Kaj je CO2 plin?

Vsebina

• Kaj je ogljikov dioksid?
• Ogljikov dioksid v presnovi
• Ogljikov dioksid in podnebne spremembe
• Uporaba CO2 v industriji

Ogljikov dioksid je med številnimi znanstvenimi izrazi, ki nosi široko paleto pomenov in podobno široko paleto konotacij. Če poznate celično dihanje, boste morda vedeli, da je plin ogljikov dioksid - skrajšano CO₂ - je odpadni produkt te serije reakcij pri živalih, pri katerih je kisik plin ali O₂, je reaktant; morda tudi veste, da je pri rastlinah ta proces dejansko obrnjen, s CO₂ ki služijo kot gorivo pri fotosintezi in O₂ kot odpadni proizvod.

Morda bolj znano, zahvaljujoč politiki in znanosti o Zemlji v sedanjem stoletju, CO₂ ni znan po tem, da je toplogredni plin, ki je odgovoren za pomoč pri ujemanju toplote v ozračju Zemlje. CO₂ je stranski produkt izgorevanja fosilnih goriv, ​​posledično segrevanje planeta pa je državljane Zemlje pripeljalo do iskanja alternativnih virov energije.

Poleg teh vprašanj, CO₂ plin, elegantno preprosta molekula, ima številne druge biokemijske in industrijske funkcije, ki bi se jih morali zavedati ljubitelji znanosti.

Kaj je ogljikov dioksid?

Ogljikov dioksid je brezbarven plin pri sobni temperaturi brez vonja. Vsakič, ko izdihnete, molekule ogljikovega dioksida zapustijo vaše telo in postanejo del atmosfere. CO₂ molekule vsebujejo en atom ogljika, obdan z dvema atomoma kisika, tako da je molekula linearne oblike:

O = C = O

Vsak atom ogljika tvori štiri vezi s sosedi v stabilnih molekulah, medtem ko vsak atom kisika tvori dve vezi. Tako z vsako vezjo ogljik-kisik v CO₂ sestavljen iz dvojne vezi - torej dveh parov deljenih elektronov - CO₂ je zelo stabilen.

Ko pogled na periodično tabelo elementov razkrije (glej Viri), je molekulska teža ogljika 12 atomskih masnih enot (amu), medtem ko je kisika 16 amu. Molekulska teža ogljikovega dioksida je torej 12 + 2 (16) = 44. Drug način za izražanje tega je ta, da rečemo, da je en mol CO₂ ima maso 44, pri čemer je en mol enakovreden 6,02 × 10²³ posamezne molekule. (Ta številka, znana kot število Avogadrosa, izhaja iz dejstva, da je molekulska masa ogljika nastavljena na natanko 12 gramov, kar je dvakrat toliko kot vsebuje protonski ogljik, ta masa ogljika pa vsebuje 6,02 × 10²³ ogljikovi atomi. Molekularna teža vseh drugih elementov je bila strukturirana okoli tega standarda.)

Ogljikov dioksid lahko obstaja tudi kot tekočina, v kateri se uporablja kot hladilno sredstvo, v gasilnih aparatih in pri proizvodnji gaziranih pijač, kot je soda; in kot trdna snov, v takem stanju se uporablja kot hladilno sredstvo in lahko povzroči ozebline, če pride v stik s kožo.

Ogljikov dioksid v presnovi

Ogljikov dioksid pogosto ne razumemo kot strupen, saj je pogosto povezan z zadušitvijo in celo izgubo življenja. Medtem ko zadostne ravni CO₂ so dejansko lahko strupene in povzročajo zadušitev, kar se običajno zgodi je, da je CO₂ namesto tega nastane kot posledica ali posledica zadušitve. Če kdo iz kakršnega koli razloga preneha dihati, CO₂ se ne izloči več skozi pljuča in se zato nabira v krvnem obtoku, kot nikjer drugje. CO₂ je torej označevalec zadušitve. Na približno enak način voda ni "strupena" zgolj zato, ker lahko vodi do utopitve.

Le majhen delček ozračja je sestavljen iz CO₂ - približno 1 odstotek. Čeprav je stranski produkt živalske presnove, je rastlinam nujno potrebno, da preživijo, in je sestavni del sveta ogljikov cikel. Rastline sprejmejo CO₂, ga pretvorimo v nizu reakcij ogljik in kisik ter nato sprostimo kisik v atmosfero, ogljik pa zadržuje v obliki glukoze, da živi in ​​raste. Ko rastline umrejo ali sežgejo, se njihov ogljik rekombinira z O₂ v zraku in tvori CO₂ in dokončanje ogljikovega cikla.

Živali ustvarjajo ogljikov dioksid z razgradnjo zaužitih ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob v hrani. Vse to se presnavlja v glukozo, šest-ogljikovo molekulo, ki nato vstopi v celice in na koncu postane ogljikov dioksid in voda, pri čemer nastala energija porabi za napajanje celičnih aktivnosti. Do tega pride s postopkom aerobnega dihanja (pogosto ga imenujemo celično dihanje, čeprav izrazi niso ravno sinonimni). Vsa glukoza, ki vstopi v celice tako prokariotov (bakterij) kot ne rastlinskih evkariotov (živali in gliv), se najprej podvrže glikolizi, kar ustvari par molekul s tremi ogljiki, imenovanih piruvat. Večina tega vstopi v Krebsov cikel v obliki dvoogljične molekule acetil CoA, medtem ko CO₂ je osvobojena. Visokoenergijski nosilci elektronov NADH in FADH₂ ki nastanejo med Krebsovim ciklom, nato oddajo elektrone ob prisotnosti kisika v reakcijah transportne verige elektronov, kar ima za posledico tvorbo velikega števila ATP, "energijske valute" celic živih bitij.

Ogljikov dioksid in podnebne spremembe

CO₂ je toplotni plin. V mnogih pogledih je to dobra stvar, saj preprečuje, da bi Zemlja izgubila toliko toplote, da živali, kot so ljudje, ne bi mogli preživeti. Toda izgorevanje fosilnih goriv od začetka industrijske revolucije v 19. stoletju je dodalo veliko CO₂ plin v ozračje, kar vodi do globalnega segrevanja in njegovih postopnih poslabšanih učinkov.

Več tisoč let je bila atmosferska koncentracija CO₂ v ozračju je ostalo med 200 in 300 delov na milijon (ppm). Do leta 2017 se je dvignila na skoraj 400 ppm, koncentracija, ki se še povečuje. Ta dodatna CO₂ ujame toploto in povzroči, da se podnebje spremeni. To se kaže ne samo v naraščajočih povprečnih temperaturah po vsem svetu, temveč v naraščajoči gladini morja, ledeniških taljenjih, bolj kisli morski vodi, manjših polarnih ledenih pokrovih in pri številnih katastrofalnih dogodkih (na primer orkani). Vse te težave so medsebojno povezane in soodvisne.

Primeri fosilnih goriv vključujejo premog, nafto (nafto) in zemeljski plin. Te nastanejo v milijonih let, ko se mrtvi rastlinski in živalski material ujame in zakopa pod sloje kamenja. V ugodnih pogojih toplote in tlaka se ta organska snov pretvori v gorivo. Vsa fosilna goriva vsebujejo ogljik, ki se zgoreva, da se da energija, in sprosti se ogljikov dioksid.

Uporaba CO2 v industriji

Plin iz ogljikovega dioksida ima različne načine uporabe, kar je priročno, ker so stvari dobesedno povsod. Kot smo že omenili, ga uporabljamo kot hladilno sredstvo, čeprav to velja bolj za trdne in tekoče oblike. Uporablja se tudi kot aerosolno potisno sredstvo, rodenticid (t.j. strup za podgane), sestavni del zelo nizkotemperaturnih fizikalnih poskusov in sredstvo za obogatitev v zraku v rastlinjakih. Uporablja se tudi pri lomljenju naftnih vrtin, pri nekaterih vrstah rudarjenja, kot moderator v nekaterih jedrskih reaktorjih in v posebnih laserjih.

Zanimivost: Z osnovnimi presnovnimi procesi boste proizvedli približno 500 gramov CO₂ v naslednjih 24 urah - še več, če ste aktivni. To je več kot en kilogram nevidnega plina, ki vam odteka iz nosu in ust, pa tudi iz pore. Tako pravzaprav ljudje sčasoma shujšajo, ne vključujejo vodnih (začasnih) izgub.