Що таке газ CO2?

Двоокис вуглецю є одним з багатьох наукових термінів, що має широкий діапазон значень і такий же широкий спектр конотацій. Якщо ви знайомі з клітинним диханням, ви можете знати, що вуглекислий газ - скорочено CO₂ - є відходом цієї серії реакцій у тварин, при якому відбувається кисневий газ або O₂, є реагентом; Ви також можете знати, що у рослин цей процес фактично є зворотним, з CO₂ слугуючи паливом при фотосинтезі та О₂ як продукт відходів.

Мабуть, більш відомим, завдяки політиці та науці про Землю поточного століття, CO₂ відомий тим, що є парниковим газом, відповідальним за утримання тепла в атмосфері Землі. CO₂ є побічним продуктом спалення викопного палива, і, як наслідок, потепління планети призвело жителів Землі до пошуку альтернативних джерел енергії.

Окрім цих питань, CO₂ Газ, елегантно проста молекула, має низку інших біохімічних та промислових функцій, про які повинні знати шанувальники науки.

Вуглекислий газ - це безбарвний газ без запаху кімнатної температури. Щоразу, коли ви видихаєте, молекули вуглекислого газу залишають ваше тіло і стають частиною атмосфери. CO

O = C = O

Кожен атом вуглецю утворює чотири зв’язки з сусідами у стабільних молекулах, тоді як кожен атом кисню утворює два зв’язки. Таким чином, з кожним вуглецево-кисневим зв’язком у СО₂ що складається з подвійного зв’язку - тобто двох пар спільних електронів - CO₂ дуже стабільний.

Як виявляється огляд періодичної таблиці елементів (див. Ресурси), молекулярна маса вуглецю становить 12 одиниць атомної маси (аму), тоді як кисню - 16 аму. Таким чином, молекулярна маса вуглекислого газу становить 12 + 2 (16) = 44. Інший спосіб це виразити - сказати, що один моль CO₂ має масу 44, причому один моль еквівалентний 6,02 × 10²³ окремі молекули. (Ця цифра, відома як число Авогадро, походить від того, що молекулярна маса вуглецю встановлена ​​на рівні рівно 12 грам, що вдвічі перевищує кількість протонів, що містять вуглець, і ця маса вуглецю містить 6,02 × 10²³ атоми вуглецю. Молекулярна маса кожного іншого елемента була структурована навколо цього стандарту.)

Вуглекислий газ може існувати також у вигляді рідини, стан, в якому використовується як холодоагент, у вогнегасниках та у виробництві газованих напоїв, таких як газована вода; і як тверда речовина, в якому стані він використовується як холодоагент і може спричинити обмороження при контакті зі шкірою.

Часто вуглекислий газ неправильно розуміють як токсичний, оскільки він часто пов’язаний із задухою і навіть втратою життя. Хоча достатній рівень СО₂ насправді може бути безпосередньо токсичним і спричинити задуху, як правило, це те, що CO₂ натомість накопичується в результаті або наслідку задухи. Якщо хтось припиняє дихання з будь-якої причини, CO₂ більше не викидається через легені, а тому накопичується в крові, оскільки йому нікуди більше не діватися. CO₂ тому є маркером задухи. Приблизно так само вода не є "токсичною" лише тому, що може призвести до утоплення.

Лише незначна частка атмосфери складається з CO₂ - близько 1 відсотка. Хоча він є побічним продуктом метаболізму тварин, він абсолютно необхідний для виживання рослин і є важливою частиною світу кругообіг вуглецю. Рослини беруть CO₂, перетворюють його в серії реакцій вуглецю та кисню, а потім викидають кисень в атмосферу, зберігаючи вуглець у формі глюкози для життя та зростання. Коли рослини гинуть або спалюються, їх вуглець рекомбінується з O₂ у повітрі, утворюючи CO₂ і завершення циклу вуглецю.

Тварини утворюють вуглекислий газ через розщеплення в їжу вуглеводів, білків і жирів. Всі вони метаболізуються до глюкози - шестивуглецевої молекули, яка потім потрапляє в клітини і зрештою стає вуглекислим газом та водою, а отримана енергія використовується для живлення клітинної діяльності. Це відбувається в процесі аеробного дихання (часто його називають клітинним диханням, хоча терміни не є точно синонімами). Вся глюкоза, яка потрапляє в клітини як прокаріотів (бактерій), так і нерослинних еукаріотів (тварин і гриби) спочатку піддається гліколізу, який утворює пару молекул із трьох вуглеців, які називаються піруват. Більша частина цього потрапляє у цикл Кребса у вигляді двовуглецевої молекули ацетил КоА, тоді як СО₂ звільняється. Високоенергетичні носії електронів NADH і FADH₂ які утворюються під час циклу Кребса, а потім віддають електрони в присутності кисню в транспорті електронів ланцюгові реакції, в результаті яких утворюється велика кількість АТФ, "енергетичної валюти" клітин живих речі.

CO₂ є газом, що уловлює тепло. Багато в чому це добре, оскільки воно заважає Землі втратити стільки тепла, що такі тварини, як люди, не зможуть вижити. Але згоряння викопного палива з початку промислової революції в 19 столітті додало значної кількості CO₂ надходження газу в атмосферу, що призводить до глобального потепління та його поступового погіршення.

Протягом багатьох тисячоліть атмосферна концентрація СО₂ в атмосфері залишалося від 200 до 300 частин на мільйон (ppm). До 2017 року вона зросла майже до 400 проміле - концентрація, яка все ще зростає. Це додатковий CO₂ захоплює тепло і спричинює зміну клімату. Це проявляється не тільки в підвищенні середніх температур у всьому світі, але і в підвищенні рівня моря, таненні льодовиків тощо кислою морською водою, меншими полярними крижаними шапками та зростанням кількості катастрофічних подій (наприклад, урагани). Всі ці проблеми взаємопов’язані та взаємозалежні.

Прикладами викопного палива є вугілля, нафта (нафта) та природний газ. Вони створюються протягом мільйонів років, коли мертві рослинні та тваринні матеріали потрапляють у пастку і ховаються під шарами скелі. За сприятливих умов тепла та тиску ця органічна речовина перетворюється на паливо. Усі викопні види палива містять вуглець, який спалюється для отримання енергії, і виділяється вуглекислий газ.

Газ вуглекислий газ має різноманітне використання, що дуже зручно, оскільки матеріал є буквально скрізь. Як зазначалося раніше, він використовується як холодоагент, хоча це більше стосується твердої та рідкої форм. Він також використовується як аерозольний пропелент, родентицид (тобто отрута для щурів), компонент фізичних експериментів з дуже низькими температурами та збагачувальний агент у повітрі всередині теплиць. Він також використовується для розриву нафтових свердловин, у деяких видах видобутку, як сповільнювач у деяких ядерних реакторах та у спеціальних лазерах.

Цікавий факт: завдяки основним процесам обміну речовин ви виробляєте близько 500 грамів CO₂ протягом наступних 24 годин - навіть більше, якщо ви активні. Це не один фунт невидимого газу, який просто випливає з носа і рота, а також з пор. Фактично саме так люди втрачають вагу з часом, не враховуючи (тимчасові) втрати води.