Süsinikdioksiidi määratlus, eelised, mõju, omadused ja roll
Süsinikdioksiidi, selle eeliste, omaduste, rolli ja mõju mõistmine : on keemilise ühendi tüüp, mis koosneb kahest hapnikuaatomist, mis on kovalentselt seotud süsinikuaatomiga.
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud:Süsinikmonooksiid: definitsioon, struktuur, reaktsioon ja roll füsioloogias ja toidus
Süsinikdioksiidi määratlus
Süsinikdioksiid (keemiline valem: CO2) või süsinikhape on keemilise ühendi tüüp, mis koosneb kahest hapnikuaatomist, mis on kovalentselt seotud süsinikuaatomiga. See on gaas standardsel temperatuuril ja rõhul ning seda leidub Maa atmosfääris. Süsinikdioksiidi keskmine kontsentratsioon Maa atmosfääris on umbes 387 ppm mahust [1] kuigi see arv võib olenevalt asukohast ja kellaajast erineda. Süsinikdioksiid on oluline kasvuhoonegaas, kuna see neelab tugevalt infrapuna laineid.
Süsinikdioksiidi toodavad kõik loomad, taimed, seened ja mikroorganismid hingamisprotsessis ning taimed kasutavad seda fotosünteesi käigus. Seetõttu on süsinikdioksiid süsinikuringes oluline komponent. Süsinikdioksiidi toodetakse ka fossiilkütuste põletamise kõrvalsaadusena. Anorgaanilist süsinikdioksiidi eraldub vulkaanidest ja muudest geotermilistest protsessidest, näiteks kuumaveeallikatest.
Keemiline ja füüsikaline süsinikdioksiid
Süsinikdioksiid on gaas, mis koosneb ühest süsinikuaatomist ja kahest hapnikuaatomist. Süsinikdioksiidi (CO2 ) võib kirjeldada järgmiselt:
Süsinikdioksiidi molekul koosneb kahest kaksiksidemest ja sellel on lineaarne kuju. Sellel pole elektrilist dipolaarset. Täielikult oksüdeerunud olekus on mitteaktiivne ja mittesüttiv. Süsinikdioksiidi saab orgaaniliste ainete põletamisel valmistada, kui hapnikku on piisavalt. Süsinikdioksiidi toodavad mikroorganismid ka käärimis- ja hingamisprotsesside tulemusena. Süsivesikute tootmiseks võib kasutada süsinikdioksiidi ja hapnikku. Taimed vabastavad O2 atmosfääri ja kasutatakse heterotroofsete organismide poolt lõpuks hingamiseks.
Süsinikdioksiid on värvitu gaas, kui seda sisse hingata suurtes annustes (kahjulik tegevus). õhupuuduse ohu tõttu), tekitab suus hapukat maitset ning ninas ja kurgus kipitust kurgus. Selle efekti põhjustab limaskestades ja süljes lahustuv gaas, mis moodustab süsinikhappe vedeliku lahuse. Tihedus 25 juures0C on 1,98 kg / m3, umbes 1,5-kordne õhu tihedus.
Vedel süsinikdioksiid moodustub ainult rõhul, mis ületab 5,1 atm; tavalisel rõhul vahetub see gaasiliste ja tahkete vormide vahel otse protsessina, mida nimetatakse sublimatsioon.
Vesi neelab süsinikdioksiidi sama palju kui selle sisu. Umbes 1% lahustunud süsinikdioksiidist muundatakse süsihappeks. Seejärel süsihape jaguneb osaliselt vesinikkarbonaadi ja karbonaadi ioonideks.
Bioloogia järgi
Süsinikdioksiid on akumuleerumise tagajärg organismides, mis saavad energiat suhkru või rasva lagunemisel hapniku osana oma ainevahetusest protsessis, mida nimetatakse rakuhingamiseks. Siia kuuluvad kõik taimed, loomad, enamik seeni ja mõned bakterid. Kõrgematel loomadel transporditakse süsinikdioksiid läbi vere (kus suurem osa on lahuses) keha rakkudest kopsudesse, kus see elimineeritakse.
Süsinikdioksiidi sisaldus värskes õhus on alla 1% või umbes 350 ppm, väljahingatavas õhus umbes 4,5%. Sissehingamisel suurtes kontsentratsioonides, umbes 5%, on see inimestele ja loomadele toksiline.
Hemoglobiin, punaste vereliblede peamine molekul, võib siduda hapnikku ja süsinikdioksiidi. Kui CO kontsentratsioon2 liiga kõrge, on kogu hemoglobiin täidetud süsinikdioksiidiga ja ei kanna hapnikku (kuigi õhus on palju hapnikku). Seetõttu kogevad suletud ruumis viibivatel inimestel süsinikdioksiidi kuhjumise tõttu õhupuudust, ehkki hapnikupuudus põhjustab probleeme. Süsinikdioksiidi, kas gaasilises või tahkes vormis, tuleb kontrollida hea ventilatsiooniga piirkondades.
CO2 verega kantud võib leida mitmesugusel kujul. 8% CO2 eksisteerib plasmas kui gaas. 20% CO2 seotud hemoglobiiniga. CO2 hemoglobiiniga seondumine ei konkureeri hapniksidemetega, kuna seda seovad hememolekulide asemel aminohapped. Ülejäänud 72% sellest kantakse HCO-na3- vesinikkarbonaat, mis on oluline ioon organismide pH reguleerimisel. Bikarbonaadi taset kontrollitakse, kui see suureneb, hingame kiiremini, et vabaneda liigsest süsinikdioksiidist. Süsinikdioksiidi / vesinikkarbonaadi tase veres mõjutab vere kapillaaride paksust. kui see on kõrge, kapillaarid laienevad ja rohkem verd siseneb ning viib liigse vesinikkarbonaadi kopsudesse.
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud:Hapete, aluste ja soolade mõistmine
Süsinikdioksiid anorgaanilistes uuringutes
Süsinikdioksiidi leidub atmosfääris (300 ppm), vulkaanilistes gaasides ja teatud allikate üleküllastunud lahustes.
CO. Gaas2 saab genereerida, kuna:
- Täiuslik süsiniku põlemine
C + O2 CO2
- Elusolendi hingamise jäänused
- Vulkaanipursked
- Karbonaatühendite põletamine või hapete mõjul
Mis puudutab selle tootmist:
Fermentatsiooni tulemused
C6H12O6 2C2H3OH + 2CO2
Lubjakivi põletamine
CaCO3 CaO + CO2
Laboris saab seda teha:
H2CO3 CO2 + H2Ok = 600
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Mitte kõik CO2 lahustuvad ja dissotsieerumatud esinevad H2CO3. suurim osa CO2 lahustuvad vedelikud hüdreeritakse ainult nõrgalt kiirusega, kui CO2 jõuavad H-ga tasakaalu2CO3 ja selle dissotsiatsiooniprodukt vee läbimisel on aeglane. See võimaldab teha vahet H-l2CO3 ja CO2 (aq) lõdvalt niisutatud.
Keemilised ja füüsikalised omadused
Süsinikdioksiid on värvitu ja lõhnatu gaas. Sissehingamisel atmosfääri süsinikdioksiidi kontsentratsioonist kõrgema kontsentratsiooniga maitseb see suus, ninas ja kurgus hapuks. See efekt on tingitud gaaside lahustumisest limaskestades ja süljes, moodustades nõrga süsinikhappe lahuse. Seda tunnet võib tunda ka siis, kui inimene pärast gaseeritud vee (nt Coca Cola) joomist röögib. Üle 5000 ppm kontsentratsioon ei ole tervisele kasulik, samas kui kontsentratsioon, mis ületab 50 000 ppm, võib ohustada loomade elu.
Süsinikdioksiidi eelised
Mängida rolli taimede fotosünteesi protsessis. Fotosünteesis kasutavad taimed toiduks vajaliku suhkru ja hapniku tootmiseks süsinikdioksiidi ja vett. Reaktsioonivõrrand on
12H2O + 6CO2 + valgus → C6H12O6 (glükoos) + 6O2 + 6H2O
Glükoosi võib kasutada muude orgaaniliste ühendite, näiteks tselluloosi moodustamiseks ja seda võib kasutada ka kütusena. Hingamisel reageerivad glükoos ja muud ühendid hapnikuga, tekitades süsinikdioksiidi, vett ja keemilist energiat.
Taimed hõivavad valgust, kasutades pigmenti, mida nimetatakse klorofülliks. See pigment, mis annab taimedele rohelise värvi. Klorofüll sisaldab kloroplastideks nimetatud organelle, mis neelavad valgust, mida kasutatakse fotosünteesis. Kuigi kõik taime keha rohelised osad sisaldavad kloroplasti, toodetakse suurem osa energiast lehtedes.
Lehe sees on rakukiht, mida nimetatakse mesofülliks ja mis sisaldab pool miljonit kloroplasti ruutmillimeetri kohta. Trikk toimub läbi epidermise värvitu ja läbipaistva kihi mesofülli suunas, kus toimub suurem osa fotosünteesi protsessist. Lehe pind on tavaliselt kaetud vetthülgava vahakapsliga, et vältida päikesevalguse imendumist või vee liigset aurustumist.
Vedel ja tahke süsinikdioksiid (kuivjää) on olulised külmutusagensid, eriti toiduainetööstuses, kus seda kasutatakse jäätise ja muude külmutatud toiduainete transportimisel ja ladustamisel.
Süsinikdioksiidi kasutatakse gaseeritud karastusjookide ja gaseeritud vee valmistamiseks. Traditsiooniliselt toodetakse vahuveini ja veini karbonaate loodusliku kääritamise teel, kuid mõned tootjad lisavad karbonaate nendele jookidele kunstlikult.
Toiduvalmistamiseks kasutatav arendaja toodab tainast kerkides süsinikdioksiidi. Leiva laiendajad toodavad tainast kergitades süsinikdioksiidi, samal ajal kui keemilised arendajad nagu küpsetuspulber ja sooda eraldavad kuumutamisel või segamisel süsinikdioksiidi hape. Süsinikdioksiidi kasutatakse sageli surugaasina, mis on odav ja mittesüttiv.
Tulekahjude kustutamiseks võib kasutada süsinikdioksiidi ja mõnda tulekustutit (tulekustuti), mis on mõeldud peamiselt elektritulekahjude jaoks ja sisaldab rõhu all vedelat süsinikdioksiidi. Kasutamine autotööstuses on samuti tavaline, kuigi on palju tõendeid selle kohta, et süsinikdioksiidi kasutavad ühendid on rabe kui inertses atmosfääris ning koagulandid halvenevad happe moodustumise tõttu järk-järgult süsinik. Seda kasutatakse hüübimisgaasina, kuna see on odavam kui muud gaasid nagu argoon või heelium.
Vedel süsinikdioksiid on hea lahusti enamiku orgaaniliste ainete jaoks. See hakkab tähelepanu pälvima farmaatsia ja muud keemiatööstuse tööstused kui vähem toksiline võimalus kui muud traditsioonilised lahustid, näiteks orgaaniline kloriid.
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud:6 erinevust polaarsete ja mittepolaarsete ühendite vahel
Süsinikdioksiidi seos keskkonnaga ja vastumeetmed
CO. Gaas2 on üks õhusaasteaine osakestest, kui CO2 õhus viibimine üle normi piiride, mis viib õhukvaliteedi tasemele, mis segab elu.
CO. Gaas2 tuleneb õli, sõidukite heitgaaside, vulkaanipursete ning autode ja mootorite heitgaaside mittetäielikust põlemisest.
CO gaasi tulemus2 Piiri ületamine võib põhjustada:
- Hingamisteede häired
- Maa temperatuur tõuseb kasvuhooneefekti tõttu
Saasteained CO gaasi kujul2 See paisub õhus ja omab klaasitaolisi omadusi. CO ei peegelda maale langevat päikesevalgust2 mis laieneb, kuid jätkub. Selle tagajärjel tõuseb maa temperatuur.
See on lühiajaline mõju, samas kui pikaajaline mõju võib sulatada polaarjää nii, et merepind kogu maakeral tõuseb. Merevee tõus võib saare uputada.
CO gaasiga tegelemiseks on võimalusi2 See on :
- Kaitsetaimede istutamise suurendamine (metsa uuendamine)
- Varustage tehasekorstnad õhufiltritega ja suurendage korstna kõrgust
- Puhta kütuse kasutamine CO. Gaaside põlemisjääkide vähendamiseks2 liiga palju
- Orgaaniliste jäätmete töötlemine bioloogiliseks väetiseks.
Bioloogia roll
Süsinikdioksiid on organismide lõppsaadus, mis saab energiat suhkrute, rasvade, ja aminohapped koos hapnikuga ainevahetuse osana protsessis, mida nimetatakse hingamiseks kamber. See hõlmab kõiki taimi, loomi, palju seeni ja mõnda bakterit. Kõrgematel loomadel liigub vere süsinikdioksiid kehakudedest väljaheidetavatesse kopsudesse. Taimedes imendub fotosünteesi käigus atmosfäärist süsinikdioksiid.
- Roll fotosünteesis
Taimed eemaldavad atmosfäärist süsinikdioksiidi fotosünteesi teel, mida nimetatakse ka assimilatsiooniks süsinik, mis kasutab valguse energiat orgaanilise aine tootmiseks, ühendades süsinikdioksiidi ja vesi.
Vaba hapnik eraldub veemolekulide lagunemisel gaasina, vesinik eraldatakse prootoniteks ja elektronideks ning seda kasutatakse fotofosforüülimise teel keemilise energia tootmiseks. Süsinikdioksiidi fikseerimiseks vajalik energia Calvini tsüklis suhkrute moodustamiseks. Seejärel kasutatakse seda suhkrut taimede kasvatamiseks hingamise teel.
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud: Polüfenooli ühendite määratlus taimedes
- Toksilisus
Süsinikdioksiidi sisaldus värskes õhus varieerub sõltuvalt asukohast vahemikus 0,03% (300 ppm) kuni 0,06% (600 ppm).
Austraalia Meresõiduohutuse Ameti andmetel võib „põhjustada liiga kaua süsinikdioksiidi kontsentratsiooni atsidoos ja mõõdukad kahjulikud mõjud kaltsiumfosfori metabolismile, mis põhjustab kaltsiumi sadestumise suurenemist pehme kude. Süsinikdioksiid on maksas mürgine ja põhjustab kontraktiilse tugevuse vähenemist.
Kolme mahuprotsendi kontsentratsioonis õhus on see kergelt narkootiline ja põhjustab vererõhu ja pulsi tõusu ning kuulmise vähenemist. Umbes viie mahuprotsendi kontsentratsioonil põhjustab see hingamiskeskuse stimulatsiooni, pearinglust, segasust ja hingamisraskusi, millega kaasnevad peavalu ja õhupuudus. Kaheksa protsendilise kontsentratsiooni korral põhjustab see pärast viit kuni kümmet minutit kokkupuudet peavalu, higistamist, hägust nägemist, värinaid ja teadvusekaotust. “
Inimese mõistmise ajalugu
17. sajandil avastas Flemingi keemik Jan Baptist van Helmont, et puusöe põletamine suletud anumas annab tuhka, mis on väiksem kui algsöe mass. Ta jõudis järeldusele, et osa söest on muutunud nähtamatuks aineks, ta nimetas seda ainet "gaasiks" või spiritus sylvestr (Indoneesia keeles: metsik vaim).
Šoti füüsik Joseph Black uuris süsinikdioksiidi omadusi täiendavalt 1750. aastal. Ta avastas, et lubjakivi (kaltsiumkarbonaati) saab põletada või happega töödelda ja tekitas tema nimetatud gaasi "Fikseeritud õhk". Ta avastas ka, et see gaas oli õhust raskem ja lubja (kaltsiumhüdroksiidi) lahuses kuumutamisel sadestati kaltsiumkarbonaat. Ta kasutas seda nähtust, et illustreerida, et süsinikdioksiid tekib loomade hingamisel ja mikroobide kääritamisel. 1772. aastal avaldas inglise keemik Joseph Priestley ajakirja pealkirjaga Vee immutamine fikseeritud õhuga. Ajakirjas kirjeldab ta väävelhappe (või vitriooliõli nagu Priestley seda nimetas) lubjaga, et tekitada süsinikdioksiidi ja sundida gaasi lahustuma, raputades gaasiga kokku puutunud veekaussi.[5]
Süsinikdioksiidi vedeldasid esmakordselt (kõrgel rõhul) 1823. aastal Humphry Davy ja Michael Faraday.[6] Esimese tahke süsinikdioksiidi kirjelduse teatas Charles Thilorier, kui ta avas 1834. aastal konteineri survestatud vedel süsinikdioksiid ja leidis, et jahutamine põhjustas aurustumist, mis põhjustas lund CO2 tahke.[7]
Tootmine tööstuslikus ulatuses
Süsinikdioksiidi toodetakse tavaliselt kuue protsessiga:[8]
- Ammoniaagi ja vesiniku rafineerimise kõrvalproduktina, kus metaan muundatakse CO-ks2.
- Puidu ja fossiilkütuste põletamisest;
- Suhkru kääritamise kõrvalsaadusena õlle, viski ja muude alkohoolsete jookide kääritamisel;
- Paekivi termilise lagunemise protsessist, CaCO3;
- Naatriumfosfaadi tootmise kõrvalsaadusena;
- Otse võetud allikatest, kus süsinikdioksiid tekib vee hapestamisel lubjakivis või dolomiidis.
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud:Ühendid: määratlus, omadused, omadused ja liigid koos täielike näidetega
Süsinikdioksiidi mõjud ja ohud
Üks suurimaid probleeme, millega me täna silmitsi seisame, on globaalne soojenemine. Mõju loomadele ja põllumajandusele on murettekitav, eriti inimpopulatsioonile. Globaalse soojenemise faktide üle vaieldakse poliitikas ja meedias sageli, kuid kahjuks hoolimata paljudest erakondadest ei nõustu globaalse soojenemise põhjuste osas, kuid globaalne soojenemine on tõsiasi, toimub globaalselt ja mõõdetav. Järgnevalt on välja toodud 10 kliima soojenemise põhjust ja tagajärge.
Fossiilkütuste põletamisel elektrijaamades tekkiv süsinikdioksiidi heide.
Kivisöel töötavatest elektrijaamadest saadava elektri kasvav kasutamine vabastab suures koguses süsinikku 40% süsinikdioksiidi heitest tekib USA elektritootmisel ja 93 protsenti sellest tuleneb tööstuslikust söepõletusest. utiliit. Iga päev on turgu üha enam üle ujutatud vidinatega, mille kasutamine nõuab elektrienergiat, kuigi alternatiivne energia seda ei toeta. Seega sõltume kogu maailmas elektrivajaduste rahuldamiseks üha enam söe põletamisest.
Sõidukite bensiini põletamisel tekkiv süsinikdioksiidi heide.
Meie kasutatavad sõidukid tekitavad umbes 33% heitkoguseid, mis mõjutavad globaalset soojenemist. Kui rahvaarv kasvab murettekitavalt kiiresti, suurendab see kindlasti nõudlust rohkem sõidukeid, mis tähendab rohkem fossiilkütuste kasutamist transpordi ja tehaste jaoks suur. Fossiilkütuste tarbimine ületab palju võimalusi heitkoguste mõju vähendamiseks. Meil on aeg tarbimiskultuurist lahkuda.
Kariloomade ja Arktika merepõhja metaani heitkogused.
Metaan on CO2 järel kõige võimsam kasvuhoonegaas. Kui bakterid lagundavad orgaanilist ainet hapnikuvaeguse tingimustes (anaeroobne lagunemine), tekib metaan.
See protsess toimub ka taimtoiduliste loomade soolestikus ja kui kontsentreeritud loomakasvatustoodang suureneb, suureneb atmosfääri eralduva metaani tase. Teine metaani allikas on metaanklatraat, ühend, mis sisaldab suures koguses jäämägede struktuuri kinni jäänud metaani. Kui metaan pääseb Arktika merepõhjast, suureneb globaalse soojenemise määr märkimisväärselt.
Metsade hävitamine, eriti puidu, tselluloosi ja põllumajandusmaa troopilised metsad.
Metsade kasutamine kütuseks (nii puiduks kui ka söeks) on üks metsade hävitamise põhjustest. Kogu maailmas kasvab puidu- ja paberitoodete kasutamine, liha tarnijate jaoks suureneb vajadus karjamaa järele ning troopiliste metsamaade kasutamine selliste kaupade jaoks nagu õlipalmiistandused on metsade hävitamise peamised tõukejõud maailmas. Metsade hävitamise tagajärjel eraldub atmosfääri suures koguses süsinikku.
Keemiliste väetiste suurem kasutamine põllumajandusmaal.
20. sajandi keskpaigaks oli keemiliste väetiste (varem sõnniku kasutamine) kasutamine dramaatiliselt suurenenud. Lämmastikurikaste väetiste kõrge kasutamismäär mõjutab põllumajandusmaa (lämmastikoksiidid võimsus on 300 korda suurem soojuse kohta mahuühiku kohta kui süsinikdioksiid) ja väetise liigne äravool tekitab meri. Lisaks nendele mõjudele mõjutab liigväetamisest tingitud kõrge nitraadisisaldus põhjavees inimeste tervist, mis on üsna murettekitav.
Meretaseme tõus kogu maailmas.
Teadlased ennustavad merepinna tõusu kogu maailmas seoses kahe hiiglasliku jääkihi sulamisega Antarktikas ja Gröönimaal, eriti USA idarannikul. Siiski kogevad paljud maailma riigid merepinna tõusu tagajärgi, mis võib sundida miljoneid inimesi otsima uusi asulaid. Maldiivid on üks riik, mis peab merepinna tõusu tõttu uue kodu leidma
Orkaani orkaanide ohvrid suurenevad.
Tormide, nagu orkaanid ja orkaanid, raskusaste suureneb ja uuringud on avaldatud aastal loodus ütleb:
„Teadlased näitavad kindlaid tõendeid selle kohta, et globaalne soojenemine suurendab märkimisväärselt kõige ekstreemsemate tormide intensiivsust kogu maailmas. Tugevaima troopilise tsükloni maksimaalne tuulekiirus on alates 1981. aastast märkimisväärselt tõusnud hinnanguliselt on põhjustatud merevee temperatuuri tõusust, siis tõenäoliselt see aja jooksul ei vähene Sulge. “
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud: Õhusaaste mõju keskkonnale ja selle seletus
Massiline saagi ebaõnnestumine.
Hiljutiste uuringute kohaselt on kogu maailmas pidanud otsustama kolida umbes 3 miljardit inimest kliima muutustest tingitud võimaliku näljaohu tõttu parasvöötmes aasta.
„Prognoositakse, et sellel kliimamuutusel on kõige raskem mõju veevarustusele. „Tulevane veepuudus ohustab tõenäoliselt toidutootmist, vähendab kanalisatsiooni, takistab majandusarengut ja kahjustab ökosüsteeme. See toob kaasa üleujutuste ja põudade vahel äärmuslikumad meeleolumuutused. ” Guardiani andmetel põhjustab globaalne soojenemine 300 000 surma aastas.
Suure hulga liikide väljasuremine.
Looduses avaldatud uuringute kohaselt võib temperatuuri tõus põhjustada enam kui miljoni liigi väljasuremise. Ja kuna me ei saa elada üksi ilma mitmekesise liikide populatsioonita Maal, on sellel inimeste jaoks kohutavad tagajärjed.
„Kliimamuutused on tänapäeval vähemalt sama suur oht veel Maal elavate liikide arvule elupaikade hävimise ja muutumise tagajärjel. ” Nii arvab loodusülikooli bioloog Chris Thomas Leeds.
Korallrahude kaotus.
WWFi korallriffide aruandes öeldakse, et halvimal juhul varisevad korallipopulatsioonid 2100. aastaks ookeani temperatuuri ja happesuse kasvades. Korallide „pleegitamine“ meretemperatuuri pideva tõusu tõttu on ökosüsteemile väga ohtlik ookeanid ja paljud teised ookeanide liigid sõltuvad ellujäämiseks korallrahudest nad.
"Kuigi ookean katab 71 protsenti Maa pinnast keskmise sügavusega ligi 4 km - on viiteid sellele, et see läheneb pöördepunktile. Korallrahude jaoks ähvardab vee soojenemine ja hapestumine globaalsete ökosüsteemide kadu. Nii et korallrahude väljasuremisest päästmiseks on vaja suuri jõupingutusi.