Čo je to CO2 plyn?

Oxid uhličitý patrí medzi množstvo vedeckých výrazov, ktoré majú širokú škálu významov a podobne širokú škálu konotácií. Ak poznáte bunkové dýchanie, možno budete vedieť, že plynný oxid uhličitý - skrátene CO₂ - je odpadovým produktom tejto série reakcií u zvierat, pri ktorých plynný kyslík alebo O₂, je reaktant; možno tiež viete, že v rastlinách je tento proces v skutočnosti obrátený, pokiaľ ide o CO₂ slúži ako palivo pri fotosyntéze a O₂ ako odpadový produkt.

Možno slávnejšie, vďaka politike a vede o Zemi v súčasnom storočí, CO₂ je známa tým, že je skleníkovým plynom zodpovedným za pomoc pri zachytávaní tepla v zemskej atmosfére. CO₂ je vedľajším produktom spaľovania fosílnych palív a následné otepľovanie planéty viedlo obyvateľov Zeme k hľadaniu alternatívnych zdrojov energie.

Okrem týchto záležitostí CO₂ plyn, elegantne jednoduchá molekula, má množstvo ďalších biochemických a priemyselných funkcií, ktoré by si mali fanúšikovia vedy uvedomiť.

Oxid uhličitý je pri izbovej teplote bezfarebný plyn bez zápachu. Zakaždým, keď vydýchnete, molekuly oxidu uhličitého opustia vaše telo a stanú sa súčasťou atmosféry. CO

O = C = O

Každý atóm uhlíka vytvára so svojimi susedmi štyri väzby v stabilných molekulách, zatiaľ čo každý atóm kyslíka vytvára dve väzby. Teda s každou väzbou uhlík-kyslík v CO₂ pozostávajúci z dvojitej väzby - teda dvoch párov zdieľaných elektrónov - CO₂ je vysoko stabilný.

Ako ukazuje pohľad na periodickú tabuľku prvkov (pozri Zdroje), molekulová hmotnosť uhlíka je 12 atómových hmotnostných jednotiek (amu), zatiaľ čo kyslík je 16 amu. Molekulová hmotnosť oxidu uhličitého je teda 12 + 2 (16) = 44. Ďalším spôsobom, ako to vyjadriť, je povedať, že jeden mól CO₂ má hmotnosť 44, pričom jeden mol je ekvivalentný s 6,02 × 10²³ jednotlivé molekuly. (Tento údaj, známy ako Avogadrovo číslo, je odvodený od skutočnosti, že molekulová hmotnosť uhlíka je nastavená na presne 12 gramov, čo je dvojnásobok počtu protónov, ktoré uhlík obsahuje, a táto hmotnosť uhlíka obsahuje 6,02 × 10²³ atómy uhlíka. Molekulová hmotnosť všetkých ostatných prvkov bola štruktúrovaná okolo tohto štandardu.)

Oxid uhličitý môže tiež existovať ako kvapalina, ktorá sa používa ako chladivo, v hasiacich prístrojoch a pri výrobe sýtených nápojov, ako je sóda; a ako pevná látka, v ktorej stave sa používa ako chladivo a pri kontakte s pokožkou môže spôsobiť omrzliny.

Oxid uhličitý sa často nesprávne chápe ako toxický, pretože je často spájaný s dusením alebo dokonca so stratami na životoch. Zatiaľ čo dostatočné hladiny CO₂ môže byť v skutočnosti priamo toxický a spôsobiť zadusenie, čo sa zvyčajne stane, je to CO₂ namiesto toho sa hromadí v dôsledku alebo v dôsledku zadusenia. Ak niekto z nejakého dôvodu prestane dýchať, CO₂ už nie je vylučovaný pľúcami, a preto sa hromadí v krvi, pretože nemá kam inam ísť. CO₂ je preto markerom zadusenia. Zhruba rovnakým spôsobom nie je voda „toxická“ len preto, že môže viesť k utopeniu.

Iba nepatrný zlomok atmosféry pozostáva z CO₂ - asi 1 percento. Aj keď je to vedľajší produkt metabolizmu zvierat, je nevyhnutné, aby rastliny prežili, a je inštrumentálnou súčasťou sveta uhlíkový cyklus. Rastliny prijímajú CO₂, konvertuje ho na sériu reakcií uhlík a kyslík a potom uvoľňuje kyslík do atmosféry, pričom zadržiava uhlík vo forme glukózy, aby mohol žiť a rásť. Keď rastliny zomrú alebo sú spálené, ich uhlík sa rekombinuje s O₂ vo vzduchu, tvoriaci CO₂ a dokončenie uhlíkového cyklu.

Zvieratá vytvárajú oxid uhličitý rozkladom prijatých sacharidov, bielkovín a tukov v potrave. Všetky z nich sa metabolizujú na glukózu, šesťuhlíkovú molekulu, ktorá potom vstupuje do buniek a nakoniec sa z nej stáva oxid uhličitý a voda, pričom výsledná energia sa používa na napájanie bunkových aktivít. K tomu dochádza prostredníctvom procesu aeróbneho dýchania (často sa nazýva bunkové dýchanie, aj keď pojmy nie sú presne synonymné). Všetka glukóza, ktorá vstupuje do buniek prokaryotov (baktérie) a iných ako rastlinných eukaryotov (zvieratá a huby) najskôr podstúpi glykolýzu, ktorá generuje pár trojuhlíkových molekúl tzv pyruvát. Väčšina z nich vstupuje do Krebsovho cyklu vo forme dvojuhlíkovej molekuly acetyl CoA, zatiaľ čo CO₂ je oslobodený. Vysokoenergetické nosiče elektrónov NADH a FADH₂ ktoré sa tvoria počas Krebsovho cyklu, sa potom vzdajú elektrónov v prítomnosti kyslíka v transporte elektrónov reťazové reakcie, ktorých výsledkom je tvorba veľkého množstva ATP, „energetickej meny“ buniek života veci.

CO₂ je plyn zachytávajúci teplo. V mnohých ohľadoch je to dobrá vec, pretože bráni Zemi stratiť toľko tepla, že zvieratá ako ľudia by neboli schopní prežiť. Ale spaľovanie fosílnych palív od začiatku priemyselnej revolúcie v 19. storočí prinieslo značné množstvo CO₂ plynu do atmosféry, čo vedie ku globálnemu otepľovaniu a jeho postupne sa zhoršujúcim účinkom.

Po mnoho tisíc rokov bola atmosférická koncentrácia CO₂ v atmosfére zostala medzi 200 a 300 ppm (ppm). Do roku 2017 stúpol na takmer 400 ppm, čo je koncentrácia, ktorá sa stále zvyšuje. Tento extra CO₂ zachytáva teplo a spôsobuje zmenu podnebia. To sa prejavuje nielen zvyšovaním priemerných teplôt na celom svete, ale aj zvyšovaním hladín morí, topením ľadovcov a ďalšími kyslá morská voda, menšie polárne ľadové čiapočky a prudký nárast počtu katastrofických udalostí (napríklad hurikány). Všetky tieto problémy navzájom súvisia a navzájom závisia.

Medzi príklady fosílnych palív patrí uhlie, ropa (ropa) a zemný plyn. Vytvárajú sa v priebehu miliónov rokov, keď sa mŕtvy rastlinný a živočíšny materiál zachytí a pochová pod vrstvami hornín. Za priaznivých tepelných a tlakových podmienok sa táto organická hmota mení na palivo. Všetky fosílne palivá obsahujú uhlík, ktorý sa spaľuje, aby sa získala energia, a uvoľňuje sa oxid uhličitý.

Plyn oxid uhličitý má rôzne použitie, čo je užitočné, pretože táto látka je doslova všade. Ako už bolo uvedené, používa sa ako chladivo, aj keď to platí skôr pre tuhú a kvapalnú formu. Používa sa tiež ako hnací plyn vo forme aerosólov, rodenticíd (tj. Jed na potkany), súčasť fyzikálnych experimentov s veľmi nízkou teplotou a obohacujúci prostriedok vo vzduchu vo vnútri skleníkov. Používa sa tiež pri štiepení ropných vrtov, pri niektorých druhoch ťažby, ako moderátor v určitých jadrových reaktoroch a v špeciálnych laseroch.

Zaujímavosť: Prostredníctvom základných metabolických procesov vyprodukujete asi 500 gramov CO₂ v nasledujúcich 24 hodinách - ešte viac, ak ste aktívni. To je viac ako jedna libra neviditeľného plynu, ktorý sa len vylieva z nosa a úst, ako aj z pórov. Takto v skutočnosti ľudia časom chudnú, bez započítania vodných (dočasných) strát.