Шта је ЦО2 гас?

Садржај

• Шта је угљен диоксид?
• Угљен диоксид у метаболизму
• Угљен диоксид и климатске промене
• Употреба ЦО2 у индустрији

Угљендиоксид је међу многим научним терминима који носи широк распон значења и слично широку лепезу конотација. Ако сте упознати са ћелијским дисањем, можда ћете знати да је гас угљен-диоксида - скраћено ЦО₂ - је отпадни производ ове серије реакција код животиња у којима су гас кисеоник, или О₂, је реактант; такође можете знати да је код биљака тај процес напротив обрнут, са ЦО₂ служе као гориво у фотосинтези и О₂ као отпадни производ.

Можда још познатије, захваљујући политици и науци о Земљи текућег века, ЦО₂ није познат по томе што је стакленички гас, одговоран је за помагање у хватању топлине у Земљиној атмосфери. ЦО₂ је нус-производ сагоревања фосилних горива, а последично загревање планете довело је грађане Земље у потрагу за алтернативним изворима енергије.

Поред ових питања, ЦО₂ гас, елегантно једноставан молекул, има и низ других биохемијских и индустријских функција којих би фанови науке требало да буду свесни.

Шта је угљен диоксид?

Угљендиоксид је безбојни гас на собној температури. Сваки пут када издахнете, молекули угљен-диоксида напуштају ваше тело и постају део атмосфере. ЦО₂ молекули садрже један атом угљеника са два атома кисеоника, тако да је молекул линеарног облика:

О = Ц = О

Сваки атом угљеника формира четири везе са суседима у стабилним молекулама, док сваки атом кисеоника формира две везе. Тако са сваком везом угљеник-кисеоник у ЦО₂ који се састоји од двоструке везе - односно два пара дељених електрона - ЦО₂ је врло стабилна.

Како поглед на периодичну табелу елемената открива (види Ресурсе), молекулска тежина угљеника је 12 атомских маса (аму), док кисеоника 16 аму. Молекуларна тежина угљен-диоксида је, дакле, 12 + 2 (16) = 44. Други начин да се то изрази је рећи да је један мол ЦО₂ има масу од 44, при чему је један мол еквивалентан 6,02 × 10²³ појединачни молекули. (Ова бројка, позната као Авогадрос број, изводи се из чињенице да је молекулска маса угљеника постављена на тачно 12 грама, што је двоструко више од протонског угљеника, а ова маса угљеника садржи 6,02 × 10²³ атоми угљеника Молекуларна тежина сваког другог елемента структурирана је око овог стандарда.)

Угљен-диоксид такође може да постоји као течност, стање у којем се користи као расхладно средство, у апаратима за гашење пожара и у производњи газираних пића попут соде; и као чврста супстанца, у којем се стању користи као расхладно средство и може доћи до смрзавања ако дође у додир са кожом.

Угљен диоксид у метаболизму

Угљен-диоксид се често погрешно схвата као токсичан јер се често повезује са асфиксијом и чак губитком живота. Иако су довољни нивои ЦО₂ могу у ствари да буду директно токсични и да изазову асфиксију, оно што се обично дешава је да ЦО₂ уместо тога настаје као резултат или последица загађења. Ако неко престане да дише из било ког разлога, ЦО₂ више се не избацује кроз плућа и зато се накупља у крвотоку као што нема камо другде. ЦО₂ је стога маркер асфиксије. Отприлике на исти начин вода није "токсична" само зато што може довести до утапљања.

Само мали део атмосфере састоји се од ЦО₂ - око један проценат. Иако је нуспроизвод животињског метаболизма, биљкама је апсолутно неопходно да преживе и он је инструментални део света угљеник циклус. Биљке узимају ЦО₂, претварају га у низу реакција угљен и кисеоник, а затим ослобађају кисеоник у атмосферу задржавајући угљен у облику глукозе да живи и расте. Када биљке умиру или су спаљене, њихов угљеник се рекомбинује са О₂ у ваздуху, формирајући ЦО₂ и завршетак циклуса угљеника

Животиње стварају угљен диоксид разградњом унесених угљених хидрата, протеина и масти у храни. Све се то метаболизира у глукозу, молекулу са шест угљеника који затим улази у ћелије и на крају постаје угљен диоксид и вода, а добијена енергија се користи за покретање ћелијских активности. То се дешава кроз процес аеробног дисања (често се назива ћелијско дисање, иако појмови нису тачно синонимни). Сва глукоза која улази у ћелије прокариота (бактерија) и не биљних еукариота (животиње и гљивица) прво се подвргава гликолизи, чиме се ствара пар молекула од три угљеника који се назива пируват. Већина тога улази у Кребсов циклус у облику дво-угљеничног молекула ацетил ЦоА, док ЦО₂ ослобођен је. Високоенергетски носачи електрона НАДХ и ФАДХ₂ који настају током Кребсовог циклуса, тада се одричу електрона у присуству кисеоника у реакцијама транспортног ланца електрона, што резултира формирањем великог дела АТП-а, „енергетске валуте“ ћелија живих бића.

Угљен диоксид и климатске промене

ЦО₂ је топлотни гас. У много чему, ово је добра ствар, јер спречава Земљу да изгуби толико топлоте да животиње попут људи не би могле да преживе. Али сагоревање фосилних горива од почетка индустријске револуције у 19. веку додало је значајну количину ЦО₂ гас у атмосферу, што доводи до глобалног загревања и његових постепених погоршања.

Током више хиљада година, атмосферска концентрација ЦО₂ у атмосфери је остало између 200 и 300 делова на милион (ппм). До 2017. године порастао је на скоро 400 ппм, концентрација која и даље расте. Овај додатни ЦО₂ задржава топлоту и изазива климу да се промени. То се очитује не само у порасту просечних температура широм света, већ и у порасту нивоа мора, ледењачким талинама, киселијој морској води, мањим поларним леденим капама и великом броју катастрофалних догађаја (на пример, урагана). Сви су ти проблеми међусобно повезани и међузависни.

Примери фосилних горива укључују угљен, нафту (нафту) и природни гас. Оне се стварају током милиона милиона година када мртви биљни и животињски материјал постану заробљени и закопани под слојевима стена. Под повољним условима топлоте и притиска, ова органска материја се претвара у гориво. Сва фосилна горива садрже угљен, који се сагоревају да би се добила енергија, а угљен диоксид се ослобађа.

Употреба ЦО2 у индустрији

Гас угљен-диоксида има различите намене, што је корисно јер је ствар буквално свуда. Као што је претходно напоменуто, користи се као расхладно средство, мада се то више односи на чврсте и течне облике. Такође се користи као аеросолно потисно средство, родентицид (тј. Отров за пацове), састојак физичких експеримената са ниским температурама и средство за обогаћивање у ваздуху унутар стакленика. Такође се користи у ломљењу нафтних бушотина, у неким врстама минирања, као модератор у одређеним нуклеарним реакторима и у посебним ласерима.

Занимљива чињеница: Кроз основне метаболичке процесе, произвест ћете око 500 грама ЦО₂ у наредна 24 сата - још више ако сте активни. То је више од килограма невидљивог гаса, само што вам испада из носа и уста, као и из ваших пора. Ово је, заправо, начин на који људи с временом губе килограме, не рачунајући воде (привремене) губитке.