Sisältö
- Mikä on hiilidioksidi?
- Hiilidioksidi aineenvaihdunnassa
- Hiilidioksidi ja ilmastonmuutos
- Hiilidioksidin käyttö teollisuudessa
Hiilidioksidi on monien tieteellisten termien joukossa, jolla on laaja merkitys ja samalla tavalla laaja joukko konnotaatioita. Jos tunnet solujen hengityksen, saatat tietää, että hiilidioksidikaasu - lyhenne CO2 - on jätetuote tästä reaktiosarjasta eläimissä, jossa happea tai O: ta2on reagenssi; saatat myös tietää, että kasveissa tämä prosessi on päinvastainen, CO: n kanssa2 toimivat polttoaineena fotosynteesissä ja O2 jätteenä.
Ehkä tunnetuimmin, tämän vuosisadan politiikan ja maatieteen, CO2 on kuuluisa siitä, että se on kasvihuonekaasu, joka on vastuussa lämmön vangitsemisesta maan ilmakehään. CO2 on fossiilisten polttoaineiden palamisen sivutuote, ja siitä johtuva planeetan lämpeneminen on johtanut maan kansalaisia etsimään vaihtoehtoisia energialähteitä.
Näiden kysymysten lisäksi CO2 Kaasulla, tyylikkäästi yksinkertaisella molekyylillä, on joukko muita biokemiallisia ja teollisia toimintoja, joista tiedefanien tulisi olla tietoisia.
Mikä on hiilidioksidi?
Hiilidioksidi on väritön, hajuton kaasu huoneenlämpötilassa. Joka kerta kun hengität, hiilidioksidimolekyylit poistuvat kehosta ja tulevat osaksi ilmakehää. CO2 molekyylit sisältävät yhden hiiliatomin, jota reunustavat kaksi happiatomia, siten, että molekyyli on lineaarimuotoinen:
O = C = O
Jokainen hiiliatomi muodostaa neljä sidosta naapureiden kanssa stabiileihin molekyyleihin, kun taas jokainen happiatomi muodostaa kaksi sidosta. Siten jokaisessa CO: n hiili-happea-sidoksessa2 koostuu kaksoissidoksesta - eli kahdesta parista jaettua elektronia - CO2 on erittäin vakaa.
Kuten katsaus elementtien jaksollisuuteen paljastaa (katso Resurssit), hiilen molekyylipaino on 12 atomi massayksikköä (amu), kun taas hapen osuus on 16 amu. Hiilidioksidin molekyylipaino on siten 12 + 2 (16) = 44. Toinen tapa ilmaista tämä on sanoa, että yksi mooli CO2 sen massa on 44, yhden moolin ollessa yhtä suuri kuin 6,02 × 1023 yksittäisiä molekyylejä. (Tämä luku, joka tunnetaan nimellä Avogadros-luku, on johdettu tosiasiasta, että hiilen moolimassa on asetettu tarkalleen 12 grammaan, mikä meillä on kaksinkertainen määrä hiilen sisältämiä protoneita ja tämä hiilen massa sisältää 6,02 × 1023 hiiliatomit. Kaikkien muiden elementtien molekyylipaino rakennettiin tämän standardin ympärille.)
Hiilidioksidi voi myös esiintyä nesteenä, tila, jota käytetään kylmäaineena, sammuttimissa ja hiilihapotettujen juomien, kuten soodan, valmistuksessa; ja kiinteänä aineena, missä tilassa sitä käytetään kylmäaineena ja se voi aiheuttaa paleltumista, jos se joutuu iholle.
Hiilidioksidi aineenvaihdunnassa
Hiilidioksidia ymmärretään usein myrkylliseksi, koska siihen liittyy usein tukehtumista ja jopa ihmishenkien menetystä. Vaikka riittävä CO-taso2 voi itse asiassa olla suoraan myrkyllistä ja aiheuttaa tukehtumisen, mitä yleensä tapahtuu, että CO2 sen sijaan kasaantuu tukehtumisen seurauksena tai seurauksena. Jos joku lakkaa hengittämästä jostakin syystä, CO2 ei enää karkoteta keuhkojen läpi, joten se kertyy verenkiertoon, koska siihen ei ole missään muualla mennä. CO2 on siis tukehtumisen merkki. Lähes samalla tavalla vesi ei ole "myrkyllinen" pelkästään sen vuoksi, että se voi johtaa hukkumiseen.
Vain pieni osa ilmakehästä koostuu CO: sta2 - noin yksi prosentti. Vaikka se on eläinten aineenvaihdunnan sivutuote, kasvien on ehdottoman välttämätöntä hengissä ja se on tärkeä osa maailmaa hiilisykli. Kasvit ottavat CO2, muuntaa se reaktiosarjana hiiltä ja happea ja vapauttaa sitten hapen ilmakehään pitäen hiilen glukoosimuodossa elää ja kasvaa. Kun kasvit kuolevat tai poltetaan, niiden hiili rekombinoituu O: n kanssa2 ilmassa muodostaen CO2 ja hiilisyklin loppuun saattaminen.
Eläimet tuottavat hiilidioksidia hajoamalla nautitut hiilihydraatit, proteiinit ja rasvat ruoassa. Kaikki nämä metaboloituvat glukoosiksi, kuuden hiilen molekyyliksi, joka sitten pääsee soluihin ja lopulta muuttuu hiilidioksidiksi ja vedeksi, jolloin saatava energia käytetään solujen toiminnan tehostamiseen. Tämä tapahtuu aerobisen hengityksen kautta (jota usein kutsutaan soluhengitykseksi, vaikka termit eivät olekaan tarkalleen synonyymejä). Kaikki glukoosi, joka kulkee sekä prokaryoottien (bakteerien) että muiden kuin kasvien eukaryootien (eläimet ja sienet) soluihin, käy ensin glykolyysiin, joka muodostaa parin kolmehiilisiä molekyylejä, nimeltään pyruvaatti. Suurin osa tästä siirtyy Krebs-sykliin kaksihiilisen molekyylin asetyylia CoA: n, kun taas CO: n muodossa2 on vapautettu. Korkean energian elektronikantoaallot NADH ja FADH2 Krebs-syklin aikana muodostuneet, luovuttavat sitten elektroneista hapen läsnä ollessa elektronien kuljetusketjureaktioissa, mikä johtaa suureen määrään ATP: tä, elävien esineiden solujen "energiavaluuttaa".
Hiilidioksidi ja ilmastonmuutos
CO2 on lämpöä tartuttava kaasu. Monessa suhteessa tämä on hyvä asia, koska se estää maapalloa menettämästä niin paljon lämpöä, että ihmisten kaltaiset eläimet eivät pystyisi selviytymään. Mutta fossiilisten polttoaineiden palaminen teollisuusvallankumouksen alkamisen jälkeen 1800-luvulla on lisännyt merkittävän määrän hiilidioksidia2 kaasua ilmakehään, mikä johtaa ilmaston lämpenemiseen ja sen vähitellen paheneviin vaikutuksiin.
CO: n ilmakehän pitoisuus tuhansien vuosien ajan2 ilmakehässä pysyi välillä 200-300 miljoonasosaa (ppm). Vuoteen 2017 mennessä se oli noussut lähes 400 ppm: iin, pitoisuus on edelleen kasvussa. Tämä ylimääräinen CO2 vangitsee lämpöä ja aiheuttaa ilmastonmuutoksen. Tämä ei ilmene pelkästään keskimääräisten lämpötilojen noustessa maailmanlaajuisesti, mutta myös nousevan merenpinnan noustessa, jäätikköjen sulat, happamempi merivesi, pienemmät polaariset jäämallit ja katastrofaalisten tapahtumien (esimerkiksi hirmumyrskyjen) nousu. Nämä ongelmat ovat kaikki toisiinsa liittyviä ja toisistaan riippuvaisia.
Esimerkkejä fossiilisista polttoaineista ovat hiili, öljy (öljy) ja maakaasu. Ne syntyvät miljoonien vuosien ajan, kun kuolleet kasvi- ja eläinmateriaalit jäävät loukkuun ja haudataan kalliokerrosten alle. Suotuisissa lämpö- ja paineolosuhteissa tämä orgaaninen aine muuttuu polttoaineeksi. Kaikki fossiiliset polttoaineet sisältävät hiiltä, ja ne poltetaan energian tuottamiseksi, ja hiilidioksidi vapautuu.
Hiilidioksidin käyttö teollisuudessa
Hiilidioksidikaasulla on monia käyttötarkoituksia, mikä on kätevää, koska tavaraa on kirjaimellisesti kaikkialla. Kuten aiemmin todettiin, sitä käytetään kylmäaineena, tosin tämä koskee totta kiinteitä ja nestemäisiä muotoja. Sitä käytetään myös aerosolipolttoaineena, jyrsijöiden torjunta-aineena (ts. Rottamyrkkynä), erittäin matalassa lämpötilassa suoritettujen fysiikkakokeiden komponenttina ja rikastuttavana aineena kasvihuoneiden sisäilmassa. Sitä käytetään myös öljykaivojen murtamisessa, tietyntyyppisissä kaivosteollisuuksissa, moderaattorina tietyissä ydinreaktoreissa ja erityisissä lasereissa.
Mielenkiintoinen tosiasia: Perusmetabolisten prosessien kautta tuotat noin 500 grammaa CO2 seuraavan 24 tunnin aikana - jopa enemmän, jos olet aktiivinen. Se on enemmän kuin yksi kiloa näkymätöntä kaasua, vain vahingoittuu nenästäsi ja suustasi sekä huokosistasi. Itse asiassa näin ihmiset laihtuvat ajan myötä, lukuun ottamatta veden (väliaikaisia) menetyksiä.