Kas ir CO2 gāze?

Oglekļa dioksīds ir viens no daudzajiem zinātniskajiem terminiem, kam ir plaša nozīme un līdzīgi plašs konotāciju klāsts. Ja esat iepazinies ar šūnu elpošanu, jūs varat zināt, ka oglekļa dioksīda gāze - saīsināts CO₂ - ir atkritumi no šīs reakcijas ar dzīvniekiem sērijas, kurā ir skābekļa gāze vai O₂ir reaģents; jūs varat arī zināt, ka augos šis process faktiski tiek mainīts ar CO₂ kalpo kā degviela fotosintēzē un O₂ kā atkritumu produkts.

Varbūt vēl slavenāk, pateicoties pašreizējā gadsimta politikai un Zemes zinātnei, CO₂ ir slavena ar to, ka ir siltumnīcefekta gāze, un ir atbildīga par palīdzību siltuma slazdošanā Zemes atmosfērā. CO₂ ir fosilā kurināmā dedzināšanas blakusprodukts, un planētas sasilšana ir novedusi Zemes iedzīvotājus meklēt alternatīvus enerģijas avotus.

Bez šiem jautājumiem CO₂ gāzei, eleganti vienkāršai molekulai, ir vairākas citas bioķīmiskās un rūpnieciskās funkcijas, kas zinātnes faniem būtu jāzina.

Oglekļa dioksīds ir bezkrāsaina gāze istabas temperatūrā bez smaržas. Katru reizi, kad jūs izelpojat, oglekļa dioksīda molekulas atstāj jūsu ķermeni un kļūst par atmosfēras daļu. CO

O = C = O

Katrs oglekļa atoms veido četras saites ar kaimiņiem stabilās molekulās, bet katrs skābekļa atoms veido divas saites. Tādējādi ar katru oglekļa-skābekļa saiti CO₂ kas sastāv no dubultās saites - tas ir, diviem kopīgu elektronu pāriem - CO₂ ir ļoti stabila.

Kā atklāj skatiens periodiskajā elementu tabulā (skat. Resursus), oglekļa molekulmasa ir 12 atomu masas vienības (amu), bet skābekļa - 16 amu. Oglekļa dioksīda molekulmasa tādējādi ir 12 + 2 (16) = 44. Vēl viens veids, kā to izteikt, ir teikt, ka viens mols CO₂ ir 44 masa, kur viens mols ir ekvivalents 6,02 × 10²³ atsevišķas molekulas. (Šis skaitlis, kas pazīstams kā Avogadro skaitlis, ir iegūts no tā, ka oglekļa molekulmasa ir iestatīta uz precīzi 12 grami, kas mums ir divreiz lielāks par oglekļa protonu skaitu, un šī oglekļa masa satur 6,02 × 10²³ oglekļa atomi. Katra cita elementa molekulmasa tika strukturēta atbilstoši šim standartam.)

Oglekļa dioksīds var pastāvēt arī kā šķidrums, stāvoklis, kuru izmanto kā dzesētāju, ugunsdzēsības aparātos un gāzētu dzērienu, piemēram, soda, ražošanā; un kā cieta viela, kādā stāvoklī to izmanto kā dzesētāju, un, nonākot saskarē ar ādu, tas var izraisīt apsaldējumus.

Oglekļa dioksīdu bieži pārprot kā toksisku, jo tas bieži ir saistīts ar nosmakšanu un pat dzīvības zaudēšanu. Kaut arī pietiekams CO līmenis₂ faktiski var būt tieši toksisks un izraisīt nosmakšanu, parasti notiek tas, ka CO₂ tā vietā uzkrājas asfiksijas rezultātā vai rezultātā. Ja kāds kāda iemesla dēļ pārstāj elpot, CO₂ vairs netiek izvadīts caur plaušām, un tāpēc tas uzkrājas asinsritē, jo tam vairs nav kur iet. CO₂ tāpēc ir nosmakšanas marķieris. Aptuveni tādā pašā veidā ūdens nav "toksisks" tikai tāpēc, ka tas var izraisīt noslīkšanu.

Tikai niecīga atmosfēras daļa sastāv no CO₂ - apmēram 1 procents. Lai gan tas ir dzīvnieku vielmaiņas blakusprodukts, augiem tas ir absolūti nepieciešams, lai izdzīvotu, un tas ir nozīmīga sastāvdaļa visā pasaulē oglekļa cikls. Augi uzņem CO₂, pārvērš to virknē reakciju oglekļa un skābekļa, un pēc tam atbrīvo skābekli atmosfērā, vienlaikus saglabājot oglekli glikozes formā, lai dzīvotu un augtu. Kad augi mirst vai tiek sadedzināti, to ogleklis rekombinējas ar O₂ gaisā, veidojot CO₂ un pabeigt oglekļa ciklu.

Dzīvnieki rada oglekļa dioksīdu, sadalot pārtikā uzņemtos ogļhidrātus, olbaltumvielas un taukus. Tie visi tiek metabolizēti par glikozi, sešu oglekļa molekulu, kas pēc tam nonāk šūnās un galu galā kļūst par oglekļa dioksīdu un ūdeni, kā rezultātā iegūtā enerģija tiek izmantota šūnu aktivitātes aktivizēšanai. Tas notiek aerobās elpošanas procesā (ko bieži sauc par šūnu elpošanu, lai gan termini nav precīzi sinonīmi). Visa glikoze, kas iekļūst gan prokariotu (baktēriju), gan nepiestādītu eikariotu (dzīvnieki) šūnās un sēnītes) vispirms veic glikolīzi, kas rada trīs oglekļa molekulu pāri, ko sauc piruvāts. Lielākā daļa no tā nonāk Krebsa ciklā divu oglekļa molekulas acetil CoA formā, bet CO₂ ir atbrīvots. Augstas enerģijas elektronu nesēji NADH un FADH₂ kas veidojas Krebsa cikla laikā, tad skābekļa klātbūtnē elektronu transportā atsakās no elektroniem ķēdes reakcijas, kā rezultātā veidojas ļoti daudz ATP, kas ir dzīves šūnu "enerģijas valūta" lietas.

CO₂ ir siltumu aizturoša gāze. Daudzos aspektos tā ir laba lieta, jo tā neļauj Zemei zaudēt tik daudz siltuma, ka tādi dzīvnieki kā cilvēki nespētu izdzīvot. Bet fosilā kurināmā sadedzināšana kopš rūpnieciskās revolūcijas sākuma 19. gadsimtā ir pievienojusi ievērojamu daudzumu CO₂ gāzi atmosfērā, izraisot globālo sasilšanu un tās pakāpenisku pasliktināšanos.

Daudzus tūkstošus gadu CO koncentrācija atmosfērā₂ atmosfērā palika no 200 līdz 300 daļām uz miljonu (ppm). Līdz 2017. gadam tas bija pieaudzis līdz gandrīz 400 ppm, koncentrācija joprojām palielinās. Šis papildu CO₂ aiztur karstumu un izraisa klimata izmaiņas. Tas izpaužas ne tikai vidējās temperatūras paaugstināšanās pasaulē, bet arī jūras līmeņa paaugstināšanās, ledāju kušana un vēl vairāk skābs jūras ūdens, mazāki polāri ledus cepurīši un katastrofisku notikumu skaita pieaugums (piemēram, viesuļvētras). Šīs problēmas ir savstarpēji saistītas un savstarpēji atkarīgas.

Fosilā kurināmā piemēri ir ogles, nafta (nafta) un dabasgāze. Tie tiek radīti miljoniem gadu laikā, kad beigtie augu un dzīvnieku materiāli tiek ieslodzīti un aprakti zem akmens slāņiem. Labvēlīgos siltuma un spiediena apstākļos šī organiskā viela tiek pārveidota par degvielu. Visas fosilās degvielas satur oglekli, un tās sadedzina, lai iegūtu enerģiju, un izdalās oglekļa dioksīds.

Oglekļa dioksīda gāzei ir dažādi lietojumi, kas ir ērti, jo sīkumi ir burtiski visur. Kā minēts iepriekš, to izmanto kā dzesētāju, lai gan tas vairāk attiecas uz cieto un šķidro formu. To lieto arī kā aerosola propelentu, rodenticīdu (t.i., žurku indi), ļoti zemas temperatūras fizikas eksperimentu sastāvdaļu un bagātinātāju gaisā siltumnīcu iekšienē. To izmanto arī naftas urbumu šķelšanā, dažos kalnrūpniecības veidos kā moderators noteiktos kodolreaktoros un īpašos lāzeros.

Interesants fakts: Veicot pamata vielmaiņas procesus, jūs saražojat apmēram 500 gramus CO₂ nākamo 24 stundu laikā - vēl vairāk, ja esat aktīvs. Tas ir vairāk nekā viena mārciņa neredzamās gāzes, kas vienkārši izplūst no deguna un mutes, kā arī no jūsu porām. Tas faktiski ir tas, kā cilvēki laika gaitā zaudē svaru, neieskaitot ūdens (pagaidu) zaudējumus.