Биологическое значение углекислого газа кратко

Обновлено: 05.07.2024

Диокси́д углеро́да (двуо́кись углеро́да, углеки́слый газ, окси́д углеро́да (IV), диокси́д углеро́да, у́гольный ангидрид, углекислота́) — CO₂, бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет 0,038 %.

Содержание

Свойства

Физические

Плотность при нормальных условиях 1,98 г/л. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Химические

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Биологические

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.

Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (см. Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (см. Гипокапния)

Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса (см. Артериолы).

Получение

В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве закачивается в баллоны.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.

Применение

В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Жидкая углекислота (жидкая пищевая углекислота) — сжиженный углекислый газ, хранящийся под высоким давлением (~ 65-70 Атм). Бесцветная жидкость. При выпуске жидкой углекислоты из баллона в атмосферу часть её испаряется, а другая часть образует хлопья сухого льда.

Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и для производства газированной воды и лимонада. Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород который в свою очередь и входит в заимодействие с жидким металом окисляя его. Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в качестве хладагента в ледниках и морозильных установках.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.

Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф.

Большинство людей считает, что углекислый газ вреден. Это и неудивительно, ведь о негативных свойствах CO₂ нам рассказывали еще в школе на уроках биологии и химии. Представляя углекислый газ исключительно как вредное вещество, учителя обычно умалчивали о его положительной роли внутри нашего организма.

Она между тем велика, ведь углекислый газ, или двуокись углерода, – это важный участник процесса дыхания. Как углекислый газ действует на наш организм и чем он полезен?

Когда мы делаем вдох, наши легкие наполняются кислородом, при этом в нижней части органа – альвеолах – образуется углекислый газ. В этот момент происходит обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из нее. И мы выдыхаем.

Повторяющееся около 15-20 раз за минуту дыхание запускает всю жизнедеятельность организма,
а образующийся при этом углекислый газ влияет сразу на множество жизненно важных функций. Чем же полезен углекислый газ для человека?

CO ₂ регулирует возбудимость нервных клеток, влияет на проницаемость клеточных мембран и активность ферментов, стабилизирует интенсивность продукции гормонов и степень их эффективности, участвует
в процессе связывания белками ионов кальция и железа.

Помимо этого углекислый газ – конечный продукт метаболизма. Выдыхая мы удаляем ненужные компоненты, возникшие во время обмена веществ и очищаем свой организм. Процесс обмена веществ при этом непрерывен, поэтому удалять конечные продукты нам необходимо постоянно.

Недостаток же или избыток углекислого газа в организме приводит к двум состояниям: гипокапнии
и гиперкапнии.

Гипокапния — это нехватка углекислого газа в крови. Возникает при глубоком учащенном дыхании, когда организм выделяет слишком большое количество углекислого газа. Например, после интенсивных занятий спортом. Гипокапния может привести к легкому головокружению или потере сознания.

Гиперкапния — это переизбыток углекислого газа в крови. Возникает в помещениях с плохой вентиляцией. Если концентрация CO₂ в помещении будет превышать норму, то его уровень в организме также станет выше.

Из-за этого может заболеть голова, появиться тошнота и сонливость. Особенно часто гиперкапния возникает зимой у офисных работников, а также в больших очередях. Например, на почте или в поликлинике.

Переизбыток углекислого газа может возникнуть и в экстремальных ситуациях, например при задержке дыхания под водой.

Подробнее о последствиях гиперкапнии и способах борьбы с ней мы расскажем в одной из следующих статей. Сегодня же остановимся на гипокапнии и ее лечении.

Как уже говорилось выше, углекислый газ влияет на многие процессы в нашем организме, поэтому так важно, чтобы его уровень держался в пределах нормы. А привести содержание CO ₂ в норму поможет один из видов дыхательной гимнастики.

Но подобные фразы выглядят не очень убедительно, особенно, когда мы хотим решить какую-то конкретную проблему или избавиться от определенной болезни. Давайте же разберемся, как помогает углекислый газ
и дыхательная гимнастика в конкретных случаях.

Начнем с того, что в процессе занятий на тренажере или стандартных дыхательных практик, кровь человека насыщается углекислым газом, кровоснабжение всех органов улучшается, вследствие чего и появляется положительный эффект.

Организм начинает лечить себя изнутри, оказывая разное воздействие на разные группы органов. Например, улучшение кровоснабжения и повышение уровня CO ₂ приводит к нормализации тонуса гладкой мускулатуры желудка и кишечника. Это положительно сказывается на работе кишечника, восстанавливает его основные функции и помогает в борьбе с различными заболеваниями желудочно-кишечного тракта.

Углекислый газ положительно сказывается и на проницаемости мембран, что нормализует возбудимость нервных клеток. Это помогает легче переносить стрессы, избегать нервного перевозбуждения и, как следствие, избавляет от бессонницы и мигрени.

Помогает CO₂ и при аллергии: углекислый газ снижает вязкость цитоплазмы, которая заполняет клетки. Это положительно влияет на обмен веществ и повышает активность защитных систем организма.

Активизируются защитные системы и в борьбе с вирусными заболеваниями. Регулярные занятия дыхательной гимнастикой помогают избежать ОРВИ и ОРЗ за счет повышения местного иммунитета.

Помогает углекислый газ при бронхите и астме: он снижает спазм сосудов, что позволяет избавиться от мокроты и слизи в бронхах, а соответственно и самой болезни.

Несмотря на все положительные изменения, возникающие в нашем организме при нормализации уровня углекислого газа, он не является панацеей от всех болезней. Это скорее помощь, которую вы оказываете своему организму, занимаясь дыхательной гимнастикой.

А чтобы не пропустить материал о гиперкапнии и получать наши новые статьи на почту, подпишитесь на наш блог. Будем присылать материалы раз в неделю.

Данная работа поможет более полно рассказать о значении углекислого газа в природе и в жизни человека.

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняяобщеобразовательная школа №11

г. Каменск- Шахтинский Ростовской области

Значение углекислого газа в природе и жизни человека

Автор: Ивлев Арсений 3 б класс

Научный руководитель: Кузнецова Л.А.

Хутор Малая Каменка Ростовской области

-Свойства углекислого газа………………………..4

2. Экспериментальная часть………………………………5-6

3. Применение СО₂ в промышленности………………….6-7

5. Информационные источники…………………………….9

Цель: Выяснить состав, способы получения и применение углекислого газа в природе и жизни человека.

Изучить литературные источники по данной теме;

Исследовать способы получения и определения углекислого газа;

Исследовать свойства углекислого газа;

Выяснить значение углекислого газа в природе и жизни человека.

Объект исследования: углекислый газ.

Предмет исследования: состав, получение, свойства и значение углекислого газа.

Гипотеза: углекислый газ имеет огромное значение в природе и жизни человека, поэтому многие считают его самым важным для жизни газом.

Методы исследования: изучение информационных источников; систематизация; обобщение; поиск; описание; сопоставление; эксперимент; анализ; осмысление.

Практическая значимость исследования заключается в возможности использования полученных результатов во внеклассной работе и на уроках химии.

Литературный обзор

Состав углекислого газа.

Молекула состоит из двух атомов кислорода и одного атома углерода. Это отражено в его химической формуле - СО_2.

Свойства углекислого газа

Он без цвета и запаха.

Растворим в воде.

Не поддерживает горения.

Имеет слегка кисловатый вкус.

Не токсичен и невзрывоопасен. Но в закрытых помещениях, накапливается у пола, вытесняя кислород, уменьшая его объемную долю.

8) Из твёрдого состояния углекислый газ сразу переходит в газообразное, минуя жидкое (стелящийся газ на шоу)

9) Пропускает ультрафиолетовые лучи и отражает инфракрасные.

Углекислый газ выделяется при горении, окислении органических веществ, дыхании живых организмов, из карбонатов.

Значение углекислого газа.

Все свойства углекислого газа востребованы в природе и используются людьми. Мы исследовали некоторые из них и расположили значения углекислого газа от глобальных влияний до важных.

Процесс фотосинтеза- один из самых важных процессов на нашей планете. Без него наша жизнь была бы невозможной. Растения ежегодно производят 130 миллиардов тонн глюкозы и огромное количество кислорода. Но этот процесс был бы невозможен без СО₂. То есть жизнь без этого газа была бы невозможной. (Приложение 1)

Углекислый газ имеет непосредственное отношение и к нашему здоровью. (Приложение 1)

-Человек является основным источником углекислого газа в помещении, поскольку мы выдыхаем от 18 до 25 литров этого газа в час. Головная боль, слабость, и другие симптомы возникают у человека в помещении не от недостатка кислорода, а именно от избытка углекислого газа.

- углекислый газ активизирует дыхательный центр.

- В современной косметологии для омоложения и борьбы с морщинками активно применяют инъекции углекислого газа. В результате из организма выводятся токсины, уходят оттеки, кожа становится эластичной, упругой и подтянутой.

Экспериментальная часть

Углекислый газ не поддерживает горение и поэтому используется в тушении пожаров: огнетушители углекислотные. Как влияет СО₂ на процесс горения мы узнали из опытов со спичками. Описываемый газ тяжелее воздуха и поэтому он скапливается внизу. Если спичку держать вверх горящей частью, то пламя быстро затухнет, если внизу- пламя очень сильное (можно обжечься). Поэтому эти опыты я проводил под руководством старших. (Приложение 2)

Хорошую растворимость в воде, бесцветность и отсутствие запаха используют для газирования воды и рыхления теста. Проверяем наличие СО₂. Спичка тухнет и в открытой бутылке с газированной водой и в гашении соды уксусом. Доказано присутствие углекислого газа.(Приложение 2)

Данный газ выделяется в процессе спиртового брожения. Это используется в производстве изделий из дрожжевого теста, кваса, слабоалкогольных напитков. По мнению всех участников дегустации углекислый газ улучшает вкусовые качества продуктов питания.(Приложение 2)

Углекислый газ участвует в образовании накипи и известкового налёта, поэтому пи воздействии кислоты эти вещества выделяют исследуемый газ. (Приложение 2)

Применение углекислого газа в промышленности.

- Активно применяется углекислый газ и в парфюмерии. С его помощью специалисты парфюмерной области научились извлекать ароматический компонент, который используется в спреях и дезодорантах. (Приложение 3)

- Основатели кампании по изготовлению бриллиантов DiamondFoundry научились наращивать настоящие бриллианты с помощью углекислого газа. Природный алмаз разрезают на несколько частей, а затем помещают в печь с температурой 4400 градусов Цельсия. Там же создают плазму из диоксида углерода: атомы углерода потом начинают “приклеиваться” к поверхности природного камня – так и происходит увеличение бриллианта.(Приложение 3)

- Углекислым газом насыщают воздух в теплицах, для повышения урожайности.(Приложение3)

Подводя итоги своего исследования я могу с уверенностью сказать, что углекислый газ действительно играет очень важную роль в природе и жизни человека. Свойства, которыми обладает углекислый газ, широко применяются человеком в самых различных отраслях. Углекислый газ участвует в жизненно важных процессах, он оказывает влияние на здоровье человека и климат Земли.

Без углекислого газа не было бы жизни на нашей планете, ведь именно он является сырьём для самого главного процесса- фотосинтеза. Именно этот газ создаёт необходимый для жизни климат, не даёт развиваться бактериям, борется с огнём и многое другое…

Диоксид углерода, оксид углерода, углекислота – все эти названия одного вещества, известного нам, как углекислый газ. Так какими же свойствами обладает этот газ, и каковы области его применения?

Углекислый газ и его физические свойства

Углекислый газ состоит из углерода и кислорода. Формула углекислого газа выглядит так – CO₂. В природе он образуется при сжигании или гниении органических веществ. В воздухе и минеральных источниках содержание газа также достаточно велико. кроме того люди и животные также выделяют диоксид углерода при выдыхании.

Рис. 1. Молекула углекислого газа.

Диоксид углерода является абсолютно бесцветным газом, его невозможно увидеть. Также он не имеет и запаха. Однако при его большой концентрации у человека может развиться гиперкапния, то есть удушье. Недостаток углекислого газа также может причинить проблемы со здоровьем. В результате недостатка это газа может развиться обратное состояние к удушью – гипокапния.

Рис. 2. Сухой снег – углекислый газ.

Углекислый газ плотнее воздуха в 1,5 раза. Его плотность составляет 1,98 кг/м³ Химическая связь в молекуле углекислого газа ковалентная полярная. Полярной она является из-за того, что у кислорода больше значение электроотрицательности.

Важным понятием при изучении веществ является молекулярная и молярная масса. Молярная масса углекислого газа равна 44. Это число формируется из суммы относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы. Значения относительных атомных масс берутся из таблицы Д.И. Менделеева и округляются до целых чисел. Соответственно, молярная масса CO₂ = 12+2*16.

Чтобы вычислить массовые доли элементов в углекислом газе необходимо следовать формулерасчета массовых долей каждого химического элемента в веществе.

n – число атомов или молекул.
Ar – относительная атомная масса химического элемента.
Mr – относительная молекулярная масса вещества.
Рассчитаем относительную молекулярную массу углекислого газа.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 или 27 % Так как в формулу углекислого газа входит два атома кислорода, то n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 или 73 %

Химические и биологические свойства углекислого газа

Углекислый газ обладает кислотными свойствами, так как является кислотным оксидом, и при растворении в воде образует угольную кислоту:

Вступает в реакцию со щелочами, в результате чего образуются карбонаты и гидрокарбонаты. Этот газ не подвержен горению. В нем горят только некоторые активные металлы, например, магний.

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

Как и другие кислотные оксиды, данный газ легко вступает в реакцию с другими оксидами:

Углекислый газ входит в состав всех органических веществ. Круговорот этого газа в природе осуществляется с помощью продуцентов, консументов и редуцентов. В процессе жизнедеятельности человек вырабатывает примерно 1 кг углекислого газа в сутки. При вдохе мы получаем кислород, однако в этот момент в альвеолах образуется углекислый газ. В этот момент происходит обмен: кислород попадает в кровь, а углекислый газ выходит наружу.

Получение углекислого газа происходит при производстве алкоголя. Также этот газ является побочным продуктом при получении азота, кислорода и аргона. Применение углекислого газа необходимо в пищевой промышленности, где углекислый газ выступает в качестве консерванта, а также углекислый газ в виде жидкости содержится в огнетушителях.

Рис. 3. Огнетушитель.

Что мы узнали?

Углекислый газ – вещество, которое в нормальных условиях не имеет цвета и запаха. помимо своего обычного названия – углекислый газ, его также называют оксидом углерода или диоксидом углерода.

Читайте также: