Conţinut
- Ce este dioxidul de carbon?
- Dioxidul de carbon în metabolism
- Dioxidul de carbon și schimbările climatice
- Utilizările CO2 în industrie
Dioxidul de carbon este unul dintre numeroșii termeni științifici care poartă o gamă largă de semnificații și o gamă de conotații la fel de largă. Dacă sunteți familiarizați cu respirația celulară, este posibil să știți că dioxidul de carbon - prescurtat CO2 - este un produs rezidual din această serie de reacții la animale, în care gazul de oxigen sau O2, este un reactant; este posibil să știți și că, în plante, acest proces este de fapt inversat, cu CO2 servind drept combustibil în fotosinteză și O2 ca produs rezidual.
Poate mai faimos, datorită politicii și științei Pământului din secolul curent, CO2 este notoriu pentru faptul că este un gaz cu efect de seră, responsabil pentru a ajuta la capcarea căldurii în atmosfera Pământului. CO2 este un produs secundar al arderii combustibililor fosili, iar încălzirea consecventă a planetei a condus cetățenii Pământului într-o căutare a surselor alternative de energie.
În afară de aceste probleme, CO2 gazul, o moleculă elegant simplă, are o serie de alte funcții biochimice și industriale de care fanii științei ar trebui să fie conștienți.
Ce este dioxidul de carbon?
Dioxidul de carbon este un gaz incolor, inodor, la temperatura camerei. De fiecare dată când expirați, moleculele de dioxid de carbon părăsesc corpul și devin parte din atmosferă. CO2 moleculele conțin un singur atom de carbon flancat de doi atomi de oxigen, astfel încât molecula are o formă liniară:
O = C = O
Fiecare atom de carbon formează patru legături cu vecinii săi în molecule stabile, în timp ce fiecare atom de oxigen formează două legături. Astfel cu fiecare legătură carbon-oxigen în CO2 constând dintr-o dublă legătură - adică două perechi de electroni partajați - CO2 este foarte stabil.
După cum arată o tabelă periodică de elemente (vezi Resurse), greutatea moleculară a carbonului este de 12 unități de masă atomică (amu), în timp ce cea a oxigenului este de 16 amu. Greutatea moleculară a dioxidului de carbon este astfel 12 + 2 (16) = 44. O altă modalitate de a exprima acest lucru este de a spune că un mol de CO2 are o masă de 44, cu o aluniță echivalentă cu 6,02 × 1023 molecule individuale. (Această cifră, cunoscută sub denumirea de Avogadros, este derivată din faptul că masa moleculară a carbonului este stabilită la exact 12 grame, ceea ce ne reprezintă de două ori numărul de protoni de carbon, iar această masă de carbon conține 6,02 × 1023 atomii de carbon. Greutatea moleculară a fiecărui alt element a fost structurată în jurul acestui standard.)
Dioxidul de carbon poate exista, de asemenea, ca lichid, o stare în care este utilizat ca agent frigorific, în stingătoarele de incendiu și în producția de băuturi carbogazoase, cum ar fi sodă; și ca solid, în care stare este utilizat ca agent frigorific și poate provoca degerături dacă vine în contact cu pielea.
Dioxidul de carbon în metabolism
Dioxidul de carbon este adesea înțeles greșit ca fiind toxic, deoarece este asociat frecvent cu asfixierea și chiar pierderea vieții. În timp ce niveluri suficiente de CO2 poate fi de fapt direct toxic și poate provoca asfixiere, ceea ce se întâmplă de obicei este că CO2 în schimb se acumulează ca urmare sau consecință a asfixierii. Dacă cineva încetează să respire din orice motiv, CO2 nu mai este expulzat prin plămâni și, prin urmare, se acumulează în fluxul sanguin, deoarece nu mai are unde să meargă. CO2 este deci un marker al asfixierii. Aproximativ în același mod, apa nu este „toxică” doar pentru că poate duce la înec.
Doar o mică parte din atmosferă este formată din CO2 - aproximativ 1 la sută. Deși este un produs secundar al metabolismului animalelor, este absolut necesar ca plantele să supraviețuiască și reprezintă o parte instrumentală a lumii ciclul carbonului. Plantele iau CO2, convertiți-l într-o serie de reacții carbon și oxigen, apoi eliberați oxigenul în atmosferă păstrând carbonul sub formă de glucoză pentru a trăi și a crește. Când plantele mor sau sunt arse, carbonul lor se recombină cu O2 în aer, formând CO2 și completarea ciclului carbonului.
Animalele generează dioxid de carbon prin descompunerea carbohidraților, proteinelor și grăsimilor ingerate din alimente. Toate acestea sunt metabolizate în glucoză, o moleculă de șase carbon care intră apoi în celule și în cele din urmă devine dioxid de carbon și apă, cu energia rezultată folosită pentru a alimenta activitățile celulare. Acest lucru apare prin procesul de respirație aerobă (adesea numit respirație celulară, deși termenii nu sunt tocmai sinonimi). Toată glucoza care intră în celulele atât procariote (bacterii) cât și eucariote neplante (animale și ciuperci) este supusă mai întâi glicolizei, care generează o pereche de molecule cu trei carbon numite piruvat. Cea mai mare parte a acestui lucru intră în ciclul Krebs sub forma moleculei cu doi carboni acetil CoA, în timp ce CO2 este eliberat. Purtătorii de electroni cu energie mare NADH și FADH2 care se formează în timpul ciclului Krebs, apoi renunță la electroni în prezența oxigenului în reacțiile lanțului de transport a electronilor, ceea ce duce la formarea unei mari cantități de ATP, „moneda energetică” a celulelor viețuitoarelor.
Dioxidul de carbon și schimbările climatice
CO2 este un gaz care captează căldura. În multe privințe, acesta este un lucru bun, deoarece împiedică Pământul să piardă atâta căldură încât animale precum oamenii nu ar putea supraviețui. Dar arderea combustibililor fosili de la începutul Revoluției industriale din secolul al XIX-lea a adăugat o cantitate semnificativă de CO2 gazul în atmosferă, ceea ce duce la încălzirea globală și efectele sale se agravează treptat.
Timp de multe mii de ani, concentrația atmosferică de CO2 în atmosferă a rămas între 200 și 300 de părți pe milion (ppm). Până în 2017, aceasta a crescut până la aproape 400 ppm, o concentrație care este în continuă creștere. Acest CO suplimentar2 stăpânește căldura și determină schimbarea climei. Acest lucru se manifestă nu numai în creșterea temperaturilor medii la nivel mondial, ci și în creșterea nivelului mării, topirea glaciară, apa de mare mai acidă, capace de gheață polare mai mici și o înălțare a numărului de evenimente catastrofale (de exemplu, uraganele). Aceste probleme sunt toate legate între ele și interdependente.
Exemple de combustibili fosili includ cărbune, petrol (petrol) și gaze naturale. Acestea sunt create pe o perioadă de milioane de ani pe măsură ce plantele și materialele animale moarte devin prinse și îngropate sub straturi de rocă. În condiții favorabile de căldură și presiune, această materie organică este transformată într-un combustibil. Toți combustibilii fosili conțin carbon și acestea sunt arse pentru a produce energie, iar dioxidul de carbon este eliberat.
Utilizările CO2 în industrie
Gazul cu dioxid de carbon are o varietate de utilizări, lucru util, deoarece lucrurile sunt literalmente peste tot. Așa cum sa menționat anterior, este utilizat ca agent frigorific, deși acest lucru este mai adevărat pentru formele solide și lichide. Este, de asemenea, utilizat ca propulsor de aerosoli, rodenticid (de exemplu, otravă de șobolan), o componentă a experimentelor de fizică la temperaturi foarte scăzute și un agent îmbogățitor în aerul din sere. De asemenea, se folosește în fracturarea puțurilor petroliere, în unele tipuri de minerit, ca moderator în anumite reactoare nucleare și în lasere speciale.
Fapt interesant: Prin procesele metabolice de bază, veți produce aproximativ 500 de grame de CO2 în următoarele 24 de ore - chiar mai mult dacă ești activ. Aceasta este mai mult de o jumătate de kilogram de gaz invizibil, doar care vă va scăpa din nas și din gură, precum și din porii voștri. Acesta este, de fapt, modul în care oamenii pierd în greutate în timp, fără a include pierderi de apă (temporare).