Što je CO2 plin?

Ugljični dioksid jedan je od mnogih znanstvenih izraza koji ima široko područje značenja i slično široku lepezu konotacija. Ako ste upoznati sa staničnim disanjem, možda znate da je plin ugljični dioksid - skraćeno CO₂ - je otpadni proizvod iz ovog niza reakcija na životinjama, u kojem plin plin ili kisik₂, je reaktant; možda također znate da je kod biljaka ovaj proces u stvari obrnut, s CO₂ služeći kao gorivo u fotosintezi i O₂ kao otpadni proizvod.

Možda još poznatiji, zahvaljujući politici i znanosti o Zemlji u tekućem stoljeću, CO₂ je poznat po tome što je staklenički plin, odgovoran za pomoć u zadržavanju topline u Zemljinoj atmosferi. CO₂ je nusproizvod izgaranja fosilnih goriva, a posljedično zagrijavanje planeta odvelo je građane Zemlje u potragu za alternativnim izvorima energije.

Osim ovih pitanja, CO₂ plin, elegantno jednostavna molekula, ima niz drugih biokemijskih i industrijskih funkcija kojih bi ljubitelji znanosti trebali biti svjesni.

Ugljični dioksid je plin bez boje i mirisa na sobnoj temperaturi. Svaki put kad izdahnete, molekule ugljičnog dioksida napuštaju vaše tijelo i postaju dijelom atmosfere. CO

O = C = O

Svaki atom ugljika tvori četiri veze sa susjedima u stabilnim molekulama, dok svaki atom kisika tvori dvije veze. Tako sa svakom vezom ugljik-kisik u CO₂ koji se sastoji od dvostruke veze - odnosno dva para zajedničkih elektrona - CO₂ je vrlo stabilan.

Kao što pogled na periodni sustav elemenata otkriva (vidi Resurse), molekularna težina ugljika je 12 atomskih jedinica mase (amu), dok kisika iznosi 16 amu. Molekulska masa ugljičnog dioksida je tako 12 + 2 (16) = 44. Drugi način da se to izrazi jest reći da jedan mol CO₂ ima masu 44, s tim da je jedan mol jednak 6,02 × 10²³ pojedine molekule. (Ova brojka, poznata kao Avogadrov broj, izvedena je iz činjenice da je molekularna masa ugljika postavljena na točno 12 grama, što je dvostruko više protona od ugljika, a ova masa ugljika sadrži 6,02 × 10²³ atomi ugljika. Molekularna težina svakog drugog elementa strukturirana je oko ovog standarda.)

Ugljični dioksid može postojati i kao tekućina, stanje u kojem se koristi kao rashladno sredstvo, u aparatima za gašenje požara i u proizvodnji gaziranih pića poput sode; i kao krutina, u kojem se stanju koristi kao rashladno sredstvo i može doći do smrzotina ako dođe u kontakt s kožom.

Ugljikov dioksid se često pogrešno shvaća kao otrovan, jer je često povezan s gušenjem, pa čak i gubitkom života. Iako su dovoljne razine CO₂ zapravo može biti izravno toksičan i izazvati gušenje, ono što se obično događa je da CO₂ umjesto toga gradi se kao rezultat ili posljedica gušenja. Ako netko iz bilo kojeg razloga prestane disati, CO₂ više se ne izbacuje kroz pluća, pa se stoga nakuplja u krvotoku jer nema kamo drugdje. CO₂ je dakle marker gušenja. Otprilike na isti način, voda nije "otrovna" samo zato što može dovesti do utapanja.

Samo mali dio atmosfere sastoji se od CO₂ - oko 1 posto. Iako je nusproizvod životinjskog metabolizma, neophodno je da bi biljke preživjele i instrument je u svijetu ciklus ugljika. Biljke uzimaju CO₂, pretvoriti ga u nizu reakcija ugljik i kisik, a zatim pustiti kisik u atmosferu zadržavajući ugljik u obliku glukoze da živi i raste. Kad biljke uginu ili su izgorjele, njihov se ugljik rekombinira s O₂ u zraku, stvarajući CO₂ i dovršavanje ciklusa ugljika.

Životinje stvaraju ugljični dioksid razgradnjom unesenih ugljikohidrata, bjelančevina i masti u hrani. Sve se to metabolizira u glukozu, molekulu od šest ugljika koja zatim ulazi u stanice i na kraju postaje ugljični dioksid i voda, a rezultirajuća energija koristi se za pokretanje staničnih aktivnosti. To se događa kroz proces aerobnog disanja (često se naziva staničnim disanjem, iako izrazi nisu baš istoznačni). Sva glukoza koja ulazi u stanice i prokariota (bakterija) i ne-biljnih eukariota (životinja i gljive) prvo prolaze glikolizu koja generira par molekula s tri ugljika tzv piruvat. Većina toga ulazi u Krebsov ciklus u obliku molekule s dva ugljika acetil CoA, dok CO₂ je oslobođen. Visokoenergetski nosači elektrona NADH i FADH₂ koji nastaju tijekom Krebsovog ciklusa, a zatim se odriču elektrona u prisutnosti kisika u transportu elektrona lančane reakcije, što rezultira stvaranjem velike količine ATP-a, "energetske valute" stanica koje žive stvari.

CO₂ je plin koji zahvata toplinu. U mnogim je aspektima to dobra stvar, jer sprječava Zemlju da izgubi toliko topline da životinje poput ljudi ne bi mogle preživjeti. No izgaranje fosilnih goriva od početka industrijske revolucije u 19. stoljeću dodalo je značajnu količinu CO₂ plin u atmosferu, što dovodi do globalnog zatopljenja i njegovih postupnih pogoršanja učinaka.

Mnogo tisuća godina atmosferska koncentracija CO₂ u atmosferi je ostao između 200 i 300 dijelova na milijun (ppm). Do 2017. porastao je na gotovo 400 ppm, koncentracija koja se i dalje povećava. Ovaj dodatni CO₂ zarobljava toplinu i uzrokuje promjene klime. To se očituje ne samo u porastu prosječnih temperatura širom svijeta, već u porastu razine mora, otapanju ledenjaka i još više kisela morska voda, manje polarne ledene kape i porast broja katastrofalnih događaja (na primjer, uragani). Svi su ovi problemi međusobno povezani i međusobno ovisni.

Primjeri fosilnih goriva uključuju ugljen, naftu (naftu) i prirodni plin. Oni se stvaraju u razdoblju od milijuna godina jer se mrtvi biljni i životinjski materijal zarobljava i zatrpava pod slojevima stijene. Pod povoljnim uvjetima topline i tlaka ta se organska tvar pretvara u gorivo. Sva fosilna goriva sadrže ugljik koji se sagorijeva dajući energiju i oslobađa se ugljični dioksid.

Plin ugljični dioksid ima razne namjene, što je vrlo korisno jer je stvari doslovno svugdje. Kao što je prethodno spomenuto, koristi se kao rashladno sredstvo, iako se to više odnosi na krute i tekuće oblike. Također se koristi kao aerosolno gorivo, rodenticid (tj. Otrov za štakore), komponenta fizikalnih eksperimenata vrlo niskih temperatura i sredstvo za obogaćivanje zraka u staklenicima. Također se koristi za lomljenje naftnih bušotina, u nekim vrstama rudarstva, kao moderator u određenim nuklearnim reaktorima i u posebnim laserima.

Zanimljiva činjenica: Kroz osnovne metaboličke procese proizvest ćete oko 500 grama CO₂ u sljedeća 24 sata - čak i više ako ste aktivni. To je više od jednog kilograma nevidljivog plina, koji samo izbija iz nosa i usta, kao i iz pora. To je zapravo način na koji ljudi s vremenom gube na težini, ne uključujući gubitke vode (privremene).