Hvad er CO2-gas?

Indhold

• Hvad er kuldioxid?
• Kuldioxid i stofskifte
• Kuldioxid og klimaforandringer
• Anvendelser af CO2 i industrien

Kuldioxid er blandt de mange videnskabelige udtryk, der bærer en bred vifte af betydninger og en lignende bred vifte af konnotationer. Hvis du kender cellulær respiration, kan du måske vide, at kuldioxidgas - forkortet CO₂ - er et affaldsprodukt fra denne serie reaktioner hos dyr, hvor iltgas eller O₂, er en reaktant; du ved måske også, at i planter er denne proces faktisk vendt med CO₂ tjener som brændstof i fotosyntesen og O₂ som et affaldsprodukt.

Måske mere berømt takket være det nuværende århundredes politik og jordvidenskab CO₂ er berygtet for at være en drivhusgas, der er ansvarlig for at hjælpe med at fange varme i jordens atmosfære. CO₂ er et biprodukt fra forbrænding af fossile brændstoffer, og den deraf følgende opvarmning af planeten har ført jordborgerne til at søge alternative energikilder.

Bortset fra disse spørgsmål, CO₂ gas, et elegant simpelt molekyle, har en række andre biokemiske og industrielle funktioner, som videnskabs fans skal være opmærksomme på.

Hvad er kuldioxid?

Kuldioxid er en farveløs, lugtfri gas ved stuetemperatur. Hver gang du udånder, forlader kuldioxidmolekyler din krop og bliver en del af atmosfæren. CO₂ molekyler indeholder et enkelt carbonatom flankeret af to oxygenatomer, således at molekylet er lineært i form:

O = C = O

Hvert carbonatom danner fire bindinger med sine naboer i stabile molekyler, mens hvert iltatom danner to bindinger. Således med hver carbon-oxygenbinding i CO₂ bestående af en dobbeltbinding - det vil sige to par delte elektroner - CO₂ er meget stabil.

Som et blik på en periodisk tabel med elementer afslører (se Ressourcer), er molekylvægten af ​​kulstof 12 atommasseenheder (amu), mens iltmængden er 16 amu. Molekylvægten af ​​kuldioxid er således 12 + 2 (16) = 44. En anden måde at udtrykke dette på er at sige, at en mol CO₂ har en masse på 44, hvor en mol svarer til 6,02 × 10²³ individuelle molekyler. (Dette tal, kendt som Avogadros-nummer, er afledt af det faktum, at den molekylære kulstofmasse er indstillet til nøjagtigt 12 gram, hvilket os dobbelt så mange protoner som kulstof indeholder, og denne kulstofmasse indeholder 6,02 × 10²³ kulstofatomer. Molekylvægten af ​​hvert andet element var struktureret omkring denne standard.)

Kuldioxid kan også eksistere som en væske, i hvilken tilstand bruges som kølemiddel, i ildslukkere og til produktion af kulsyreholdige drikkevarer såsom soda; og som et fast stof, i hvilken tilstand det bruges som kølemiddel og kan forårsage frostskader, hvis det kommer i kontakt med huden.

Kuldioxid i stofskifte

Kuldioxid misforstås ofte som værende giftig, fordi det ofte er forbundet med kvælning og endda tab af liv. Mens tilstrækkelige CO₂ faktisk kan være direkte giftig og forårsage kvælning, hvad der normalt sker er CO₂ bygger i stedet op som et resultat eller en konsekvens af kvælning. Hvis nogen ophører med at trække vejret af en eller anden grund, CO₂ udvises ikke længere gennem lungerne og bygger sig derfor op i blodbanen, da den ikke har andet sted at gå. CO₂ er derfor en markør for kvælning. På omtrent samme måde er vand ikke "giftigt" kun fordi det kan føre til drukning.

Kun en lille brøkdel af atmosfæren består af CO₂ - cirka 1 procent. Selvom det er et biprodukt fra dyremetabolismen, er det absolut nødvendigt for planter at overleve og er en instrumentel del af verdensomspændende kulstofcyklus. Planter tager CO₂, konverter det i en række reaktioner kulstof og ilt, og frigør derefter ilt til atmosfæren, mens kulstoffet tilbageholdes i form af glukose til at leve og vokse. Når planter dør eller forbrændes, rekombineres deres kulstof med O₂ i luften og danner CO₂ og afsluttet kulstofcyklus.

Dyr genererer kuldioxid gennem nedbrydningen af ​​indtagne kulhydrater, proteiner og fedt i fødevarer. Alle disse metaboliseres til glukose, et seks-carbon molekyle, der derefter kommer ind i celler og til sidst bliver kuldioxid og vand med den resulterende energi, der bruges til at drive cellulære aktiviteter. Dette sker gennem processen med aerob respiration (ofte kaldet cellulær respiration, selvom udtrykkene ikke er nøjagtigt synonyme). Al glukose, der kommer ind i cellerne fra både prokaryoter (bakterier) og ikke-plante eukaryoter (dyr og svampe) gennemgår først glykolyse, som genererer et par tre-carbon molekyler kaldet pyruvat. Det meste af dette kommer ind i Krebs-cyklussen i form af to-carbon molekylet acetyl CoA, mens CO₂ er befriet. Højenergi-elektronbærerne NADH og FADH₂ der dannes i løbet af Krebs-cyklussen, afgiver derefter elektroner i nærvær af ilt i elektrontransportkædereaktionerne, hvilket resulterer i dannelsen af ​​en hel del ATP, "energivalutaen" i cellerne i levende ting.

Kuldioxid og klimaforandringer

CO₂ er en varmefangende gas. I mange henseender er dette en god ting, da det forhindrer Jorden i at miste så meget varme, at dyr som mennesker ikke ville være i stand til at overleve. Men forbrændingen af ​​fossile brændstoffer siden starten af ​​den industrielle revolution i det 19. århundrede har tilføjet en betydelig mængde CO₂ gas til atmosfæren, hvilket fører til global opvarmning og dets gradvis forværrede effekter.

I mange tusinder af år har den atmosfæriske koncentration af CO₂ i atmosfæren forblev mellem 200 og 300 dele pr. million (ppm). I 2017 var det steget til næsten 400 ppm, en koncentration, der stadig øges. Denne ekstra CO₂ fanger varme og får klimaet til at ændre sig. Dette manifesteres ikke kun i stigende gennemsnitstemperaturer overalt i verden, men i stigende havstand, gletsmeltning, mere surt havvand, mindre polære iskapper og en uptick i antallet af katastrofale begivenheder (for eksempel orkaner). Disse problemer er alle indbyrdes forbundet og indbyrdes afhængige.

Eksempler på fossile brændstoffer inkluderer kul, olie (olie) og naturgas. Disse oprettes over en periode på millioner af år, da dødt plante- og animalsk materiale bliver fanget og begravet under lag af klipper. Under gunstige varme- og trykforhold omdannes dette organiske stof til et brændstof. Alle fossile brændstoffer indeholder kulstof, og disse brændes for at give energi, og kuldioxid frigives.

Anvendelser af CO2 i industrien

Kuldioxidgas har en række anvendelser, hvilket er praktisk, fordi de ting bogstaveligt talt er overalt. Som tidligere nævnt bruges det som kølemiddel, skønt dette er mere sandt for de faste og flydende former. Det bruges også som et aerosoldrivmiddel, et gnavere (dvs. rottegift), en komponent i fysikforsøg med meget lav temperatur og et berigende middel i luften inde i drivhuse. Det bruges også til brud på oliebrønde, i nogle typer minedrift, som moderator i visse atomreaktorer og i specielle lasere.

Interessant kendsgerning: Gennem basale metaboliske processer producerer du ca. 500 gram CO₂ inden for de næste 24 timer - endnu mere, hvis du er aktiv. Det er mere end et halvt kilo usynlig gas, der bare wafting ud af din næse og mund såvel som fra dine porer. Dette er faktisk sådan, hvordan folk taber sig over tid, ikke med vand (midlertidige) tab.