Угљен-диоксид

Угљен-диоксид или угљеник(IV)-оксид је атмосферски природни гас који се састоји од једног атома угљеника и два атома кисеоника спојених ковалентним везама. Хемијска формула овог гаса је CO2. У стандардним условима температуре и притиска је у гасовитом стању. У Земљиној атмосфери се налази у количини од око 0,041% (по запремини)[9] Део је угљениковог циклуса, а биљке, алге и цијанобактерије га користе у процесу фотосинтезе (у присуству воде деловањем сунчеве светлости) за производњу угљених хидрата, чиме се као нуспроизвод отпушта кисеоник.[10] Међутим, пошто се фотосинтеза не може одвијати у мраку, део угљен-диоксида биљке производе ноћу у процесу дисања.[11]

Угљен-диоксид у природи настаје сагоревањем угља или угљоводоника, ферментацијом шећера у алкохолна пићима, као и дисањем свих живих организама. Људи и копнене животиње га избацују из дисајних органа. Емитују га вулкани, гејзири и врели извори воде те друга места где је Земљина кора танка. Ослобађа се и из карбонатних стена путем растварања. CO2 се може наћи у језерима на дубинама испод нивоа мора, те измешан са нафтом и природним гасом.[12]

Утицаји угљен-диоксида на околину су од значајног интереса. Угљен-диоксид је важан стакленички гас, који загрева површину Земље тако што смањује и онемогућава радијацију топлоте у свемир. Атмосферски угљен-диоксид је основни извор угљеника за живот на Земљи, а његова концентрација у Земљиној атмосфери пре индустријске револуције још од касног предкамбријума била је регулисана фотосинтетичким организмима. Међутим, од индустријске револуције до данас брзо је порасла концентрација CO2 у атмосфери због сагоревања карбонских (фосилних) горива (угља, нафте и природног гаса). Последица повећања концентрације CO2 у атмосфери је глобално загревање те антропогене климатске промене. Угљен-диоксид је највећи извор закишељавања океана пошто он при растварању у води производи угљену киселину[13] која је слаба киселина те је њена јонизација у води некомплетна (CO2 + H2O ⇔ H2CO3).

Угљен-диоксид
Structural formula of carbon dioxide with bond length
Ball-and-stick model of carbon dioxide
Space-filling model of carbon dioxide
Називи
Други називи
  • Гас угљеничне киселине
  • Карбонски анхидрид
  • Каркбонски оксид
  • Углјеник оксид
  • Углјеник(IV) оксид
  • Суви лед (чврста фаза)
Идентификација
3D модел (Јмол)
3DMet B01131
Бајлштајн 1900390
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.004.271
EC број 204-696-9
Е-бројеви E290 (конзерванси)
Гмелин Референца 989
KEGG[1]
MeSH Carbon+dioxide
RTECS FF6400000
UNII
UN број 1013 (гас), 1845 (чврст)
Својства
CO2
Моларна маса 44,01 g·mol−1
Агрегатно стање Безбојни гас
Мирис
  • Ниске концентрације: нема
  • Високе концентрације: оштар; кисео[4]
Густина
  • 1562 kg/m3 (чврст при 1 atm и −78,5  °C)
  • 1101 kg/m3 (течан при засићењу −37 °C)
  • 1,977 kg/m3 (гас на 1 atm и 0  °C)
Тачка топљења −56,6 °C; −69,8 °F; 216,6 K (Тројна тачка на 5,1 atm)
Критична тачка (T, P) 311 °C (584 K), 738 MPa (7.380 bar)
−78,5 °C; −109,2 °F; 194,7 K (1 atm)
1,45 g/L на 25 °C (77 °F), 100 kPa
Напон паре 5,73 MPa (20 °C)
Киселост (pKa) 6,35, 10,33
Магнетна сусцептибилност −20,5·10−6 cm3/mol
Индекс рефракције (nD) 1,00045
Вискозност 0,07 cP на −78,5  °C
Диполни момент 0 D
Структура
Кристална решетка/структура тригонална
Облик молекула (орбитале и хибридизација) линеаран
Термохемија
Специфични топлотни капацитет, C 37,135 J/K mol
214 J·mol−1·K−1
−393,5 kJ·mol−1
Фармакологија
V03AN02 (WHO)
Опасности
Безбедност приликом руковања Сигма-Алдрич
NFPA 704
Смртоносна доза или концентрација (LD, LC):
90,000 ppm (човек, 5 мин)[6]
Границе изложености здравља у САД (NIOSH):
PEL (дозвољено)
TWA 5000 ppm (9000 mg/m3)[5]
REL (препоручено)
TWA 5000 ppm (9000 mg/m3) ST 30,000 ppm (54,000 mg/m3)[5]
IDLH (тренутна опасност)
40,000 ppm[5]
Сродна једињења
Други анјони
Други катјони
Сродна једињења
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Да верификуј (шта је ДаНе ?)
Референце инфокутије

Особине

Под нормалним условима угљен-диоксид је у гасовитом агрегатном стању. Без мириса је, загушљив, незапаљив, тежи од ваздуха. Адијабатском експанзијом (ширењем са високог на атмосферски притисак) делимично прелази у чврсто стање (суви лед).

Физичке

Carbon dioxide pressure-temperature phase diagram
Фазни дијаграм температуре и притиска код угљен-диоксида, приказана је тројна и критична тачка угљен-диоксида
Dry Ice Pellets Subliming
Узорци чврстог угљен-диоксида или сувог леда

То је гас без боје. У мањим концентрацијама је без мириса и укуса. У већим концентрацијама, гас има оштар кисели мирис. При стандардним условима температуре и притиска, густина му је око 1,98 kg/m3 што је око 1,5 пута више од ваздуха те се у затвореним просторима често налази на дну просторије. Угљен-диоксид не може бити у течном стању при притиску испод 5,1 atm. При притиску од 1 atm (приближно „нормалном” притиску на нивоу мора), гас се претвара директно у чврсто стање на температури испод -78,5  °C а изнад те температуре CO2 у чврстом стању сублимира директно у гас. У свом чврстом стању, угљен-диоксид се често назива и суви лед.

Течни угљен-диоксид се формира само при притиску изнад 5,1 atm. Тројна тачка угљен-диоксида је на око 518 kPa и −56,6  °C. Критична тачка је на 7,38 MPa и 31,1  °C.[14] Проучаван је и другачији облик угљен-диоксида у чврстом стању при високом притиску у аморфном облику сличном стаклу.[15] Тај облик стакла назван карбонија се производи од суперохлађеног CO2 при изузетно високом притиску (40-48 GPa или 400 хиљада atm) у дијамантској комори. Ово откриће је потврдило теорију да би угљен-диоксид могао да постоји у облику сличном стаклу, попут других чланова исте елементарне породице једињења као што су силикон, силикатно стакло и германијум-диоксид. За разлику од силике и германијског стакла, карбонија стакло није стабилно на нормалном притиску и враћа се у гасно стање када се смањи притисак.

Хемијске

Структура и везе

Молекул угљен-диоксида је праволинијски и централно симетричан. Две C-O везе су једнаке и кратке (116,3 pm), а састоје се из двоструке везе.[16] Пошто је централно симетричан, молекул нема електрични дипол. У складу са овом чињеницом, могуће је уочити само две вибрацијске линије у ИЦ спектру и то: антисиметрично проширење на 2349 cm−1 и савијање у близини 666 cm−1. Постоји и симетрично проширење на 1388 cm−1 које се може уочити само путем Раманове спектроскопије.

У воденом раствору

Угљен-диоксид је доста топљив у води. Водени раствор реагује кисело (pH око 4), због стварања угљеничне киселине:

CO2 + H2O ⇔ H2CO3

Ова равнотежа помакнута је јако улево, јер је више од 99% CO2 растворено као молекул, а само мали део реагује с водом, дајући киселину. Хенријева константа угљене киселине је (на 25  °C). Због тога, већи део угљен-диоксида није прешао у угљену киселину већ је остао као молекул CO2 без утицаја на pH вредност. Релативна концентрација CO2 и H2CO3 те депротонизованих форми HCO3 (бикарбонат) и CO32− (карбонат) зависе од pH. У неутралним и благо алкалним водама (pH > 6,5) dоминира бикарбонатна форма (>50%) и претежна је (>95%) при pH вредности морске воде. У веома алкалним водама (pH > 10,4), доминира карбонатна форма (>50%). Океани, који су благо алкални са типичним вредностима pH од 8,2 до 8,5 садрже око 120 mg бикарбоната по литру.

Пошто је угљена киселина дипротична, има две константе киселе дисоцијације, прва је за дисоцијацију у бикарбонатни јон (хидроген карбонат) (HCO3):

H2CO3 ⇔ HCO3 + H+
Ka1 = 2,5x10-4 mol/l; pKa1 = 3,6 на 25  °C.[16]

Ово је права прва константа киселинске дисоцијације, дефинисана као , где деноминатор укључује само ковалентну везу H2CO3, а не укључује хидратизовани CO2(aq). Много мања и много чешће спомињана вредност око 4,16x10−7 је видљива вредност израчуната на бази (нетачне) претпоставке да је сав растворени CO2 присутан као угљена киселина, тако да је . Пошто већина раствореног угљен-диоксида остаје као молекул, Ka1(видљива) има далеко већи деноминатор и много мању врједност од стварне Ka1.[17]

Бикарбонатни јон је амфотерична врста која може реаговати и као киселина и као база, у зависности од pH вредности раствора. Код виших pH вредности, он се у великој мери дисоцира на карбонатни јон (CO32−):

HCO3 ⇔ CO32− + H+
Ka2 = 4,69x10-11 mol/l; pKa2 = 10,329

У организмима, производња угљене киселине се катализује путем ензима карбонатне анхидразе.

Реакције

CO2 је слаби електрофил. Његова реакција са водом илуструје ову особину, при чему је хидроксид нуклеофил. С њим реагују и други нуклеофили. На пример, карбанјон који се добија из Григнардовог реагенса и органолитијумских једињења реагује са угљен-диоксидом те даје карбоксилате:

MR + CO2 → RCO2M (где је M = Li или MgBr, а R = алкил или арил).

У металним-угљик-диоксид комплексима CO2 служи као лиганд, а може послужити при конверзији CO2 у друге хемикалије[18]

Редукција CO2 у угљен-моноксид је обично „тешка” и спора реакција:

CO2 + 2 e + 2H+ → CO + H2O

Редокс потенцијал за ову реакцију при pH вредности од приближно 7 се креће око -0,53 V у односу на стандардну водоникову електроду. Ензим угљен-моноксид дехидрогеназа који садржи никал је катализатор у овом процесу.[19]

Примена

  • У производњи пића и газираних напитака, заштиту и претакање;
  • У хемијској индустрији за добијање карбоната, бикарбоната, ђубрива, синтезних смеса, у неутрализацији алкалних раствора, производњи боја, итд.;
  • У техници заваривања, у металургији, ливарству, у хлађењу и заштити производа.

Примена у гашењу пожара

Угљен-диоксид је ефикасно средство које на запаљену материју делује искључиво угушујуће, тако што је изолује од околног ваздуха, при чему је расхлађујући ефекат релативно мали. Он је погодно средство за гашење пожара у затвореним просторијама, јер истискује ваздух из просторија, кад у већини случајева долази до престанка процеса горења. Употребљава се најбоље за гашење пожара на електричним уређајима и инсталацијама под напоном (класе Е), мањих количина запаљивих течности и гасова, пожара класе Б и Ц, док се за гашење пожара лаких метала не препоручује.[20]

Начин производње и испоруке

  • Добија се пречишћавањем сировог угљендиоксида из природних извора или из процеса хемијске индустрије и утечњавањем у робни гас.
  • У челичним судовима - боцама, под притиском од 70-150 бара у течном агрегатном стању или у течном агрегатном стању специјалним транспортним судовима под притиском до суда корисника гаса.

Поступак и материјали

  • Гас у сувом стању није кородиван. За влажан гас је неопходна примена легираних челика. За течност се користе легирани челици за ниске температуре. Дозвољена је употреба већине пластичних материјала.
  • У раду са гасом или течношћу под притиском треба се придржавати прописаних упутстава и мера заштите.

Суви лед

Суви лед је угљендиоксид у чврстом агрегатном стању на температури од -79º C. Суви лед се производи од течног угљендиоксида при контролисаним условима у специјално конструисаној машини. При овом процесу настаје прво суви снег, а компресијом и суви лед, који се затим пресује кроз екструдерску плочу, и тако добија производ различитих димензија.

  • Суви лед се испоручује у блоковима димензија 25 cm x 25 cm x 40 cm, просечне тежине око 25 kg.
  • Пакује се и транспортује у изолованим контејнерима у које стаје око 250 kg.

Употреба

Употребе сувог леда су разне од хлађења хране и пића у кетерингу, транспорта крви, крвне плазме и органа на ниским температурама, до чишћења и одмашћивања површина

Примена

Основна употреба је за хлађење у транспорту.

Види још

Референце

  1. ^ Joanne Wixon; Douglas Kell (2000). „Website Review: The Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes — KEGG”. Yeast. 17 (1): 48—55. doi:10.1002/(SICI)1097-0061(200004)17:1<48::AID-YEA2>3.0.CO;2-H.
  2. ^ Li Q, Cheng T, Wang Y, Bryant SH (2010). „PubChem as a public resource for drug discovery.”. Drug Discov Today. 15 (23-24): 1052—7. PMID 20970519. doi:10.1016/j.drudis.2010.10.003.
  3. ^ Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1.
  4. ^ „Carbon Dioxide” (PDF). Air Products.
  5. 5,0 5,1 5,2 NIOSH Džepni vodič hemijskih hazarda 0103
  6. ^ „Carbon dioxide”. Immediately Dangerous to Life and Health. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  7. ^ „Safety Data Sheet – Carbon Dioxide Gas – version 0.03 11/11” (PDF). AirGas.com. 12. 02. 2018. Приступљено 04. 08. 2018.
  8. ^ „Carbon dioxide, refrigerated liquid” (PDF). Praxair. стр. 9. Архивирано из оригинала (PDF) на датум 29. 07. 2018. Приступљено 26. 07. 2018.
  9. ^ ESRL Global Monitoring Division - Global Greenhouse Gas Reference Network
  10. ^ Kaufman & Franz 1996.
  11. ^ Food Factories. www.legacyproject.org. Pristupljeno 10. oktobar 2011.
  12. ^ „General Properties and Uses of Carbon Dioxide, Good Plant Design and Operation for Onshore Carbon Capture Installations and Onshore Pipelines”. Energy Institute. Архивирано из оригинала на датум 26. 06. 2012. Приступљено 14. 03. 2012.
  13. ^ National Research Council. "Summary." Ocean Acidification: A National Strategy to Meet the Challenges of a Changing Ocean. Washington, DC. The National Academies Press.2010.. 1. Print.
  14. ^ National Institute of Standards and Technology. „Phase change data for Carbon dioxide”. Приступљено 21. 01. 2008.
  15. ^ Santoro, M. (2006). „Amorphous silica-like carbon dioxide”. Nature. 441 (7095): 857—860.
  16. 16,0 16,1 Norman N. Greenwood; Alan Earnshaw (1997): Chemistry of the Elements (2. izd.). Butterworth–Heinemann. ISBN 978-0-08-022056-7.
  17. ^ Jolly, William L., Modern Inorganic Chemistry (McGraw-Hill 1984), str. 196
  18. ^ M. Aresta (Ed.) "Carbon Dioxide as a Chemical Feedstock" 2010, Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 978-3-527-32475-0.
  19. ^ Colin Finn, Sorcha Schnittger, Lesley J. Yellowlees, Jason B. Love "Molecular approaches to the electrochemical reduction of carbon dioxide" Chemical Communications 2011, 0000.
  20. ^ Шимон Ђармати, Хемија опасних материја, Виша политехничка школа, Београд,2006.

Литература

Спољашње везе

Вулкан

Вулкан представља отвор (или руптуру) у Земљиној кори, кроз који истопљена стенска маса (лава), пепео и гасови бивају истиснути на површину, где се хладе и таложе. Вулкан је геолошки облик (најчешће планина, мада такође постоје и подморски вулкани) где лава излази на површину Земљине коре. Реч вулкан потиче од острва Вулкано у Тиренском мору. По другим изворима реч вулкан потиче од римског бога Вулкана, бога ватре и вулкана. Наука која се бави изучавањем вулкана назива се вулканологија. Са становишта одређивања географског положаја и описом вулкана као морфолошки насталих облика након вулканских ерупција, без претензија улажења у сам процес настанка и његовог објашњења, вулканима се бави географија.

Вулкани битно утичу на обликовање Земљиног рељефа. На Земљи, најчешће се сусрећу на рубовима литосферних плоча. Вулкан може бити активан или неактиван, зависно од његових ерупција и тектонској активности у његовој близини. Најистакнутији део вулкана је вулканска купола која се непрестано повећава. На врху куполе се налази кратер, а везу између кратера и вулканског огњишта чини вулкански канал.Продор магме може се догодити из више разлога као што су тектонски утицаји и промене дубинског притиска који је гурају, висока температура (600 до 1200 °C) која повећава покретљивост магме те топљење стене или због гасова и пара који повећавају узгон магме. Магма на површини Земље се назива лава.

Лава може избијати на површину на два начина:

Изливањем - магма избија полако и једнолично, због чега настају базалтни покрови. Примери су полуострво Декан, Камчатка, Исланд. Ово је хавајски тип вулкана. Овакав тип ерупција јавља се у случају базичних магми, с малом количином волатила.

Ерупцијом - експлозивно, настаје због велике количине накупљених гасова и водене паре. Попраћени су потресима, а забилежени су и случајеви катастрофалних последица за околину. (Сент Хеленс 1980. године, Кракатау 1883. године, Мон Пеле 1902. године). Ово је азијски тип вулкана. Јавља се у случају магме са пуно волатила, киселог типа.Осим лаве из вулкана може избијати и пирокластични материјал: вулканске бомбе - већи комади лаве који приликом хлађења добијају вретенаст облик, вулкански блокови – здробљени пирокластични материјал који може тежити и по неколико хиљада тона, вулкански прашинац или туф – вулкански пепео помешан с водом те лапиле – ужарено камење величине шљунка. Вулканска активност често је праћена попратним појавама, избијањима водене паре, различитих гасова и хемијских хејињења.

Фумароле су отвори из којих избија водена пара, а из солфатара избија Водоник-сулфид (H2S). Мофети су отвори из којих избија угљен-диоксид, CO2. Вулканска подручја често прате термални и минерални извори. Гејзири су отвори из којих због високог притиска избија врела вода и водена пара. Најпознатији гејзер је онај у Националном парку Јелоустоун, Стари Верни.

Гасови стаклене баште

Гасови стаклене баште су природни део атмосфере. Међутим, од почетка индустријске револуције до данас, уочено је значајно повећање њихове концентрације, као последица људског деловања. Осим водене паре, најзначајнији гасови са ефектом стаклене баште су угљен-диоксид, који је одговоран за око 62% укупне додатно произведене топлоте, метан (око 20 %), хлорофлуороугљеници (око 10 %), азот-субоксид (око 6 %) и тропосферски озон (око 2 %).

Глобално загревање

Глобално загревање је назив за повећање просечне температуре земљине атмосфере и океана нарочито у 20. веку, као и за пратеће климатске ефекте. Од почетка 20. века, средња температура Земљине површине се повећала за око 0,8 °C, при чему је до око две трећине повећања дошло у последње три декаде. Загревање климатског система је недвосмислено, и научници су више од 90% сигурни да је оно првенствено узроковано повећањем концентрација гасова стаклене баште, насталих људским активностима као што су сагоревање фосилних горива и крчење шума. Неки од ефеката глобалног загревања, осим повећања температуре су: раст нивоа мора, промене у падавинама и ширење пустиња, повећање киселости океана (ацидификација); екстремнији метеоролошки феномени, као што су суше, топлотни валови; као и утицај на екосистеме, нестанак појединих врста због температурних промена и др. Глобално загревање не треба мешати са оштећењима озонског омотача, што је повремено случај у медијима.Међувладина комисија Уједињених нација за климатске промене (IPCC), која своје ставове објављује у годишњим извјештајима, сматра да су антропогени (тј. узроковани деловањем човека) гасови, који проузрокују ефекат "стаклене баште" ("стакленика"), најодговорнији за највећи део пораста температуре од средине 20. века до сада, али и да су у периоду до 1950-их година значајан утицај имали и природни феномени попут варијација у количини сунчевог зрачења и вулканизам, чији је утицај од 1950-их до данас управо супротан. Овакве основне закључке је подржало више од 40 научних друштава и академија наука укључујући и све националне академије наука осам најразвијенијих земаља свијета (G8).Овдје треба напоменути да се научна достигнућа не вреднују гласањем, већ снагом аргумената утврђених научном методологијом. Демократски принципи примерени су политичким представницима који одлучују о усвајању неке краткорочне или дугорочне политике односно стратегије на основу научних сазнања, ако о тим сазнањим не постоји веће неслагање (контроверзе) унутар научне заједнице. Покушаји доношења стратегија на основу глобалног загријавања узетог изван контекста општих глобалних промена климе, изазвали су контроверзу. Тако се само у САД-у преко 30.000 научника одлучило на самоорганизовање потписивањем петиције којом изражавају противљење у дебати и траже од своје Владе да одбаци Протокол из Кјота. Остаје непознато зашто се IPCC никада није осврнуо на ту бројку потписника, будући да се у јавним изјавама његови представници често позивају на разне цифре, од "2500-4000 научника из преко 150 земаља који подржавају закључке IPCC-а" упркос чињеници да се они нису никада изјашњавали него учествовали у изради и рецензији извјештаја, те упркос чињеници да се преко 700 научника из целог света јасно изјаснило да не подржава једностран приступ проблему.Комплексни климатски модели кориштени у истраживањима на која се позива Извјештај IPCC-а за 2007. годину, показују да ће просечна глобална температура површине планете порасти за око 1,1 до 6,4 °C током 21. века. Непрецизност оваквог предвиђања долази од самих модела који се користе при проценама, у зависности од климатске осетљивости модела и кориштења различитих научних приступа као и процена будућих испуштања гасова који стварају ефекат стаклене баште (углавном угљен-диоксид). Остале непознанице укључују варијације отопљења и с њим повезане промене од регије до регије широм планете. Иако се већина студија усредсређује на период до 2100. године, према неким студијама очекује се да се глобално отопљење настави и након тог периода чак и када би се испуштање гасова зауставило, а из разлога што океани поседују велики капацитет за температурну повратну спрегу и што угљен-диоксид има дуг век трајања у атмосфери. Друге студије опет сматрају да ће повећање глобалне температуре довести до пораста нивоа мора и променити количину и шему падавина, вероватно повећавајући суптропске пустињске регије.Политичке и јавне расправе у вези са самим глобалним отопљењем се настављају без одговарајућег одговора за решење проблема. Дебатиране опције укључују смањење емисије стакленичких гасова; прилагођавање смањењу штете узроковане загрејавањем, а спекулира се и о тзв. геоинжињерингу којим би се нпр. велике количине тих гасова убризгавале у природне подземне шупљине. 187 светски влада, али уз противљење САД је потписало и ратификовало Протокол из Кјота усмерен на смањивање емисије стакленичких гасова. На конференцији УН-а COP15 која је одржана у Копенхагену од 6. до 18. децембра 2009. године, није постигнут обавезујући међународни протокол с циљем извршавања обавеза из Кјото протокола, што је изазвало бурне полемике и протесте.

Дисање

У животињској физиологији, дисање је пренос кисеоника из ваздуха у ћелије ткива те пренос угљен-диоксида у супротном смеру. Оно је у контрасту с биохемијском дефиницијом дисања, које се односи на ћелијско дисање: метаболички процес којим организам долази до енергије реакцијом кисеоника с глукозом која даје воду, угљен-диоксид и аденозин трифосфат (ATP) (енергију). Иако је физиолошко дисање потребно како би опскрбило ћелијско дисање, а тако и живот животиња, процеси су различити: ћелијско дисање заузима место у појединачним ћелијама животиња, док се физиолошко дисање тиче дотока масе и преноса метаболита између организма и спољашње околине.

Код једноћелијских организама, обична је дифузија довољна за размену гасова: свака је ћелија увек у додиру с спољашњом околином, с кратком удаљеношћу коју гасови морају да пређу. За разлику од тога, сложени многоћелијски организми попут човека имају већу удаљености између околине и њихових унутарњих ћелија, па је ради тога респираторни систем неопходан за делотворну размену гасова. Респираторни систем усклађено делује с кардиоваскуларним системом који преноси гасове из и у ткиво. Дисање је процес који уноси или износи ваздух из плућа кичмењака. Аеробни организми ових врста - као што су гмизавци, птице и сисари - захтевају кисеоник да ослободе енергију путем респирације, у виду метаболизма молекула богатих енергијом као што је глукоза. Дисање је процес који испоручује кисеоник тамо где је потребно у телу и уклања угљен-диоксид. Још један важан процес подразумева кретање крви кроз крвоток. Размена гасова се одвија у алвеолама плућа пасивном дифузијом гасова између алвеолног гаса и крви у плућним капиларима. Када се ови гасови растворе у крви, срце покреће њихоо проток кроз тело (преко крвотока). Медицински израз за нормално опуштено дисање је еупнеја (лат. eupnea).

Поред уклањање угљен-диоксида, резултат дисања је и губитак воде из тела. Издахнут ваздух има релативну влажност од 100% због дифузије воде преко влажне површине дисајних путева и алвеола. Код кичмењака који дишу, респирација кисеоника укључује четири стадијума:

Вентилација из околног ваздуха у алвеоле плућа.

Плућна размена гасова из алвеола у плућних капилара.

Пренос гасова из плућних капилара кроз циркулацију према периферним капиларама у органе.

Периферна измена гасова из ткивних капилара у ћелије и митохондрије.Дисање се састоји од две радње: удисаја и издисаја. Вентилација и пренос гасова захтевају енергију ради покретања механичких пумпи (дијафрагма и срце), за разлику од пасивне дифузије.

Енергетика

Енергетика је област привреде која се бави производњом, преносом и дистрибуцијом енергената и енергије. С обзиром да је у питању познати и општеприхваћени и заступљен појам може се дефинисати на више начина. У научном смислу је енергетика наука о енергији и техничком коришћењу извора енергије. У економском смислу је енергетика скуп привредних активности усмерених на истраживање и производњу примарних или секундарних извора енергије, трансформацију, пренос и дистрибуцију до потрошача. У филозофском смислу је енергетика поглед на свет који све што постоји и све што се збива у природи и друштву своди на енергију, чак и материју и дух.

Енергетика се бави производњом и прометом чврстих, течних и гасовитих енергената као и електричном и нуклеарном енергијом. Неки облици енергије се производе потрошњом фосилних горива (угаљ, нафта, гас) и других необновљивих извора (нуклеарна енергија) док се други производе из обновљивих извора (хидро, сунце, ветар, таласи, геотермална енергија).

Енергија се троши највише у области транспорта, грејања, осветљења и у технолошким процесима.

Један од задатака енергетике је економична производња и смањење губитака енергије, ефикасан размештај произвођача и избор оптималног начина транспорта. Поред овога је значајан задатак смањење негативних утицаја на човекову околину. Овде се првенствено мисли смањивање емисије гасова (угљен-диоксид) који су узрок ефекта стаклене баште, али и осталих штетних производа који настају током процеса производње енергије (сумпорни и азотни оксиди, пепео, чађ, итд).

Калијум-хидроксид

Калијум-хидроксид (молекулска формула KOH) је хидроксид калијума, и једна од најјачих база.При нормалним условима калијум-хидроксид је чврста супстанца беле боје густине 2,04 g/cm³. Обично се производи у облику меких кристалних листића или гранула. Веома добро је растворљив у води нпр. на температури од 0 °C 97 g на 100 cm³, а на 20 °C 110 g на 100 cm³ H2O. Процес растварања је егзотерман. Температура топљења калијум хидроксида је 406+ °C а температура кључања 1320 °C. Калијум хидроксид и његов водени раствор прима из ваздуха угљен-диоксид градећи калијум карбонат. Калијум хидроксид нагриза кожу и изазива озбиљне ране. LD50 (пацов, преко уста) износи 250 - 400 mg/kg.

Његова молекулска маса је 56,1 u.

Добија се реакцијом калијума са водом. У већим количинама добија се електролизом раствора калијум хлорида. Пре се добијао растварањем пепела у води али такав калијум-хидроксид није био потпуно чист.

Калијум-хидроксид се користи за производњу сапуна, у органским синтезама као јака база и у средствима за чишћење цеви.

Квасац

Квасац је једноћелијска гљивица која претвара скроб у шећер, а шећер у алкохол и угљен-диоксид. Користи се за алкохолно варење и дизање теста.

Крвна плазма

Крвна плазма, поред крвних ћелија, сачињава крв. То је безбојна, односно жућкаста течност.Крвна плазма је у ствари водени раствор неких органских и неорганских материја. Састоји се од 90% воде, док од неорганских материја доминира натријум-хлорид (NaCl) са око 0,9%, који и даје сланкаст укус крви. Такође садржи врло мале количине калцијумове и магнезијумове соли, мале количине шећера (око 0,1%), неке масне материје, хормоне, кисеоник и угљен-диоксид. У крвној плазми се налазе све материје ресорбоване из система за варење. Такође, 7% - 9% крвне плазме чине крвне беланчевине, које саме крвне ћелије стварају: албумини, глобулини и фибриноген. Албумини су раствориви у води и дају вискозност крви, имуноглобулини (или само глобулини) су такође раствориви у води, а стварају антитела у борби против болести, док фибриноген служи да се при повреди претвори у фибринску мрежу, нерастворљиву у води.

Крпељ

Крпељ је пауколики ектопаразит из реда Ixodida поткласе Acarina. Крпељи се дијеле на тврде (фамилије Nuttalliellidae и Ixodidae) и меке (фамилија Argasidae).

Крпељи најчешће бораве на врху високих трава гдје чекају пролазак животиње (и човјека) на коју се после идентификације мирисом закаче помоћу посебних кука на предњим ногама. Идентификација се дешава путем посебних хеморецептора који реагују на хемијска једињења у ваздуху. Крпељ тим рецепторима препознаје угљен-диоксид, млијечну киселину, амонијак као и код свих сисара препознатљиву бутанску киселину. Крпељ реагује и на свјетлосне промјене (посебно тамно-свијетло) као и на вибрације.

Лимничка ерупција

Језерска ерупција или лимничка ерупција представља изузетно редак облик природне катастрофе током које се велике количине раствореног угљен-диоксида са дна неке језерске депресије изненада у виду снажне ерупције ослобађају у атмосферу узрокујући велика разарања како на самом језеру, тако и у непосредној околини. Такав вид ерупције је често праћен и снажним цунами таласима чији покретач је управо угљен-диоксид са дна језера. Језера која су потенцијална жаришта оваквих ерупција називају се лимноактивним или експлозивним језерима. Лимноактивна језера садрже велике количине угљен-диоксида, обично су јако дубока што доводи до великих разлика у температури језерске воде (посебно је та разлика очита између површинског слоја и дна). Научници верују да окидачи за овакве ерупције могу бити друге природне катастрофе попут земљотреса или вулканских ерупција, али и други видови снажних експлозија у близини језера.

До сада је овакав вид природне катастрофе директно регистрован у два наврата, оба пута у Камеруну. Прва лимничка ерупција регистрована је 1984. на језеру Монун и том приликом је страдало 38 становника, док се друга ерупција десила две године касније на суседном језеру Њос. Приликом ерупције језера Њос у атмосферу је испуштено око 80 милиона метара кубних CO2, а страдало је око 1.700 особа и преко 3,5 хиљада грла стоке.Језеро презасићено CO2 понаша се на исти начин као и лименка са газираним пићем. Све док су физички услови стабилни (температура воде, притисак и сл) не долази до ерупције, иако је језеро презасићено угљен-диоксидом само по себи веома нестабилно. Претпоставља се да је узрок лимничке ерупције језера Њос било клизиште које је изненада променило притисак у самом језеру и довело до промене температуре језерске воде на дну. Како је угљен-диоксид који се приликом ерупције ослободи из језера тежи од ваздуха он се спушта на површину и истискује кисеоник, што доводи до асфиксије (грч. α + σφύξις - без откуцаја срца) или гушења. Гас је уједно и веома хладан пошто долази са великих дубина и на жртвама узрокује смрзлине.

Један од начина за спречавање ових природних катастрофа је дегасификација језера. Том приликом се путем сифона са дна језера ослобађају одређене количине угљен-диоксида што знатно повећава саму стабилност језера. Овај систем превентиве се данас користи на језеру Њос.

Потенцијално највеће жариште за овакву катастрофу је језеро Киву на истоку Африке. Језеро је много већих и димензија и дубина (до 450 m) у односу на претходна два, и налази се у густо насељеном подручју, што би саму ерупцију учинило далеко катастрофалнијом. Поред CО2 у језеру се налазе и знатне количине још једног екплозивног гаса метана (CH4) што додатно повећава опасност. Потенцијални окидач за лимничку ерупцију језера Киву је изразито активни вулкан Њирагонго који се налази на свега 20-ак километара северно од језера. Професор Роберт Хек са Универзитета Мичиген потврдио је постојање оваквог вида ерупција на језеру Киву у геолошкој прошлости и проценио да се дешавају на сваких око хиљаду година.

Метан

Метан (CH4), познат и као блатни гас је најпростији засићени угљоводоник (алкан). Уколико владају нормални услови он је безбојан гас. У природи метан настаје услед безкисеоничног распада органских материја (нпр. у мочварама). Метан је главни састојак земног гаса. Користи се као гас за грејање и као сировина за добијање органских једињења. Запаљен гори светлим модрикастим пламеном, а његовим сагоревањем у присуству кисеоника настаје угљен-диоксид и вода. Нераствран је у води, а у смеши са ваздухом врло експлозиван. Релативно велика количина метана на Земљи даје му статус алтернативног, атрактивног извора енергије. Међутим, пошто је на нормалној температури и притиску у гасовитом стању, метан је веома тешко транспортовати из његових налазишта. Као гас, обично се превози путем гасовода или цистернама утечwен као течност на температури испод -162 °C (као LNG - liquefied natural gas).

Молекул метана има облик тетраедра. Атом угљеника с има sp3 хибридизацију. Остале орбитале граде хемијску везу са четири атома водоника. Све четри везе су подједнаке (углови између веза износе 109°28) и веома су мало поларизоване, што је заједно са недостатком слободних електронских парова велике постојаности овог једињења. Метан може да учествује само у реакцијама типичним за алкане (нпр: сагоревање).

Метан има потенцијално деловање као стакленички гас са високим потенцијалом за глобално затопљење са индексом од 72 (уз просек од 20 година) односно индексом 25 (уз просек од 100 година). Метан се у атмосфери оксидује, производећи угљен-диоксид и воду. Због тога, метан у атмосфери има полувреме постојања од око седам година.

Распрострањеност метана у Земљиној атмосфери у току 1998 године је процењена на 1745 ppb (милијардити део, parts per billion), а процењује се да се у 1750. години у атмосфери налазило око 700 ppb. Metan može zadržavati i do 20 puta više toplote od uglјен dioksida. U istom periodu (1750—1998) količina CO2 у атмосфери је порасла са 278 на 365 ppm. Топлотни ефект због овог повећања количине метана је око једне трећине од истог ефекта повећања CO2. Поред тога, постоје огромне али непознате количине метана у облику метан хидрата на дну океана. Земљина кора такође садржи огромне количине метана. Велике количине се произведу анаеробски путем метаногенезе. Остали извори метана су вулканске ерупције и ферментацијом унутар стоке (крава, оваца, коња и других животиња).

Оксид

Оксид је општи назив за свако неорганско хемијско једињење, у коме се јавља хемијска веза између кисеоника и неког другог елемента.

Оксиди имају међусобно веома различите хемијске и физичке особине, које зависе од електронегативности елемента који се једини са кисеоником: од скоро нереактивних чврстих супстанција са веома високим температурама топљења (нпр. оксид волфрама), преко умерено реактивних течности (нпр. вода), до веома реактивних гасова (нпр. азот субоксид).

Оксиди такође могу имати и особине које иду од киселих до базних. Тако постоје:

кисели оксиди- нпр. угљен-диоксид или сумпор(VI)-оксид, који реагују са базама и водом

оксиди са киселим особинама - нпр. силицијум оксид, реагују са јаким базама али не и са водом

базни оксиди- нпр. оксиди метала IА и IIА групе, реагују са киселинама и водом

оксиди са базним особинама - нпр. манган моноксид или хром моноксид, реагују са киселинама али не и са водом

амфотерни оксиди - нпр. алуминијум-оксид, не реагују са водом али реагују и са киселинама и са базама

неутрални оксиди- нпр. угљен-моноксид, не реагују са водом, киселинама ни базама.Сем оксида постоје и:

Пероксиди

Супероксиди

Пасја пећина

Пасја пећина (итал. Grotta del cane) се налази у близини града Напуља у Италији. Ради се о познатој мофети позатној још од времена антике у којој се нагомилава угљен-диоксид, и то, како је тежи од ваздуха, непосредно изнад пода пећине. Угљен-диоксид је отрован за мале животиње, попут паса по којима је и добила име, па оне ако залутају у пећину угибају. Услијед разлике у густини ваздуха и угљен-диоксида, људи могу нормално посјећивати пећину.

Пожар

Пожар је неконтролисано ширење ватре у простору наносећи материјалну штету, а неретко односећи и људске животе.

Систем органа за дисање

Систем органа за дисање (респираторни систем) обавља размену гасова између организма и спољашње средине. Процесом дифузије се преко респираторних површина усваја кисеоник, а отпушта угљен-диоксид у спољашњу средину. Кисеоник је већини организама неопходан за производ ослобађа угљен-диоксид.Све организме можемо поделити у две групе, зависно од њиховог односа према кисеонику:

аеробне организме којима ја за живот и развој неопходан кисеоник;

анаеробне којима кисеоник није потребан.Да би процес размене гасова био успешан потребно је да респираторна површина буде што већа и богато снабдевена крвним судовима. У зависности од тога на ком нивоу се одвија, дисање је могуће поделити на:

унутрашње дисање - обухвата размену гасова на нивоу ткива и ћелија;

спољашње дисање - размена гасова кроз респираторне површине које су у додиру са спољашњом средином.Спољашњим дисањем усваја се кисеоник који прелази у крв, везује се за хемоглобин (образује се окси-хемоглобин )и њоме доспева до свих ткива и ћелија у организму. Кисеоник из крви дифузијом улази у ћелије и омогућава ћелијско дисање. Као крајњи производ ћелијског дисања ствара се угљен-диоксид који опет по законима дифузије прелази из ћелија у крв. У крви се везује за хемоглобин (настаје карбамино-хемоглобин) и тако транспортује до респираторних органа, а затим из њих у спољашњу средину.

Пошто је молекуларни кисеоник у високим концентрацијама штетан за ткива (доводи до оксидације органских материја) он се не може магационирати као што то могу хранљиве материје или вода. Зато је неопходно његово непрекидно снабдевање из спољашње средине.

Станиште

Станиште, животно станиште, биотоп или абиоцен, је просторно ограничена јединица, која се одликује специфичним комплексом еколошких фактора.

Сваки организам живи у одређеном типу животног станишта, у једном језеру, реци или пустињи, и ту га је могуће лако пронаћи.

Простор са различитим облицима неживе материје и одговарајућим климатским особинама у којем жива бића живе назива се биотоп.

Биотоп-Тело сваког живог бића изграђено је од исте оне материје која се налази у неживој природи(угљеник, водоник, кисеоник, азот, фосфор и др). Такође, и готово сви витални животни процеси зависе од хемијских једињења из спољашње средине (вода, угљен-диоксид и др). Зато од неживе материје у биотопу умногоме зависи какве ће особине имати и сам екосистем.

Еколошка ниша, међутим подразумева не само физички простор у коме живи неки организам, већ и његову функционалну улогу у животној заједници (нпр. врсту исхране), као и положај који заузима у односу на еколошке факторе. Еколошка ниша говори о улози једне врсте у екосистему. Често се говори да нека врста заузима одређену еколошку нишу, што у ствари значи да се она разликује од друге врсте у погледу нпр. начина исхране, периода активности, коришћења различитих склоништа и др. Сликовито објашњено – појам животног станишта једног организма можемо схватити као његову адресу, а еколошку нишу као професију.

Свако животно станиште насељено је одређеном комбинацијом биљних и животињских врста – животном заједницом (биоценозом).

Животна заједница и станиште не могу постојати одвојено, већ су повезане у целину у којој је биоценоза биотичка, а биотоп абиотичка компонента. Животну заједницу одликује, пре свега, одређена структура коју сачињавају одговарајуће еколошке нише, састав врста и др.

Угљеник

Угљеник, угљик или карбон (C, лат. carboneum), неметал је IVа групе. Стабилни изотопи су му: 12C i13C. Битан нестабилан изотоп је 14C (настаје од 14N у горњим слојевима атмосфере).

Овај четворовалентни неметал има неколико алотропских модификација:

дијамант (најтврђи познати природни минерал). Назив му потиче од грчке речи adams, што значи „непобедив“, јер је најтврђи минерал у природи. Брушењем се од дијаманта добија брилијант, облик којим се истиче његова лепота и сјај и који се користи за накит. Хемијска формула C. Везивна структура: 4 електрона у 3-димензионим sp3-орбиталама.

графит (једна од најмекших супстанци). Исте хемијске формуле као дијамант C. Везивна структура: 3 електрона у 2-димензионалним sp2-орбиталама и 1 електрон у p-орбитали.

фулерен Хемијска формула C60, данас има широку примену у пољопривреди.Угљеник је био познат још у праисторији. Да је хемијски елемент први је утврдио Антоан Лавоазије. Међународни назив је изведен од латинске речи carbo, угаљ.

Цела једна грана хемије, органска хемија, се базира на једињењима која у себи садрже угљеник. Сем органских једињења велики значај имају угљеник(II)оксид (угљен-моноксид), угљеник(IV)оксид (угљен-диоксид), угљена киселина, карбиди и карбонати.

Фотосинтеза

Фотосинтеза (из grčkog φώτο- [фото-], „светлост“ и σύνθεσις [sintesis], „спајање с нечим“) је процес претварања светлосне енергије у хемијску и њено чување у виду молекула шећера. Процес фотосинтезе се одвија у биљкама, те у неким бактеријама и алгама, које у својим ћелијама имају хлорофил. За процес фотосинтезе биљкама је неопходан угљен-диоксид, вода и светлосна енергија. Процес се одвија у хлоропластима, малим органелама у цитоплазми биљних ћелија које садрже зелени пигмент звани хлорофил. Фотосинтеза се највећим делом одвија у листовима биљака, а веома мало или никако у другим деловима биљке (стаблу, корену и др.)

Организми који врше процес фотосинтезе се називају фотоаутотрофи, јер им тај процес омогућава да сами себи производе храну. Као нуспроизвод процеса фотосинтезе испушта се кисеоник. Управо због те чињенице, фотосинтеза је од виталног значаја за живот на Земљи. Поред одржавања нивоа кисеоника у атмосфери, готово сва жива бића су директно или индиректно везана за фотосинтезу као извор енергије или хране. (изузетак су хемоаутотрофи који живе у стенама или око хидротермалних извора у океанским дубинама). Количина енергије која се произведе током процеса фотосинтезе је изузетно велика, отприлике 100 теравата, што је око шест пута веће од укупне потрошње енергије целог човечанства. Поред енергије, фотосинтеза је такође и извор угљеника у свим органским супстанцама у телима живих бића. Свеукупно, организми који врше фотосинтезу претворе око 100 милијарди тона угљеника годишње у биомасу.Иако се фотосинтеза може одвијати на разне начине код различитих врста, неке основне карактеристике су исте. На пример, процес увек почиње са светлосном енергијом коју апсорбују беланчевине зване фотосинтетички реакциони центри који садрже хлорофил. У биљкама, ове беланчевине се налазе унутар хлоропласта, док су код бактерија садржане у мембрани цитоплазме. Део сунчеве енергије која се прикупи преко хлорофила се чува у облику аденозин трифосфата (ATP). Остатак енергије се корисити за уклањање електрона из супстанци као што је вода. Ови електрони се затим користе у реакцијама у којима се угљен-диоксид претвара у органске супстанце. У биљкама, алгама и цијанобактеријама овај процес се одвија у низу реакција познатом као Калвинов циклус, међутим он је различит у неким бактеријама, попут инверзног Кребсовог циклуса у бактеријама Chlorobium. Многи фотосинтетички организми су развили одређена прилагођавања процеса фотосинтезе којима се концентрише или ускладиштава угљен-диоксид. Овим се помаже одвијање процеса фотореспирације, у којем се може потрошити значајан део шећера који је настао током фотосинтезе.

Шампањац

Шампањац је пенушаво вино које се производи накнадним врењем вина у боци у којој се ослобађа угљен-диоксид, а назив је добило по француској покрајини Шампањи. Док неки произвођачи вина користе име шампањац за своја пенушава вина, у бројним државама ово име се може користити само за вина која долазе из Шампање.

За производњу шампањца дозвољено је користити само три сорте грозда. Од Пино ноара, који расте на кречњачким теренима, добијају се богата, префињена вина. У хладнијим деловима гаји се Пино меније, кога карактеришу високи приноси и зачинске ароме. Налази се свуда, али се ретко спомиње. Трећа сорта је Шардоне, који је неизоставна компонента шампањских вина - противтеза богатим аромама Пино ноара, он је префињен, елегантан, али оштар.

Чести оксиди
Егзотични оксиди
Полимери
Једињења изведена из оксида

На другим језицима

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.