Содержание
- Что такое диоксид углерода?
- Углекислый газ в обмене веществ
- Двуокись углерода и изменение климата
- Использование CO2 в промышленности
Углекислый газ является одним из многих научных терминов, который имеет широкий спектр значений и такой же широкий спектр коннотаций. Если вы знакомы с клеточным дыханием, вы можете знать, что углекислый газ - сокращенно CO2 - является отходом этой серии реакций у животных, в которых газообразный кислород или O2является реагентом; Вы также можете знать, что у растений этот процесс в действительности обратный, с СО2 служить в качестве топлива для фотосинтеза и O2 в качестве отходов.
Возможно, более известным, благодаря политике и наукам о Земле текущего столетия, CO2 известен тем, что является парниковым газом, ответственным за то, что он помогает удерживать тепло в атмосфере Земли. Колорадо2 является побочным продуктом сжигания ископаемого топлива, и последующее потепление планеты привело граждан Земли к поиску альтернативных источников энергии.
Помимо этих вопросов, CO2 газ, элегантно простая молекула, имеет ряд других биохимических и промышленных функций, о которых должны знать любители науки.
Что такое диоксид углерода?
Углекислый газ - это бесцветный газ без запаха при комнатной температуре. Каждый раз, когда вы выдыхаете, молекулы углекислого газа покидают ваше тело и становятся частью атмосферы. Колорадо2 молекула содержит один атом углерода, окруженный двумя атомами кислорода, так что молекула имеет линейную форму:
O = C = O,
Каждый атом углерода образует четыре связи со своими соседями в стабильных молекулах, в то время как каждый атом кислорода образует две связи. Таким образом, с каждой углерод-кислородной связью в СО2 состоящий из двойной связи - то есть двух пар общих электронов - СО2 очень стабильный
Как показывает периодическая таблица элементов (см. Раздел Ресурсы), молекулярный вес углерода составляет 12 единиц атомной массы (amu), а кислорода - 16 amu. Молекулярная масса диоксида углерода, таким образом, составляет 12 + 2 (16) = 44. Другой способ выразить это - сказать, что один моль СО2 имеет массу 44, причем один моль эквивалентен 6,02 × 1023 отдельные молекулы. (Эта цифра, известная как число Авогадроса, получена из того факта, что молекулярная масса углерода установлена ровно в 12 граммах, что в два раза больше количества протонов, содержащихся в углероде, и эта масса углерода содержит 6,02 × 10.23 атомы углерода. Молекулярная масса любого другого элемента была структурирована вокруг этого стандарта.)
Диоксид углерода также может существовать в виде жидкости, состояние, в котором он используется в качестве хладагента, в огнетушителях и при производстве газированных напитков, таких как сода; и в виде твердого вещества, в каком состоянии он используется в качестве хладагента и может вызвать обморожение при попадании на кожу.
Углекислый газ в обмене веществ
Углекислый газ часто неправильно понимают как токсичный, поскольку он часто связан с удушьем и даже гибелью людей. Пока достаточный уровень СО2 на самом деле может быть непосредственно токсичным и вызывать удушье, что обычно происходит, когда СО2 вместо этого накапливается в результате удушья. Если кто-то перестает дышать по какой-либо причине, CO2 больше не выводится через легкие и, следовательно, накапливается в кровотоке, так как ему больше некуда идти. Колорадо2 поэтому является маркером удушья. Примерно таким же образом вода не является «токсичной» только потому, что она может привести к утоплению.
Только крошечная доля атмосферы состоит из СО2 - около 1 процента. Несмотря на то, что это побочный продукт метаболизма животных, растениям необходимо выживать, и они играют важную роль во всем мире. цикл углерода, Растения берут в СО2преобразовать его в серию реакций углерода и кислорода, а затем выпустить кислород в атмосферу, сохранив при этом углерод в форме глюкозы, чтобы жить и расти. Когда растения умирают или сжигаются, их углерод рекомбинирует с O2 в воздухе, образуя СО2 и завершение углеродного цикла.
Животные производят углекислый газ в результате расщепления углеводов, белков и жиров в пище. Все они метаболизируются в глюкозу, шестиуглеродную молекулу, которая затем попадает в клетки и в конечном итоге превращается в углекислый газ и воду, в результате чего энергия используется для активизации клеточной деятельности. Это происходит через процесс аэробного дыхания (часто называемого клеточным дыханием, хотя термины не являются точно синонимами). Вся глюкоза, которая попадает в клетки как прокариот (бактерий), так и нерастительных эукариот (животных и грибов), сначала подвергается гликолизу, который генерирует пару трехуглеродных молекул, называемых пируватом. Большая часть этого входит в цикл Кребса в форме двухуглеродной молекулы ацетил-КоА, в то время как СО2 освобожден. Высокоэнергетические электронные носители NADH и FADH2 которые образуются во время цикла Кребса, затем отдают электроны в присутствии кислорода в цепных реакциях переноса электронов, что приводит к образованию большого количества АТФ, «энергетической валюты» клеток живых существ.
Двуокись углерода и изменение климата
Колорадо2 является улавливающим тепло газом. Во многих отношениях это хорошо, так как не дает Земле терять столько тепла, что животные, такие как люди, не смогут выжить. Но сгорание ископаемого топлива с начала промышленной революции в 19 веке добавило значительное количество СО2 газ в атмосферу, что приводит к глобальному потеплению и его постепенно ухудшающимся последствиям.
В течение многих тысяч лет концентрация СО в атмосфере2 в атмосфере оставалось от 200 до 300 частей на миллион (ч / млн). К 2017 году он вырос до почти 400 частей на миллион, и эта концентрация все еще увеличивается. Это дополнительный СО2 удерживает тепло и вызывает изменение климата. Это проявляется не только в повышении средних температур по всему миру, но и в повышении уровня моря, таянии ледников, увеличении кислотности морской воды, уменьшении полярных ледяных шапок и повышении количества катастрофических явлений (например, ураганов). Все эти проблемы взаимосвязаны и взаимозависимы.
Примеры ископаемого топлива включают уголь, нефть (нефть) и природный газ. Они создаются в течение миллионов лет, когда мертвый растительный и животный материал попадает в ловушку и скрывается под слоями породы. При благоприятных условиях жары и давления это органическое вещество превращается в топливо. Все ископаемые виды топлива содержат углерод, и они сжигаются для получения энергии, и выделяется углекислый газ.
Использование CO2 в промышленности
Газообразный диоксид углерода имеет множество применений, что удобно, потому что материал буквально повсюду. Как отмечалось ранее, он используется в качестве хладагента, хотя это больше относится к твердой и жидкой форме. Он также используется в качестве аэрозольного пропеллента, родентицида (то есть крысиного яда), компонента физик с очень низкотемпературными экспериментами и обогащающего агента в воздухе внутри теплиц. Он также используется для гидроразрыва нефтяных скважин в некоторых типах горных работ в качестве замедлителя в некоторых ядерных реакторах и в специальных лазерах.
Интересный факт: через основные метаболические процессы вы будете производить около 500 грамм СО2 в следующие 24 часа - даже больше, если вы активны. Это больше, чем один фунт невидимого газа, который вырывается из носа и рта, а также из пор. Фактически, именно так люди со временем теряют вес, не считая потери воды (временные).