ก๊าซ CO2 คืออะไร?

คาร์บอนไดออกไซด์เป็นหนึ่งในคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่มีความหมายที่หลากหลายและมีความหมายแฝงที่คล้ายคลึงกัน หากคุณคุ้นเคยกับการหายใจระดับเซลล์ คุณอาจรู้ว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ – ย่อ CO₂ – เป็นของเสียจากปฏิกิริยาอนุกรมนี้ในสัตว์ ซึ่งมีก๊าซออกซิเจนหรือ O₂, เป็นสารตั้งต้น; คุณอาจทราบด้วยว่าในพืช กระบวนการนี้มีผลย้อนกลับด้วย CO₂ ทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงในการสังเคราะห์แสงและ O₂ เป็นของเสีย

บางทีอาจมีชื่อเสียงมากขึ้นด้วยการเมืองและวิทยาศาสตร์โลกของศตวรรษปัจจุบัน CO₂ ขึ้นชื่อว่าเป็นก๊าซเรือนกระจก มีหน้าที่ช่วยดักจับความร้อนในชั้นบรรยากาศของโลก CO₂ เป็นผลพลอยได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล และภาวะโลกร้อนที่ตามมาทำให้พลเมืองของโลกแสวงหาแหล่งพลังงานทางเลือก

นอกเหนือจากประเด็นเหล่านี้ CO₂ แก๊ส ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เรียบง่ายและสง่างาม มีฟังก์ชันทางชีวเคมีและอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่แฟนวิทยาศาสตร์ควรทราบ

คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่นที่อุณหภูมิห้อง ทุกครั้งที่คุณหายใจออก โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์จะออกจากร่างกายของคุณและกลายเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศ CO₂

O=C=O

อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมสร้างพันธะสี่พันธะกับเพื่อนบ้านในโมเลกุลที่เสถียร ในขณะที่อะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมสร้างพันธะสองพันธะ ดังนั้นด้วยพันธะคาร์บอน-ออกซิเจนแต่ละพันธะใน CO₂ ประกอบด้วยพันธะคู่ - นั่นคืออิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันสองคู่ - CO₂ มีความเสถียรสูง

เมื่อเหลือบมองที่ตารางธาตุเผยให้เห็น (ดูแหล่งข้อมูล) น้ำหนักโมเลกุลของคาร์บอนคือ 12 หน่วยมวลอะตอม (amu) ในขณะที่ออกซิเจนคือ 16 amu น้ำหนักโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์เท่ากับ 12 + 2 (16) = 44 อีกวิธีในการแสดงออกคือบอกว่า CO one₂ มีมวล 44 โดยหนึ่งโมลมีค่าเท่ากับ 6.02 × 10²³ แต่ละโมเลกุล (ตัวเลขนี้เรียกว่าเลขอาโวกาโดร มาจากข้อเท็จจริงที่ว่ามวลโมเลกุลของคาร์บอนตั้งไว้ที่ 12 กรัมพอดี ซึ่งเรามีเป็นสองเท่าของจำนวนโปรตอนที่คาร์บอนมีอยู่ และมวลของคาร์บอนนี้ประกอบด้วย 6.02 × 10²³ อะตอมของคาร์บอน น้ำหนักโมเลกุลขององค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดมีโครงสร้างตามมาตรฐานนี้)

คาร์บอนไดออกไซด์สามารถดำรงอยู่ได้ในรูปของเหลว ซึ่งเป็นสถานะที่ใช้เป็นสารทำความเย็น ในเครื่องดับเพลิงและในการผลิตเครื่องดื่มอัดลม เช่น โซดา และเป็นของแข็ง ซึ่งในสถานะที่ใช้เป็นสารทำความเย็นและอาจทำให้เกิดอาการบวมเป็นน้ำเหลืองหากสัมผัสกับผิวหนัง

คาร์บอนไดออกไซด์มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นพิษเพราะมักเกี่ยวข้องกับการหายใจไม่ออกและเสียชีวิตได้ ในขณะที่ระดับ CO. เพียงพอ₂ ที่จริงแล้วสามารถเป็นพิษโดยตรงและทำให้ขาดอากาศหายใจได้ แต่สิ่งที่มักจะเกิดขึ้นก็คือCO₂ สร้างขึ้นจากผลหรือผลที่ตามมาของภาวะขาดอากาศหายใจแทน หากมีคนหยุดหายใจด้วยเหตุผลใดก็ตาม CO₂ ไม่ถูกขับออกทางปอดอีกต่อไป ดังนั้นจึงสะสมในกระแสเลือดเนื่องจากไม่มีที่อื่นให้ไป CO₂ จึงเป็นเครื่องหมายของการสำลัก ในทำนองเดียวกัน น้ำไม่ได้ "เป็นพิษ" เพียงเพราะอาจทำให้จมน้ำได้

มีเพียงเศษเสี้ยวของบรรยากาศเท่านั้นที่ประกอบด้วยCO₂ - ประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ แม้ว่าจะเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญของสัตว์ แต่ก็จำเป็นอย่างยิ่งที่พืชจะอยู่รอดและเป็นส่วนสำคัญของโลก วัฏจักรคาร์บอน. พืชรับ CO₂แปลงเป็นชุดของปฏิกิริยาคาร์บอนและออกซิเจน จากนั้นปล่อยออกซิเจนสู่บรรยากาศในขณะที่รักษาคาร์บอนในรูปของกลูโคสเพื่อให้มีชีวิตและเติบโต เมื่อพืชตายหรือถูกเผา คาร์บอนของพวกมันจะรวมตัวกับ O₂ ในอากาศสร้างCO₂ และจบวัฏจักรคาร์บอน

สัตว์สร้างคาร์บอนไดออกไซด์โดยการสลายตัวของคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมันที่กินเข้าไปในอาหาร ทั้งหมดนี้ถูกเผาผลาญเป็นกลูโคส ซึ่งเป็นโมเลกุลของคาร์บอน 6 ตัวที่เข้าสู่เซลล์และสุดท้ายกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ โดยพลังงานที่ได้จะนำไปใช้ในการขับเคลื่อนกิจกรรมของเซลล์ สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการหายใจแบบแอโรบิก (มักเรียกว่าการหายใจระดับเซลล์ แม้ว่าคำศัพท์จะไม่ตรงกันก็ตาม) กลูโคสทั้งหมดที่เข้าสู่เซลล์ของทั้งโปรคาริโอต (แบคทีเรีย) และยูคาริโอตที่ไม่ใช่พืช (สัตว์ และเชื้อรา) ขั้นแรกผ่านไกลโคไลซิส ซึ่งสร้างคู่ของโมเลกุลคาร์บอนสามคู่ที่เรียกว่า ไพรูเวต ส่วนใหญ่จะเข้าสู่วัฏจักร Krebs ในรูปของโมเลกุลสองคาร์บอน acetyl CoA ในขณะที่ CO₂ ได้รับการปลดปล่อย ตัวพาอิเล็กตรอนพลังงานสูง NADH และ FADH₂ ที่เกิดขึ้นระหว่างวัฏจักร Krebs แล้วปล่อยอิเลคตรอนต่อหน้าออกซิเจนในการขนส่งอิเล็กตรอน ปฏิกิริยาลูกโซ่ทำให้เกิด ATP จำนวนมาก "สกุลเงินพลังงาน" ของเซลล์สิ่งมีชีวิต สิ่งของ

CO₂ เป็นก๊าซดักจับความร้อน ในหลาย ๆ ด้าน นี่เป็นสิ่งที่ดีเพราะป้องกันไม่ให้โลกสูญเสียความร้อนมากจนสัตว์เช่นคนไม่สามารถอยู่รอดได้ แต่การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลตั้งแต่เริ่มการปฏิวัติอุตสาหกรรมในศตวรรษที่ 19 ได้เพิ่ม CO จำนวนมาก₂ ก๊าซสู่ชั้นบรรยากาศนำไปสู่ภาวะโลกร้อนและผลกระทบที่เลวลงเรื่อยๆ

เป็นเวลาหลายพันปีที่ความเข้มข้นของ CO. ในบรรยากาศ₂ ในบรรยากาศยังคงอยู่ระหว่าง 200 ถึง 300 ส่วนในล้านส่วน (ppm) ภายในปี 2560 มันเพิ่มขึ้นเป็นเกือบ 400 ppm ซึ่งเป็นความเข้มข้นที่ยังคงเพิ่มขึ้น CO. พิเศษนี้₂ ดักจับความร้อนและทำให้อากาศเปลี่ยนแปลง สิ่งนี้ไม่ปรากฏให้เห็นเฉพาะในอุณหภูมิเฉลี่ยที่เพิ่มขึ้นทั่วโลกเท่านั้น แต่ในระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้น น้ำแข็งละลาย และอื่นๆ น้ำทะเลที่เป็นกรด น้ำแข็งขั้วโลกที่มีขนาดเล็กลง และจำนวนเหตุการณ์ภัยพิบัติที่เพิ่มขึ้น (เช่น พายุเฮอริเคน) ปัญหาเหล่านี้ล้วนสัมพันธ์กันและพึ่งพากัน

ตัวอย่างของเชื้อเพลิงฟอสซิล ได้แก่ ถ่านหิน ปิโตรเลียม (น้ำมัน) และก๊าซธรรมชาติ สิ่งเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นในช่วงหลายล้านปีเนื่องจากซากพืชและสัตว์ที่ตายแล้วถูกขังและฝังอยู่ใต้ชั้นหิน ภายใต้สภาวะความร้อนและความดันที่เอื้ออำนวย สารอินทรีย์นี้จะถูกเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิง เชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งหมดประกอบด้วยคาร์บอน และสิ่งเหล่านี้ถูกเผาเพื่อให้เกิดพลังงาน และปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีประโยชน์หลากหลาย ซึ่งสะดวกเพราะสิ่งของมีอยู่ทั่วไป ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สารนี้ถูกใช้เป็นสารทำความเย็น แม้ว่าจะเป็นจริงมากกว่าในรูปแบบของแข็งและของเหลวก็ตาม นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารขับดันละออง ยาฆ่าหนู (เช่น ยาพิษหนู) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของการทดลองฟิสิกส์ที่อุณหภูมิต่ำมากและเป็นสารเพิ่มคุณค่าในอากาศภายในโรงเรือน นอกจากนี้ยังนำไปใช้ในการแตกร้าวของบ่อน้ำมัน ในการขุดบางประเภท เป็นตัวกลางในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางประเภทและในเลเซอร์พิเศษ

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: ด้วยกระบวนการเผาผลาญขั้นพื้นฐาน คุณจะผลิต CO. ประมาณ 500 กรัม₂ ใน 24 ชั่วโมงข้างหน้า – ยิ่งถ้าคุณใช้งานอยู่ นั่นคือก๊าซที่มองไม่เห็นมากกว่าหนึ่งปอนด์ เพียงแค่ลอยออกจากจมูกและปากของคุณ รวมทั้งจากรูขุมขนของคุณ อันที่จริงนี่คือวิธีที่ผู้คนลดน้ำหนักเมื่อเวลาผ่านไป ไม่รวมการสูญเสียน้ำ (ชั่วคราว)