Cos'è il gas CO2?

L'anidride carbonica è tra i molti termini scientifici che porta una vasta gamma di significati e una gamma altrettanto ampia di connotazioni. Se hai familiarità con la respirazione cellulare, potresti sapere che il gas di anidride carbonica - abbreviato CO₂ – è un prodotto di scarto di questa serie di reazioni negli animali, in cui il gas ossigeno, o O₂, è un reagente; potresti anche sapere che negli impianti questo processo è di fatto invertito, con CO₂ servendo come combustibile nella fotosintesi e O₂ come prodotto di scarto.

Forse più famoso, grazie alla politica e alle scienze della Terra del secolo in corso, CO₂ è noto per essere un gas serra, responsabile di aiutare a intrappolare il calore nell'atmosfera terrestre. CO₂ è un sottoprodotto della combustione di combustibili fossili, e il conseguente riscaldamento del pianeta ha portato i cittadini della Terra alla ricerca di fonti energetiche alternative.

A parte questi problemi, CO₂ il gas, una molecola elegantemente semplice, ha una serie di altre funzioni biochimiche e industriali di cui gli appassionati di scienza dovrebbero essere consapevoli.

L'anidride carbonica è un gas incolore e inodore a temperatura ambiente. Ogni volta che espiri, le molecole di anidride carbonica lasciano il tuo corpo e diventano parte dell'atmosfera. CO₂ molecole contiene un singolo atomo di carbonio affiancato da due atomi di ossigeno, in modo tale che la molecola sia di forma lineare:

O=C=O

Ogni atomo di carbonio forma quattro legami con i suoi vicini in molecole stabili, mentre ogni atomo di ossigeno forma due legami. Quindi con ogni legame carbonio-ossigeno in CO₂ costituito da un doppio legame – cioè due coppie di elettroni condivisi – CO₂ è altamente stabile.

Come rivela una tavola periodica degli elementi (vedi Risorse), il peso molecolare del carbonio è di 12 unità di massa atomica (amu), mentre quello dell'ossigeno è di 16 amu. Il peso molecolare dell'anidride carbonica è quindi 12 + 2(16) = 44. Un altro modo per esprimere questo è dire che una mole di CO₂ ha una massa di 44, con una mole equivalente a 6,02 × 10²³ singole molecole. (Questa cifra, nota come numero di Avogadro, deriva dal fatto che la massa molecolare del carbonio è fissata a esattamente 12 grammi, che contiene il doppio del numero di protoni di carbonio, e questa massa di carbonio contiene 6,02 ×02 10²³ atomi di carbonio. Il peso molecolare di ogni altro elemento è stato strutturato attorno a questo standard.)

L'anidride carbonica può esistere anche come liquido, stato in cui viene utilizzato come refrigerante, negli estintori e nella produzione di bevande gassate come la soda; e come solido, in quale stato viene utilizzato come refrigerante e può causare congelamento se viene a contatto con la pelle.

L'anidride carbonica è spesso fraintesa come tossica perché è spesso associata all'asfissia e persino alla perdita della vita. Mentre livelli sufficienti di CO₂ può infatti essere direttamente tossico e provocare asfissia, ciò che di solito accade è che la CO₂ invece si accumula come risultato o conseguenza dell'asfissia. Se qualcuno smette di respirare per qualsiasi motivo, CO₂ non viene più espulso attraverso i polmoni e quindi si accumula nel flusso sanguigno poiché non ha nessun altro posto dove andare. CO₂ è quindi un marker di asfissia. Più o meno allo stesso modo, l'acqua non è "tossica" solo perché può portare all'annegamento.

Solo una piccola frazione dell'atmosfera è costituita da CO₂ – circa l'1 per cento. Sebbene sia un sottoprodotto del metabolismo animale, è assolutamente necessario per la sopravvivenza delle piante ed è una parte strumentale del mondo ciclo del carbonio. Le piante assorbono CO₂, convertirlo in una serie di reazioni carbonio e ossigeno, per poi rilasciare l'ossigeno nell'atmosfera mantenendo il carbonio sotto forma di glucosio per vivere e crescere. Quando le piante muoiono o vengono bruciate, il loro carbonio si ricombina con O₂ nell'aria, formando CO₂ e completando il ciclo del carbonio.

Gli animali generano anidride carbonica attraverso la scomposizione dei carboidrati, delle proteine ​​e dei grassi ingeriti negli alimenti. Tutti questi vengono metabolizzati in glucosio, una molecola a sei atomi di carbonio che poi entra nelle cellule e alla fine diventa anidride carbonica e acqua, con l'energia risultante utilizzata per alimentare le attività cellulari. Ciò avviene attraverso il processo della respirazione aerobica (spesso chiamata respirazione cellulare, sebbene i termini non siano esattamente sinonimi). Tutto il glucosio che entra nelle cellule sia dei procarioti (batteri) che degli eucarioti non vegetali (animali e funghi) subisce prima la glicolisi, che genera una coppia di molecole a tre atomi di carbonio chiamate piruvato. La maggior parte di questo entra nel ciclo di Krebs sotto forma della molecola a due atomi di carbonio acetil CoA, mentre la CO₂ è liberato. I trasportatori di elettroni ad alta energia NADH e FADH₂ che si formano durante il ciclo di Krebs poi cedono elettroni in presenza di ossigeno nel trasporto di elettroni reazioni a catena, con conseguente formazione di una grande quantità di ATP, la "moneta energetica" delle cellule viventi cose.

CO₂ è un gas che intrappola il calore. Per molti aspetti, questa è una buona cosa, poiché impedisce alla Terra di perdere così tanto calore che animali come le persone non sarebbero in grado di sopravvivere. Ma la combustione di combustibili fossili dall'inizio della rivoluzione industriale nel 19° secolo ha aggiunto una quantità significativa di CO₂ gas nell'atmosfera, provocando il riscaldamento globale e i suoi effetti in progressivo peggioramento.

Per molte migliaia di anni, la concentrazione atmosferica di CO₂ nell'atmosfera è rimasta tra le 200 e le 300 parti per milione (ppm). Nel 2017 era salito a quasi 400 ppm, una concentrazione che è ancora in aumento. Questa CO. in più₂ sta intrappolando il calore e causando il cambiamento climatico. Ciò si manifesta non solo nell'aumento delle temperature medie in tutto il mondo, ma nell'innalzamento del livello del mare, scioglimenti glaciali, altro acqua di mare acida, calotte polari più piccole e aumento del numero di eventi catastrofici (ad esempio, uragani). Questi problemi sono tutti interconnessi e interdipendenti.

Esempi di combustibili fossili includono carbone, petrolio (petrolio) e gas naturale. Questi vengono creati in un periodo di milioni di anni quando il materiale vegetale e animale morto viene intrappolato e sepolto sotto strati di roccia. In condizioni favorevoli di calore e pressione, questa materia organica si trasforma in combustibile. Tutti i combustibili fossili contengono carbonio e questi vengono bruciati per produrre energia e viene rilasciato anidride carbonica.

L'anidride carbonica ha una varietà di usi, il che è utile perché è letteralmente ovunque. Come notato in precedenza, viene utilizzato come refrigerante, sebbene ciò sia più vero per le forme solide e liquide. È anche usato come propellente per aerosol, rodenticida (cioè veleno per topi), componente di esperimenti di fisica a temperature molto basse e agente arricchente nell'aria all'interno delle serre. Viene anche impiegato nella fratturazione di pozzi petroliferi, in alcuni tipi di estrazione mineraria, come moderatore in alcuni reattori nucleari e in speciali laser.

Curiosità: attraverso processi metabolici di base, produrrete circa 500 grammi di CO₂ nelle prossime 24 ore, ancora di più se sei attivo. Questo è più di un chilo di gas invisibile, che esce dal naso e dalla bocca e dai pori. Questo, infatti, è il modo in cui le persone perdono peso nel tempo, escluse le perdite (temporanee) di acqua.