מהו גז CO2?

פחמן דו חמצני הוא בין המונחים המדעיים הרבים הנושאים מגוון רחב של משמעויות ומגוון רחב דומה של קונוטציות. אם אתה מכיר את הנשימה התאית, ייתכן שתדע שגז פחמן דו חמצני - בקיצור CO₂ - הוא תוצר פסולת מסדרת תגובות זו בבעלי חיים, בהם גז חמצן, או O₂, הוא מגיב; יתכן שתדעו כי בצמחים תהליך זה למעשה הפוך עם CO₂ משמש דלק בפוטוסינתזה ו- O₂ כמוצר פסולת.

אולי מפורסם יותר, בזכות הפוליטיקה ומדעי כדור הארץ של המאה הנוכחית, CO₂ ידוע לשמצה בהיותו גז חממה, האחראי על סיוע בלכידת החום באטמוספירת כדור הארץ. שיתוף₂ הוא תוצר לוואי של שריפת דלקים מאובנים, וההתחממות כדור הארץ כתוצאה מכך הובילה את אזרחי כדור הארץ למסע אחר מקורות אנרגיה חלופיים.

מלבד נושאים אלה, CO₂ לגז, מולקולה פשוטה באלגנטיות, יש מספר פונקציות ביוכימיות ותעשייתיות אחרות שאוהדי המדע צריכים להיות מודעים להם.

פחמן דו חמצני הוא גז חסר צבע וריח בטמפרטורת החדר. בכל פעם שאתה נושף, מולקולות פחמן דו חמצני עוזבות את גופך והופכות לחלק מהאטמוספירה. שיתוף₂ מולקולות מכילות אטום פחמן יחיד המורכב משני אטומי חמצן, כך שהמולקולה היא בצורת ליניארית:

O = C = O

כל אטום פחמן יוצר ארבעה קשרים עם שכניו במולקולות יציבות, בעוד שכל אטום חמצן יוצר שני קשרים. כך עם כל קשר פחמן-חמצן ב- CO₂ המורכב מקשר כפול - כלומר שני זוגות אלקטרונים משותפים - CO₂ יציב מאוד.

במבט על טבלה מחזורית של יסודות עולה (ראה משאבים), המשקל המולקולרי של פחמן הוא 12 יחידות מסה אטומיות (אמו) ואילו החמצן הוא 16 אמו. המשקל המולקולרי של פחמן דו חמצני הוא לפיכך 12 + 2 (16) = 44. דרך נוספת לבטא זאת היא לומר ששומה אחת של CO₂ בעל מסה של 44, כאשר שומה אחת שווה ערך ל 6.02 × 10²³ מולקולות בודדות. (נתון זה, המכונה מספרו של אבוגדרו, נגזר מהעובדה שהמסה המולקולרית של פחמן נקבעת על בדיוק 12 גרם, שמכיל אותנו פי שניים מכמות הפחמן הפרוטונים, ומסת הפחמן הזו מכילה 6.02 × 10²³ אטומי פחמן. המשקל המולקולרי של כל יסוד אחר היה בנוי סביב תקן זה.)

פחמן דו חמצני יכול להתקיים גם כנוזל, במצב בו הוא משמש כקירור, במטפים ובייצור משקאות מוגזים כגון סודה; וכמוצק, במצב בו הוא משמש כקירור ועלול לגרום לכוויות קור אם הוא בא במגע עם העור.

פחמן דו חמצני לעיתים קרובות לא מובן כעל רעילות מכיוון שהוא קשור לעיתים קרובות לחנק ואף לאובדן חיים. בעוד שרמות מספיק של CO₂ למעשה יכול להיות רעיל ישירות ולגרום לחנק, מה שקורה בדרך כלל הוא ש CO₂ במקום זאת מצטבר כתוצאה או כתוצאה מחנק. אם מישהו מפסיק לנשום מכל סיבה שהיא, CO₂ כבר לא מגורש דרך הריאות, ולכן מצטבר בזרם הדם מכיוון שאין לו לאן אחר ללכת. שיתוף₂ מהווה לכן סמן לחנק. באותו אופן בערך, מים אינם "רעילים" רק משום שהם עלולים להוביל לטביעה.

רק חלק זעיר מהאטמוספרה מורכב מ- CO₂ - בערך אחוז אחד. זהו אמנם תוצר לוואי של חילוף החומרים בבעלי חיים, אך הוא הכרחי ביותר לצמחים לשרוד והוא חלק אינסטרומנטלי מכל העולם. מחזור הפחמן. צמחים לוקחים CO₂, להמיר אותו בסדרת תגובות פחמן וחמצן, ואז לשחרר את החמצן לאטמוספרה תוך שמירה על הפחמן בצורה של גלוקוז לחיות ולצמוח. כאשר צמחים מתים או נשרפים, הפחמן שלהם משלב מחדש עם O₂ באוויר, ויוצר CO₂ והשלמת מחזור הפחמן.

בעלי חיים מייצרים פחמן דו חמצני באמצעות פירוק של פחמימות, חלבונים ושומנים שנבלעו במזון. כל אלה עוברים חילוף חומרים לגלוקוז, מולקולה בת שש פחמן הנכנסת לתאים והופכת בסופו של דבר לפחמן דו חמצני ולמים, כאשר האנרגיה המתקבלת משמשת להפעלת פעילויות הסלולר. זה קורה בתהליך של נשימה אירובית (המכונה לעתים קרובות נשימה תאית, אם כי המונחים אינם שם נרדף במדויק). כל הגלוקוז שנכנס לתאים של פרוקריוטים (חיידקים) ואוקריוטים שאינם צמחיים (בעלי חיים) ופטריות) עוברת תחילה גליקוליזה, המייצרת זוג מולקולות בעלות שלוש פחמן הנקראות פירובט. רוב זה נכנס למחזור קרבס בצורה של מולקולת שתי פחמן אצטיל CoA, ואילו CO₂ משוחרר. נושאי האלקטרונים בעלי האנרגיה הגבוהה NADH ו- FADH₂ שנוצרים במהלך מחזור קרבס ואז מוותרים על אלקטרונים בנוכחות חמצן בהובלת האלקטרונים תגובות שרשרת, וכתוצאה מכך נוצרת כמות גדולה של ATP, "מטבע האנרגיה" של תאי החיים דברים.

שיתוף₂ הוא גז לוכד חום. במובנים רבים זה דבר טוב, מכיוון שהוא מונע מכדור הארץ לאבד כל כך הרבה חום עד כי בעלי חיים כמו אנשים לא יוכלו לשרוד. אך הבעירה של דלקים מאובנים מאז פרוץ המהפכה התעשייתית במאה ה -19 הוסיפה כמות משמעותית של CO₂ גז לאטמוספרה, מה שמוביל להתחממות כדור הארץ ולהשפעותיו ההולכות ומחמירות.

במשך אלפי שנים רבות, הריכוז האטמוספרי של CO₂ באטמוספירה נשאר בין 200 ל -300 חלקים למיליון (עמודים לדקה). עד שנת 2017 הוא עלה לכמעט 400 עמודים לדקה, ריכוז שעדיין עולה. CO זה הנוסף₂ לוכד חום וגורם לשינוי האקלים. זה בא לידי ביטוי לא רק בעליית הטמפרטורות הממוצעות ברחבי העולם, אלא בעליית מפלס הים, נמס קרחוני, ועוד מי ים חומציים, כיפות קרח קטביות קטנות יותר ותוספת במספר האירועים הקטסטרופלים (למשל, הוריקנים). כל הבעיות הללו קשורות זו בזו ותלויים זה בזה.

דוגמאות לדלקים מאובנים כוללות פחם, נפט (נפט) וגז טבעי. אלה נוצרים על פני תקופה של מיליוני שנים כאשר חומר צמחי ובעלי חיים מת נלכד ונקבר תחת שכבות סלע. בתנאי חום ולחץ נוחים, חומר אורגני זה הופך לדלק. כל הדלקים המאובנים מכילים פחמן, ואלה נשרפים כדי להניב אנרגיה, ופחמן דו חמצני משתחרר.

לגז פחמן דו חמצני יש מגוון שימושים, וזה שימושי מכיוון שהחומר נמצא ממש בכל מקום. כפי שצוין קודם לכן, הוא משמש כקירור, אם כי זה נכון יותר לגבי הצורות המוצקות והנוזליות. הוא משמש גם כמונע אירוסול, כרכיב מכרסמים (כלומר, רעל עכברים), מרכיב בניסויים בפיזיקה בטמפרטורה נמוכה מאוד וכחומר מעשיר באוויר בתוך חממות. הוא משמש לשימוש גם בשבירת בארות נפט, בכמה סוגים של כרייה, כמנחה בכורים גרעיניים מסוימים ובלייזרים מיוחדים.

עובדה מעניינת: בתהליכים מטבוליים בסיסיים תפיק כ -500 גרם CO₂ ב 24 השעות הקרובות - אפילו יותר אם אתה פעיל. זה יותר מקילוגרם אחד של גז בלתי נראה, רק נודף מתוך האף והפה שלך וגם מהנקבוביות שלך. למעשה, כך אנשים מאבדים משקל לאורך זמן, לא כולל הפסדי מים (זמניים).