Kaj je plin CO2?

Ogljikov dioksid je med številnimi znanstvenimi izrazi, ki ima širok spekter pomenov in podobno široko paleto konotacij. Če ste seznanjeni s celičnim dihanjem, morda veste, da je plin ogljikov dioksid - okrajšan CO₂ - je odpadni produkt te vrste reakcij pri živalih, pri katerih je plin kisik ali O₂, je reaktant; morda tudi veste, da je pri rastlinah ta proces dejansko obrnjen s CO₂ služi kot gorivo pri fotosintezi in O₂ kot odpadni produkt.

Morda bolj znano, zahvaljujoč politiki in znanosti o Zemlji v sedanjem stoletju, CO₂ je znan po tem, da je toplogredni plin, odgovoren za ujemanje toplote v zemeljski atmosferi. CO₂ je stranski produkt izgorevanja fosilnih goriv in posledično segrevanje planeta je vodilo državljane Zemlje v iskanje alternativnih virov energije.

Poleg teh vprašanj CO₂ plin, elegantno preprosta molekula, ima številne druge biokemične in industrijske funkcije, ki se jih morajo ljubitelji znanosti zavedati.

Ogljikov dioksid je plin brez barve in vonja pri sobni temperaturi. Vsakič, ko izdihnete, molekule ogljikovega dioksida zapustijo vaše telo in postanejo del ozračja. CO

O = C = O

Vsak atom ogljika tvori štiri vezi s svojimi sosedi v stabilnih molekulah, medtem ko vsak atom kisika tvori dve vezi. Tako z vsako vezjo ogljik-kisik v CO₂ sestavljen iz dvojne vezi - to je dveh parov skupnih elektronov - CO₂ je zelo stabilen.

Kot razkrije pogled na periodni sistem elementov (glej Vire), je molekulska masa ogljika 12 atomskih masnih enot (amu), kisika pa 16 amu. Molekulska masa ogljikovega dioksida je tako 12 + 2 (16) = 44. Drug način, da to izrazimo, je, da rečemo, da en mol CO₂ ima maso 44, pri čemer je en mol enak 6,02 × 10²³ posamezne molekule. (Ta številka, znana kot Avogadrovo število, izhaja iz dejstva, da je molekulska masa ogljika nastavljena na natančno 12 gramov, kar uporabimo dvakrat več protonov ogljika, ta masa ogljika pa 6,02 × 10²³ ogljikovi atomi. Molekulska masa vseh drugih elementov je bila strukturirana okoli tega standarda.)

Ogljikov dioksid lahko obstaja tudi kot tekočina, v stanju, v katerem se uporablja kot hladilno sredstvo, v gasilnih aparatih in pri proizvodnji gaziranih pijač, kot je soda; in kot trdna snov, v katerem stanju se uporablja kot hladilno sredstvo in lahko v stiku s kožo povzroči ozebline.

Ogljikov dioksid je pogosto napačno razumljen kot strupen, ker je pogosto povezan z zadušitvijo in celo izgubo življenja. Medtem ko zadostne ravni CO₂ lahko dejansko neposredno strupen in povzroči zadušitev, običajno se zgodi, da CO₂ namesto tega se kopiči kot rezultat ali posledica zadušitve. Če nekdo iz kakršnega koli razloga preneha dihati, CO₂ se ne izžene več skozi pljuča in se zato kopiči v krvnem obtoku, saj nima kam drugam. CO₂ je torej oznaka zadušitve. Približno na enak način voda ni "strupena" zgolj zato, ker lahko povzroči utopitev.

CO je le majhen del ozračja₂ - približno 1 odstotek. Čeprav je stranski produkt presnove živali, je nujno, da rastline preživijo in je ključni del sveta ogljikov cikel. Rastline sprejmejo CO₂, ga pretvorite v seriji reakcij ogljik in kisik, nato pa sprostite kisik v ozračje, medtem ko ogljik v obliki glukoze zadržite za življenje in rast. Ko rastline odmrejo ali sežgejo, se njihov ogljik rekombinira z O₂ v zraku, tvori CO₂ in dokončanje ogljikovega cikla.

Živali ustvarjajo ogljikov dioksid z razgradnjo zaužitih ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob v hrani. Vse to se presnovi v glukozo, molekulo s šestimi ogljiki, ki nato vstopi v celice in na koncu postane ogljikov dioksid in voda, z nastalo energijo, ki se uporablja za pogon celičnih dejavnosti. To se zgodi s postopkom aerobnega dihanja (pogosto imenovanega celično dihanje, čeprav izrazi niso ravno sinonimi). Vsa glukoza, ki vstopi v celice tako prokariontov (bakterij) kot nerastlinskih evkariontov (živali in glive) najprej podvržemo glikolizi, ki ustvari par molekul s tremi ogljiki, imenovanimi piruvat. Večina tega vstopi v Krebsov cikel v obliki dvoogljične molekule acetil CoA, medtem ko CO₂ je osvobojena. Visokoenergijska elektronska nosilca NADH in FADH₂ ki nastanejo med Krebsovim ciklom, se nato predajo elektronom v prisotnosti kisika v transportu elektronov verižne reakcije, kar povzroči nastanek velike količine ATP, "energijske valute" živih celic stvari.

CO₂ je plin, ki zajema toploto. V mnogih pogledih je to dobro, saj preprečuje, da bi Zemlja izgubila toliko toplote, da živali, kot so ljudje, ne bi mogle preživeti. Toda zgorevanje fosilnih goriv od začetka industrijske revolucije v 19. stoletju je dodalo znatno količino CO₂ plin v ozračje, kar vodi do globalnega segrevanja in njegovih postopno poslabšujočih učinkov.

Že tisočletja atmosferska koncentracija CO₂ v ozračju je ostalo med 200 in 300 delcev na milijon (ppm). Do leta 2017 se je povzpel na skoraj 400 ppm, koncentracija, ki se še vedno povečuje. Ta dodaten CO₂ ujame toploto in povzroči spremembe podnebja. To se ne kaže le v naraščajočih povprečnih temperaturah po vsem svetu, ampak tudi v naraščajoči gladini morja, ledeniškem taljenju in še več kisla morska voda, manjše polarne ledene kape in povečanje števila katastrofalnih dogodkov (na primer orkani). Vse te težave so medsebojno povezane in soodvisne.

Primeri fosilnih goriv so premog, nafta (zemeljsko olje) in zemeljski plin. Ti nastajajo v obdobju milijonov let, ko se odmrli rastlinski in živalski material ujame in zakopa pod plastjo kamenja. V ugodnih pogojih toplote in tlaka se ta organska snov spremeni v gorivo. Vsa fosilna goriva vsebujejo ogljik, ki se sežge, da dobi energijo, ogljikov dioksid pa se sprosti.

Plin z ogljikovim dioksidom se uporablja različno, kar je priročno, ker so stvari dobesedno povsod. Kot smo že omenili, se uporablja kot hladilno sredstvo, čeprav to bolj velja za trdne in tekoče oblike. Uporablja se tudi kot aerosolno gorivo, rodenticid (tj. Strup za podgane), sestavni del fizikalnih eksperimentov pri zelo nizkih temperaturah in sredstvo za obogatitev zraka v rastlinjakih. Uporablja se tudi pri lomljenju naftnih vrtin, pri nekaterih vrstah rudarjenja, kot moderator v nekaterih jedrskih reaktorjih in v posebnih laserjih.

Zanimivost: Z osnovnimi presnovnimi procesi boste proizvedli približno 500 gramov CO₂ v naslednjih 24 urah - še več, če ste aktivni. To je več kot en kilogram nevidnega plina, ki samo izteka iz nosu in ust ter iz por. Pravzaprav ljudje sčasoma izgubijo težo, ne da bi upoštevali (začasne) izgube vode.