Zawartość
- Co to jest dwutlenek węgla?
- Dwutlenek węgla w metabolizmie
- Dwutlenek węgla i zmiany klimatu
- Zastosowania CO2 w przemyśle
Dwutlenek węgla jest jednym z wielu terminów naukowych, które mają szeroki zakres znaczeń i podobnie szeroki zakres konotacji. Jeśli znasz oddychanie komórkowe, możesz wiedzieć, że gazowy dwutlenek węgla - w skrócie CO2 - jest produktem ubocznym tej serii reakcji u zwierząt, w których tlen tlenowy lub O2, jest reagentem; możesz również wiedzieć, że w roślinach proces ten jest w rzeczywistości odwrócony, z CO2 służąc jako paliwo w fotosyntezie i O2 jako produkt odpadowy.
Być może bardziej znane, dzięki polityce i naukom o Ziemi w obecnym wieku, CO2 jest znany z tego, że jest gazem cieplarnianym, odpowiedzialnym za pomoc w zatrzymywaniu ciepła w atmosferze ziemskiej. WSPÓŁ2 jest produktem ubocznym spalania paliw kopalnych, a konsekwentne ocieplenie planety skłoniło mieszkańców Ziemi w poszukiwaniu alternatywnych źródeł energii.
Oprócz tych problemów, CO2 gaz, elegancko prosta cząsteczka, ma wiele innych funkcji biochemicznych i przemysłowych, o których fani nauki powinni wiedzieć.
Co to jest dwutlenek węgla?
Dwutlenek węgla jest bezbarwnym, bezwonnym gazem w temperaturze pokojowej. Za każdym razem, gdy wydychasz, cząsteczki dwutlenku węgla opuszczają twoje ciało i stają się częścią atmosfery. WSPÓŁ2 cząsteczki zawierają pojedynczy atom węgla flankowany przez dwa atomy tlenu, dzięki czemu cząsteczka ma kształt liniowy:
O = C = O
Każdy atom węgla tworzy cztery wiązania ze swoimi sąsiadami w stabilnych cząsteczkach, podczas gdy każdy atom tlenu tworzy dwa wiązania. Zatem z każdym wiązaniem węgiel-tlen w CO2 składający się z podwójnego wiązania - czyli dwóch par wspólnych elektronów - CO2 jest bardzo stabilny.
Jak pokazuje rzut okresowy pierwiastków (patrz Zasoby), masa cząsteczkowa węgla wynosi 12 jednostek masy atomowej (amu), podczas gdy tlenu wynosi 16 amu. Masa cząsteczkowa dwutlenku węgla wynosi zatem 12 + 2 (16) = 44. Innym sposobem na wyrażenie tego jest powiedzenie, że jeden mol CO2 ma masę 44, przy czym jeden mol jest równoważny 6,02 × 1023 poszczególne cząsteczki. (Liczba ta, znana jako liczba Avogadrosa, wywodzi się z faktu, że masa cząsteczkowa węgla jest ustawiona na dokładnie 12 gramów, co stanowi podwójną liczbę protonów zawartych w węglu, a ta masa węgla zawiera 6,02 × 1023 atomy węgla Masa cząsteczkowa każdego innego pierwiastka została skonstruowana wokół tego standardu).
Dwutlenek węgla może również istnieć jako ciecz, w którym jest stosowany jako czynnik chłodniczy, w gaśnicach i do produkcji napojów gazowanych, takich jak napoje gazowane; i jako ciało stałe, w którym to stanie jest stosowane jako czynnik chłodniczy i może powodować odmrożenia w przypadku kontaktu ze skórą.
Dwutlenek węgla w metabolizmie
Dwutlenek węgla jest często źle rozumiany jako toksyczny, ponieważ często wiąże się z uduszeniem, a nawet utratą życia. Chociaż wystarczające poziomy CO2 może w rzeczywistości być bezpośrednio toksyczny i powodować uduszenie, zwykle dzieje się tak, że CO2 zamiast tego gromadzi się w wyniku uduszenia. Jeśli ktoś przestanie oddychać z jakiegokolwiek powodu, CO2 nie jest już wydalany przez płuca i dlatego gromadzi się w krwiobiegu, ponieważ nie ma dokąd pójść. WSPÓŁ2 jest zatem wskaźnikiem uduszenia. Z grubsza w ten sam sposób woda nie jest „toksyczna” tylko dlatego, że może prowadzić do utonięcia.
Tylko niewielka część atmosfery składa się z CO2 - około 1 procent. Chociaż jest produktem ubocznym metabolizmu zwierząt, rośliny muszą koniecznie przetrwać i są instrumentalną częścią całego świata obieg węgla. Rośliny przyjmują CO2, przekształć go w szereg reakcji węgiel i tlen, a następnie uwolnij tlen do atmosfery, zatrzymując węgiel w postaci glukozy, aby żyć i rosnąć. Kiedy rośliny umierają lub zostają spalone, ich węgiel łączy się z O2 w powietrzu, tworząc CO2 i zakończenie cyklu węglowego.
Zwierzęta wytwarzają dwutlenek węgla poprzez rozkład spożywanych węglowodanów, białek i tłuszczów w żywności. Wszystkie z nich są metabolizowane do glukozy, sześciowęglowej cząsteczki, która następnie wchodzi do komórek i ostatecznie staje się dwutlenkiem węgla i wodą, a uzyskana energia jest wykorzystywana do zasilania aktywności komórkowej. Odbywa się to poprzez proces oddychania tlenowego (często nazywany oddychaniem komórkowym, chociaż terminy nie są dokładnie synonimiczne). Cała glukoza, która dostaje się do komórek zarówno prokariotów (bakterii), jak i eukariotów roślinnych (zwierząt i grzybów) najpierw podlega glikolizie, która wytwarza parę trójwęglowych cząsteczek zwanych pirogronianem. Większość z nich wchodzi w cykl Krebsa w postaci dwuwęglowej cząsteczki acetylo CoA, natomiast CO2 jest wyzwolony. Wysokoenergetyczne nośniki elektronów NADH i FADH2 które powstają podczas cyklu Krebsa, a następnie oddają elektrony w obecności tlenu w reakcjach łańcuchowych transportu elektronów, co powoduje powstanie dużej ilości ATP, „waluty energetycznej” komórek żywych istot.
Dwutlenek węgla i zmiany klimatu
WSPÓŁ2 jest gazem zatrzymującym ciepło. Pod wieloma względami jest to dobra rzecz, ponieważ zapobiega utracie przez Ziemię tyle ciepła, że zwierzęta takie jak ludzie nie byłyby w stanie przeżyć. Jednak spalanie paliw kopalnych od początku rewolucji przemysłowej w XIX wieku spowodowało znaczne zwiększenie emisji CO2 gaz do atmosfery, co prowadzi do globalnego ocieplenia i jego stopniowego pogarszania się.
Przez wiele tysięcy lat stężenie CO w atmosferze2 w atmosferze pozostawało między 200 a 300 części na milion (ppm). Do 2017 r. Wzrosła do prawie 400 ppm, co wciąż rośnie. To dodatkowe CO2 wychwytuje ciepło i powoduje zmianę klimatu. Przejawia się to nie tylko we wzroście średnich temperatur na całym świecie, ale także we wzroście poziomu morza, stopach lodowcowych, bardziej kwaśnej wodzie morskiej, mniejszych polarnych czapach lodowych i wzroście liczby katastrofalnych zdarzeń (na przykład huraganów). Wszystkie te problemy są ze sobą powiązane i współzależne.
Przykłady paliw kopalnych obejmują węgiel, ropę naftową (ropę naftową) i gaz ziemny. Powstają one przez miliony lat, gdy martwy materiał roślinny i zwierzęcy zostaje uwięziony i zakopany pod warstwami skały. W sprzyjających warunkach ciepła i ciśnienia materia organiczna jest przekształcana w paliwo. Wszystkie paliwa kopalne zawierają węgiel, który jest spalany w celu uzyskania energii, a dwutlenek węgla jest uwalniany.
Zastosowania CO2 w przemyśle
Dwutlenek węgla ma wiele zastosowań, co jest przydatne, ponieważ rzeczy są dosłownie wszędzie. Jak wspomniano wcześniej, jest stosowany jako czynnik chłodniczy, chociaż jest to bardziej prawdziwe w przypadku postaci stałej i ciekłej. Jest również stosowany jako propelent aerozolowy, rodentycyd (tj. Trucizna na szczury), składnik eksperymentów fizyki w bardzo niskich temperaturach i środek wzbogacający w powietrzu w szklarniach. Wykorzystuje się go również w szczelinowaniu szybów naftowych, w niektórych rodzajach górnictwa, jako moderator w niektórych reaktorach jądrowych i specjalnych laserach.
Ciekawy fakt: dzięki podstawowym procesom metabolicznym wyprodukujesz około 500 gramów CO2 w ciągu najbliższych 24 godzin - nawet więcej, jeśli jesteś aktywny. To więcej niż jeden funt niewidzialnego gazu, po prostu wypływający z nosa i ust, a także z porów. W ten sposób ludzie tracą wagę z czasem, nie uwzględniając strat wody (tymczasowych).