Διοξείδιο του άνθρακα, Ορισμός, Περιβαλλοντικά Προβλήματα
Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα στοιχείο που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα σε αέρια κατάσταση σε θερμοκρασία δωματίου. Αποτελείται από δύο άτομα οξυγόνου και ένα άτομο άνθρακα. Το αέριο διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται όταν τα ζώα και οι άνθρωποι εκπνέουν. Είναι ένα από τα αέρια του θερμοκηπίου που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα της Γης σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Στη στερεά του μορφή, το διοξείδιο του άνθρακα βρίσκεται με τη μορφή ξηρού πάγου.
Το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων καθώς παράγεται όταν καίγονται καύσιμα υδρογονανθράκων όπως ο άνθρακας, η βενζίνη, το ξύλο, το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο. Η καύση ορυκτών καυσίμων απελευθερώνει άνθρακα που αντιδρά με το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα για να δώσει διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς.
Ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα περιλαμβάνει ένα άτομο άνθρακα και δύο άτομα οξυγόνου. Γι' αυτό ο μοριακός τύπος του διοξειδίου του άνθρακα είναι CO2 . Το μοριακό βάρος του CO2 είναι περίπου 44 g/mol.
Η μοριακή δομή του διοξειδίου του άνθρακα
Οι ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα
- Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο διαλυτό σε νερό, ακετόνη και αιθανόλη. Ακολουθούν ορισμένες γενικές ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα:
| Ο μοριακός τύπος του διοξειδίου του άνθρακα και το μοριακό βάρος του CO2 | CO2 και 44 g/mol |
| Η μοριακή μάζα και η μοριακή δομή του διοξειδίου του άνθρακα |  44,0095(14) g/mol |
| Πυκνότητα | 1.600 g/L – στερεό 771 g/L – υγρό 1,98 g/L – αέριο |
| Σημείο βρασμού | −78,5 °C |
| Σημείο τήξης | −56,6 °C |
| Συνώνυμα | Ανθρακικός ανυδρίτης |
| Ειδικό βάρος | 1,53 στους 21oC |
| Υδατοδιαλυτότητα | 0,9 vol/vol στους 20oC |
| Σταθερά Henry για τη διαλυτότητα | 298,15 mol/ kg * bar |
Χημικές ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα
- Κατά τη διάλυση στο νερό σε μικρό βαθμό, το διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζει ένα ασθενές οξύ που ονομάζεται ανθρακικό οξύ, του οποίου ο χημικός τύπος είναι HCO3 .
CO2 ( μοριακός τύπος διοξειδίου του άνθρακα) + H2 O → H2 CO3
- Αφού το ανθρακικό οξύ αντιδράσει ελαφρά και αναστρέψιμα στο νερό, το διττανθρακικό ιόν HCO και το κατιόν υδρονίου, H3 Ο+, σχηματίζεται.
H2 CO3 + H2 O → HCO3 – + H3 O+
- Κατά τη φωτοσύνθεση, τα φυτά προσλαμβάνουν νερό και διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Στο φυτικό κύτταρο, το νερό οξειδώνεται. δηλαδή χάνει ηλεκτρόνια. Από την άλλη, το διοξείδιο του άνθρακα μειώνεται, που σημαίνει ότι κερδίζει ηλεκτρόνια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μετατροπή του νερού σε οξυγόνο και του διοξειδίου του άνθρακα σε γλυκόζη. Στη συνέχεια, το οξυγόνο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα από το φυτό ενώ η ενέργεια αποθηκεύεται στα μόρια της γλυκόζης.
- Η διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια από τα πράσινα φυτά ονομάζεται φωτοσύνθεση. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, η φωτεινή ενέργεια απορροφάται και χρησιμοποιείται από τα πράσινα φυτά για να μετατρέψει το νερό, τα μέταλλα και το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο και οργανικές ενώσεις πλούσιες σε οξυγόνο.
Κύρια λειτουργία του διοξειδίου του άνθρακα
Ο άνθρακας είναι το κύριο συστατικό των λιπιδίων, των πρωτεϊνών, των υδατανθράκων και των νουκλεϊκών οξέων. Το μοριακό βάρος του CO2 και η μοριακή δομή του διοξειδίου του άνθρακα το αφήνουν να συνδεθεί με μια ποικιλία στοιχείων με πολλούς τρόπους. Ο κύκλος άνθρακα δείχνει πώς ο άνθρακας διέρχεται από τα ζωντανά και τα μη ζωντανά συστατικά του περιβάλλοντος.
Υπάρχουν δύο κύριες διεργασίες φυτών και ζώων - η αναπνοή και η φωτοσύνθεση, οι οποίες απαιτούν διοξείδιο του άνθρακα. Μέσω της φωτοσύνθεσης, τα πράσινα φυτά μετατρέπουν το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε ενώσεις τροφίμων όπως το οξυγόνο και η γλυκόζη. Ακολουθεί η σχετική αντίδραση:
6CO2 (μοριακός τύπος διοξειδίου του άνθρακα) + 6Η2 O → C6 H12 O6 + 6O2
Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα από τα κύρια αέρια που εμπλέκονται στις ανθρώπινες διαδικασίες. Είναι το μόνο αέριο που σχεδόν κάθε ανθρώπινος ιστός απελευθερώνει και λειτουργεί σε σχεδόν κάθε όργανο. Το CO2 Το μόριο έχει διάφορους ρόλους να παίξει στο ανθρώπινο σώμα, συμπεριλαμβανομένης της παροχής οξυγόνου στα κύτταρα και της ρύθμισης του pH του αίματος.
Περιβαλλοντικά προβλήματα – Διοξείδιο του άνθρακα
Αύξηση του CO2 Τα επίπεδα των μορίων στην ατμόσφαιρα έχουν ως αποτέλεσμα την αύξηση της αφθονίας των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, παγιδεύοντας περισσότερη θερμότητα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το λιώσιμο των πάγων και την άνοδο της στάθμης της θάλασσας, προκαλώντας πλημμύρες σε κοντινές κατοικίες. Η καθαρή μας ατμόσφαιρα είναι μολυσμένη με εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, που σχηματίζουν ένα αδιαπέραστο στρώμα σε όλο τον κόσμο. Η θερμότητα παγιδεύεται μέσα στο φυτό από αυτό το φύλλο, γεγονός που προκαλεί το φαινόμενο της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Ένα άλλο όνομα αυτού του φαινομένου είναι το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Η καύση ορυκτών καυσίμων απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση χημικών ουσιών στην ατμόσφαιρα, τη μείωση της δασικής κάλυψης και την ανάπτυξη της παραγωγής, της καλλιέργειας και των βιομηχανικών δραστηριοτήτων με ανησυχητικό ρυθμό. Και τα δύο αυτά αλλάζουν την ισορροπία του κλιματικού συστήματος. Μια ισορροπία μεταξύ της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας και της ενέργειας που αντανακλάται στην ατμόσφαιρα καθορίζει τη θερμοκρασία της Γης. Η θερμότητα που υποτίθεται ότι χάνεται στο διάστημα απορροφάται από το διοξείδιο του άνθρακα. Όταν αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται στη Γη, η ατμόσφαιρα γίνεται ακόμα πιο ζεστή.
Τι είναι τα αέρια του θερμοκηπίου;
Το CO2 Το μόριο είναι ένα από τα πιο κοινά αέρια του θερμοκηπίου και αντιπροσωπεύει περίπου το 76% των συνολικών αερίων του θερμοκηπίου. Μετά το διοξείδιο του άνθρακα, το μεθάνιο είναι το κύριο αέριο του θερμοκηπίου, ακολουθούμενο από το NO2 και άλλα φθοριούχα αέρια που παράγονται ως αποτέλεσμα βιομηχανικών διεργασιών. Σχεδόν το 90% του διοξειδίου του άνθρακα παράγεται λόγω της καύσης ορυκτών καυσίμων όπως το πετρέλαιο, ο άνθρακας και το φυσικό αέριο. Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργούν με φυσικό αέριο και άνθρακα. Τα προϊόντα με βάση το πετρέλαιο όπως το ντίζελ, η βενζίνη και τα αεροπορικά καύσιμα παρέχουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που απαιτείται για τη μεταφορά. Τα ορυκτά καύσιμα παρέχουν επίσης την ισχύ και τη θερμότητα που απαιτούνται από τις βιομηχανικές διεργασίες. Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται επίσης σε εμπορικές και οικιστικές περιοχές για κλιματισμό και φωτισμό, ενώ πετρέλαιο και φυσικό αέριο για θέρμανση.
Μια ακόμη πηγή διοξειδίου του άνθρακα είναι οι αλλαγές που προκαλούνται από τη χρήση γης, ειδικά η καταστροφή των δασών για να ανοίξουν χώρο για καλλιέργειες, ζώα και ανθρώπινη κατοίκηση. Τα δέντρα και άλλα φυτικά υλικά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα ως μέρος της διαδικασίας φωτοσύνθεσης. Αφαιρούν επίσης το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Λόγω της αποψίλωσης των δασών, περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα παραμένει στην ατμόσφαιρα ή απορροφάται από τους ωκεανούς.
Αναρωτιέστε γιατί CO2 (μοριακός τύπος διοξειδίου του άνθρακα) είναι ξαφνικά πρόβλημα; Για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα (περίπου 100 χρόνια), μόνο λίγοι άνθρωποι σκέφτονταν το γεγονός ότι τώρα οι άνθρωποι καίνε αυξανόμενη ποσότητα άνθρακα, πετρελαίου και φυσικού αερίου. Οι άνθρωποι ήταν πολύ απασχολημένοι απολαμβάνοντας τα προνόμια του άφθονου καυσίμου χαμηλού κόστους. Ένας νεαρός επιστήμονας το 1958 άρχισε να παρατηρεί την κορυφή του Mauna Loa στη Χαβάη. Αυτό το σημείο επιλέχθηκε επειδή αυτή η τοποθεσία βρισκόταν στη μέση του Ειρηνικού Ωκεανού και ο βαθμός ατμοσφαιρικής ρύπανσης ήταν εξαιρετικά χαμηλός. Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι το επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξανόταν σταθερά. Στη συνέχεια, αφιέρωσε τη ζωή του στη συνέχιση αυτής της έρευνας, ως αποτέλεσμα της οποίας γνωρίζουμε ότι το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται με ανησυχητικό ρυθμό. Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ισοδυναμεί με την προσθήκη περισσότερων στρωμάτων γυαλιού σε ένα θερμοκήπιο, γεγονός που προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας της Γης.
Συμπέρασμα
Επί του παρόντος, η ανθρωπότητα βρίσκεται στη διαδικασία αλλαγής της χημείας της παγκόσμιας ατμόσφαιρας. Όπως συζητήθηκε παραπάνω, το ατμοσφαιρικό CO2 Οι συγκεντρώσεις (μοριακός τύπος διοξειδίου του άνθρακα) έχουν αυξηθεί λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων όπως η καύση ορυκτών καυσίμων όπως ο άνθρακας και το πετρέλαιο και η αποψίλωση των δασών. Η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί έως και 30% τα τελευταία 150 χρόνια. Ως αποτέλεσμα αυτού, η παγκόσμια μέση θερμοκρασία επιφάνειας έχει αυξηθεί μεταξύ 0,4 και 0,8°C. Τα τελευταία 20.000 χρόνια, ο σημερινός ρυθμός αύξησης του διοξειδίου του άνθρακα ήταν άνευ προηγουμένου.
Συχνές ερωτήσεις
Ε) Ποια είναι η λειτουργία του διοξειδίου του άνθρακα στο σώμα;
Α) Το διοξείδιο του άνθρακα είναι άοσμο και άχρωμο, το οποίο το ανθρώπινο σώμα απελευθερώνει ως απόβλητο. Το αίμα μεταφέρει αυτό το αέριο στους πνεύμονες. Εκπνέουμε διοξείδιο του άνθρακα και εισπνέουμε οξυγόνο με τη διαδικασία της αναπνοής όλη μέρα χωρίς καν να το σκεφτόμαστε. A CO2 Η εξέταση αίματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα.
Ε) Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του διοξειδίου του άνθρακα;
Α) Τα αυξημένα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχουν ως αποτέλεσμα αυξημένη φωτοσυνθετική δραστηριότητα από τα φυτά. Αυτό προάγει την ανάπτυξη των φυτών. Παρόλο που τα αυξημένα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι καλά για τα φυτά, οδηγούν στην υπερθέρμανση του πλανήτη και είναι επιζήμια για τον άνθρωπο.
Ε) Ποιες είναι οι τρεις χρήσεις του άνθρακα;
- Ο άνθρακας χρησιμοποιείται ως καύσιμο με τη μορφή άνθρακα.
- Ο άνθρακας σε μορφή γραφίτη χρησιμοποιείται για την κατασκευή χωνευτηρίων υψηλής θερμοκρασίας, μύτης μολυβιών, ηλεκτροδίων, ξηρών κυψελών και λιπαντικών.
- Το διαμάντι είναι μια μορφή άνθρακα που εκτός από χρήση σε κοσμήματα, χρησιμοποιείται σε βιομηχανίες για διάτρηση, κοπή, στίλβωση και λείανση ουσιών λόγω της εξαιρετικής σκληρότητάς του.
Ε) Γιατί είναι σημαντικό για εμάς το διοξείδιο του άνθρακα;
Α) Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα απαραίτητο αέριο που απαιτείται για την εσωτερική αναπνοή στο ανθρώπινο σώμα. Είναι ένας μηχανισμός υπεύθυνος για τη μεταφορά οξυγόνου σε διαφορετικούς ιστούς του σώματος, ενώ παράλληλα μεταφέρει το διοξείδιο του άνθρακα μακριά από αυτούς. Εξισορροπεί επίσης το pH του αίματος, ενεργώντας ως απαραίτητο αέριο για το σώμα μας.
Ε) Ποιες είναι οι φυσικές ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα;
- Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο σε χαμηλές συγκεντρώσεις, αλλά έχει έντονη όξινη μυρωδιά σε υψηλότερες συγκεντρώσεις.
- Η πυκνότητά του είναι περίπου 1,97 kg/m3 σε θερμοκρασία δωματίου και κανονικές συνθήκες πίεσης, που είναι περίπου 1,52 φορές μεγαλύτερη από αυτή του κανονικού αέρα.
