რა არის CO2 გაზი?

ნახშირორჟანგი მრავალ სამეცნიერო ტერმინს შორისაა, რომელიც ატარებს ფართო მნიშვნელობას და ანალოგიურად ფართო მნიშვნელობას. თუ თქვენ იცნობთ უჯრედულ სუნთქვას, შეიძლება იცოდეთ, რომ ნახშირორჟანგი - შემოკლებით CO₂ - არის ცხოველების ამ სერიის რეაქციების ნარჩენი პროდუქტი, რომელშიც ჟანგბადის გაზი, ან O₂, არის რეაქტივი; შეიძლება იცოდეთ, რომ მცენარეებში ეს პროცესი შეცვლილია, CO– ით₂ საწვავის როლს ასრულებს ფოტოსინთეზში და O₂ როგორც ნარჩენების პროდუქტი.

ალბათ უფრო ცნობილი, მიმდინარე საუკუნის პოლიტიკისა და დედამიწის მეცნიერების წყალობით, CO₂ ცნობილია სათბურის გაზით, რომელიც პასუხისმგებელია დედამიწის ატმოსფეროში სითბოს დაჭერაში. კომპანია₂ არის ნამარხი საწვავის დაწვის სუბპროდუქტი და, შესაბამისად, პლანეტის დათბობამ დედამიწის მოქალაქეები ენერგიის ალტერნატიული წყაროების ძიებაში გამოიწვია.

ამ საკითხების გარდა, CO₂ გაზს, ელეგანტურად მარტივ მოლეკულას, აქვს მთელი რიგი სხვა ბიოქიმიური და სამრეწველო ფუნქციები, რომელთა შესახებ უნდა იცოდნენ მეცნიერების გულშემატკივრებმა.

ნახშირორჟანგი არის უფერო, უსუნო გაზი ოთახის ტემპერატურაზე. ყოველთვის, როდესაც ამოისუნთქავთ, ნახშირორჟანგის მოლეკულები ტოვებენ თქვენს სხეულს და ხდებიან ატმოსფეროს ნაწილი. კომპანია

O = C = O

ნახშირბადის თითოეული ატომი მეზობლებთან ქმნის ოთხ ბმას სტაბილურ მოლეკულებში, ხოლო ჟანგბადის თითოეული ატომი ქმნის ორ ბმას. ამრიგად ნახშირბად – ჟანგბადის ყოველი ბმულით CO₂ შედგება ორმაგი ბმისაგან - ეს არის ორი წყვილი საზიარო ელექტრონი - CO₂ ძალიან სტაბილურია.

როგორც ელემენტთა პერიოდულ ცხრილში შეხედვა ცხადყოფს (იხ. რესურსები), ნახშირბადის მოლეკულური წონაა 12 ატომური მასის ერთეული (amu), ხოლო ჟანგბადის 16 amu. ნახშირორჟანგის მოლეკულური წონაა 12 + 2 (16) = 44. ამის გამოხატვის კიდევ ერთი გზაა იმის თქმა, რომ CO– ს ერთი მოლი₂ აქვს მასა 44, ხოლო ერთი მოლი ექვივალენტურია 6,02 10-ის²³ ინდივიდუალური მოლეკულები. (ეს მაჩვენებელი, ცნობილი როგორც ავოგადროს რიცხვი, გამომდინარეობს იქიდან, რომ ნახშირბადის მოლეკულური მასაა დადგენილი ზუსტად 12 გრამი, რომელსაც ორჯერ შეიცავს პროტონის ნახშირბადის რაოდენობა და ნახშირბადის ეს მასა შეიცავს 6,02 10²³ ნახშირბადის ატომები. ყველა სხვა ელემენტის მოლეკულური წონა სტრუქტურირებული იყო ამ სტანდარტის გარშემო.)

ნახშირორჟანგი ასევე შეიძლება არსებობდეს როგორც თხევადი, მდგომარეობა, რომელშიც გამოიყენება გამაგრილებელი საშუალება, ხანძარსაწინააღმდეგო მოწყობილობებში და გაზიანი სასმელების წარმოებაში, როგორიცაა სოდა; და როგორც მყარი, რომელ მდგომარეობაშიც იგი გამოიყენება გამაგრილებელ საშუალებად და შეიძლება გამოიწვიოს ყინვაგამძლე, თუ იგი კანთან შეხებაა.

ნახშირორჟანგი ხშირად არასწორად განიხილება, როგორც ტოქსიკური, რადგან ის ხშირად ასოცირდება ასფიქსიასთან და სიცოცხლის დაკარგვასაც კი. მიუხედავად იმისა, რომ CO– ს საკმარისი დონეა₂ სინამდვილეში შეიძლება პირდაპირ ტოქსიკური იყოს და გამოიწვიოს ასფიქსია, რაც ჩვეულებრივ ხდება არის CO₂ ამის ნაცვლად იშლება ასფიქსიის შედეგად ან შედეგად. თუ ვინმე რაიმე მიზეზით შეწყვეტს სუნთქვას, CO₂ აღარ არის გამოდევნილი ფილტვების მეშვეობით და, შესაბამისად, გროვდება სისხლში, რადგან მას აღარსად აქვს წასასვლელი. კომპანია₂ ამიტომ არის ასფიქსიის მარკერი. დაახლოებით იგივე გზით, წყალი არ არის "ტოქსიკური" მხოლოდ იმიტომ, რომ ამან შეიძლება გამოიწვიოს დახრჩობა.

ატმოსფეროს მხოლოდ მცირე ნაწილია CO₂ - დაახლოებით 1 პროცენტი. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ცხოველების მეტაბოლიზმის სუბპროდუქტია, მცენარეთა გადარჩენისთვის აბსოლუტურად აუცილებელია და წარმოადგენს მსოფლიოში ინსტრუმენტულ ნაწილს ნახშირბადის ციკლი. მცენარეები იღებენ CO- ს₂, გარდაქმნას იგი მთელი რიგი რეაქციების ნახშირბადში და ჟანგბადში, შემდეგ კი გაათავისუფლებს ჟანგბადს ატმოსფეროში, ხოლო ნახშირბადს ინარჩუნებს გლუკოზის სახით, რომ იცხოვროს და გაიზარდოს. როდესაც მცენარეები იღუპებიან ან იწვებიან, მათი ნახშირბადი კომბინირდება O– სთან₂ ჰაერში, წარმოქმნის CO₂ და ნახშირბადის ციკლის დასრულება.

ცხოველები წარმოქმნიან ნახშირორჟანგს საკვებში ნახშირწყლების, ცილების და ცხიმების დაშლის შედეგად. ყოველივე ეს მეტაბოლიზდება გლუკოზად, ექვს ნახშირბადის მოლეკულად, რომელიც შემდეგ შედის უჯრედებში და საბოლოოდ ხდება ნახშირორჟანგი და წყალი, ენერგიის შედეგად გამოიყენება უჯრედული საქმიანობის ენერგია. ეს ხდება აერობული სუნთქვის პროცესის საშუალებით (ხშირად მას უჯრედულ სუნთქვას უწოდებენ, თუმცა ტერმინები ზუსტად სინონიმები არ არიან). მთელი გლუკოზა, რომელიც შედის როგორც პროკარიოტების (ბაქტერიების), ასევე არა მცენარეული ეუკარიოტების (ცხოველების) უჯრედებში და სოკოები) პირველად გადის გლიკოლიზს, რომელიც წარმოქმნის წყვილს სამ ნახშირბადის მოლეკულას, რომელსაც ე.წ. პირუვატი ამის უმეტესობა კრებსის ციკლში შედის ორი ნახშირბადის მოლეკულის აცეტილ CoA- ს სახით, ხოლო CO₂ განთავისუფლებულია. მაღალი ენერგიის ელექტრონული მატარებლები NADH და FADH₂ რომლებიც კრებსის ციკლის დროს წარმოიქმნება, შემდეგ ელექტრონებს უთმობენ ელექტრონების ტრანსპორტირებაში ჟანგბადის არსებობას ჯაჭვური რეაქციები, რის შედეგადაც წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით ATP, "ენერგეტიკული ვალუტა" საცხოვრებელი უჯრედების საგნები.

კომპანია₂ არის სითბოს შემაკავებელი გაზი. მრავალი თვალსაზრისით, ეს კარგია, რადგან ის ხელს უშლის დედამიწას იმდენი სითბოს დაკარგვაში, რომ ცხოველები, მაგალითად ადამიანები, ვერ გადარჩებიან. მაგრამ მე -19 საუკუნეში ინდუსტრიული რევოლუციის დაწყების შემდეგ წიაღისეული საწვავის წვამ დაამატა მნიშვნელოვანი CO₂ გაზი ატმოსფეროში, რამაც გამოიწვია გლობალური დათბობა და მისი თანდათანობითი გაუარესება.

მრავალი ათასი წლის განმავლობაში CO– ს ატმოსფერული კონცენტრაცია₂ ატმოსფეროში მილიონზე 200 – დან 300 ნაწილამდე რჩებოდა (ppm). 2017 წლისთვის ის თითქმის 400 ppm- მდე გაიზარდა, კონცენტრაცია, რომელიც კვლავ იზრდება. ეს დამატებითი CO₂ სითბოს ხაფანგში იწვევს კლიმატის შეცვლას. ეს გამოიხატება არა მხოლოდ მსოფლიოში საშუალო ტემპერატურის მატებაში, არამედ ზღვის დონის აწევაში, მყინვარის დნობასა და ა.შ. მჟავე ზღვის წყალი, უფრო მცირე პოლარული ყინულის საფარი და კატასტროფული მოვლენების რაოდენობის ზრდა (მაგალითად, ქარიშხლები). ეს პრობლემები ერთმანეთთან დაკავშირებული და ურთიერთდამოკიდებულია.

წიაღისეული საწვავის მაგალითებია ნახშირი, ნავთობი (ნავთობი) და ბუნებრივი აირი. ეს იქმნება მილიონობით წლის განმავლობაში, როდესაც მკვდარი მცენარეული და ცხოველური მასალა ხაფანგში ხვდება და დაკრძალულია კლდის ფენების ქვეშ. სითბოს და წნევის ხელსაყრელ პირობებში ეს ორგანული ნივთიერება გარდაიქმნება საწვავად. ყველა წიაღისეული საწვავი შეიცავს ნახშირბადს, ისინი იწვება ენერგიის მოსაპოვებლად და გამოიყოფა ნახშირორჟანგი.

ნახშირორჟანგის გაზს მრავალფეროვანი გამოყენება აქვს, რაც მოსახერხებელია, რადგან მასალები ფაქტიურად ყველგან არის. როგორც ადრე აღვნიშნეთ, იგი გამოიყენება როგორც გამაგრილებელი საშუალება, თუმცა ეს უფრო ეხება მყარ და თხევად ფორმებს. იგი ასევე გამოიყენება როგორც აეროზოლური საწვავის, მღრღნელების (ანუ ვირთხების შხამი), ძალიან დაბალი ტემპერატურის ფიზიკის ექსპერიმენტების კომპონენტი და სათბურების ჰაერში გამდიდრების საშუალება. იგი ასევე გამოიყენება ნავთობის ჭაბურღილების მოტეხილობაში, ზოგიერთი ტიპის სამთო სამუშაოებში, როგორც მოდერატორს გარკვეულ ბირთვულ რეაქტორებში და სპეციალურ ლაზერებში.

საინტერესო ფაქტი: ძირითადი მეტაბოლური პროცესების საშუალებით, თქვენ გამოიმუშავებთ 500 გრამ CO- ს₂ მომდევნო 24 საათში - კიდევ უფრო მეტი, თუ აქტიური ხართ. ეს არის ერთ გირვანქაზე მეტი უხილავი გაზი, რომელიც უბრალოდ ამოდის თქვენი ცხვირიდან და პირიდან, ისევე როგორც თქვენი ფორებიდან. ფაქტობრივად, ეს არის ის, თუ როგორ წონაში ადამიანი კარგავს დროთა განმავლობაში, წყლის (დროებითი) დანაკარგების ჩათვლით.