Что такое газ CO2?

Углекислый газ входит в число многих научных терминов, которые имеют широкий диапазон значений и столь же широкий спектр коннотаций. Если вы знакомы с клеточным дыханием, возможно, вы знаете, что углекислый газ - сокращенно CO.₂ - является побочным продуктом этой серии реакций у животных, у которых газообразный кислород, или O₂, - реагент; вы также можете знать, что у растений этот процесс обратный: CO₂ служит топливом для фотосинтеза и O₂ как отходы.

Возможно, более знаменито, благодаря политике и наукам о Земле текущего столетия, CO₂ печально известен как парниковый газ, который помогает удерживать тепло в атмосфере Земли. CO₂ является побочным продуктом сжигания ископаемого топлива, и последующее потепление планеты побудило жителей Земли искать альтернативные источники энергии.

Помимо этих проблем, CO₂ Газ, элегантно простая молекула, выполняет ряд других биохимических и промышленных функций, о которых следует знать любителям науки.

Двуокись углерода - это бесцветный газ без запаха при комнатной температуре. Каждый раз, когда вы выдыхаете, молекулы углекислого газа покидают ваше тело и становятся частью атмосферы. CO

О = С = О

Каждый атом углерода образует четыре связи со своими соседями в стабильных молекулах, а каждый атом кислорода образует две связи. Таким образом, с каждой связью углерод-кислород в CO₂ состоящий из двойной связи - то есть двух пар общих электронов - CO₂ очень стабилен.

Как показывает периодическая таблица элементов (см. Ресурсы), молекулярная масса углерода составляет 12 атомных единиц массы (а.е.м.), а кислорода - 16 а.е.м. Таким образом, молекулярная масса диоксида углерода составляет 12 + 2 (16) = 44. Другой способ выразить это - сказать, что один моль CO₂ имеет массу 44, при этом один моль эквивалентен 6,02 × 10²³ отдельные молекулы. (Это число, известное как число Авогадро, получено из того факта, что молекулярная масса углерода установлена ​​равной ровно 12 граммов, что, по нашему мнению, вдвое превышает количество протонов углерода, и эта масса углерода содержит 6,02 × 10²³ атомы углерода. Молекулярная масса всех остальных элементов была построена в соответствии с этим стандартом.)

Двуокись углерода может также существовать в виде жидкости, в которой он используется в качестве хладагента, в огнетушителях и при производстве газированных напитков, таких как газированные напитки; и в твердом состоянии, в котором он используется в качестве хладагента и может вызвать обморожение при контакте с кожей.

Углекислый газ часто неправильно понимают как токсичный, потому что он часто ассоциируется с удушьем и даже смертью. При достаточном уровне CO₂ на самом деле может быть токсичным и вызывать удушье, обычно происходит то, что CO₂ вместо этого накапливается в результате или следствие удушья. Если кто-то перестанет дышать по какой-либо причине, CO₂ больше не выводится через легкие и, следовательно, накапливается в кровотоке, так как ему больше некуда идти. CO₂ поэтому является маркером удушья. Примерно так же вода не «токсична» только потому, что может привести к утоплению.

Лишь малая часть атмосферы состоит из CO.₂ - около 1 процента. Хотя это побочный продукт метаболизма животных, он абсолютно необходим для выживания растений и является важной частью мирового Углеродный цикл. Растения поглощают CO₂, превращают его в серии реакций углерода и кислорода, а затем выделяют кислород в атмосферу, сохраняя при этом углерод в форме глюкозы для жизни и роста. Когда растения умирают или сгорают, их углерод рекомбинирует с O₂ в воздухе, образуя CO₂ и завершение углеродного цикла.

Животные производят углекислый газ в результате расщепления поступающих с пищей углеводов, белков и жиров. Все они метаболизируются до глюкозы, молекулы из шести атомов углерода, которая затем проникает в клетки и в конечном итоге становится углекислым газом и водой, в результате чего энергия используется для обеспечения клеточной активности. Это происходит в процессе аэробного дыхания (часто называемого клеточным дыханием, хотя эти термины не совсем синонимичны). Вся глюкоза, которая поступает в клетки как прокариот (бактерий), так и нерастительных эукариот (животных) и грибки) сначала подвергается гликолизу, который генерирует пару трехуглеродных молекул, называемых пируват. Большая часть этого входит в цикл Кребса в виде двухуглеродной молекулы ацетил-КоА, в то время как CO₂ освобожден. Переносчики высокоэнергетических электронов НАДН и ФАДН₂ которые образуются во время цикла Кребса, затем отдают электроны в присутствии кислорода при переносе электронов. цепные реакции, приводящие к образованию большого количества АТФ, «энергетической валюты» клеток живых организмов. вещи.

CO₂ является улавливающим тепло газом. Во многих отношениях это хорошо, так как это не дает Земле терять столько тепла, что животные, такие как люди, не смогут выжить. Но сжигание ископаемого топлива с начала промышленной революции в 19 веке привело к значительному увеличению количества CO.₂ газ в атмосферу, что приводит к глобальному потеплению и его постепенно ухудшающимся последствиям.

На протяжении многих тысяч лет концентрация CO в атмосфере₂ в атмосфере оставалось от 200 до 300 частей на миллион (ppm). К 2017 году он вырос почти до 400 частей на миллион, и эта концентрация продолжает расти. Этот дополнительный CO₂ удерживает тепло и вызывает изменение климата. Это проявляется не только в повышении средней температуры во всем мире, но и в повышении уровня моря, таянии ледников и т. Д. кислая морская вода, меньшие полярные ледяные шапки и рост числа катастрофических событий (например, ураганы). Все эти проблемы взаимосвязаны и взаимозависимы.

Примеры ископаемого топлива включают уголь, нефть (нефть) и природный газ. Они создаются в течение миллионов лет по мере того, как мертвые растения и животные попадают в ловушку и погребаются под слоями горных пород. При благоприятных условиях нагрева и давления это органическое вещество превращается в топливо. Все ископаемые виды топлива содержат углерод, который сжигается для получения энергии, при этом выделяется диоксид углерода.

Углекислый газ имеет множество применений, что очень удобно, потому что его можно найти буквально повсюду. Как отмечалось ранее, он используется в качестве хладагента, хотя это более верно для твердой и жидкой форм. Он также используется в качестве пропеллента аэрозоля, родентицида (т. Е. Крысиного яда), компонента физических экспериментов при очень низких температурах и обогащающего агента в воздухе внутри теплиц. Он также используется при гидроразрыве нефтяных скважин, в некоторых типах горных работ, в качестве замедлителя в некоторых ядерных реакторах и в специальных лазерах.

Интересный факт: в результате основных метаболических процессов вырабатывается около 500 граммов CO.₂ в следующие 24 часа - даже больше, если вы активны. Это больше одного фунта невидимого газа, выходящего из носа и рта, а также из пор. Фактически, именно так люди худеют с течением времени, не считая потери воды (временной).