Opredelitev ogljikovega dioksida, koristi, vpliv, lastnosti in vloga
Razumevanje ogljikovega dioksida, prednosti, lastnosti, vloga in vpliv : je vrsta kemične spojine, sestavljena iz dveh atomov kisika, kovalentno vezanih na atom ogljika.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani:Ogljikov monoksid: opredelitev, struktura, reakcija in vloga v fiziologiji in hrani
Opredelitev ogljikovega dioksida
Ogljikov dioksid (kemična formula: CO2) ali ogljikova kislina je vrsta kemične spojine, sestavljena iz dveh atomov kisika, kovalentno vezanih na atom ogljika. Je plin pri standardni temperaturi in tlaku in je prisoten v zemeljski atmosferi. Povprečna koncentracija ogljikovega dioksida v zemeljski atmosferi je približno 387 ppm po prostornini [1] čeprav se to število lahko razlikuje glede na lokacijo in čas dneva. Ogljikov dioksid je pomemben toplogredni plin, ker močno absorbira infrardeče valove.
Ogljikov dioksid proizvajajo vse živali, rastline, glive in mikroorganizmi v procesu dihanja, rastline pa ga uporabljajo v procesu fotosinteze. Zato je ogljikov dioksid pomemben sestavni del ogljikovega kroga. Ogljikov dioksid se proizvaja tudi kot stranski produkt izgorevanja fosilnih goriv. Anorganski ogljikov dioksid se oddaja iz vulkanov in drugih geotermalnih procesov, na primer v vročih vrelcih.
Ogljikov dioksid po kemiji in fiziki
Ogljikov dioksid je plin, ki ga sestavljata en atom ogljika in dva atoma kisika. Struktura ogljikovega dioksida (CO2 ) lahko opišemo na naslednji način:
Molekula ogljikovega dioksida je sestavljena iz dveh dvojnih vezi in ima linearno obliko. Nima električnega dipolarja. Ko je popolnoma oksidiran, je neaktiven in nevnetljiv. Ogljikov dioksid lahko dobimo iz goreče organske snovi, če je dovolj kisika. Ogljikov dioksid proizvajajo tudi mikroorganizmi kot rezultat procesov fermentacije in dihanja. Ogljikov dioksid in kisik lahko uporabimo za proizvodnjo ogljikovih hidratov. Rastline sproščajo O.2 v ozračje in ga sčasoma uporabljajo za dihanje heterotrofnih organizmov.
Ogljikov dioksid je brezbarven plin pri vdihavanju v velikih odmerkih (škodljiva aktivnost). zaradi zasoplosti), v ustih povzroči kiselkast okus, v nosu in grlu pa pekoč okus grlo. Ta učinek povzroča raztapljanje plina v sluznicah in slini, ki tvori tekočo raztopino ogljikove kisline. Gostota pri 250C je 1,98 kg / m3, približno 1,5-krat večja od gostote zraka.
Tekoči ogljikov dioksid nastaja le pri tlakih, ki presegajo 5,1 atm; pri običajnem tlaku se med plinasto in trdno obliko izmenjuje neposredno s postopkom, znanim kot sublimacija.
Voda bo absorbirala ogljikov dioksid toliko kot njegova vsebnost. Približno 1% raztopljenega ogljikovega dioksida se pretvori v ogljikovo kislino. Nato se ogljikova kislina delno razcepi in tvori bikarbonatne in karbonatne ione.
Glede na biologijo
Ogljikov dioksid je rezultat kopičenja v organizmih, ki energijo pridobivajo z razgradnjo sladkorja ali maščob s kisikom kot del njihove presnove, v procesu, znanem kot celično dihanje. Sem spadajo vse rastline, živali, večina gliv in nekatere bakterije. Pri višjih živalih se ogljikov dioksid po krvi (kjer je večina v raztopini) prenaša iz telesnih celic v pljuča, kjer se izloči.
Vsebnost ogljikovega dioksida v svežem zraku je manj kot 1% ali približno 350 ppm, v izdihanem zraku približno 4,5%. Če je vdihan v visokih koncentracijah približno 5%, je strupen za ljudi in živali.
Hemoglobin, glavna molekula v rdečih krvnih celicah, lahko veže kisik in ogljikov dioksid. Če je koncentracija CO2 previsok, ves hemoglobin je napolnjen z ogljikovim dioksidom in ne prenaša kisika (čeprav je kisika v zraku veliko). Posledično bodo ljudje, ki so v zaprti sobi, zaradi kopičenja ogljikovega dioksida imeli zadihanost, čeprav pomanjkanje kisika povzroča težave. Ogljikov dioksid, bodisi v plinasti ali trdni obliki, je treba nadzorovati na območjih z dobrim prezračevanjem.
CO2 ki jih prenaša kri, lahko najdemo v različnih oblikah. 8% CO2 obstaja v plazmi kot plin. 20% CO2 vezan na hemoglobin. CO2 vezan na hemoglobin ne tekmuje s kisikovimi vezmi, ker ga namesto molekul hema vežejo aminokisline. Preostalih 72% se prenese kot HCO3- bikarbonat, ki je pomemben ion za nadzor pH organizmov. Raven bikarbonata nadzorujemo, ko se poveča, dihamo hitreje, da se znebimo odvečnega ogljikovega dioksida. Raven ogljikovega dioksida / bikarbonata v krvi vpliva na debelino krvnih kapilar. ko je visoka, se kapilare razširijo in vstopi več krvi in odnese presežek bikarbonata v pljuča.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani:Razumevanje kislin, baz in soli
Ogljikov dioksid v anorganskih študijah
Ogljikov dioksid je prisoten v ozračju (300 ppm), v vulkanskih plinih in v prenasičenih raztopinah nekaterih izvirov.
CO. Plin2 je mogoče ustvariti, ker:
- Popolno zgorevanje ogljika
C + O2 CO2
- Ostanki sape živih bitij
- Vulkanski izbruhi
- Izgorevanje karbonatnih spojin ali pod vplivom kislin
Glede tega, kako ga izdelati:
Rezultati fermentacije
C6H12O6 2C2H3OH + 2CO2
Izgorevanje apnenca
CaCO3 CaO + CO2
V laboratoriju ga lahko izdela:
H2CO3 CO2 + H2Ok = 600
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Niso vsi CO2 topni in neločljivi obstajajo kot H2CO3. največji del CO2 ki se raztopijo, le ohlapno hidrirajo s hitrostjo, ko CO2 pridejo v ravnovesje s H2CO3 in rezultat njegove disociacije pri prehodu skozi vodo je počasen. To omogoča razlikovanje med H2CO3 in CO2 (aq) ohlapno hidriran.
Kemijske in fizikalne lastnosti
Ogljikov dioksid je plin brez barve in vonja. Pri vdihavanju v koncentraciji, ki je višja od koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju, bo v ustih ter v nosu in grlu okusil kisel okus. Ta učinek je posledica raztapljanja plinov v sluznicah in slini, ki tvorijo šibko raztopino ogljikove kisline. Ta občutek lahko začutimo tudi, ko človek popiva po pitju gazirane vode (npr. Coca Cole). Koncentracije nad 5000 ppm niso dobre za zdravje, koncentracije nad 50 000 ppm pa lahko ogrozijo življenje živali.
Prednosti ogljikovega dioksida
Igrajo vlogo v procesu fotosinteze v rastlinah. Pri fotosintezi rastline iz ogljikovega dioksida in vode proizvajajo sladkor in kisik, ki sta potrebna za hrano. Reakcijska enačba je
12H2O + 6CO2 + luč → C6H12O6 (glukoza) + 602 + 6H2O
Glukozo lahko uporabimo za tvorbo drugih organskih spojin, kot je celuloza, in jo lahko uporabimo tudi kot gorivo. Pri dihanju glukoza in druge spojine reagirajo s kisikom in tvorijo ogljikov dioksid, vodo in kemično energijo.
Rastline zajemajo svetlobo z uporabo pigmenta, imenovanega klorofil. Ta pigment, ki daje rastlinam zeleno barvo. Klorofil vsebuje organele, imenovane kloroplasti, ki absorbirajo svetlobo in se uporabljajo pri fotosintezi. Čeprav vsi zeleni deli rastlinskega telesa vsebujejo kloroplaste, večino energije proizvedejo v listih.
V notranjosti lista je plast celic, imenovana mezofil, ki vsebuje pol milijona kloroplastov na kvadratni milimeter. Trik bo skozi brezbarvno in prozorno plast povrhnjice, proti mezofilu, kjer se zgodi večina procesa fotosinteze. Listna površina je običajno prevlečena z vodoodbojno voščeno katiklo, da se prepreči absorpcija sončne svetlobe ali pretirano izhlapevanje vode.
Tekoči in trdni ogljikov dioksid (suh led) sta pomembna hladilna sredstva, zlasti v živilski industriji, kjer se uporablja med prevozom in skladiščenjem sladoleda in druge zamrznjene hrane.
Ogljikov dioksid se uporablja za izdelavo gaziranih brezalkoholnih pijač in peneče vode. Tradicionalno se karbonati v penini in vinu proizvajajo z naravno fermentacijo, nekateri proizvajalci pa tem pijačam umetno dodajajo karbonate.
Razvijalec, ki se uporablja za kuhanje, proizvaja ogljikov dioksid, zaradi česar se testo dvigne. Ekspanderji kruha proizvajajo ogljikov dioksid z vzhajanjem testa, medtem ko kemični razvijalci kot pecilni prašek in soda bikarbona sproščata ogljikov dioksid, ko se segreje ali vmeša kislina. Ogljikov dioksid se pogosto uporablja kot tlačni plin, ki je poceni in nevnetljiv.
Ogljikov dioksid se lahko uporablja za gašenje požarov, nekateri gasilni aparati (gasilni aparat), izdelani predvsem za električne požare in vsebujejo tekoči ogljikov dioksid pod pritiskom. Pogoste so tudi uporabe v avtomobilski industriji, čeprav obstaja veliko dokazov, da so spojine, ki uporabljajo ogljikov dioksid krhka kot v inertni atmosferi, koagulanti pa postopoma propadajo zaradi tvorbe kisline ogljikov. Uporablja se kot koagulacijski plin, ker je cenejši od drugih plinov, kot sta argon ali helij.
Tekoči ogljikov dioksid je dobro topilo večine organskih snovi. Začenja pritegniti pozornost farmacevtske in druge kemično predelovalne industrije kot manj strupena možnost kot druga tradicionalna topila, kot je npr organoklorid.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani:6 Razlike med polarnimi in nepolarnimi spojinami
Odnos ogljikovega dioksida do okolja in protiukrepi
CO. Plin2 je eden od delcev onesnaževal zraka, če je CO2 biti v zraku čez običajne meje, kar zmanjša kakovost zraka na raven, ki moti življenje.
CO. Plin2 izvira iz kurjenja olja, izpušnih plinov vozila, vulkanskih izbruhov in nepopolnega zgorevanja avtomobilskih motorjev in izpušnih plinov motorja.
Rezultat plina CO2 prekoračitev omejitve lahko povzroči:
- Bolezni dihal
- Povišanje zemeljske temperature zaradi učinka tople grede
Onesnaževala v obliki CO. Plina2 Razširi se v zraku in ima lastnosti, podobne steklu. CO ne bo odbijal sončne svetlobe, ki pade na zemljo2 ki se širi, a nadaljuje. Posledično se zemeljska temperatura povečuje.
To je kratkoročni vpliv, dolgoročni vpliv pa lahko stopi polarni led, tako da se gladina morja po celotni zemeljski površini dvigne. Povečanje morske gladine bo otok lahko potopilo.
Obstajajo načini za ravnanje s plinom iz plina CO2 To je:
- Povečati sajenje zaščitnih rastlin (pogozdovanje)
- Tovarniške dimnike opremite z zračnimi filtri in povečajte višino dimnika
- Uporaba čistega goriva za zmanjšanje ostankov zgorevanja plina CO2 preveč
- Predelava organskih odpadkov v biološko gnojilo.
Vloga biologije
Ogljikov dioksid je končni produkt organizmov, ki pridobivajo energijo z razgradnjo sladkorjev, maščob, in aminokisline s kisikom kot del presnove v procesu, znanem kot dihanje celica. Vključuje vse rastline, živali, številne glive in nekatere bakterije. Pri višjih živalih ogljikov dioksid v krvi potuje iz telesnih tkiv v pljuča, da jih izženemo. V rastlinah se ogljikov dioksid med fotosintezo absorbira iz ozračja.
- Vloga pri fotosintezi
Rastline odstranjujejo ogljikov dioksid iz ozračja s fotosintezo, znano tudi kot asimilacija ogljik, ki s pomočjo svetlobne energije proizvaja organske snovi s kombiniranjem ogljikovega dioksida in vodo.
Prosti kisik se sprošča kot plin iz razgradnje molekul vode, medtem ko se vodik loči na protone in elektrone in se uporablja za proizvodnjo kemične energije s fotofosforilacijo. Energija, potrebna za fiksiranje ogljikovega dioksida v Calvinovem ciklu, da tvori sladkorje. Ta sladkor se nato z dihanjem uporablja za rast rastlin.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Definicija polifenolskih spojin v rastlinah
- Strupenost
Vsebnost ogljikovega dioksida v svežem zraku se giblje med 0,03% (300 ppm) in 0,06% (600 ppm), odvisno od lokacije.
Po navedbah avstralske agencije za pomorsko varnost: „Predolge koncentracije ogljikovega dioksida lahko povzročijo acidoza in zmerni škodljivi učinki na presnovo kalcijevega fosforja, kar vodi do večjega odlaganja kalcija v mehko tkivo. Ogljikov dioksid je strupen za jetra in povzroča zmanjšanje kontraktilne moči.
Pri treh volumskih koncentracijah v zraku je rahlo narkotičen in povzroča povišan krvni tlak in pulz ter povzroča izgubo sluha. Pri približno pet volumskih koncentracijah povzroči stimulacijo dihalnega centra, omotico, zmedenost in težave z dihanjem, ki jih spremlja glavobol in zasoplost. Pri osemodstotni koncentraciji po petih do desetih minutah izpostavljenosti povzroči glavobol, znojenje, zamegljen vid, tresenje in izgubo zavesti. “
Zgodovina človeškega razumevanja
V 17. stoletju je flemingov kemik Jan Baptist van Helmont odkril, da pri gorenju oglja v zaprti posodi nastane pepel, ki je manjši od mase prvotnega oglja. Ugotovil je, da se je nekaj oglja pretvorilo v nevidno snov, snov je poimenoval "plin" oz spiritus sylvestr (Indonezijsko: divji duh).
Lastnosti ogljikovega dioksida je leta 1750 nadalje preučeval škotski fizik Joseph Black. Ugotovil je, da apnenec (kalcijev karbonat) lahko sežgejo ali obdelajo s kislino in proizvede plin, ki ga je poimenoval "Fiksni zrak". Ugotovil je tudi, da je ta plin težji od zraka in pri segrevanju v raztopini apna (kalcijev hidroksid) obori kalcijev karbonat. Ta pojav je uporabil za ponazoritev, da ogljikov dioksid nastaja z dihanjem živali in mikrobno fermentacijo. Leta 1772 je angleški kemik Joseph Priestley izdal revijo z naslovom Impregnacija vode s fiksnim zrakom. V reviji opisuje postopek kapanja žveplove kisline (oz vitriolsko olje kot ga je imenoval Priestley), da apno proizvede ogljikov dioksid in prisili plin, da se raztopi, s stresanjem sklede z vodo v stiku s plinom.[5]
Ogljikov dioksid sta prvič utekočinila (pod visokim tlakom) leta 1823 Humphry Davy in Michael Faraday.[6] O prvem opisu trdnega ogljikovega dioksida je poročal Charles Thilorier, ko je leta 1834 odprl posodo tekoč ogljikov dioksid pod pritiskom in ugotovil, da je hlajenje povzročilo izhlapevanje, ki je povzročilo "sneg" CO2 trdna.[7]
Proizvodnja v industrijskem obsegu
Ogljikov dioksid se običajno proizvaja v šestih postopkih:[8]
- Kot stranski produkt rafiniranja amoniaka in vodika, kjer se metan pretvori v CO2.
- Od kurjenja lesa in fosilnih goriv;
- Kot stranski produkt fermentacije sladkorja v procesu fermentacije piva, viskija in drugih alkoholnih pijač;
- Iz procesa toplotne razgradnje apnenca CaCO3;
- Kot stranski proizvod pri proizvodnji natrijevega fosfata;
- Neposredno odvzet iz izvirov, kjer ogljikov dioksid nastaja z nakisanjem vode v apnencu ali dolomitu.
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani:Spojine: opredelitev, značilnosti, lastnosti in vrste skupaj s popolnimi primeri
Vplivi in nevarnosti ogljikovega dioksida
Eden največjih problemov, s katerimi se danes srečujemo, je globalno segrevanje. Vpliv na živali in kmetijstvo je zaskrbljujoč, zlasti na človeško populacijo. O dejstvih o globalnem segrevanju se pogosto razpravlja v politiki in medijih, a na žalost kljub številnim strankam se ne strinjajo o vzroku globalnega segrevanja, vendar je globalno segrevanje dejstvo, ki se dogaja globalno in merljiv. Sledi 10 vzrokov in učinkov globalnega segrevanja.
Emisije ogljikovega dioksida pri izgorevanju fosilnih goriv v elektrarnah.
Naraščajoča uporaba električne energije iz elektrarn na premog sprošča velike količine ogljika 40% emisij CO2 nastane v ameriški proizvodnji električne energije, 93 odstotkov pa iz industrijskih emisij izgorevanja premoga uporabnost. Vsak dan je trg vse bolj zasut s pripomočki, katerih uporaba zahteva električno energijo, čeprav je ne podpira alternativna energija. Tako bomo vse bolj odvisni od kurjenja premoga za oskrbo z električno energijo po vsem svetu.
Emisije ogljikovega dioksida zaradi sežiganja bencina v vozilih.
Vozila, ki jih uporabljamo, povzročajo približno 33% emisij, ki vplivajo na globalno segrevanje. Z naraščajočo rastjo prebivalstva z zaskrbljujočo hitrostjo bo zagotovo povečalo povpraševanje več vozil, kar pomeni večjo uporabo fosilnih goriv za prevoz in tovarne velik. Poraba fosilnih goriv daleč presega odkrivanje načinov za zmanjšanje vpliva emisij. Čas je, da zapustimo potrošniško kulturo.
Emisije metana iz živine in arktičnega morskega dna.
Metan je po CO2 najmočnejši toplogredni plin. Ko bakterije razgradijo organsko snov v razmerah pomanjkanja kisika (anaerobna razgradnja), nastane metan.
Ta postopek se dogaja tudi v črevesju rastlinojedih živali in s povečevanjem količine koncentrirane živinoreje se bo stopnja metana, ki se sprošča v ozračje, povečala. Drug vir metana je metan klatrat, spojina, ki vsebuje velike količine metana, ujetega v strukturo ledenih gora. Če bo metan ušel iz arktičnega morskega dna, se bo stopnja globalnega segrevanja znatno povečala.
Krčenje gozdov, zlasti tropskih gozdov za les, celulozo in kmetijska zemljišča.
Uporaba gozdov za gorivo (tako les kot oglje) je eden od vzrokov za krčenje gozdov. Uporaba izdelkov iz lesa in papirja po vsem svetu narašča, potrebe dobaviteljev mesa po živini se povečujejo tropskih gozdnih zemljišč za blago, kot so nasadi oljne palme, glavni dejavniki krčenja gozdov svetu. Krčenje gozdov bo povzročilo izpust velikih količin ogljika v ozračje.
Povečana uporaba kemičnih gnojil na kmetijskih zemljiščih.
Sredi 20. stoletja se je uporaba kemičnih gnojil (prej uporaba gnoja) močno povečala. Visoka stopnja uporabe z dušikom bogatih gnojil vpliva na shranjevanje toplote kmetijskih zemljišč (dušikovi oksidi ima 300-krat več toplote na enoto prostornine kot ogljikov dioksid) in odvečni odtok gnojil ustvarja „mrtvo cono“ v morje. Poleg teh učinkov visoke ravni nitratov v podtalnici zaradi prekomernega gnojenja vplivajo na zdravje ljudi, kar je zelo zaskrbljujoče.
Dvig morske gladine po vsem svetu.
Znanstveniki napovedujejo dvig morske gladine po vsem svetu zaradi taljenja dveh velikanskih ledenih plošč na Antarktiki in Grenlandiji, zlasti na vzhodni obali ZDA. Vendar pa bodo številne države po vsem svetu izkusile učinke naraščanja morske gladine, zaradi česar bi lahko milijoni ljudi iskali nova naselja. Maldivi so ena od držav, ki si mora poiskati nov dom zaradi naraščajoče gladine morja
Žrtev orkanskih orkanov se povečuje.
Resnost neviht, kot so orkani in orkani, se povečuje, raziskave, objavljene v narave pravi:
»Znanstveniki kažejo trdne dokaze, da bo globalno segrevanje znatno povečalo intenzivnost najbolj ekstremnih neviht po vsem svetu. Največja hitrost vetra najmočnejšega tropskega ciklona se je od leta 1981 znatno povečala po ocenah naj bi ga vodile naraščajoče temperature morske vode, verjetno ne bo sčasoma upadalo blizu. “
Preberite tudi članke, ki so lahko povezani: Vpliv onesnaževanja zraka na okolje in njegova razlaga
Množična odpoved pridelka.
Po nedavnih raziskavah se je približno 3 milijarde ljudi po vsem svetu moralo odločiti za selitev zmerne regije zaradi možne lakote zaradi podnebnih sprememb v 100 leto.
„Te podnebne spremembe naj bi imele najhujši vpliv na oskrbo z vodo. »Prihodnje pomanjkanje vode bo verjetno ogrozilo proizvodnjo hrane, zmanjšalo sanitarne pogoje, oviralo gospodarski razvoj in škodilo ekosistemom. To vodi do bolj ekstremnih nihanj razpoloženja med poplavami in sušami. " Po poročanju Guardiana… globalno segrevanje povzroči 300.000 smrtnih primerov na leto.
Izumrtje velikega števila vrst.
Glede na raziskave, objavljene v Nature, bi lahko naraščajoče temperature povzročile izumrtje več kot enega milijona vrst. In ker ne moremo živeti sami brez raznolike populacije vrst na Zemlji, bo to imelo strašne posledice za ljudi.
»Podnebne spremembe danes vsaj toliko ogrožajo število vrst, ki še živijo na Zemlji posledica uničevanja in spreminjanja habitatov. " Tako meni Chris Thomas, naravovarstveni biolog z Univerze v Ljubljani Leeds.
Izguba koralnih grebenov.
Poročilo o koralnih grebenih WWF pravi, da se bodo v najslabšem primeru populacije koral do leta 2100 sesedale, ko se bodo oceanske temperature in kislost povečale. "Beljenje" koral zaradi nenehnega dvigovanja temperature morja je zelo nevarno za ekosistem oceani in številne druge vrste v oceanih so za preživetje odvisne od koralnih grebenov oni.
»Čeprav ocean pokriva 71 odstotkov Zemljine površine s povprečno globino skoraj 4 km - obstajajo znaki, da se to bliža prelomni točki. Za koralne grebene ogrevanje in zakisljevanje vode ogrožata izgubo globalnih ekosistemov. Zato si je treba zelo prizadevati, da bi koralne grebene rešili pred izumrtjem.