Kandungan
- Apakah Karbon Dioksida?
- Karbon Dioksida dalam Metabolisme
- Karbon Dioksida dan Perubahan Iklim
- Penggunaan CO2 dalam Industri
Karbon dioksida adalah antara banyak istilah saintifik yang membawa pelbagai makna dan pelbagai konotasi yang sama. Jika anda sudah biasa dengan respirasi selular, anda mungkin tahu bahawa gas karbon dioksida - disingkat CO2 - adalah sisa produk siri reaksi dalam haiwan, di mana gas oksigen, atau O2, adalah reaktan; anda juga mungkin tahu bahawa dalam tumbuhan, proses ini berkuat kuasa terbalik, dengan CO2 berfungsi sebagai bahan api dalam fotosintesis dan O2 sebagai produk sisa.
Mungkin lebih terkenal, terima kasih kepada politik dan sains bumi abad kini, CO2 terkenal sebagai gas rumah kaca, yang bertanggungjawab membantu menangkap panas di atmosfer bumi. CO2 adalah hasil sampingan pembakaran bahan api fosil, dan pemanasan yang berlaku di planet ini telah menyebabkan penduduk Bumi mencari sumber tenaga alternatif.
Selain isu ini, CO2 gas, sebuah molekul yang elegan, mempunyai beberapa fungsi biokimia dan perindustrian yang lain yang perlu diketahui oleh peminat sains.
Apakah Karbon Dioksida?
Karbon dioksida adalah gas tanpa warna dan tidak berbau pada suhu bilik. Setiap kali anda menghembus nafas, molekul karbon dioksida meninggalkan badan anda dan menjadi sebahagian daripada atmosfera. CO2 molekul mengandungi atom karbon tunggal yang diapit oleh dua atom oksigen, oleh itu molekul itu adalah bentuk linear:
O = C = O
Setiap atom karbon membentuk empat ikatan dengan jirannya dalam molekul stabil, manakala setiap atom oksigen membentuk dua ikatan. Oleh itu, dengan setiap ikatan karbon-oksigen dalam CO2 yang terdiri daripada ikatan berganda - iaitu dua pasang elektron bersama - CO2 sangat stabil.
Sebagai sekilas pada jadual berkala unsur mengungkap (lihat Sumber), berat molekul karbon adalah 12 unit jisim atom (amu), manakala oksigen adalah 16 amu. Oleh itu, berat molekul karbon dioksida adalah 12 + 2 (16) = 44. Cara lain untuk menyatakan ini adalah untuk mengatakan bahawa satu mol CO2 mempunyai jisim 44, dengan satu tahi lalat setara dengan 6.02 × 1023 molekul individu. (Angka ini, dikenali sebagai nombor Avogadros, berasal dari fakta bahawa jisim molekul karbon ditetapkan pada tepat 12 gram, yang kita dua kali bilangan proton karbon mengandungi, dan massa karbon ini mengandungi 6.02 × 1023 atom karbon. Berat molekul setiap elemen lain disusun di sekitar piawaian ini.)
Karbon dioksida juga boleh wujud sebagai cecair, keadaan di mana digunakan sebagai penyejuk, pemadam api dan dalam pengeluaran minuman berkarbonat seperti soda; dan sebagai pepejal, di mana keadaannya digunakan sebagai penyejuk dan boleh menyebabkan radang selaput jika ia bersentuhan dengan kulit.
Karbon Dioksida dalam Metabolisme
Karbon dioksida sering disalahpahami sebagai toksik kerana ia sering dikaitkan dengan asphyxiation dan juga kehilangan nyawa. Walaupun CO mencukupi2 sebenarnya boleh secara langsung toksik dan menyebabkan asphyxiation, apa yang biasanya berlaku ialah CO2 sebaliknya membina sebagai hasil atau akibat dari asphyxiation. Sekiranya seseorang berhenti bernafas atas sebarang sebab, CO2 tidak lagi diusir melalui paru-paru, dan oleh itu dibina di dalam aliran darah kerana tidak ada tempat lain untuk pergi. CO2 Oleh itu, penanda asphyxiation. Dengan cara yang sama, air tidak "toksik" semata-mata kerana ia boleh membawa kepada lemas.
Hanya sebahagian kecil daripada atmosfera yang terdiri daripada CO2 - kira-kira 1 peratus. Walaupun ia adalah hasil sampingan dari metabolisme haiwan, ia benar-benar diperlukan untuk tumbuhan untuk bertahan dan merupakan bahagian penting di seluruh dunia kitaran karbon. Tumbuhan mengambil CO2, menukarnya dalam siri reaksi karbon dan oksigen, dan kemudian melepaskan oksigen ke atmosfera sambil mengekalkan karbon dalam bentuk glukosa untuk hidup dan berkembang. Apabila tumbuhan mati atau dibakar, karbon mereka dikombinasikan dengan O2 di udara, membentuk CO2 dan melengkapkan kitaran karbon.
Haiwan menjana karbon dioksida melalui pecahan karbohidrat, protein dan lemak dalam makanan. Semua ini dimetabolismakan kepada glukosa, molekul enam karbon yang kemudian memasuki sel dan akhirnya menjadi karbon dioksida dan air, dengan tenaga yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan aktiviti selular. Ini berlaku melalui proses pernafasan aerobik (selalunya dipanggil pernafasan sel, walaupun istilahnya tidak tepat sama sekali). Semua glukosa yang memasuki sel-sel prokariote (bakteria) dan eukaryote bukan tumbuhan (haiwan dan kulat) mula-mula mengalami glikolisis, yang menghasilkan sepasang molekul tiga karbon yang dipanggil piruvat. Kebanyakannya memasuki kitaran Krebs dalam bentuk molekul dua-molekul COA, sedangkan CO2 dibebaskan. Pengangkut elektron tenaga tinggi NADH dan FADH2 yang terbentuk semasa kitaran Krebs kemudian menyerahkan elektron dengan kehadiran oksigen dalam tindak balas rantai pengangkutan elektron, menghasilkan pembentukan ATP yang besar, "mata wang tenaga" sel-sel benda hidup.
Karbon Dioksida dan Perubahan Iklim
CO2 adalah gas yang menjerat haba. Dalam banyak aspek, ini adalah perkara yang baik, kerana ia menghalang Bumi daripada kehilangan begitu banyak haba yang haiwan seperti orang tidak dapat bertahan. Tetapi pembakaran bahan api fosil semenjak permulaan Revolusi Perindustrian pada abad ke-19 telah menambah sejumlah besar CO2 gas ke atmosfera, yang membawa kepada pemanasan global dan secara beransur-ansur semakin berkurangan.
Selama beribu-ribu tahun, kepekatan CO di atmosfera2 di atmosfer kekal antara 200 dan 300 bahagian per juta (ppm). Menjelang 2017, ia telah meningkat kepada hampir 400 ppm, kepekatan yang masih meningkat. CO tambahan ini2 menangkap haba dan menyebabkan iklim berubah. Ini ditunjukkan bukan sahaja dalam peningkatan purata suhu di seluruh dunia, tetapi dalam peningkatan paras laut, glasier mencair, air laut yang lebih berasid, penutup ais polar yang lebih kecil dan uptick dalam bilangan kejadian bencana (contohnya, badai). Masalah-masalah ini semua saling berkaitan dan saling bergantung.
Contoh-contoh bahan api fosil termasuk arang batu, petroleum (minyak) dan gas asli. Ini dibuat dalam tempoh berjuta-juta tahun kerana tumbuhan mati dan bahan haiwan menjadi terperangkap dan dikebumikan di bawah lapisan batu. Di bawah keadaan haba dan tekanan yang menggalakkan, perkara organik ini berubah menjadi bahan bakar. Semua bahan api fosil mengandungi karbon, dan ini dibakar untuk menghasilkan tenaga, dan karbon dioksida dibebaskan.
Penggunaan CO2 dalam Industri
Gas karbon dioksida mempunyai pelbagai kegunaan, yang berguna kerana bahan itu secara harfiah ada di mana-mana. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ia digunakan sebagai penyejuk, walaupun ini lebih tepat daripada bentuk pepejal dan cecair. Ia juga digunakan sebagai propellant aerosol, rodenticide (iaitu, racun tikus), komponen eksperimen fizik suhu yang sangat rendah dan ejen memperkaya di udara di dalam rumah hijau. Ia juga digunakan dalam pemisahan telaga minyak, dalam beberapa jenis perlombongan, sebagai moderator dalam reaktor nuklear tertentu dan dalam laser khas.
Fakta menarik: Melalui proses metabolik asas, anda akan menghasilkan kira-kira 500 gram CO2 dalam 24 jam akan datang - lebih-lebih lagi jika anda aktif. Itu lebih daripada satu paun gas tidak kelihatan, hanya keluar dari hidung dan mulut serta dari liang-liang anda. Ini, sebenarnya, adalah bagaimana orang menurunkan berat badan dari masa ke masa, tidak termasuk kehilangan air (sementara).