Mikä on CO2-kaasu?

Hiilidioksidi on yksi monista tieteellisistä termeistä, jolla on laaja merkitysvalikoima ja samanlainen laaja joukko merkityksiä. Jos tiedät soluhengityksen, saatat tietää, että hiilidioksidikaasu - lyhennetty CO₂ - on tämän reaktiosarjan eläimissä syntyvä jätetuote, jossa happikaasu tai O₂on reagenssi; saatat myös tietää, että kasveissa tämä prosessi on tosiasiassa päinvastainen CO: n kanssa₂ toimii polttoaineena fotosynteesissä ja O₂ jätetuotteena.

Ehkä vielä tunnetummin, kiitos nykyisen vuosisadan politiikan ja maatieteen, CO₂ on tunnettu kasvihuonekaasupäästöistään ja on vastuussa lämmön vangitsemisesta maapallon ilmakehään. CO₂ on fossiilisten polttoaineiden polttamisen sivutuote, ja siitä seuraava planeetan lämpeneminen on johtanut maan kansalaiset etsimään vaihtoehtoisia energialähteitä.

Näiden asioiden lisäksi CO₂ Kaasulla, tyylikkäästi yksinkertaisella molekyylillä, on useita muita biokemiallisia ja teollisia toimintoja, joista tiedefanien tulisi olla tietoisia.

Hiilidioksidi on väritön, hajuton kaasu huoneenlämmössä. Aina kun hengität, hiilidioksidimolekyylit poistuvat kehostasi ja tulevat osaksi ilmakehää. CO₂ molekyylit sisältävät yhden hiiliatomin, jota reunustavat kaksi happiatomia siten, että molekyyli on muodoltaan lineaarinen:

O = C = O

Jokainen hiiliatomi muodostaa neljä sidosta naapureidensa kanssa stabiileissa molekyyleissä, kun taas kukin happiatomi muodostaa kaksi sidosta. Siten jokaisen hiili-happisidoksen kanssa CO: ssa₂ joka koostuu kaksoissidoksesta - eli kahdesta parista jaetuista elektroneista - CO₂ on erittäin vakaa.

Kuten vilkaisu jaksolliseen elementtitauluun paljastaa (katso Resurssit), hiilen molekyylipaino on 12 atomimassaa (amu), kun taas hapen molekyylipaino on 16 amu. Hiilidioksidin molekyylipaino on siten 12 + 2 (16) = 44. Toinen tapa ilmaista tämä on sanoa, että yksi mooli CO₂ sen massa on 44, yhden moolin ollessa yhtä suuri kuin 6,02 × 10²³ yksittäisiä molekyylejä. (Tämä luku, joka tunnetaan nimellä Avogadron numero, on johdettu siitä, että hiilen molekyylimassa on asetettu täsmälleen 12 grammaa, joka on kaksinkertainen määrä protoneja hiiltä sisältää, ja tämä hiilimassa sisältää 6,02 × 10²³ hiiliatomia. Kaikkien muiden alkuaineiden molekyylipaino rakennettiin tämän standardin ympärille.)

Hiilidioksidi voi esiintyä myös nesteenä, tilassa, jota käytetään kylmäaineena, sammuttimissa ja hiilihapotettujen juomien kuten soodan valmistuksessa; ja kiinteänä aineena, missä tilassa sitä käytetään kylmäaineena ja se voi aiheuttaa paleltumia joutuessaan kosketuksiin ihon kanssa.

Hiilidioksidi ymmärretään usein väärin myrkylliseksi, koska siihen liittyy usein tukehtuminen ja jopa hengen menetys. Vaikka riittävä määrä CO: ta₂ voi itse asiassa olla suoraan myrkyllistä ja aiheuttaa tukehtumisen, mitä yleensä tapahtuu, on se, että CO₂ sen sijaan muodostuu tukehtumisen seurauksena tai seurauksena. Jos joku lopettaa hengityksen jostain syystä, CO₂ ei enää karkota keuhkojen kautta, ja siksi se kerääntyy verenkiertoon, koska sillä ei ole muuta paikkaa. CO₂ on siis tukehtumisen merkki. Suunnilleen samalla tavalla vesi ei ole "myrkyllistä" pelkästään siksi, että se voi johtaa hukkumiseen.

Vain pieni osa ilmakehästä koostuu CO: sta₂ - noin 1 prosentti. Vaikka se on eläinten aineenvaihdunnan sivutuote, se on ehdottoman välttämätöntä kasvien selviytymiselle ja se on tärkeä osa maailmanlaajuisesti hiilen kierto. Kasvit vievät CO: ta₂, muuntaa se reaktiosarjassa hiiltä ja happea ja vapauta sitten happi ilmakehään pitäen samalla hiilen glukoosina elossa ja kasvamassa. Kun kasvit kuolevat tai poltetaan, niiden hiili rekombinoituu O: n kanssa₂ ilmassa muodostaen CO: ta₂ ja hiilikierron loppuun saattaminen.

Eläimet tuottavat hiilidioksidia hajoamalla nautittavia hiilihydraatteja, proteiineja ja rasvoja ruoassa. Kaikki nämä metaboloituvat glukoosiksi, kuuden hiilen molekyyliksi, joka sitten pääsee soluihin ja lopulta tulee hiilidioksidiksi ja vedeksi, jolloin tuloksena oleva energia käytetään solutoiminnan tehostamiseen. Tämä tapahtuu aerobisen hengityksen kautta (jota kutsutaan usein soluhengitykseksi, vaikka termit eivät olekaan tarkalleen synonyymejä). Kaikki glukoosi, joka pääsee sekä prokaryoottien (bakteerit) että ei-kasvien eukaryoottien (eläimet) soluihin ja sienet) käy ensin läpi glykolyysi, joka tuottaa parin kolmihiilimolekyylejä, joita kutsutaan pyruvaatti. Suurin osa tästä tulee Krebsin sykliin kahden hiilen molekyylin, asetyyli-CoA: n muodossa, kun taas CO₂ on vapautettu. Suurenergiset elektronikantajat NADH ja FADH₂ jotka muodostuvat Krebs-syklin aikana, luovuttavat elektroneja hapen läsnä ollessa elektronikuljetuksessa ketjureaktiot, jolloin muodostuu paljon ATP: tä, elävien solujen "energiavaluutta" asioita.

CO₂ on lämpöä vangitseva kaasu. Monissa suhteissa tämä on hyvä asia, koska se estää maapalloa menettämästä niin paljon lämpöä, että eläimet, kuten ihmiset, eivät pystyisi selviytymään. Mutta fossiilisten polttoaineiden palaminen teollisen vallankumouksen alettua 1800-luvulla on lisännyt huomattavan määrän hiilidioksidia₂ kaasu ilmakehään, mikä johtaa ilmaston lämpenemiseen ja sen vähitellen paheneviin vaikutuksiin.

Monien tuhansien vuosien ajan CO: n ilmakehän pitoisuus₂ ilmakehässä pysyi välillä 200-300 miljoonasosaa (ppm). Vuoteen 2017 mennessä se oli noussut lähes 400 ppm: ään, pitoisuus kasvaa edelleen. Tämä ylimääräinen CO₂ vangitsee lämpöä ja aiheuttaa ilmaston muutoksen. Tämä ilmenee paitsi keskimääräisten lämpötilojen nousussa maailmanlaajuisesti, myös merenpinnan nousuna, jäätikön sulamisena, ja enemmän hapan merivesi, pienemmät napajäätiköt ja katastrofitapahtumien määrän kasvu (esimerkiksi hurrikaanit). Nämä ongelmat ovat kaikki yhteydessä toisiinsa ja riippuvaisia ​​toisistaan.

Esimerkkejä fossiilisista polttoaineista ovat hiili, öljy (öljy) ja maakaasu. Ne syntyvät miljoonien vuosien ajan, kun kuollut kasvi- ja eläinmateriaali jää loukkuun ja haudataan kivikerrosten alle. Suotuisissa lämpö- ja paineolosuhteissa tämä orgaaninen aine muuttuu polttoaineeksi. Kaikki fossiiliset polttoaineet sisältävät hiiltä, ​​ja ne poltetaan energian tuottamiseksi, ja hiilidioksidia vapautuu.

Hiilidioksidikaasulla on monenlaisia ​​käyttötarkoituksia, mikä on kätevää, koska tavaraa on kirjaimellisesti kaikkialla. Kuten aiemmin todettiin, sitä käytetään kylmäaineena, vaikka tämä pätee enemmän kiinteisiin ja nestemäisiin muotoihin. Sitä käytetään myös aerosoliponneaineena, jyrsijämyrkkynä (ts. Rotamyrkkynä), erittäin matalan lämpötilan fysiikan kokeiden komponenttina ja rikastusaineena ilmassa kasvihuoneiden sisällä. Sitä käytetään myös öljykaivojen murtamiseen, tietyissä kaivostoiminnoissa, moderaattorina tietyissä ydinreaktoreissa ja erityislasereissa.

Mielenkiintoinen tosiasia: Perusmetabolisten prosessien avulla tuotat noin 500 grammaa CO: ta₂ seuraavan 24 tunnin aikana - vielä enemmän, jos olet aktiivinen. Se on enemmän kuin yksi punta näkymätöntä kaasua, joka vain vuotaa nenästäsi ja suustasi sekä huokosista. Näin ihmiset menettävät painonsa ajan myötä, lukuun ottamatta veden (väliaikaisia) menetyksiä.