Mis on CO2 gaas?

Süsinikdioksiid on üks paljudest teaduslikest terminitest, millel on lai valik tähendusi ja sarnaselt lai valik konnotatsioone. Kui olete tuttav rakuhingamisega, võite teada, et gaasiline süsinikdioksiid - lühend CO₂ - on selle loomade reaktsioonide seeria jääkprodukt, milles hapnikgaas või O₂on reaktiiv; võite ka teada, et taimedes on see protsess CO-ga vastupidine₂ toimib kütusena fotosünteesis ja O₂ jääkainena.

Võib-olla veelgi kuulsam, tänu praeguse sajandi poliitikale ja maateadusele CO₂ on tuntud kasvuhoonegaaside poolest ja vastutab selle eest, et aidata Maa atmosfääris soojust kinni püüda. CO₂ on fossiilkütuste põletamise kõrvalprodukt ja sellest tulenev planeedi soojenemine on viinud Maa kodanikud alternatiivsete energiaallikate otsimisele.

Peale nende probleemide on CO₂ gaasil, elegantselt lihtsal molekulil, on veel mitmeid biokeemilisi ja tööstuslikke funktsioone, millest teaduse fännid peaksid teadma.

Süsinikdioksiid on toatemperatuuril värvitu, lõhnatu gaas. Iga kord, kui välja hingate, lahkuvad süsinikdioksiidi molekulid teie kehast ja saavad atmosfääri osaks. CO

O = C = O

Iga süsinikuaatom moodustab stabiilsetes molekulides oma naabritega neli sidet, samas kui iga hapniku aatom moodustab kaks sidet. Seega iga süsiniku-hapniku sideme korral CO-s₂ mis koosneb kaksiksidemest - see tähendab kahest paarist jagatud elektronidest - CO₂ on väga stabiilne.

Pilk perioodilisele elementide tabelile näitab (vt Ressursid), et süsiniku molekulmass on 12 aatommassiühikut (amu), hapniku molekulmass on 16 amu. Süsinikdioksiidi molekulmass on seega 12 + 2 (16) = 44. Teine võimalus seda väljendada on öelda, et üks mool CO₂ mass on 44, kusjuures üks mool on võrdne 6,02 × 10²³ üksikud molekulid. (See arv, tuntud kui Avogadro arv, tuleneb asjaolust, et süsiniku molekulmass on seatud väärtusele täpselt 12 grammi, mida sisaldab kaks korda rohkem prootoneid kui süsinik, ja see süsiniku mass sisaldab 6,02 × 10²³ süsinikuaatomid. Iga teise elemendi molekulmass struktureeriti selle standardi ümber.)

Süsinikdioksiid võib esineda ka vedelikuna, olekus, mida kasutatakse külmutusagensina, tulekustutites ja gaseeritud jookide nagu sooda tootmisel; ja tahke ainena, olekus kasutatakse seda külmutusagensina ja see võib nahale sattudes põhjustada külmumist.

Süsinikdioksiidi mõistetakse sageli mürgisena, kuna seda seostatakse sageli lämbumise ja isegi inimkaotusega. Kuigi CO₂ võib tegelikult olla otseselt mürgine ja põhjustada lämbumist, tavaliselt juhtub see, et CO₂ selle asemel tekib lämbumise tagajärjel või tagajärjel. Kui keegi lakkab mingil põhjusel hingamast, võib CO₂ ei väljutata enam kopsude kaudu ja koguneb seetõttu vereringesse, kuna tal pole enam kuhugi minna. CO₂ on seega lämbumise marker. Ligikaudu samamoodi ei ole vesi "mürgine" üksnes seetõttu, et see võib põhjustada uppumist.

Ainult väike osa atmosfäärist koosneb CO-st₂ - umbes 1 protsent. Kuigi see on loomade ainevahetuse kõrvalsaadus, on see taimede ellujäämiseks hädavajalik ja see on oluline osa kogu maailmas süsinikuringe. Taimed võtavad CO₂, muundage see reaktsioonide reas süsinik ja hapnik ja vabastage hapnik atmosfääri, säilitades samal ajal süsiniku glükoosi kujul elamiseks ja kasvamiseks. Kui taimed surevad või põletatakse, siis nende süsinik rekombineerub O-ga₂ õhus, moodustades CO₂ ja süsinikuringe lõpuleviimine.

Loomad tekitavad süsinikdioksiidi toidus sisalduvate süsivesikute, valkude ja rasvade lagundamise kaudu. Kõik need metaboliseeritakse glükoosiks, kuue süsinikuga molekuliks, mis seejärel siseneb rakkudesse ja lõpuks muutub süsinikdioksiidiks ja veeks, mille tulemusena saadud energiat kasutatakse rakutegevuse võimendamiseks. See toimub aeroobse hingamise protsessi kaudu (sageli nimetatakse seda rakuhingamiseks, ehkki terminid pole täpselt sünonüümid). Kogu glükoos, mis siseneb nii prokarüootide (bakterid) kui ka mittetaimede (loomad) rakkudesse ja seened) läbib kõigepealt glükolüüsi, mis tekitab paari kolme süsinikuga molekuli, mida nimetatakse püruvaat. Enamik sellest siseneb Krebsi tsüklisse kahe süsiniku molekuli atsetüül CoA kujul, samas kui CO₂ on vabastatud. Suure energiaga elektronkandjad NADH ja FADH₂ mis tekivad Krebsi tsükli ajal, loobuvad seejärel elektronidest hapniku juuresolekul elektronitranspordis ahelreaktsioonid, mille tulemusel moodustub suur hulk ATP-d, mis on elusrakkude "energiavaluuta" asju.

CO₂ on soojust püüdev gaas. Paljudes aspektides on see hea, kuna see takistab Maal kaotamast nii palju soojust, et sellised loomad nagu inimesed ei suudaks ellu jääda. Kuid fossiilkütuste põletamine alates tööstusrevolutsiooni algusest 19. sajandil on lisanud märkimisväärse koguse CO₂ gaasi atmosfääri, mis põhjustab globaalset soojenemist ja selle järk-järgult halvenevat mõju.

Paljude tuhandete aastate jooksul on CO atmosfääri kontsentratsioon₂ atmosfääris püsis vahemikus 200 kuni 300 miljondikosa (ppm). 2017. aastaks oli see tõusnud ligi 400 ppm-ni, kontsentratsioon kasvab endiselt. See täiendav CO₂ püüab kuumust kinni ja põhjustab kliima muutusi. See ei avaldu mitte ainult keskmise temperatuuri tõusus kogu maailmas, vaid ka merepinna tõusus, liustiku sulamises jne happeline merevesi, väiksemad polaarsed jääkatted ja katastroofiliste sündmuste arvu tõus (näiteks orkaanid). Need probleemid on kõik omavahel seotud ja üksteisest sõltuvad.

Fossiilkütuste näideteks on kivisüsi, nafta (nafta) ja maagaas. Need tekivad miljonite aastate jooksul, kui surnud taime- ja loomne materjal jääb kinni ja mattub kivimikihtide alla. Soodsates soojus- ja rõhutingimustes muundatakse see orgaaniline aine kütuseks. Kõik fossiilkütused sisaldavad süsinikku ja neid põletatakse energia saamiseks ning eraldub süsinikdioksiid.

Süsinikdioksiidil on mitmesuguseid kasutusviise, mis on käepärane, sest kraami on sõna otseses mõttes kõikjal. Nagu varem märgitud, kasutatakse seda külmutusagensina, ehkki see kehtib pigem tahke ja vedeliku kohta. Seda kasutatakse ka aerosoolpropellendina, rodentitsiidina (s.t. rotimürk), väga madalatel temperatuuridel toimuvate füüsikakatsete komponendina ja kasvuhoonete õhus oleva rikastajana. Seda kasutatakse ka naftakaevude purustamisel, teatud tüüpi kaevandustes, moderaatorina teatud tuumareaktorites ja spetsiaalsetes laserites.

Huvitav fakt: Põhiliste ainevahetusprotsesside kaudu toodate umbes 500 grammi CO₂ järgmise 24 tunni jooksul - veelgi rohkem, kui olete aktiivne. See on rohkem kui üks nael nähtamatut gaasi, mis lihtsalt voolab välja nii ninast ja suust kui ka pooridest. Tegelikult langetavad inimesed aja jooksul kaalu, arvestamata veekadu (ajutisi).