Mi a CO2 gáz?

A szén-dioxid a sok tudományos kifejezés közé tartozik, amelyek sokféle jelentéstartalmat és hasonlóan széles konnotációkat tartalmaznak. Ha ismeri a sejtlégzést, akkor tudja, hogy szén-dioxid gáz - rövidítve CO₂ - az állatok ezen reakciósorának olyan hulladékterméke, amelyben oxigéngáz vagy O₂reagens; azt is tudhatja, hogy a növényekben ez a folyamat tulajdonképpen megfordult, CO-val₂ üzemanyagként szolgál a fotoszintézisben és az O-ban₂ mint salakanyag.

Talán még híresebben, köszönhetően a jelenlegi század politikájának és földtudományának, a CO₂ hírhedt arról, hogy üvegházhatású gáz, felelős azért, hogy elősegítse a Föld légkörében a hő befogását. CO₂ a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének mellékterméke, és a bolygó ebből következő felmelegedése a Föld polgárait alternatív energiaforrások keresésére késztette.

Ezen kérdéseken kívül a CO₂ A gáz, egy elegánsan egyszerű molekula, számos más biokémiai és ipari funkcióval rendelkezik, amelyekkel a tudomány rajongóinak tisztában kell lenniük.

A szén-dioxid színtelen, szagtalan gáz szobahőmérsékleten. Minden kilégzéskor a szén-dioxid-molekulák elhagyják a testedet, és a légkör részévé válnak. CO₂ a molekulák egyetlen szénatomot tartalmaznak, amelyet két oxigénatom határol, oly módon, hogy a molekula lineáris alakú:

O = C = O

Minden szénatom négy kötést alkot szomszédaival stabil molekulákban, míg minden oxigénatom két kötést alkot. Így minden szén-oxigén kötésnél a CO-ban₂ kettős kötésből áll - vagyis két pár megosztott elektronból - CO₂ nagyon stabil.

Ahogyan az elemek periódusos rendszerére pillantunk (lásd a forrásokat), a szén molekulatömege 12 atomtömegegység (amu), míg az oxigéné 16 amu. A szén-dioxid molekulatömege tehát 12 + 2 (16) = 44. Ennek másik kifejezési módja, ha azt mondjuk, hogy egy mol CO₂ tömege 44, az egyik mol 6,02 × 10-nek felel meg²³ egyes molekulák. (Ez az Avogadro-számként ismert szám abból a tényből származik, hogy a szén molekulatömege a pontosan 12 gramm, amit kétszer annyi protonszám tartalmaz, mint a szén, és ez a széntömeg 6,02 × 10²³ szénatomok. Minden más elem molekulatömege ennek a standardnak a köré épült.)

A szén-dioxid folyadékként is létezhet, hűtőközegként, tűzoltó készülékekben és szénsavas italok, például szóda előállításakor; szilárd anyagként, ebben az állapotban hűtőközegként használják, és bőrrel érintkezve fagyást okozhat.

A szén-dioxidot gyakran félreértik, hogy mérgező, mert gyakran fulladással és akár életvesztéssel is jár. Míg a CO elégséges szintje₂ valójában közvetlenül mérgező lehet és fulladást okozhat, általában az történik, hogy a CO₂ ehelyett a fulladás következtében vagy következményeként épül fel. Ha valaki bármilyen okból abbahagyja a légzést, CO₂ már nem távozik a tüdőn keresztül, és ezért a véráramban épül fel, mivel nincs hová mennie. CO₂ ezért a fulladás jelzője. Nagyjából ugyanúgy a víz nem "mérgező" pusztán azért, mert fulladáshoz vezethet.

A légkörnek csak egy apró része áll a CO-ban₂ - körülbelül 1 százalék. Bár ez az állati anyagcsere mellékterméke, feltétlenül szükséges a növények életben maradásához, és világszerte fontos eszköz szén-körforgás. A növények CO-t vesznek fel₂, reakcióvá alakítja a szén és az oxigén reakcióit, majd engedje az oxigént a légkörbe, miközben a szén glükóz formájában megmarad az éléshez és növekedéshez. Amikor a növények elpusztulnak vagy megégnek, szénük rekombinálódik O-val₂ a levegőben, CO-t képezve₂ és befejezi a szén-körforgást.

Az állatok szén-dioxidot termelnek az elfogyasztott szénhidrátok, fehérjék és zsírok lebontásával. Mindezek glükózzá metabolizálódnak, egy hat szénatomos molekulává, amely ezután bejut a sejtekbe, és végül széndioxiddá és vízzé válik, az így kapott energiával a sejttevékenységet hajtják végre. Ez az aerob légzés folyamatán keresztül történik (gyakran sejtlégzésnek hívják, bár a kifejezések nem pontosan szinonimái). Minden glükóz, amely a prokarióták (baktériumok) és a nem növényi eukarióták (állatok sejtjeibe) bejut és gombák) először glikolízison megy keresztül, amely egy három szénatomos molekulapárt hoz létre, az úgynevezett piruvát. Ennek nagy része a Krebs-ciklusba az acetil CoA kétszénű molekula formájában kerül, míg a CO₂ felszabadult. A nagy energiájú elektronhordozók, a NADH és a FADH₂ amelyek a Krebs-ciklus során keletkeznek, az elektrontranszportban oxigén jelenlétében feladják az elektronokat láncreakciók, amelyek eredményeként nagyon sok ATP képződik, ami az élő sejtek "energia pénzneme" dolgokat.

CO₂ hőmegkötő gáz. Sok szempontból ez jó dolog, mivel megakadályozza, hogy a Föld annyi hőt veszítsen, hogy az állatok, például az emberek képtelenek lennének túlélni. De a fosszilis üzemanyagok elégetése az ipari forradalom 19. századi kezdete óta jelentős mennyiségű CO₂ gáz a légkörbe, ami globális felmelegedéshez és fokozatosan romló hatásaihoz vezet.

Sok ezer éven át a CO légköri koncentrációja₂ a légkörben 200-300 ppm (ppm) között maradt. 2017-re közel 400 ppm-re emelkedett, amely koncentráció még mindig növekszik. Ez az extra CO₂ csapdába ejti a hőt, és az éghajlatot megváltoztatja. Ez nemcsak világszerte növekvő átlaghőmérsékletben nyilvánul meg, hanem a tengerszint emelkedésében, a jeges olvadásokban stb savas tengervíz, kisebb sarki jégsapkák és a katasztrofális események számának emelkedése (például hurrikánok). Ezek a problémák mind összefüggenek, mind egymással függenek.

A fosszilis tüzelőanyagok például a szén, a kőolaj (olaj) és a földgáz. Ezek évmilliók alatt jönnek létre, amikor az elhalt növényi és állati anyagok csapdába esnek és elásódnak a kőzetrétegek alatt. Kedvező hő- és nyomásviszonyok mellett ez a szerves anyag üzemanyaggá alakul. Minden fosszilis tüzelőanyag tartalmaz szenet, és ezeket elégetik energiatermelés céljából, és szén-dioxid szabadul fel.

A szén-dioxid-gáznak sokféle felhasználása van, ami hasznos, mert a cucc szó szerint mindenhol megtalálható. Amint azt korábban megjegyeztük, hűtőközegként használják, bár ez inkább a szilárd és folyékony formákra vonatkozik. Használják aeroszolos hajtóanyagként, rágcsálóirtóként (azaz patkányméregként), nagyon alacsony hőmérsékletű fizikai kísérletek komponenseként és dúsító szerként az üvegházak belsejében. Alkalmazzák olajkutak törésénél, egyes bányászatoknál, moderátorként egyes atomreaktorokban és speciális lézerekben.

Érdekes tény: Alapvető anyagcsere-folyamatok révén körülbelül 500 gramm CO-t fog termelni₂ a következő 24 órában - még többet, ha aktív vagy. Ez több mint egy font láthatatlan gáz, amely csak az orrodból és a szádból, valamint a pórusaidból árad ki. Valójában így fogynak az emberek az idő múlásával, nem számítva a víz (átmeneti) veszteségeket.