Определение углекислого газа, преимуществ, воздействия, свойств и роли
Понимание двуокиси углерода, преимуществ, свойств, роли и воздействия : представляет собой тип химического соединения, состоящего из двух атомов кислорода, ковалентно связанных с атомом углерода.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны:Окись углерода: определение, структура, реакция и роль в физиологии и пище
Определение углекислого газа
Углекислый газ (химическая формула: CO2) или же угольная кислота представляет собой тип химического соединения, состоящего из двух атомов кислорода, ковалентно связанных с атомом углерода. Это газ стандартной температуры и давления, который присутствует в атмосфере Земли. Средняя концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет примерно 387 частей на миллион по объему. [1] хотя это число может варьироваться в зависимости от места и времени суток. Углекислый газ является важным парниковым газом, поскольку он сильно поглощает инфракрасные волны.
Углекислый газ вырабатывается всеми животными, растениями, грибами и микроорганизмами в процессе дыхания и используется растениями в процессе фотосинтеза. Следовательно, диоксид углерода является важным компонентом углеродного цикла. Углекислый газ также образуется как побочный продукт при сжигании ископаемого топлива. Неорганический диоксид углерода выделяется из вулканов и других геотермальных процессов, например, из горячих источников.
Углекислый газ по химии и физике
Углекислый газ - это газ, состоящий из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Структура углекислого газа (CO2 ) можно описать следующим образом:
Молекула углекислого газа состоит из двух двойных связей и имеет линейную форму. В нем нет электрического диполя. В полностью окисленном состоянии он неактивен и негорючий. Углекислый газ можно получить в результате сжигания органических веществ, если в нем достаточно кислорода. Углекислый газ также вырабатывается микроорганизмами в результате процессов ферментации и дыхания. Углекислый газ и кислород можно использовать для производства углеводов. Растения выделяют O2 в атмосферу и в конечном итоге используется для дыхания гетеротрофными организмами.
Двуокись углерода представляет собой бесцветный газ при вдыхании в больших дозах (вредная активность). из-за риска одышки), вызывает кислый привкус во рту и жгучий привкус в носу и горле горло. Этот эффект вызван растворением газа в слизистых оболочках и слюне с образованием жидкого раствора угольной кислоты. Плотность при 250C составляет 1,98 кг / м3, примерно в 1,5 раза больше плотности воздуха.
Жидкая двуокись углерода образуется только при давлении, превышающем 5,1 атм; при обычном давлении он обменивается между газообразной и твердой формами напрямую с помощью процесса, известного как сублимация.
Вода будет поглощать углекислый газ столько же, сколько и его содержимое. Около 1% растворенного диоксида углерода превращается в угольную кислоту. Затем угольная кислота частично расщепляется с образованием ионов бикарбоната и карбоната.
По биологии
Углекислый газ - результат накопления в организмах, которые получают энергию от расщепления сахара или жира. с кислородом как часть их метаболизма в процессе, известном как клеточное дыхание. Сюда входят все растения, животные, большинство грибов и некоторые бактерии. У высших животных углекислый газ переносится через кровь (где большая часть его находится в растворе) из клеток организма в легкие, где он выводится.
Содержание углекислого газа в свежем воздухе составляет менее 1% или около 350 ppm, в выдыхаемом воздухе около 4,5%. При вдыхании в высоких концентрациях около 5% он токсичен для людей и животных.
Гемоглобин, основная молекула красных кровяных телец, может связывать кислород и углекислый газ. Если концентрация CO2 слишком высокий, весь гемоглобин заполнен углекислым газом и не несет кислород (хотя в воздухе много кислорода). В результате люди, находящиеся в закрытом помещении, будут испытывать одышку из-за накопления углекислого газа, хотя недостаток кислорода вызывает проблемы. Углекислый газ в газообразной или твердой форме необходимо контролировать в помещениях с хорошей вентиляцией.
CO2 переносится кровью, может быть в различных формах. 8% CO2 существует в плазме в виде газа. 20% CO2 связаны с гемоглобином. CO2 связанный с гемоглобином, не конкурирует с кислородными связями, потому что он связан с аминокислотами, а не с молекулами гема. Остальные 72% переносятся как HCO.3- бикарбонат, который является важным ионом в контроле pH организмов. Уровень бикарбоната контролируется, когда он увеличивается, мы дышим быстрее, чтобы избавиться от избытка углекислого газа. Уровень углекислого газа / бикарбоната в крови влияет на толщину кровеносных капилляров. когда он высокий, капилляры расширяются, и больше крови поступает и переносит избыток бикарбоната в легкие.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны:Понимание кислот, оснований и солей
Двуокись углерода в неорганических исследованиях
Двуокись углерода присутствует в атмосфере (300 частей на миллион), в вулканических газах и в перенасыщенных растворах из определенных источников.
CO. Газ2 может быть сгенерирован, потому что:
- Идеальное сгорание углерода
C + O2 CO2
- Остатки дыхания живого существа
- Извержения вулканов
- Горение карбонатных соединений или под действием кислот
Что касается того, как его производить:
Результаты ферментации
C6ЧАС12O6 2C2ЧАС3ОН + 2СО2
Сжигание известняка
CaCO3 CaO + CO2
В лаборатории это можно сделать:
ЧАС2CO3 CO2 + H2Ок = 600
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Не все CO2 растворимые и недиссоциированные существуют как H2CO3. большая часть CO2 который растворяется, только слабо гидратируется со скоростью, когда CO2 приходят в равновесие с H2CO3 и продукт его диссоциации при прохождении через воду идет медленно. Это позволяет различать H2CO3 и CO2 (водн.) слабо гидратированный.
Химические и физические свойства
Двуокись углерода - это газ без цвета и запаха. При вдыхании с концентрацией выше, чем концентрация углекислого газа в атмосфере, он будет иметь кислый привкус во рту, в носу и горле. Этот эффект обусловлен растворением газов в слизистых оболочках и слюне с образованием слабого раствора углекислоты. Это ощущение также можно почувствовать, когда человек отрыгивает после употребления газированной воды (например, кока-колы). Концентрации выше 5000 ppm вредны для здоровья, а концентрации выше 50000 ppm могут поставить под угрозу жизнь животных.
Преимущества двуокиси углерода
Играют роль в процессе фотосинтеза растений. При фотосинтезе растения используют углекислый газ и воду для производства сахара и кислорода, которые необходимы для еды. Уравнение реакции:
12H2O + 6CO2 + свет → C6ЧАС12O6 (глюкоза) + 6O2 + 6H2O
Глюкозу можно использовать для образования других органических соединений, таких как целлюлоза, а также в качестве топлива. При дыхании глюкоза и другие соединения реагируют с кислородом с образованием углекислого газа, воды и химической энергии.
Растения улавливают свет с помощью пигмента под названием хлорофилл. Это пигмент, придающий растениям зеленый цвет. Хлорофилл содержит органеллы, называемые хлоропластами, которые поглощают свет для использования в фотосинтезе. Хотя все зеленые части тела растения содержат хлоропласты, большая часть энергии вырабатывается листьями.
Внутри листа находится слой клеток, называемый мезофиллом, который содержит полмиллиона хлоропластов на квадратный миллиметр. Уловка будет заключаться в бесцветном и прозрачном слое эпидермиса к мезофиллу, где происходит большая часть процесса фотосинтеза. Поверхность листа обычно покрыта водоотталкивающим восковым катиклом, чтобы предотвратить поглощение солнечного света или чрезмерное испарение воды.
Жидкий и твердый диоксид углерода (сухой лед) являются важными хладагентами, особенно в пищевой промышленности, где он используется при транспортировке и хранении мороженого и других замороженных продуктов.
Двуокись углерода используется для приготовления газированных безалкогольных напитков и газированной воды. Традиционно карбонаты в игристом пиве и вине производятся путем естественного брожения, но некоторые производители добавляют в эти напитки карбонаты искусственно.
Проявитель, используемый для приготовления пищи, выделяет углекислый газ, из-за чего тесто поднимается. Экспандеры для хлеба производят углекислый газ, поднимая тесто, в то время как химические проявители такие как разрыхлитель и пищевая сода выделяют углекислый газ при нагревании или смешивании с кислота. Двуокись углерода часто используется в качестве газа под давлением, который является недорогим и негорючим.
Двуокись углерода можно использовать для тушения пожаров, а некоторые огнетушители (огнетушитель), в основном предназначенные для электрических огней, содержащие жидкий углекислый газ под давлением. Также распространено использование в автомобильной промышленности, хотя есть достаточно доказательств того, что соединения, содержащие диоксид углерода, являются хрупкие, чем в инертной атмосфере, и коагулянты постепенно портятся из-за образования кислоты углекислый. Он используется в качестве коагуляционного газа, поскольку он дешевле, чем другие газы, такие как аргон или гелий.
Жидкая двуокись углерода - хороший растворитель для большинства органических веществ. Это начинает привлекать внимание фармацевтический и другие химические обрабатывающие производства как менее токсичный вариант, чем другие традиционные растворители, такие как хлорорганические соединения.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны:6 различий между полярными и неполярными соединениями
Связь углекислого газа с окружающей средой и контрмеры
CO. Газ2 является одной из частиц загрязнителя воздуха, если CO2 пребывание в воздухе сверх нормы, что снижает качество воздуха до уровня, мешающего жизни.
CO. Газ2 возникает в результате сжигания масла, выхлопных газов транспортных средств, извержений вулканов и неполного сгорания двигателей автомобилей и выхлопных газов двигателей.
Результат CO газа2 превышение лимита может вызвать:
- Респираторные расстройства
- Повышение температуры земли из-за парникового эффекта
Загрязняющие вещества в виде газа CO.2 Он расширяется на воздухе и имеет свойства стекла. CO. Не будет отражать солнечный свет, падающий на землю.2 который расширяется, но продолжается. В результате температура Земли повышается.
Это краткосрочное воздействие, в то время как долгосрочное воздействие может привести к таянию полярных льдов, так что уровень моря на всей поверхности земли повысится. Повышение уровня моря сможет затопить остров.
Есть способы справиться с газом CO2 Это :
- Увеличение посадки защитных растений (лесовосстановление)
- Оборудовать заводские дымоходы воздушными фильтрами и увеличить высоту дымохода
- Использование чистого топлива для уменьшения остатков сгорания газа CO.2 слишком
- Переработка органических отходов в биологические удобрения.
Роль биологии
Углекислый газ - это конечный продукт организмов, которые получают энергию от расщепления сахаров, жиров, и аминокислоты с кислородом как часть метаболизма в процессе, известном как дыхание клетка. В него входят все растения, животные, многие грибы и некоторые бактерии. У высших животных углекислый газ в крови перемещается из тканей тела в легкие для удаления. У растений углекислый газ поглощается из атмосферы во время фотосинтеза.
- Роль в фотосинтезе
Растения удаляют углекислый газ из атмосферы путем фотосинтеза, также известного как ассимиляция. углерод, который использует световую энергию для производства органических веществ путем объединения углекислого газа. и вода.
Свободный кислород выделяется в виде газа при разложении молекул воды, в то время как водород разделяется на протоны и электроны и используется для производства химической энергии посредством фотофосфорилирования. Энергия, необходимая для фиксации углекислого газа в цикле Кальвина с образованием сахаров. Затем этот сахар используется для роста растений посредством дыхания.
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Определение полифенольных соединений в растениях
- Токсичность
Содержание углекислого газа в свежем воздухе варьируется от 0,03% (300 частей на миллион) до 0,06% (600 частей на миллион), в зависимости от местоположения.
Согласно Австралийскому морскому управлению по безопасности, «слишком долгое время для концентрации углекислого газа может вызвать ацидоз и умеренные побочные эффекты на метаболизм фосфора кальция, приводящие к увеличению отложения кальция в мягких тканей. Двуокись углерода токсична для печени и вызывает снижение сократительной способности.
При концентрации в воздухе 3% по объему он обладает слабым наркотическим действием и вызывает повышение артериального давления и пульса, а также вызывает снижение слуха. В концентрациях около пяти процентов по объему он вызывает стимуляцию дыхательного центра, головокружение, спутанность сознания и затрудненное дыхание, сопровождающееся головной болью и одышкой. При восьмипроцентной концентрации он вызывает головные боли, потоотделение, помутнение зрения, тремор и потерю сознания после пяти-десяти минут воздействия. “
История человеческого понимания
В 17 веке химик из Флеминга Ян Баптист ван Гельмонт обнаружил, что при сжигании древесного угля в закрытом сосуде образуется пепел меньшей массы, чем исходный древесный уголь. Он пришел к выводу, что часть древесного угля превратилась в невидимое вещество, он назвал это вещество «газом» или Spiritus sylvestr (Индонезийский: дикий дух).
Свойства углекислого газа были дополнительно изучены в 1750 году шотландским физиком Джозефом Блэком. Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция) можно сжечь или обработать кислотой, и произвел газ, который он назвал «Фиксированный воздух». Он также обнаружил, что этот газ тяжелее воздуха и при нагревании в растворе извести (гидроксид кальция) осаждается карбонат кальция. Он использовал это явление, чтобы проиллюстрировать, что углекислый газ вырабатывается дыханием животных и микробной ферментацией. В 1772 году английский химик Джозеф Пристли опубликовал журнал под названием Пропитка воды фиксированным воздухом. В журнале он описывает процесс капания серной кислоты (или купоросное масло как назвал это Пристли) известь, чтобы произвести углекислый газ и заставить газ раствориться, встряхивая чашу с водой при контакте с газом.[5]
Углекислый газ был впервые сжижен (под высоким давлением) в 1823 году Хамфри Дэви и Майклом Фарадеем.[6] Первое описание твердого углекислого газа было сообщено Шарлем Тилорье, когда в 1834 году он открыл контейнер. сжатый жидкий углекислый газ и обнаружил, что охлаждение приводит к испарению, в результате которого образуется «снег» CO2 твердый.[7]
Производство в промышленных масштабах
Двуокись углерода обычно получают с помощью шести процессов:[8]
- Как побочный продукт очистки аммиака и водорода, где метан превращается в CO.2.
- От сжигания древесины и ископаемого топлива;
- Как побочный продукт ферментации сахара в процессе ферментации пива, виски и других алкогольных напитков;
- Из процесса термического разложения известняка CaCO3;
- Как побочный продукт производства фосфата натрия;
- Непосредственно добывается из источников, где двуокись углерода образуется в результате подкисления воды в известняке или доломите.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны:Соединения: определение, характеристики, свойства и виды вместе с полными примерами
Воздействие и опасность двуокиси углерода
Одна из самых больших проблем, с которыми мы сталкиваемся сегодня, - это глобальное потепление. Воздействие на животных и сельское хозяйство вызывает беспокойство, особенно на человеческое население. Факты о глобальном потеплении часто обсуждаются в политике и средствах массовой информации, но, к сожалению, несмотря на то, что многие партии не согласны с причиной глобального потепления, но глобальное потепление - это факт, происходит в глобальном масштабе, и измеримый. Ниже приведены 10 причин и следствий глобального потепления.
Выбросы углекислого газа от сжигания ископаемого топлива на электростанциях.
Растущее использование электроэнергии, поставляемой с угольных электростанций, приводит к высвобождению большого количества углерода. диоксида в атмосферу. 40% выбросов CO2 генерируются в результате производства электроэнергии в США, а 93% из них связаны с выбросами промышленного сжигания угля. полезность. С каждым днем рынок все больше наводняется гаджетами, для использования которых требуется электроэнергия, хотя альтернативные источники энергии не поддерживаются. Таким образом, мы будем все больше зависеть от сжигания угля для обеспечения потребностей в электроэнергии по всему миру.
Выбросы углекислого газа от сжигания бензина в транспортных средствах.
Транспортные средства, которые мы используем, являются источником выбросов около 33%, которые влияют на глобальное потепление. При росте населения угрожающими темпами это, безусловно, приведет к увеличению спроса. больше транспортных средств, что означает большее использование ископаемого топлива для транспорта и заводов большой. Потребление ископаемого топлива выходит далеко за рамки поиска способов уменьшения воздействия выбросов. Пора нам оставить чахоточную культуру.
Выбросы метана от домашнего скота и морского дна Арктики.
Метан - самый мощный парниковый газ после CO2. Когда органическое вещество разлагается бактериями в условиях недостатка кислорода (анаэробное разложение), образуется метан.
Этот процесс также происходит в кишечнике травоядных животных, и по мере увеличения количества концентрированной продукции животноводства уровень метана, выбрасываемого в атмосферу, будет увеличиваться. Другой источник метана - клатрат метана, соединение, которое содержит большое количество метана, заключенного в структуре айсбергов. Если метан уйдет с арктического морского дна, темпы глобального потепления значительно увеличатся.
Вырубка лесов, особенно тропических лесов, для получения древесины, целлюлозы и сельскохозяйственных земель.
Использование лесов в качестве топлива (как древесины, так и древесного угля) является одной из причин вырубки лесов. Во всем мире растет использование изделий из древесины и бумаги, растет потребность в сельскохозяйственных угодьях для поставщиков мяса. и молочное животноводство, а также использование земель тропических лесов для выращивания таких товаров, как плантации масличных пальм, являются основными факторами обезлесения. Мир. Вырубка лесов приведет к выбросу большого количества углерода в атмосферу.
Увеличение использования химических удобрений на сельскохозяйственных землях.
К середине 20 века использование химических удобрений (ранее - навоза) резко возросло. Высокий уровень использования богатых азотом удобрений влияет на накопление тепла сельскохозяйственных угодий (оксиды азота имеет мощность в 300 раз больше тепла на единицу объема, чем углекислый газ), а избыточный сток удобрений создает `` мертвую зону '' в море. В дополнение к этим эффектам, высокий уровень нитратов в грунтовых водах из-за чрезмерного удобрения оказывает влияние на здоровье человека, что вызывает серьезную обеспокоенность.
Повышение уровня моря во всем мире.
Ученые предсказывают повышение уровня моря во всем мире из-за таяния двух гигантских ледяных щитов в Антарктиде и Гренландии, особенно на восточном побережье США. Однако многие страны по всему миру испытают на себе последствия повышения уровня моря, что может вынудить миллионы людей искать новые поселения. Мальдивы - одна из стран, которой необходимо найти новый дом из-за повышения уровня моря.
Жертв ураганов ураганов увеличивается.
Сила штормов, таких как ураганы и ураганы, увеличивается, и исследования, опубликованные в природа говорит:
«Ученые убедительно доказывают, что глобальное потепление значительно увеличит интенсивность самых сильных штормов во всем мире. Максимальная скорость ветра сильнейшего тропического циклона значительно увеличилась с 1981 года. по оценкам, вызвано повышением температуры морской воды, маловероятно, что со временем она уменьшится Закрыть. “
Также читайте статьи, которые могут быть по теме: Влияние загрязнения воздуха на окружающую среду и его объяснение
Массовый неурожай.
Согласно недавнему исследованию, около 3 миллиардов человек во всем мире были вынуждены переехать в умеренного климата из-за возможной угрозы голода из-за изменения климата в пределах 100 год.
«Согласно прогнозам, это изменение климата окажет самое серьезное воздействие на водоснабжение. «В будущем нехватка воды может поставить под угрозу производство продуктов питания, снизить уровень санитарии, помешать экономическому развитию и нанести ущерб экосистемам. Это приводит к более резким перепадам настроения между наводнениями и засухой ». По данным Guardian,… глобальное потепление вызывает 300 000 смертей в год.
Вымирание большого количества видов.
Согласно исследованию, опубликованному в Nature, повышение температуры может привести к исчезновению более миллиона видов. А поскольку мы не можем жить одни без разнообразной популяции видов на Земле, это будет иметь ужасные последствия для людей.
«Изменение климата сегодня - по крайней мере такая же серьезная угроза для ряда видов, все еще живущих на Земле. в результате разрушения и изменения среды обитания ». Это мнение Криса Томаса, биолога-эколога из Университета Лидс.
Утрата коралловых рифов.
В отчете Всемирного фонда дикой природы о коралловых рифах говорится, что в худшем случае популяции кораллов исчезнут к 2100 году из-за повышения температуры и кислотности океана. «Обесцвечивание» кораллов из-за непрерывного повышения температуры моря очень опасно для экосистемы. океаны и многие другие виды в океанах зависят от коралловых рифов для выживания Они.
«Хотя океан покрывает 71 процент поверхности Земли со средней глубиной почти 4 км, есть признаки того, что это приближается к переломному моменту. Для коралловых рифов потепление и закисление воды угрожают потере глобальных экосистем. Так что спасение коралловых рифов от исчезновения требует огромных усилий.