Tartalom
- Mi az a szén-dioxid?
- Szén-dioxid az anyagcserében
- Szén-dioxid és klímaváltozás
- A CO2 felhasználása az iparban
A szén-dioxid a sok olyan tudományos kifejezés között, amely sokféle jelentést hordoz, és hasonlóan széles konnotációkkal rendelkezik. Ha ismeri a sejtes légzést, akkor tudja, hogy a szén-dioxid gáz - rövidítve CO2 - az állatok reakcióinak ezen sorozatának hulladéka, amelyben oxigén-oxid vagy O2jelentése reagens; azt is tudja, hogy a növényekben ez a folyamat valójában fordított, CO-val2 üzemanyagként szolgál a fotoszintézisben és az O-ban2 mint hulladék termék.
Talán még híresebben, a mai század politikájának és földtudományának köszönhetően, CO2 hírhedt, mivel üvegházhatású gáz, felelős a hő csapdába ejtésében a Föld légkörében. CO2 a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének mellékterméke, és a bolygó ebből következő melegedése arra késztette a Föld polgárait, hogy alternatív energiaforrásokat keressenek.
Ezen kérdések mellett a CO2 A gáz, egy elegánsan egyszerű molekula, számos más biokémiai és ipari funkcióval rendelkezik, amelyeket a tudomány rajongóinak tisztában kell lenniük.
Mi az a szén-dioxid?
A szén-dioxid színtelen, szagtalan gáz szobahőmérsékleten. Minden egyes kilégzéskor a szén-dioxid molekulák elhagyják a testét, és a légkör részévé válnak. CO2 a molekulák egyetlen szénatomot tartalmaznak, amelyet két oxigénatom szegélyez, oly módon, hogy a molekula lineáris alakú:
O = C = O
Mindegyik szénatom négy kötést képez a szomszédaival stabil molekulákban, míg az oxigénatom két kötést képez. Így minden szén-oxigén kötéssel a CO-ban2 kettős kötésből - vagyis két pár megosztott elektronból - CO2 nagyon stabil.
Az elemek periódusos áttekintése alapján kiderül (lásd a forrásokat), hogy a szén molekulatömege 12 atomi tömegegység (amu), az oxigéné pedig 16 amu. A szén-dioxid molekulatömege tehát 12 + 2 (16) = 44. Ennek kifejezésének másik módja az, ha azt mondjuk, hogy egy mol CO2 tömege 44, egy mol értéke 6,02 × 1023 az egyes molekulák. (Ez az Avogadros-számként ismert szám abból a tényből származik, hogy a szén molekulatömegét pontosan 12 grammra állítják be, amely kétszer annyi a szén protonszámánál, és ez a szén tömeg 6,02 × 1023 szénatomok. Minden más elem molekulatömegét ennek a standardnak a alapján építettük fel.)
A szén-dioxid folyadékként is létezhet, amely állapotban hűtőközegként használják a tűzoltó készülékekben és a szénsavas italok, például szóda előállításában; és szilárd anyagként, ebben az állapotban hűtőközegként használják, és a bőrrel való érintkezéskor fagyást okozhat.
Szén-dioxid az anyagcserében
A szén-dioxidot gyakran félreértik, mivel mérgező, mivel gyakran társul fulladással és akár halálos veszteségekkel. Míg elegendő szén-dioxid-tartalom2 valójában közvetlenül mérgező lehet és fulladást okozhat, ami általában történik, hogy a CO2 ehelyett a fulladás következményeként vagy következményeként épül fel. Ha valaki valamilyen okból abbahagyja a légzést, CO2 már nem kerül ki a tüdőn keresztül, ezért felépül a véráramban, mivel sehová máshová nem kerül. CO2 ezért a fulladás jelzője. Nagyjából ugyanígy a víz nem "mérgező" pusztán azért, mert fulladáshoz vezethet.
A légkörnek csak egy apró része áll CO-ból2 - körülbelül 1 százalék. Noha az állati anyagcsere mellékterméke, a növények számára feltétlenül szükséges a túléléshez, és a világszerte nélkülözhetetlen része szén ciklus. A növények beveszik a CO-t2átalakítja egy sor reakcióban szénként és oxigénnel, majd engedi fel az oxigént a légkörbe, miközben a szén glükóz formájában megmarad az élethez és növekedéshez. Amikor a növények meghalnak vagy égenek, szénük rekombinálódik O-val2 a levegőben CO-t képezve2 és a szénciklus befejezése.
Az állatok szén-dioxidot termelnek az étkezés során bevitt szénhidrátok, fehérjék és zsírok lebontása révén. Mindezeket glükózsá metabolizálják, egy hat szénből álló molekula, amely azután belép a sejtekbe, és végül szén-dioxiddá és vízré válik, a kapott energiát pedig felhasználva a sejtek aktivitására. Ez az aerob légzés folyamatán keresztül történik (amelyet gyakran sejtes légzésnek hívnak, bár a kifejezések nem pontosan megegyeznek). Az összes glükóz, amely belép a prokarióták (baktériumok) és a nem növényi eukarióták (állatok és gombák) sejtjeibe, először glikolízisen megy keresztül, amely egy háromszén-molekula-párt hoz létre, az úgynevezett piruvátot. Ennek nagy része a Krebs-ciklusba belép, kétszén-molekula acetil-CoA, míg CO formájában2 felszabadult. A nagy energiájú elektronhordozók NADH és FADH2 amelyek a Krebsi ciklus során képződnek, az oxigén jelenlétében felszabadítják az elektronokat az elektronszállító láncreakciók során, ami nagy mennyiségű ATP, az élőlények sejtjeinek "energia pénzneme" képződéséhez vezet.
Szén-dioxid és klímaváltozás
CO2 egy hőszedő gáz. Sok szempontból ez jó dolog, mivel megakadályozza, hogy a Föld annyi hőt veszítsen el, hogy az állatok, például az emberek nem képesek túlélni. De a fosszilis tüzelőanyagok égetése az ipari forradalom kezdete óta a 19. században jelentős mennyiségű szén-dioxidot adott2 a földgáz a légkörbe vezet, ami a globális felmelegedéshez és fokozatosan romló hatásaihoz vezet.
Évezredek óta a CO légköri koncentrációja2 a légkörben 200 és 300 ppm között maradt (ppm). 2017-re közel 400 ppm-re emelkedett, ez a koncentráció még mindig növekszik. Ez az extra CO2 csapdába esik a hővel, és megváltoztatja az éghajlatot. Ez nem csak az emelkedő átlaghőmérsékletekben mutatkozik világszerte, hanem a növekvő tengerszintben a jégolvadék, a savasabb tengervíz, a kisebb sarki jégsapkák és a katasztrófaesemények (például hurrikánok) számának növekedése. Ezek a problémák egymással összefüggenek és egymástól függnek.
A fosszilis üzemanyagokra példa a szén, ásványolaj (olaj) és földgáz. Ezeket millió év alatt hozzák létre, amikor a halott növényi és állati anyagok csapdába esnek és el vannak temetve a kőzetrétegek alá. Kedvező hő- és nyomásviszonyok között ez a szerves anyag üzemanyaggá alakul. Az összes fosszilis tüzelőanyag széntartalmú, és ezeket égetik, hogy energiát kapjanak, és széndioxid szabadul fel.
A CO2 felhasználása az iparban
A szén-dioxid-gáznak számos felhasználási területe van, ami praktikus, mivel a cucc szó szerint mindenütt megtalálható. Mint korábban megjegyeztük, hűtőközegként használják, bár ez inkább igaz a szilárd és folyékony formákra. Aeroszolos hajtóanyagként, rágcsálóirtó szerként (azaz patkány méregként), a nagyon alacsony hőmérsékleten végzett fizikai kísérletek alkotórészeként és dúsítószerként is felhasználják az üvegházak belsejében. Használják az olajkút-frakciókban, egyes bányászati típusokban, moderátorként egyes atomreaktorokban és speciális lézerekben.
Érdekes tény: Az alapvető anyagcsere-folyamatok során körülbelül 500 gramm CO-t fog előállítani2 a következő 24 órában - még inkább, ha aktív. Ez több, mint egy kiló láthatatlan gázt jelent, csak kiürül az orrából és a szájából, valamint a pórusokból. Valójában ez az, hogyan veszítik az emberek az idő múlásával, nem számítva a víz (ideiglenes) veszteségeket.