικασίας αερόβιας αναπνοής (συχνά αποκαλείται κυτταρική αναπνοή, αν και οι όροι δεν είναι ακριβώς συνώνυμοι). Όλη η γλυκόζη που εισέρχεται στα κύτταρα τόσο των προκαρυωτικών (βακτηρίων) όσο και των μη φυτικών ευκαρυωτικών (ζώων) και μύκητες) υποβάλλονται πρώτα σε γλυκόλυση, η οποία δημιουργεί ένα ζεύγος μορίων τριών άνθρακα που ονομάζονται πυροσταφυλικό. Τα περισσότερα από αυτά εισέρχονται στον κύκλο Krebs με τη μορφή του ακετυλίου CoA με δύο άνθρακες, ενώ το CO₂ απελευθερώνεται. Οι υψηλής ενέργειας φορείς ηλεκτρονίων NADH και FADH₂ που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια του κύκλου Krebs και στη συνέχεια εγκαταλείπουν τα ηλεκτρόνια παρουσία οξυγόνου στη μεταφορά ηλεκτρονίων αλυσιδωτές αντιδράσεις, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό πολλών ΑΤΡ, το «ενεργειακό νόμισμα» των κυττάρων των ζωντανών πράγματα.

CO₂ είναι ένα αέριο παγίδευσης θερμότητας. Από πολλές απόψεις, αυτό είναι καλό, καθώς εμποδίζει τη Γη να χάσει τόση θερμότητα που ζώα όπως οι άνθρωποι δεν θα μπορούσαν να επιβιώσουν. Αλλά η καύση των ορυκτών καυσίμων από την έναρξη της Βιομηχανικής Επανάστασης τον 19ο αιώνα έχει προσθέσει σημαντική ποσότητα CO₂ αερίου στην ατμόσφαιρα, οδηγώντας σε υπερθέρμανση του πλανήτη και σταδιακά επιδεινούμενα αποτελέσματα.

Για πολλές χιλιάδες χρόνια, η ατμοσφαιρική συγκέντρωση CO₂ στην ατμόσφαιρα παρέμεινε μεταξύ 200 και 300 μερών ανά εκατομμύριο (ppm). Μέχρι το 2017, είχε αυξηθεί σε σχεδόν 400 ppm, μια συγκέντρωση που εξακολουθεί να αυξάνεται. Αυτό το επιπλέον CO₂ παγιδεύει τη θερμότητα και προκαλεί την αλλαγή του κλίματος. Αυτό εκδηλώνεται όχι μόνο στις αυξανόμενες μέσες θερμοκρασίες παγκοσμίως, αλλά και στην άνοδο της στάθμης της θάλασσας, τα παγετώνα λιώνουν, περισσότερο όξινο θαλασσινό νερό, μικρότερα πολικά παγάκια και μια αύξηση στον αριθμό των καταστροφικών γεγονότων (για παράδειγμα, τυφώνες). Αυτά τα προβλήματα είναι όλα αλληλένδετα και αλληλεξαρτώμενα.

Παραδείγματα ορυκτών καυσίμων περιλαμβάνουν άνθρακα, πετρέλαιο (πετρέλαιο) και φυσικό αέριο. Αυτά δημιουργούνται για μια περίοδο εκατομμυρίων ετών καθώς τα νεκρά φυτικά και ζωικά υλικά παγιδεύονται και θάβονται κάτω από στρώματα βράχων. Υπό ευνοϊκές συνθήκες θερμότητας και πίεσης, αυτή η οργανική ύλη μετατρέπεται σε καύσιμο. Όλα τα ορυκτά καύσιμα περιέχουν άνθρακα και αυτά καίγονται για να αποδώσουν ενέργεια και το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται.

Το αέριο διοξείδιο του άνθρακα έχει ποικίλες χρήσεις, κάτι που είναι βολικό επειδή τα πράγματα είναι κυριολεκτικά παντού. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, χρησιμοποιείται ως ψυκτικό, αν και αυτό ισχύει περισσότερο για τις στερεές και υγρές μορφές. Χρησιμοποιείται επίσης ως προωθητικό αερολύματος, τρωκτικοκτόνο (δηλ. Αρουραίο δηλητήριο), συστατικό πειραμάτων φυσικής πολύ χαμηλής θερμοκρασίας και ως παράγοντας εμπλουτισμού στον αέρα μέσα σε θερμοκήπια. Χρησιμοποιείται επίσης στη θραύση των πετρελαιοπηγών, σε ορισμένους τύπους εξόρυξης, ως συντονιστής σε ορισμένους πυρηνικούς αντιδραστήρες και σε ειδικά λέιζερ.

Ενδιαφέρον γεγονός: Μέσω βασικών μεταβολικών διεργασιών, θα παράγετε περίπου 500 γραμμάρια CO₂ τις επόμενες 24 ώρες - ακόμη περισσότερο αν είστε ενεργοί. Αυτό είναι περισσότερο από μια λίβρα αόρατου αερίου, απλώς εκτοξεύεται από τη μύτη και το στόμα σας, καθώς και από τους πόρους σας. Στην πραγματικότητα, αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο οι άνθρωποι χάνουν βάρος με την πάροδο του χρόνου, χωρίς να συμπεριλαμβάνονται οι απώλειες νερού (προσωρινές).