Sisu
- Mis on süsinikdioksiid?
- Süsinikdioksiid ainevahetuses
- Süsinikdioksiid ja kliimamuutused
- CO2 kasutus tööstuses
Süsinikdioksiid on paljude teaduslike terminite hulgas, millel on lai tähendusvahemik ja sarnaselt lai varjundivalik. Kui olete rakuhingamisega tuttav, võite teada saada, et gaasiline süsinikdioksiid - lühendatud CO2 - on loomadele selle reaktsiooniseeria jäätmeprodukt, milles sisaldub gaasiline hapnik või O2, on reagent; võite ka teada, et taimedes on see protsess CO-ga tegelikult vastupidine2 toimib kütusena fotosünteesis ja O2 jäätmetena.
Võib-olla veelgi kuulsamalt, tänu praeguse sajandi poliitikale ja maateadusele, CO2 on kurikuulus selle poolest, et on kasvuhoonegaas, vastutades Maa atmosfääri kuumuse püüdmise eest. CO2 on fossiilsete kütuste põletamise kõrvalsaadus ja sellest tulenev planeedi soojenemine on pannud Maa kodanikud otsima alternatiivseid energiaallikaid.
Peale nende küsimuste on CO2 gaasil, elegantselt lihtsal molekulil, on mitmeid muid biokeemilisi ja tööstuslikke funktsioone, millest teaduse fännid peaksid olema teadlikud.
Mis on süsinikdioksiid?
Süsinikdioksiid on toatemperatuuril värvitu lõhnatu gaas. Iga kord, kui välja hingate, lahkuvad süsinikdioksiidi molekulid kehast ja muutuvad atmosfääri osaks. CO2 molekulid sisaldavad ühte süsinikuaatomit, mis on küljes kahe hapnikuaatomiga, nii et molekul on sirge kujuga:
O = C = O
Iga süsinikuaatom moodustab stabiilsetes molekulides naabritega neli sidet, samas kui iga hapnikuaatom moodustab kaks sidet. Seega iga süsiniku-hapniku sidemega CO-s2 koosneb kaksiksidemest - see tähendab kahest paarist jagatud elektronist - CO2 on väga stabiilne.
Nagu pilk perioodiliste elementide tabelist selgub (vt ressursse), on süsiniku molekulmass 12 aatommassiühikut (amu), hapniku mass aga 16 amu. Süsinikdioksiidi molekulmass on seega 12 + 2 (16) = 44. Veel üks viis selle väljendamiseks on öelda, et üks mool CO2 massiga 44, kusjuures ühe mooli ekvivalent on 6,02 × 1023 üksikud molekulid. (See arv, mida nimetatakse Avogadrose numbriks, tuleneb asjaolust, et süsiniku molekulmassiks seatakse täpselt 12 grammi, mis on kaks korda suurem kui süsiniku prootonite arv, ja see süsiniku mass sisaldab 6,02 × 1023 süsinikuaatomid. Iga teise elemendi molekulmass oli struktureeritud selle standardi järgi.)
Süsinikdioksiid võib esineda ka vedelikuna, seda olekut kasutatakse jahutusainena tulekustutites ja gaseeritud jookide, näiteks sooda tootmisel; ja tahke ainena, seda kasutatakse jahutusainena ning see võib nahale sattudes põhjustada külmakahjustusi.
Süsinikdioksiid ainevahetuses
Süsinikdioksiidi peetakse sageli valesti mürgiseks, kuna seda seostatakse sageli lämbumise ja isegi inimkaotustega. Kuigi CO sisaldus on piisav2 võib tegelikult olla otseselt mürgine ja põhjustada lämbumist, tavaliselt juhtub see, et CO2 selle asemel koguneb lämbumise tagajärjel või tagajärjel. Kui keegi hingamise mingil põhjusel lõpetab, võib CO2 ei väljutata enam kopsude kaudu ja koguneb seetõttu vereringesse, kuna tal pole kuhugi mujale minna. CO2 on seetõttu lämbumise marker. Ligikaudu samal viisil ei ole vesi "mürgine" pelgalt seetõttu, et see võib põhjustada uppumist.
Ainult väike osa atmosfäärist koosneb CO-st2 - umbes 1 protsent. Ehkki see on loomade ainevahetuse kõrvalsaadus, on taimede ellujäämiseks hädavajalik ja see on oluline osa kogu maailmas süsiniku tsükkel. Taimed võtavad CO sisse2, muundavad selle rea reaktsioonidena süsiniku ja hapniku ning vabastavad hapniku atmosfääri, säilitades samal ajal süsiniku elamiseks ja kasvamiseks glükoosi kujul. Kui taimed surevad või põletatakse, siis nende süsinik rekombineerub O-ga2 õhus moodustades CO2 ja süsinikutsükli lõpuleviimine.
Loomad tekitavad süsihappegaasi toidu sissevõetud süsivesikute, valkude ja rasvade lagunemise kaudu. Kõik need metaboliseeritakse glükoosiks - kuue süsiniku molekuliks, mis siseneb rakkudesse ja muutub lõpuks süsinikdioksiidiks ja veeks ning saadud energiat kasutatakse raku toimimiseks. See toimub aeroobse hingamise kaudu (mida sageli nimetatakse rakuhingamiseks, ehkki terminid pole täpselt sünonüümid). Kogu glükoos, mis siseneb nii prokarüootide (bakterid) kui ka taimedeta eukarüootide (loomad ja seened) rakkudesse, toimub kõigepealt glükolüüs, mille käigus moodustub kolme süsiniku molekulide paar, mida nimetatakse püruvaadiks. Suurem osa sellest siseneb Krebsi tsüklis kahesüsiniku molekuli atsetüül-CoA, samal ajal kui CO2 on vabastatud. Suure energiatarbega elektronide kandjad NADH ja FADH2 mis moodustuvad Krebsi tsükli jooksul, loobuvad elektronide transportimise ahelreaktsioonides hapniku juuresolekul elektronidest, mille tulemuseks on suur osa ATP-st, elusolendite rakkude "energiavääringust".
Süsinikdioksiid ja kliimamuutused
CO2 on soojust püüdv gaas. Paljuski on see hea, kuna takistab Maal kaotada nii palju soojust, et sellised loomad nagu inimesed ei suudaks ellu jääda. Kuid fossiilsete kütuste põletamine alates tööstusrevolutsiooni algusest 19. sajandil on lisanud märkimisväärses koguses süsinikdioksiidi2 gaasi atmosfääri, mis põhjustab globaalset soojenemist ja selle järk-järgult halvenevat mõju.
Tuhandete aastate jooksul on CO atmosfääri kontsentratsioon2 atmosfääris jäi vahemikku 200 kuni 300 osa miljonist (ppm). 2017. aastaks oli see tõusnud peaaegu 400 ppm-ni, kontsentratsioon kasvab endiselt. See lisa CO2 püüab soojust kinni ja põhjustab kliima muutumist. See ei väljendu mitte ainult keskmise temperatuuri tõusus kogu maailmas, vaid merepinna tõustes sulavad jäämäed, happelisem merevesi, väiksemad polaarsed jäämütsid ja katastroofiliste sündmuste arv (näiteks orkaanid). Need probleemid on kõik omavahel seotud ja teineteisest sõltuvad.
Fossiilsete kütuste näideteks on kivisüsi, nafta (nafta) ja maagaas. Need tekivad miljonite aastate jooksul, kui surnud taimne ja loomne materjal jääb lõksu ja maetakse kivikihi alla. Soodsates kuumuse ja rõhu tingimustes muundatakse see orgaaniline aine kütuseks. Kõik fossiilkütused sisaldavad süsinikku ja need põletatakse energia saamiseks ning süsinikdioksiid eraldub.
CO2 kasutus tööstuses
Süsinikdioksiidi gaasil on mitmesuguseid kasutusviise, mis on mugav, kuna kraami on sõna otseses mõttes kõikjal. Nagu varem märgitud, kasutatakse seda külmutusagensina, kuigi see kehtib enam tahke ja vedela vormi kohta. Seda kasutatakse ka aerosoolkütuse, näriliste tõrjevahendina (s.o rotimürgina), väga madala temperatuuriga füüsikaliste katsete komponendina ja kasvuhoonetes õhus sisalduva rikastajana. Seda kasutatakse ka naftapuuraukude purustamisel, teatud tüüpi kaevandamisel, moderaatorina teatavates tuumareaktorites ja spetsiaalsetes laserites.
Huvitav fakt: põhiliste ainevahetusprotsesside kaudu toodetakse umbes 500 grammi CO2 järgmise 24 tunni jooksul - isegi rohkem, kui oled aktiivne. See on rohkem kui üks nael nähtamatut gaasi, mis vaevab lihtsalt ninast ja suust, aga ka pooridest. Tegelikult kaotavad inimesed aja jooksul kaalu, arvestamata vee (ajutisi) kaotusi.