گاز دی اکسید کربن در میان بسیاری از اصطلاحات علمی است که طیف گسترده ای از معانی و طیف وسیعی از مفهوم را شامل می شود. اگر شما با تنفس سلولی آشنا هستید، ممکن است متوجه شوید که گاز دی اکسید کربن (CO2-abbreviated) – یک ماده پسماند از این سری واکنش در حیوانات است که در آن گاز اکسیژن یا O2 یک واکنش دهنده است؛ شما همچنین ممکن است بدانید که در گیاهان، این فرآیند در اثر برگشت پذیر است، و گاز CO2 به عنوان سوخت در فتوسنتز و O2 به عنوان یک محصول پسماند است.
شاید مهمتر از همه، با توجه به سیاست و علم زمین قرن حاضر، گاز co2 برای بدن یک گاز گلخانه ای است که مسئول کمک به گرما در جو زمین است. گاز CO2 یک محصول جانبی سوختن سوخت های فسیلی است و گرمایش ناشی از این سیاره سبب شده است شهروندان زمین به دنبال یافتن منابع جایگزین انرژی باشند.
به غیر از این مسائل، گاز CO2، یک مولکول ظریف ساده، دارای تعدادی دیگر از عملکرد های بیوشیمیایی و صنعتی است که طرفداران علوم باید از آن آگاهی داشته باشند.
دی اکسید کربن چیست؟
گاز دی اکسید کربن یک گاز بی رنگ و بدون بو در دمای اتاق است. هر بار که شما بیرون میروید، مولکولهای دی اکسید کربن بدن خود را ترک می کنند و به بخشی از جو تبدیل می شوند. مولکول های گاز CO2 حاوی یک اتم کربن تک و توسط دو اتم اکسیژن به هم متصل می شود، به طوری که مولکول شکل خطی دارد.O = C = O
هر اتم کربن چهار باند با همسایگان خود در مولکول های پایدار تشکیل می دهد، در حالی که هر اتم گاز اکسیژن دو باند تشکیل می دهند. بنابراین با هر پیوند گاز کربن-گاز اکسیژن درگاز CO2 که شامل پیوند دوگانه است – یعنی دو جفت الکترون مشترک – CO2 بسیار پایدار است.
به عنوان یک نگاه به جدول تناوبی عناصر نشان می دهد که، وزن مولکولی کربن 12 واحد جرم اتمی (AMU) است، در حالی که اکسیژن 16 AMU است. بنابراین وزن مولکولی گاز دی اکسید کربن 12 + 2 (16) = 44 است. راه دیگری برای بیان این مطلب این است که یک مول CO2 دارای توده 44 باشد که یک مول برابر با مولکول های فردی 6.02 × 1023 باشد. (این رقم، به نام شماره Avogadro شناخته شده است از این واقعیت است که توده مولکولی کربن دقیقا 12 گرم تعیین شده است، که ما دو برابر تعداد کربن پروتون ها، و این توده کربن شامل اتم های کوانتومی 6.02 * 1023 است. وزن مولکولی هر عنصر دیگر در اطراف این استاندارد ساخته شده است.)
گاز co2 نیز می تواند به عنوان یک مایع وجود داشته باشد، گاز co2 در آتش به عنوان خاموش کننده ها و در تولید نوشیدنی های گازدار مانند سودا استفاده می شود؛ و به عنوان جامد، که در آن دولت آن را به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می گیرد و در صورت تماس با پوست ممکن است یخ زده شود.
گاز Co2 در متابولیسم:
گاز دی اکسید کربن اغلب به عنوان گاز سمی شناخته می شود زیرا اغلب با آسفیکسی و حتی از دست دادن زندگی همراه است. در حالی که مقادیر کافی گاز CO2 می تواند در واقع مستحکم سمی باشد و باعث آسیب دیدگی شود، معمولا اتفاق می افتد که گاز CO2 به عنوان یک نتیجه یا نتیجه دمیده شدن ایجاد می شود. اگر کسی به هر دلیلی تنفس را متوقف کند، گاز CO2 دیگر از طریق ریه ها اخراج نمی شود و بنابراین در جریان خون ایجاد می شود، همانطور که هیچ جایی برای رفتن وجود ندارد. بنابراین گاز CO2، نشانگر آسیب دیدگی است. به طور تقریبی همانطور که آب “سمی” نیست فقط به این دلیل است که می تواند منجر به غرق شدن شود.
فقط یک کسر کوچک از اتمسفر از گازCO2 تشکیل شده است – حدود 1 درصد از محصول جانبی متابولیسم مخصوص حیوانات است، لازم است که گیاهان زنده بمانند و بخشی از چرخه کربن در سراسر جهان باشند. گیاهان گاز CO2 را می گیرند و آن را در یک سری واکنش های گاز کربن و گاز اکسیژن تبدیل می کنند، و سپس اکسیژن را به اتمسفر آزاد می کنند، در حالی که گاز کربن را به شکل گلوکز حفظ می کنند تا زندگی و رشد کنند. هنگامی که گیاهان می میرند یا سوخته می شوند، کربن آنها با گاز co2 در هوا ترکیب می کنند، و تشکیل گاز CO2 و تکمیل چرخه کربن می کنند.
حیوانات گاز دی اکسید کربن را از طریق تجزیه کربوهیدرات های خوراکی، پروتئین ها و چربی ها در مواد غذایی تولید می کنند. همه اینها متابولیزه شده به گلوکزو یک مولکول شش کربن است که پس از آن وارد سلول و در نهایت گاز دی اکسید کربن و آب می شود، و انرژی حاصل از آن برای فعالیت های سلولی به کار می رود. این روند تنفس هوازی (اغلب به عنوان تنفس سلولی نامیده می شود، گرچه اصطلاحات دقیقا مترادف نیستند). تمام گلوکز که به سلولهای هر دو پروکریوت (باکتری) و غیرقطبی از یوکاریوت ها (حیوانات و قارچ ها) وارد می شود، ابتدا تحت گلیکولیز قرار می گیرد که مولکول های سه کربن به نام پیروات تولید می کند. بیشتر این چرخه Krebs به صورت مولکول دو کربن استیل CoA وارد می شود، در حالیکه گاز CO2 آزاد می شود. حامل های الکترون با انرژی بالا NADH و FADH2 که در طول چرخه کربس شکل می گیرند، الکترون ها را در حضور گاز اکسیژن در واکنش های زنجیره ای حمل و نقل الکترون می گیرند، که در نتیجه تشکیل مقدار زیادی ATP، “انرژی ارز” سلولهای موجودات زنده می شود.
گاز co2 و تغییرات اقلیمی:
گاز co2 یک گاز تله گرما است. در بسیاری از موارد، این چیز خوبی است، زیرا جلوگیری از از دست دادن گرما بسیار زیاد باعث می شود که حیوانات و افراد قادر به زنده ماندن نمانند. اما احتراق سوخت های فسیلی از زمان انقلاب صنعتی در قرن نوزدهم مقدار قابل توجهی از گاز CO2 را به جو اضافه کرده است که منجر به گرم شدن کره زمین و تأثیرات آن به تدریج می شود.
برای هزاران سال، غلظت اتمسفر گاز CO2 در اتمسفر بین 200 تا 300 واحد در میلیون (ppm) باقی می ماند. تا سال 2017، تقریبا 400 ppm افزایش یافته است، که غلظت آن هنوز هم افزایش می یابد. گاز CO2 اضافی گرما را دامن می زند و باعث تغییر آب و هوا می شود. این نه تنها در درجه حرارت بالا در سراسر جهان ظاهر می شود، بلکه در افزایش سطح دریا، ذوب یخبندان، آب دریائی اسیدی، کلاه های یخ کوچک قطبی و افزایش تعداد حوادث فاجعه بار (به عنوان مثال، طوفان ها) می شود. این مشکلات همه وابسته به یکدیگر هستند.
نمونه هایی از سوخت های فسیلی عبارتند از ذغال سنگ، نفت (نفت) و گاز طبیعی. اینها در طی یک میلیون سال به وجود می آیند، زیرا گیاه مرده و مواد حیوانی در زیر لایه های سنگی به دام افتاده و دفن می شوند. در شرایط مطلوب گرما و فشار، این ماده آلی به سوخت تبدیل می شود. تمام سوخت های فسیلی دارای گاز کربن هستند و برای تولید انرژی سوخته می شوند و گاز دی اکسید کربن آزاد می شود.
استفاده از گاز CO2 در صنعت:
گاز co2 دارای انواع مختلفی، که مفید است زیرا این مواد به معنای واقعی کلمه در همه جا هستند. همانطور که قبلا اشاره شد، آن را به عنوان یک مبرد مورد استفاده قرار می دهند، اگر چه گاز co2 بیشتر از فرم های جامد و مایع درست است. گاز co2 همچنین به عنوان یک ماده ی اسپری،و یک مولکولی (یعنی سم موش)، و به عنوان یک عامل غنی سازی در هوا در داخل گلخانه ها استفاده می شود. همچنین در شکستن چاه های نفتی، در بعضی از معادن، بعنوان تعدیل کننده در راکتورهای هسته ای خاص و در لیزرهای ویژه استفاده می شود.
واقعیت جالب:
از طریق فرآیندهای متابولیسم پایه، شما در حدود 2400 ساعت در حدود 500 گرم گاز CO2 تولید می کنید. حتی بیشتر اگر فعال هستید. این بیش از یک پوند گاز نامرئی است که فقط از بینی و دهان و همچنین منافذ خود خارج می شود. این در واقع، این است که چگونه مردم در طول زمان گاز co2 از دست می دهند، از جمله تلفات آب (موقت).
تفاوت بین گاز CO2 و گاز o2
گاز اکسیژن (O2) و گاز دی اکسید کربن (CO2) هر دو گازهای اتمسفر هستند که برای زندگی ضروری است. هر کدام نقش مهمی در دو مسیر متابولیسم بیولوژیک ایفا می کند. گیاهان گاز CO2 را در فتوسنتز می گیرند و گاز O2 را بعنوان یک محصول جانبی تولید می کنند. حیوانات گاز O2 را نفس می زنند و از آن برای تنفس سلولی، تولید و برای انرژی از گاز CO2 استفاده می کنند.
ساختار:
گاز CO2 و گازO2 ساختارهای مولکولی مختلفی دارند. اکسیژن دو مولکول اکسیژن را تشکیل می دهد، در حالی که دی اکسید کربن شامل دو مولکول اکسیژن است که به یک مولکول کربن مرکزی متصل می شود.
جرم گاز CO2 دارای مقدار کمی بیشتر از گاز O2 است. وزن مولکولی co2 44گرم به ازای هر مول است، در حالیکه وزن مولکولی گاز اکسیژن به میزان 32 گرم در هر مول است. گرچه گاز CO2 از گاز O2 سنگین تر است، گازها به لایه ها در جو تجزیه نمی شوند. جابجایی و انتشار، گازهای مختلف جوی را مخلوط می کنند.
احتراق
گاز O2 از احتراق پشتیبانی می کند. سوختگی یا احتراق هنگامی رخ می دهد که یک سوخت با گاز اکسیژن واکنش نشان دهد و گرما را خاموش کند. برای شروع این واکنش، یک جرقه کوچک یا پشت سر هم از گرما وجود دارد، اگر گاز اکسیژن وجود نداشته باشد، احتراق نمی تواند رخ دهد. در مقابل، گاز CO2 قابل اشتعال نیست و از احتراق پشتیبانی نمی کند. در حقیقت، آتش سوزی با گاز CO2 می تواند آن را خاموش کند.
چرخه کربن:
در شرایط عادی، گاز CO2 یک قسمت طبیعی چرخه زندگی روی زمین است. حیوانات و انسان ها گاز CO2 را پخش می کنند و گیاهان گاز را جذب می کنند و گازاکسیژن تولید می کنند. گاز کربن بین هوا، زمین و دریا عبور می کند زیرا گیاهان و حیوانات زندگی می کنند . در گذشته، این چرخه متعادل با خروجی گاز کربن و جذب کربن، نسبتا حتی در حال اجرا است.
انقلاب صنعتی این تعادل را تغییر داد، گاز دی اکسید کربن تولید شده توسط سوزاندن سوخت های فسیلی برای گرما، حمل و نقل و تولید استفاده شد و این تعادل ناراحت کننده شد، یک چرخه ناسازگار کربن را تهدید می کند که شرایط آب و هوایی ،و تغییر کاربری زمین و زیستگاه های زندگی را تغییر دهد.
سوخت های فسیلی و گاز CO2
هنگامی که موجودات زنده و گیاهان می میرند، گاز کربن در بدن آنها به زمین می رسد. از طریق میلیون ها سال، گرما و فشار، بقایای کربن گیاهان و حیوانات مرده را به گاز طبیعی، زغال سنگ و نفت تغییر پیدا می کند. از زمان انقلاب صنعتی، انسان ها از این سوخت ها سریع تر از آنچه که می توانند از طریق چرخه کربن دوباره جذب شوند و سبب افزایش سطح گاز CO2 در اتمسفر شوند رسیدند . طبق گزارش سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، مقدار گاز CO2 در جو از سال 1750 به 40 درصد افزایش یافته است. با افزایش مقدار گاز CO2 در جو، می تواند تغییرات قابل توجهی را در جو زمین ایجاد کند.
اثر گلخانه ای گاز co2
تهدید اصلی افزایش گاز CO2، اثر گلخانه ای است. به عنوان یک گاز گلخانه ای، گاز CO2 بیش از حد یک پوشش را ایجاد می کند که انرژی گرمایی خورشید را در حباب جوی به دام می اندازد و سیاره و اقیانوس ها را گرم می کند. افزایش گاز co2 با ایجاد تغییرات در الگوهای آب و هوایی با اقلیم زمین روبرو است.
با توجه به EPA، انسان هر سال 30 میلیارد تن گاز CO2 را به جو زمین آزاد می کند. از آنجایی که هر مولکول گاز CO2 می تواند تا 200 سال طول بکشد، این اضافه بارگاز کربن می تواند عواقب طولانی مدت داشته باشد.
دیگر اثرات جانبی گاز co2
افزایش گاز CO2 در اتمسفر بسیاری از عوارض جانبی دارد. از آنجا که گیاهان گاز CO2 را به عنوان بخشی از چرخه رشد خود جذب می کنند، افزایش گاز می تواند باعث تغییرات گیاهی در گیاهان شود. دانشمندان در مطالعه ای در سال 2008 توسط دانشگاه ایلینوی، متوجه شدند که سویا در محیط با گاز CO2 زیاد رشد می کند و برخی از دفاع طبیعی خود را در برابر آفات از دست می دهد. یک مطالعه دانشگاه Southwestern نشان می دهد که افزایش گاز CO2 سبب کاهش محتوای پروتئین بسیاری از محصولات می شود. علاوه بر این، سطح بالای گاز CO2 در اقیانوس ها می تواند بر رشد برخی از حیوانات دریایی تاثیر گذارد.
چگالی گاز CO2 چیست؟
دی اکسید کربن، همچنین به عنوان گاز CO2 شناخته می شود، در جو در غلظت 0.033 درصد وجود دارد. واکنش های شیمیایی که گاز CO2 تولید می کنند شامل تنفس حیوانات و احتراق هیدروکربن ها است. گاز دی اکسید کربن به طور معمول حالت مایع را نشان نمی دهد؛ آن را به طور مستقیم از فرم جامد به گاز تبدیل می کند.
حالت جامد گاز CO2
حالت جامد گاز CO2، که معمولا “یخ خشک” نامیده می شود، در شرایط استاندارد دارای تراکم 1.56 گرم در میلی لیتر می باشد. برای مقایسه، تراکم آب مایع حدود 1.00 g / mL است، که نشان می دهد که یخ خشک هنگام قرار گرفتن در آب فرو می رود.
