Що таке газ CO2?

Зміст

• Що таке вуглекислий газ?
• Вуглекислий газ в метаболізмі
• Вуглекислий газ і зміни клімату
• Використання CO2 в промисловості

Вуглекислий газ є одним з безлічі наукових термінів, який несе в собі широкий спектр значень і аналогічно широкий спектр конотацій. Якщо ви знайомі з клітинним диханням, ви можете знати, що вуглекислий газ - скорочено СО₂ - є відходом цієї серії реакцій у тварин, в яких кисневий газ, або О₂, є реагентом; ви також можете знати, що у рослин цей процес фактично зворотний, з СО₂ слугуючи паливом у фотосинтезі та O₂ як відхідний продукт.

Можливо, більш відоме, завдяки політиці та науці про Землю поточного століття, CO₂ не відомий тим, що є парниковим газом, який відповідає за те, щоб допомогти вловлювати тепло в атмосфері Землі. СО₂ є побічним продуктом спалювання викопного палива, а наслідкове потепління планети змусило громадян Землі шукати альтернативні джерела енергії.

Крім цих питань, СО₂ газ, елегантно проста молекула, має ряд інших біохімічних та промислових функцій, про які повинні бути обізнані шанувальники науки.

Що таке вуглекислий газ?

Вуглекислий газ - безбарвний газ при кімнатній температурі без запаху. Кожного разу, коли ви видихаєте, молекули вуглекислого газу покидають ваше тіло і стають частиною атмосфери. СО₂ Молекули містять один атом вуглецю, оточений двома атомами кисню, таким чином, що молекула має лінійну форму:

O = C = O

Кожен атом вуглецю утворює чотири зв’язки зі своїми сусідами в стабільних молекулах, тоді як кожен атом кисню утворює два зв’язки. Таким чином, з кожною вуглекислородною зв’язкою в СО₂ що складається з подвійного зв’язку - тобто двох пар спільних електронів - СО₂ відрізняється високою стійкістю.

Як оглядається періодична таблиця елементів (див. Ресурси), молекулярна маса вуглецю становить 12 атомних одиниць маси (аму), а кисню - 16 амі. Таким чином, молекулярна маса вуглекислого газу становить 12 + 2 (16) = 44. Ще один спосіб виразити це - сказати, що один моль СО₂ має масу 44, причому один моль еквівалентний 6,02 × 10²³ окремі молекули. (Цей показник, відомий як число Авогадроса, отриманий з того, що молекулярна маса вуглецю встановлена ​​рівно в 12 грам, що вдвічі перевищує кількість протонного вуглецю, і ця маса вуглецю містить 6,02 × 10²³ атоми вуглецю Молекулярна маса кожного іншого елемента була структурована навколо цього стандарту.)

Вуглекислий газ може також існувати як рідина, стан, в якому використовується як холодоагент, у вогнегасниках та у виробництві газованих напоїв, таких як сода; і як тверда речовина, в якому стані він використовується як холодоагент і може спричинити обмороження, якщо потрапить у шкіру.

Вуглекислий газ в метаболізмі

Вуглекислий газ нерідко не розуміється як токсичний, тому що він часто асоціюється з асфіксією та навіть загибеллю людей. При достатньому рівні СО₂ насправді можуть бути безпосередньо токсичними і викликати асфіксію, що зазвичай буває, що СО₂ натомість накопичується як результат або наслідок асфіксії. Якщо хтось перестає дихати з будь-якої причини, СО₂ більше не виганяється через легені, і тому накопичується в крові, так як більше нікуди діватися. СО₂ тому є маркером асфіксії. Приблизно таким же чином вода не є "токсичною" лише тому, що може призвести до утоплення.

Лише крихітна частка атмосфери складається з СО₂ - близько 1 відсотка. Хоча це побічний продукт обміну речовин у тваринах, рослинам абсолютно необхідно вижити і є важливою частиною у всьому світі вуглецевий цикл. Рослини беруть в CO₂, перетворюють його в серії реакцій вуглець і кисень, а потім виділяють кисень в атмосферу, зберігаючи вуглець у вигляді глюкози, щоб жити і рости. Коли рослини гинуть або спалюються, їх вуглець рекомбінує з О₂ у повітрі, утворюючи СО₂ і завершення циклу вуглецю.

Тварини генерують вуглекислий газ при розщепленні в їжу вуглеводів, білків і жирів. Все це метаболізується до глюкози, шестивуглецевої молекули, яка потім потрапляє в клітини і в кінцевому підсумку стає вуглекислим газом і водою, а отримана енергія використовується для живлення клітинної діяльності. Це відбувається через процес аеробного дихання (його часто називають клітинним диханням, хоча терміни не є точно синонімами). Вся глюкоза, яка потрапляє в клітини як прокаріотів (бактерій), так і не рослинних еукаріотів (тварин і грибів), спочатку піддається гліколізу, який генерує пару трьох молекул вуглецю, званих піруватом. Велика частина цього надходить у цикл Кребса у вигляді двовуглецевої молекули ацетил CoA, а СО₂ звільняється. Високоенергетичні носії електронів NADH та FADH₂ які утворюються під час циклу Кребса, то віддають електрони за наявності кисню в ланцюгових реакціях транспорту електронів, в результаті чого утворюється велика кількість АТФ, "енергетичної валюти" клітин живих істот.

Вуглекислий газ і зміни клімату

СО₂ являє собою теплозахоплюючий газ. Багато в чому це гарна річ, оскільки вона заважає Землі втрачати стільки тепла, що тварини, такі як люди, не змогли б вижити. Але згоряння викопних палив з моменту початку промислової революції в 19 столітті додало значну кількість СО₂ газ в атмосферу, що призводить до глобального потепління та його поступового погіршення наслідків.

Протягом багатьох тисяч років атмосферна концентрація СО₂ в атмосфері залишалося від 200 до 300 частин на мільйон (проміле). До 2017 року вона зросла до майже 400 проміле, концентрація, яка все ще зростає. Це зайвий СО₂ це захоплення тепла і спричинення зміни клімату. Це проявляється не лише у зростанні середніх температур у всьому світі, але і в підвищенні рівня моря, льодовикових таненнях, більш кислому морській воді, менших полярних крижаних шапках і суперечці кількості катастрофічних подій (наприклад, ураганів). Ці проблеми взаємопов'язані та взаємозалежні.

Прикладами викопного палива є вугілля, нафта (нафта) та природний газ. Вони створюються протягом мільйонів років, коли мертвий рослинний і тваринний матеріал потрапляє в пастку і закопується під шарами скелі. За сприятливих умов тепла та тиску ця органічна речовина перетворюється на паливо. Всі викопні види палива містять вуглець, і вони спалюються, щоб отримати енергію, і виділяється вуглекислий газ.

Використання CO2 в промисловості

Газ двоокис вуглецю має різноманітне використання, що зручно, оскільки цей 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 щуряча отрута), компонент фізичних експериментів з низькою температурою та збагачувальний агент у повітрі всередині теплиць. Він також використовується для розбиття нафтових свердловин, у деяких видах видобутку, як модератор у певних ядерних реакторах та у спеціальних лазерах.

Цікавий факт: за допомогою основних метаболічних процесів ви будете виробляти близько 500 грамів СО₂ у найближчі 24 години - ще більше, якщо ви активні. Це більше ніж один фунт невидимого газу, який просто випливає з носа та рота, а також з ваших пор. Фактично, це те, як люди втрачають вагу з часом, не враховуючи втрати води (тимчасові).