תוֹכֶן
פחמן דו חמצני הוא בין המונחים המדעיים הרבים הנושאים מגוון רחב של משמעויות ומערך רחב של קונוטציות. אם אתה מכיר את הנשימה הסלולרית, אתה עשוי לדעת שגז פחמן דו חמצני מקוצר CO2 - הוא תוצר פסולת של סדרת התגובות הזו אצל בעלי חיים, בהם גז חמצן, או O2, הוא מגיב; יתכן גם שתדעו שבצמחים, תהליך זה הופך למעשה עם CO2 משמש כדלק בפוטוסינתזה ו- O2 כמוצר פסולת.
אולי יותר מפורסם, בזכות הפוליטיקה ומדעי האדמה של המאה הנוכחית, CO2 ידוע לשמצה בהיותו גז חממה, האחראי לסייע בלכידת החום באטמוספירה של כדור הארץ. שיתוף2 הוא תוצר לוואי של שריפת דלקים מאובנים, וההתחממות כתוצאה מכך של כדור הארץ הובילה את אזרחי כדור הארץ למסע אחר מקורות אנרגיה חלופיים.
מלבד הנושאים הללו, CO2 לגז, מולקולה פשוטה באלגנטיות, יש מספר פונקציות ביוכימיות ותעשייתיות אחרות שאוהדי המדע צריכים להיות מודעים אליהם.
מהו פחמן דו חמצני?
פחמן דו חמצני הוא גז חסר צבע ונטול ריח בטמפרטורת החדר. בכל פעם שאתה נושף, מולקולות פחמן דו חמצני עוזבות את גופך והופכות לחלק מהאטמוספרה. שיתוף2 מולקולות מכילות אטום פחמן יחיד המונף על ידי שני אטומי חמצן, כך שהמולקולה היא צורה ליניארית:
O = C = O
כל אטום פחמן יוצר ארבעה קשרים עם שכניו במולקולות יציבות, ואילו כל אטום חמצן יוצר שני קשרים. כך עם כל קשר חמצן-פחמן ב- CO2 המורכב מקשר כפול - כלומר שני זוגות אלקטרונים משותפים - CO2 יציב ביותר.
כאשר מבט על טבלה תקופתית של יסודות מגלה (ראה משאבים), המשקל המולקולרי של הפחמן הוא 12 יחידות מסה אטומית (אמו), ואילו החמצן הוא 16 אמאו. המשקל המולקולרי של פחמן דו חמצני הוא אפוא 12 + 2 (16) = 44. דרך נוספת לבטא זאת היא לומר ששומה אחת של CO2 יש מסה של 44, כאשר שומה אחת שווה ל- 6.02 × 1023 מולקולות אינדיבידואליות. (הנתון הזה, המכונה מספר Avogadros, נגזר מהעובדה שהמסה המולקולרית של הפחמן נקבעת על 12 גרם בדיוק, אותם אנו מכילים פי שניים ממספר הפרוטונים פחמן, ומסה זו של פחמן מכילה 6.02 × 1023 אטומי פחמן. המשקל המולקולרי של כל יסוד אחר היה בנוי סביב תקן זה.)
פחמן דו חמצני יכול להתקיים גם כנוזל, מצב בו הוא משמש כחומר קירור, במטפי כיבוי וייצור משקאות מוגזים כמו סודה; וכמוצק, במצב בו הוא משמש כחומר קירור ועלול לגרום לכוויות קור אם הוא בא במגע עם העור.
פחמן דו חמצני בחילוף חומרים
לעתים קרובות מובנים לא נכון פחמן דו חמצני כרעיל מכיוון שהוא קשור לעתים קרובות לחנקון ואפילו לאובדן חיים. בעוד שרמות מספיקות של CO2 למעשה יכול להיות רעיל ישירות ולגרום חנק, מה שקורה בדרך כלל זה CO2 במקום זה מצטבר כתוצאה או כתוצאה של חנק. אם מישהו מפסיק לנשום מסיבה כלשהי, CO2 כבר לא גורש דרך הריאות, ולכן הוא מצטבר בזרם הדם כיוון שאין לו לאן ללכת. שיתוף2 לכן הוא סמן של חנק. באופן דומה בערך, מים אינם "רעילים" רק משום שהם יכולים להוביל לטביעה.
רק חלק קטן מהאטמוספרה מורכב מ- CO2 - בערך אחוז אחד. אמנם זהו תוצר לוואי של מטבוליזם של בעלי חיים, אך חיוני לחלוטין שצמחים ישרדו והוא חלק אינסטרומנטלי בעולם מחזור הפחמן. צמחים לוקחים CO2, להמיר אותו בסדרת תגובות פחמן וחמצן, ואז משחרר את החמצן לאטמוספרה תוך שמירה על הפחמן בצורה של גלוקוז לחיות ולחיות. כאשר צמחים מתים או נשרפים, הפחמן שלהם מתחבר מחדש עם O2 באוויר ויוצר CO2 והשלמת מחזור הפחמן.
בעלי חיים מייצרים פחמן דו חמצני דרך פירוק פחמימות, חלבונים ושומנים שנבלעים במזון. כל אלה עוברים חילוף חומרים לגלוקוזה, מולקולת שש-פחמן שנכנסת לתאים ובסופו של דבר הופכת פחמן דו חמצני ומים, כאשר האנרגיה המתקבלת משמשת להפעלת פעילויות סלולריות. זה מתרחש בתהליך של נשימה אירובית (המכונה לעתים קרובות נשימה סלולרית, אם כי המונחים אינם שם נרדף בדיוק). כל הגלוקוזה שנכנסת לתאים של פרוקריוטות (חיידקים) וגם של אאוקריוטים שאינם צמחיים (בעלי חיים ופטריות) עוברת תחילה גליקוליזה, המייצרת זוג מולקולות של שלוש פחמן הנקראות פירובטה. לרוב זה נכנס למחזור קרבס בצורה של מולקולת דו-פחמנית אצטיל CoA ואילו CO2 משוחרר. נושאי האלקטרונים הגבוהים באנרגיה NADH ו- FADH2 הנוצרים במהלך מחזור קרבס ואז מוותרים על אלקטרונים בנוכחות חמצן בתגובות שרשרת ההובלה האלקטרונית, וכתוצאה מכך נוצרת כמות רבה של ATP, "מטבע האנרגיה" של תאי היצורים החיים.
פחמן דו חמצני ושינוי אקלים
שיתוף2 הוא גז לכידת חום. במובנים רבים זה דבר טוב, מכיוון שהוא מונע מכדור הארץ לאבד חום כה רב עד שבעלי חיים כמו אנשים לא יוכלו לשרוד. אולם בעירה של דלקים מאובנים מאז פרוץ המהפכה התעשייתית במאה ה -19 הוסיפה כמות משמעותית של CO2 גז לאטמוספרה, מה שמוביל להתחממות כדור הארץ והשפעותיו החמרות בהדרגה.
במשך אלפי שנים רבות, הריכוז האטמוספרי של CO2 באטמוספרה נותרו בין 200 ל -300 חלקים למיליון (עמודים לדקה). בשנת 2017 הוא עלה לכמעט 400 עמודים לדקה, ריכוז שעולה עדיין. CO זה הנוסף2 לוכד חום וגורם לשינויי האקלים. זה בא לידי ביטוי לא רק בעליית הטמפרטורות הממוצעות ברחבי העולם, אלא בעליית מפלס הים, נמס קרחונים, מי ים חומציים יותר, כובעי קרח קוטביים קטנים יותר ומיקומם במספר האירועים הקטסטרופלים (למשל הוריקנים). בעיות אלה קשורות זו בזו ותלות זו בזו.
דוגמאות לדלקים מאובנים כוללים פחם, נפט (נפט) וגז טבעי. אלה נוצרים לאורך תקופה של מיליוני שנים כאשר חומר צמחי וחיות מת מת לכוד ונקבר תחת שכבות סלע. בתנאי חום ולחץ נוחים, חומר אורגני זה הופך לדלק. כל הדלקים המאובנים מכילים פחמן, ואלה נשרפים כדי להניב אנרגיה, ופחמן דו חמצני משתחרר.
שימושים של CO2 בתעשייה
לגז פחמן דו חמצני יש שימושים מגוונים, וזה שימושי מכיוון שהדברים נמצאים ממש בכל מקום. כפי שצוין קודם לכן, הוא משמש כחומר קירור, אם כי הדבר נכון יותר לגבי הצורות המוצקות והנוזליות. הוא משמש גם כחומר תרסיס, תרופת הדברה (כלומר, רעל עכברים), מרכיב בניסויים בפיזיקה בטמפרטורה נמוכה מאוד וחומר מעשיר באוויר בתוך החממות. הוא משמש לשימוש גם בשבר של בארות נפט, בסוגים מסוימים של כרייה, כמנחה בכורים גרעיניים מסוימים ולייזרים מיוחדים.
עובדה מעניינת: באמצעות תהליכים מטבוליים בסיסיים תייצרו כ 500 גרם CO2 ביממה הקרובה - אפילו יותר אם אתה פעיל. זה יותר מקילוגרם של גז בלתי נראה, פשוט מפשף מהאף והפה שלך כמו גם מהנקבוביות שלך. למעשה, כך אנשים יורדים במשקל לאורך זמן, לא כולל אובדן מים (זמני).