Co to jest gaz CO2?

Dwutlenek węgla jest jednym z wielu terminów naukowych, które niosą ze sobą szeroki zakres znaczeń i podobnie szeroki wachlarz konotacji. Jeśli znasz oddychanie komórkowe, być może wiesz, że gazowy dwutlenek węgla – w skrócie CO₂ – jest produktem odpadowym tej serii reakcji u zwierząt, w której gazowy tlen, czyli O₂, jest reagentem; możesz również wiedzieć, że w roślinach proces ten jest w rzeczywistości odwrócony, z CO₂ służąc jako paliwo w fotosyntezie i O₂ jako produkt odpadowy.

Być może bardziej znany, dzięki polityce i nauce o Ziemi obecnego stulecia, CO₂ jest znany z tego, że jest gazem cieplarnianym, odpowiedzialnym za pomoc w zatrzymywaniu ciepła w ziemskiej atmosferze. WSPÓŁ₂ jest produktem ubocznym spalania paliw kopalnych, a wynikające z tego ocieplenie planety skłoniło mieszkańców Ziemi do poszukiwania alternatywnych źródeł energii.

Oprócz tych kwestii, CO₂ Gaz, elegancko prosta cząsteczka, ma wiele innych biochemicznych i przemysłowych funkcji, o których powinni wiedzieć fani nauki.

Dwutlenek węgla jest bezbarwnym, bezwonnym gazem w temperaturze pokojowej. Za każdym razem, gdy wydychasz, cząsteczki dwutlenku węgla opuszczają twoje ciało i stają się częścią atmosfery. WSPÓŁ₂ cząsteczki zawierają pojedynczy atom węgla otoczony dwoma atomami tlenu, tak że cząsteczka ma liniowy kształt:

O=C=O

Każdy atom węgla tworzy cztery wiązania z sąsiadami w stabilnych cząsteczkach, podczas gdy każdy atom tlenu tworzy dwa wiązania. Tak więc z każdym wiązaniem węgiel-tlen w CO₂ składający się z wiązania podwójnego – czyli dwóch par wspólnych elektronów – CO₂ jest bardzo stabilny.

Jak pokazuje układ okresowy pierwiastków (patrz Zasoby), masa cząsteczkowa węgla wynosi 12 jednostek masy atomowej (amu), a tlenu 16 amu. Masa cząsteczkowa dwutlenku węgla wynosi zatem 12 + 2 (16) = 44. Innym sposobem wyrażenia tego jest stwierdzenie, że jeden mol CO₂ ma masę 44, przy czym jeden mol odpowiada 6,02 × 10²³ pojedyncze cząsteczki. (Liczba ta, znana jako liczba Avogadro, wywodzi się z faktu, że masa cząsteczkowa węgla jest ustawiona na dokładnie 12 gramów, czyli dwa razy więcej niż protony węgla, a ta masa węgla zawiera 6,02 × 10²³ atomy węgla. Masa cząsteczkowa każdego innego pierwiastka była zbudowana wokół tego standardu).

Dwutlenek węgla może również występować w postaci cieczy, w stanie, w którym jest używany jako czynnik chłodniczy, w gaśnicach oraz w produkcji napojów gazowanych, takich jak soda; oraz jako ciało stałe, w którym to stanie jest używany jako czynnik chłodniczy i może powodować odmrożenia w przypadku kontaktu ze skórą.

Dwutlenek węgla jest często błędnie rozumiany jako toksyczny, ponieważ często wiąże się z uduszeniem, a nawet utratą życia. Podczas gdy wystarczający poziom CO₂ w rzeczywistości może być bezpośrednio toksyczny i powodować uduszenie, co zwykle się dzieje, to fakt, że CO₂ zamiast tego gromadzi się w wyniku lub konsekwencji uduszenia. Jeśli ktoś przestanie oddychać z jakiegokolwiek powodu, CO₂ nie jest już wydalany przez płuca i dlatego gromadzi się w krwiobiegu, ponieważ nie ma dokąd pójść. WSPÓŁ₂ jest zatem markerem uduszenia. Mniej więcej w ten sam sposób woda nie jest „toksyczna” tylko dlatego, że może prowadzić do utonięcia.

Tylko niewielka część atmosfery składa się z CO₂ – około 1 proc. Chociaż jest to produkt uboczny metabolizmu zwierząt, jest absolutnie konieczne, aby rośliny przetrwały i są instrumentalną częścią światowego obieg węgla. Rośliny pochłaniają CO₂, przekształć go w serii reakcji węgla i tlenu, a następnie uwolnij tlen do atmosfery, zachowując węgiel w postaci glukozy, aby żyć i rosnąć. Kiedy rośliny umierają lub są spalone, ich węgiel rekombinuje z O₂ w powietrzu, tworząc CO₂ i zakończenie cyklu węglowego.

Zwierzęta wytwarzają dwutlenek węgla poprzez rozkład spożywanych węglowodanów, białek i tłuszczów w pożywieniu. Wszystkie one są metabolizowane do glukozy, sześciowęglowej cząsteczki, która następnie wnika do komórek i ostatecznie staje się dwutlenkiem węgla i wodą, a powstała w ten sposób energia jest wykorzystywana do zasilania czynności komórkowych. Odbywa się to poprzez proces oddychania tlenowego (często nazywanego oddychaniem komórkowym, chociaż terminy te nie są dokładnie synonimami). Cała glukoza, która wchodzi do komórek zarówno prokariontów (bakterie), jak i nieroślinnych eukariontów (zwierzęta i grzyby) najpierw ulega glikolizie, która generuje parę trójwęglowych cząsteczek zwanych pirogronian. Większość z nich wchodzi w cykl Krebsa w postaci dwuwęglowej cząsteczki acetylo-CoA, podczas gdy CO₂ jest wyzwolony. Wysokoenergetyczne nośniki elektronów NADH i FADH₂ które powstają podczas cyklu Krebsa, oddają elektrony w obecności tlenu w transporcie elektronów reakcje łańcuchowe, w wyniku których powstaje duża ilość ATP, „waluty energetycznej” żywych komórek rzeczy.

WSPÓŁ₂ jest gazem zatrzymującym ciepło. Pod wieloma względami jest to dobra rzecz, ponieważ zapobiega utracie przez Ziemię tak dużej ilości ciepła, że ​​zwierzęta, takie jak ludzie, nie byłyby w stanie przetrwać. Ale spalanie paliw kopalnych od początku rewolucji przemysłowej w XIX wieku dodało znaczną ilość CO₂ gaz do atmosfery, co prowadzi do globalnego ocieplenia i jego stopniowo nasilających się skutków.

Przez wiele tysięcy lat stężenie CO. w atmosferze₂ w atmosferze pozostało między 200 a 300 części na milion (ppm). Do 2017 roku wzrosła do prawie 400 ppm, a stężenie to wciąż rośnie. Ten dodatkowy CO₂ zatrzymuje ciepło i powoduje zmianę klimatu. Przejawia się to nie tylko wzrostem średnich temperatur na całym świecie, ale także podnoszeniem się poziomu mórz, topnieniem lodowców itp kwaśna woda morska, mniejsze polarne czapy lodowe i wzrost liczby zdarzeń katastroficznych (np. huragany). Wszystkie te problemy są ze sobą powiązane i współzależne.

Przykładami paliw kopalnych są węgiel, ropa naftowa (ropa naftowa) i gaz ziemny. Powstają one przez miliony lat, gdy martwy materiał roślinny i zwierzęcy zostaje uwięziony i zakopany pod warstwami skał. W sprzyjających warunkach cieplnych i ciśnieniowych ta materia organiczna jest przekształcana w paliwo. Wszystkie paliwa kopalne zawierają węgiel, które są spalane w celu uzyskania energii, a dwutlenek węgla jest uwalniany.

Gazowy dwutlenek węgla ma wiele zastosowań, co jest przydatne, ponieważ jest dosłownie wszędzie. Jak wspomniano wcześniej, jest on używany jako czynnik chłodniczy, chociaż dotyczy to bardziej postaci stałej i ciekłej. Jest również używany jako propelent w aerozolu, rodentycyd (tj. trutka na szczury), składnik eksperymentów fizyki w bardzo niskich temperaturach oraz czynnik wzbogacający powietrze wewnątrz szklarni. Jest również wykorzystywany przy szczelinowaniu szybów naftowych, w niektórych rodzajach górnictwa, jako moderator w niektórych reaktorach jądrowych oraz w specjalnych laserach.

Ciekawostka: Poprzez podstawowe procesy metaboliczne wyprodukujesz około 500 gramów CO₂ w ciągu najbliższych 24 godzin – jeszcze więcej, jeśli będziesz aktywny. To więcej niż pół kilo niewidzialnego gazu, który unosi się z nosa i ust, a także z porów. W rzeczywistości jest to sposób, w jaki ludzie tracą na wadze z biegiem czasu, nie licząc (przejściowych) strat wody.