Che cos'è il gas CO2?

Contenuto

• Cos'è l'anidride carbonica?
• Anidride carbonica nel metabolismo
• Anidride carbonica e cambiamenti climatici
• Usi di CO2 nell'industria

L'anidride carbonica è tra i molti termini scientifici che portano una vasta gamma di significati e una gamma altrettanto vasta di connotazioni. Se hai familiarità con la respirazione cellulare, potresti sapere che l'anidride carbonica gassosa - CO abbreviata₂ - è un prodotto di scarto di questa serie di reazioni negli animali, in cui ossigeno gassoso o O₂, è un reagente; potresti anche sapere che nelle piante questo processo è in effetti invertito, con CO₂ fungendo da combustibile nella fotosintesi e O₂ come prodotto di scarto.

Forse più famoso, grazie alla politica e alle scienze della Terra del secolo in corso, il CO₂ è noto per essere un gas serra, responsabile di aiutare a trattenere il calore nell'atmosfera terrestre. CO₂ è un sottoprodotto della combustione di combustibili fossili e il conseguente riscaldamento del pianeta ha portato i cittadini della Terra alla ricerca di fonti alternative di energia.

A parte questi problemi, CO₂ il gas, una molecola elegantemente semplice, ha una serie di altre funzioni biochimiche e industriali di cui i fan della scienza dovrebbero essere a conoscenza.

Cos'è l'anidride carbonica?

L'anidride carbonica è un gas incolore e inodore a temperatura ambiente. Ogni volta che espiri, le molecole di anidride carbonica lasciano il tuo corpo e diventano parte dell'atmosfera. CO₂ le molecole contengono un singolo atomo di carbonio affiancato da due atomi di ossigeno, in modo tale che la molecola abbia una forma lineare:

O = C = O

Ogni atomo di carbonio forma quattro legami con i suoi vicini in molecole stabili, mentre ogni atomo di ossigeno forma due legami. Quindi con ogni legame carbonio-ossigeno in CO₂ costituito da un doppio legame - cioè due coppie di elettroni condivisi - CO₂ è altamente stabile.

Come uno sguardo ad una tavola periodica di elementi rivela (vedi Risorse), il peso molecolare del carbonio è di 12 unità di massa atomica (amu), mentre quello dell'ossigeno è di 16 amu. Il peso molecolare del biossido di carbonio è quindi 12 + 2 (16) = 44. Un altro modo per esprimere questo è quello di dire che una mole di CO₂ ha una massa di 44, con una talpa equivalente a 6,02 × 10²³ singole molecole. (Questa cifra, nota come numero di Avogadros, deriva dal fatto che la massa molecolare del carbonio è fissata esattamente a 12 grammi, che noi due volte il numero di protoni contiene carbonio, e questa massa di carbonio contiene 6,02 × 10²³ atomi di carbonio. Il peso molecolare di ogni altro elemento era strutturato attorno a questo standard.)

L'anidride carbonica può anche esistere come liquido, uno stato in cui viene utilizzato come refrigerante, negli estintori e nella produzione di bevande gassate come la soda; e come solido, in quale stato viene utilizzato come refrigerante e può causare congelamento se viene a contatto con la pelle.

Anidride carbonica nel metabolismo

L'anidride carbonica viene spesso fraintesa come tossica perché spesso associata all'asfissia e persino alla perdita della vita. Mentre sufficienti livelli di CO₂ può infatti essere direttamente tossico e causare asfissia, ciò che di solito accade è quel CO₂ invece si accumula come risultato o conseguenza dell'asfissia. Se qualcuno smette di respirare per qualsiasi motivo, CO₂ non viene più espulso attraverso i polmoni e quindi si accumula nel flusso sanguigno in quanto non ha nessun altro posto dove andare. CO₂ è quindi un marker di asfissia. All'incirca allo stesso modo, l'acqua non è "tossica" semplicemente perché può causare annegamento.

Solo una piccola parte dell'atmosfera è costituita da CO₂ - circa l'1 percento. Sebbene sia un sottoprodotto del metabolismo animale, è assolutamente necessario che le piante sopravvivano ed è una parte strumentale del mondo ciclo del carbonio. Le piante assorbono CO₂, convertirlo in una serie di reazioni carbonio e ossigeno, quindi rilasciare l'ossigeno nell'atmosfera mantenendo il carbonio sotto forma di glucosio per vivere e crescere. Quando le piante muoiono o vengono bruciate, il loro carbonio si ricombina con O₂ nell'aria, formando CO₂ e completando il ciclo del carbonio.

Gli animali generano anidride carbonica attraverso la scomposizione di carboidrati, proteine ​​e grassi ingeriti negli alimenti. Tutti questi sono metabolizzati in glucosio, una molecola a sei atomi di carbonio che poi entra nelle cellule e alla fine diventa anidride carbonica e acqua, con l'energia risultante utilizzata per alimentare le attività cellulari. Ciò si verifica attraverso il processo di respirazione aerobica (spesso chiamato respirazione cellulare, sebbene i termini non siano esattamente sinonimi). Tutto il glucosio che penetra nelle cellule sia dei procarioti (batteri) che degli eucarioti non vegetali (animali e funghi) viene prima sottoposto a glicolisi, che genera una coppia di molecole a tre atomi di carbonio chiamate piruvato. La maggior parte di questo entra nel ciclo di Krebs nella forma della molecola a due atomi di carbonio acetil CoA, mentre la CO₂ è liberato. I portatori di elettroni ad alta energia NADH e FADH₂ che si formano durante il ciclo di Krebs quindi rinunciano agli elettroni in presenza di ossigeno nelle reazioni della catena di trasporto degli elettroni, dando luogo alla formazione di una grande quantità di ATP, la "valuta energetica" delle cellule degli esseri viventi.

Anidride carbonica e cambiamenti climatici

CO₂ è un gas che intrappola il calore. Per molti aspetti, questa è una buona cosa, poiché impedisce alla Terra di perdere così tanto calore che animali come le persone non sarebbero in grado di sopravvivere. Ma la combustione di combustibili fossili dall'inizio della Rivoluzione industriale nel 19 ° secolo ha aggiunto una quantità significativa di CO₂ gas nell'atmosfera, portando al riscaldamento globale e ai suoi effetti gradualmente peggioranti.

Per molte migliaia di anni, la concentrazione atmosferica di CO₂ nell'atmosfera è rimasta tra 200 e 300 parti per milione (ppm). Nel 2017 era salito a quasi 400 ppm, una concentrazione che è ancora in aumento. Questo extra CO₂ intrappola il calore e causa il cambiamento del clima. Ciò si manifesta non solo con l'innalzamento delle temperature medie in tutto il mondo, ma con l'innalzamento del livello del mare, scioglimento dei ghiacciai, acqua di mare più acida, calotte polari più piccole e un aumento del numero di eventi catastrofici (ad esempio uragani). Questi problemi sono tutti correlati e interdipendenti.

Esempi di combustibili fossili includono carbone, petrolio (petrolio) e gas naturale. Questi vengono creati per un periodo di milioni di anni quando la pianta morta e il materiale animale rimangono intrappolati e sepolti sotto strati di roccia. In condizioni favorevoli di calore e pressione, questa materia organica si trasforma in combustibile. Tutti i combustibili fossili contengono carbonio, che vengono bruciati per produrre energia e il biossido di carbonio viene rilasciato.

Usi di CO2 nell'industria

L'anidride carbonica ha una varietà di usi, il che è utile perché la roba è letteralmente ovunque. Come notato in precedenza, viene utilizzato come refrigerante, sebbene ciò sia più vero per le forme solide e liquide. È anche usato come propellente per aerosol, rodenticida (cioè veleno per topi), un componente di esperimenti di fisica a temperature molto basse e un agente arricchente nell'aria all'interno delle serre. Viene anche utilizzato nella fratturazione di pozzi petroliferi, in alcuni tipi di miniere, come moderatore in alcuni reattori nucleari e in laser speciali.

Fatto interessante: attraverso i processi metabolici di base, produrrete circa 500 grammi di CO₂ nelle prossime 24 ore - ancora di più se sei attivo. Questo è più di un chilo di gas invisibile, che esce dal naso e dalla bocca e dai pori. Questo, infatti, è il modo in cui le persone perdono peso nel tempo, escluse le perdite d'acqua (temporanee).