Hva er CO2-gass?

Karbondioksid er blant de mange vitenskapelige begrepene som har et bredt spekter av betydninger og et like bredt utvalg av konnotasjoner. Hvis du er kjent med mobil respirasjon, kan du vite at karbondioksidgass - forkortet CO₂ - er et avfallsprodukt fra denne reaksjonsserien hos dyr, der oksygengass, eller O₂, er en reaktant; Du vet kanskje også at i planter er denne prosessen faktisk reversert, med CO₂ tjener som drivstoff i fotosyntese og O₂ som avfallsprodukt.

Kanskje mer kjent, takket være politikk og jordvitenskap i det nåværende århundre, CO₂ er beryktet for å være en klimagass, ansvarlig for å bidra til å fange opp varmen i jordens atmosfære. CO₂ er et biprodukt fra forbrenning av fossile brensler, og den påfølgende oppvarmingen av planeten har ført jordens borgere på jakt etter alternative energikilder.

Bortsett fra disse problemene, CO₂ gass, et elegant enkelt molekyl, har en rekke andre biokjemiske og industrielle funksjoner som vitenskapsfans bør være klar over.

Karbondioksid er en fargeløs, luktfri gass ved romtemperatur. Hver gang du puster ut, forlater karbondioksidmolekyler kroppen din og blir en del av atmosfæren. CO₂ molekyler inneholder et enkelt karbonatom flankert av to oksygenatomer, slik at molekylet har lineær form:

O = C = O

Hvert karbonatom danner fire bindinger med sine naboer i stabile molekyler, mens hvert oksygenatom danner to bindinger. Dermed med hver karbon-oksygenbinding i CO₂ bestående av en dobbeltbinding - det vil si to par delte elektroner - CO₂ er svært stabil.

Som et blikk på en periodisk tabell av elementer avslører (se Ressurser), er karbonmolekylvekten 12 atommasseenheter (amu), mens oksygen er 16 amu. Molekylvekten til karbondioksid er således 12 + 2 (16) = 44. En annen måte å uttrykke dette på er å si at en mol CO₂ har en masse på 44, hvor en mol tilsvarer 6,02 × 10²³ individuelle molekyler. (Denne figuren, kjent som Avogadros nummer, er avledet av det faktum at den molekylære massen av karbon er satt til nøyaktig 12 gram, som to ganger antallet protoner karbon inneholder, og denne massen av karbon inneholder 6,02 × 10²³ karbonatomer. Molekylvekten til hvert annet element var strukturert rundt denne standarden.)

Karbondioksid kan også eksistere som en væske, en tilstand der den brukes som kjølemiddel, i brannslukningsapparater og i produksjonen av kullsyreholdige drikker som brus; og som et fast stoff, i hvilken tilstand det brukes som kjølemiddel og kan forårsake forfrysninger hvis det kommer i kontakt med huden.

Karbondioksid blir ofte misforstått som giftig fordi det ofte er forbundet med kvelning og til og med tap av liv. Mens tilstrekkelig nivå av CO₂ kan faktisk være direkte giftig og forårsake kvelning, det som vanligvis skjer er at CO₂ i stedet bygger seg opp som et resultat eller en konsekvens av kvelning. Hvis noen av en eller annen grunn slutter å puste, kan CO₂ blir ikke lenger utvist gjennom lungene, og bygger seg derfor opp i blodet da det ikke har noe annet å gå. CO₂ er derfor en markør for kvelning. På omtrent samme måte er vann ikke "giftig" bare fordi det kan føre til drukning.

Bare en liten brøkdel av atmosfæren består av CO₂ - omtrent 1 prosent. Selv om det er et biprodukt av dyreomsetningen, er det helt nødvendig for planter å overleve og er en instrumental del av det karbon syklus. Planter tar inn CO₂, konverter det i en serie reaksjoner karbon og oksygen, og slipp deretter oksygenet ut i atmosfæren mens du holder karbonet i form av glukose for å leve og vokse. Når planter dør eller blir brent, rekombineres karbonet med O₂ i luften og danner CO₂ og fullføre karbonsyklusen.

Dyr genererer karbondioksid gjennom nedbrytningen av inntatt karbohydrater, proteiner og fett i maten. Alle disse metaboliseres til glukose, et seks-karbonmolekyl som deretter kommer inn i celler og til slutt blir karbondioksid og vann, med den resulterende energien som brukes til å drive mobilaktiviteter. Dette skjer gjennom prosessen med aerob respirasjon (ofte kalt cellulær respirasjon, selv om begrepene ikke er nøyaktig synonyme). All glukose som kommer inn i cellene til både prokaryoter (bakterier) og ikke-plante eukaryoter (dyr og sopp) først gjennomgår glykolyse, som genererer et par tre-karbonmolekyler som kalles pyruvat. Det meste av dette går inn i Krebs-syklusen i form av to-karbonmolekylet acetyl CoA, mens CO₂ er frigjort. Elektronbærerne med høy energi NADH og FADH₂ som dannes under Krebs-syklusen, gir deretter opp elektroner i nærvær av oksygen i elektrontransporten kjedereaksjoner, noe som resulterer i dannelsen av mye ATP, "energivalutaen" til de levende celler tingene.

CO₂ er en varmefangstgass. I mange henseender er dette en god ting, da det forhindrer jorden i å miste så mye varme at dyr som mennesker ikke klarer å overleve. Men forbrenningen av fossile brensler siden begynnelsen av den industrielle revolusjonen på 1800-tallet har tilsatt en betydelig mengde CO₂ gass ​​til atmosfæren, noe som fører til global oppvarming og dens gradvis forverrede effekter.

I mange tusen år har den atmosfæriske konsentrasjonen av CO₂ i atmosfæren forble mellom 200 og 300 deler per million (ppm). Innen 2017 hadde den steget til nesten 400 ppm, en konsentrasjon som fortsatt øker. Denne ekstra CO₂ fanger opp varmen og får klimaet til å endres. Dette manifesteres ikke bare i økende gjennomsnittstemperaturer over hele verden, men i økende havnivå, issmelting, mer surt sjøvann, mindre iskapper og en økning i antall katastrofale hendelser (for eksempel orkaner). Disse problemene er alle sammenhengende og gjensidig avhengige.

Eksempler på fossilt brensel inkluderer kull, petroleum (olje) og naturgass. Disse er opprettet over en periode på millioner av år når dødt plante- og dyremateriale blir fanget og begravet under lag av stein. Under gunstige varme- og trykkforhold omdannes dette organiske stoffet til et drivstoff. Alle fossile brensler inneholder karbon, og disse blir brent for å gi energi, og karbondioksid frigjøres.

Karbondioksidgass har en rekke bruksområder, noe som er nyttig fordi tingene er bokstavelig talt overalt. Som nevnt tidligere, brukes det som kjølemiddel, selv om dette er mer sant for faste og flytende former. Det brukes også som et aerosoldrivmiddel, et rodenticid (dvs. rottegift), en komponent i fysiske eksperimenter med veldig lave temperaturer og et berikende middel i luften i drivhus. Den brukes også til sprekking av oljebrønner, i noen typer gruvedrift, som moderator i visse atomreaktorer og i spesielle lasere.

Interessant faktum: Gjennom grunnleggende metabolske prosesser vil du produsere omtrent 500 gram CO₂ i løpet av det neste døgnet - enda mer hvis du er aktiv. Det er mer enn ett pund usynlig gass, bare svever ut av nesen og munnen så vel som fra porene. Dette er faktisk hvordan folk går ned i vekt over tid, ikke inkludert vann (midlertidige) tap.