Механізми зв’язування вуглекислого газу
повітрі. Залежність фотосинтезу від концентрації С02 виражається вуглекислотними кривими. Типові вуглекислотні криві фотосинтезу наведені на рис. 6.1.
Безпосереднім поглиначем вуглекислого газу в хлоропластах є рибулозадифосфат (в англійській мові використовують написання “біфосфат”). Цей процес каталізує і регулює спеціальний фермент, який називається рибулезодифосфаткарбоксилаза/оксигеназа. Скорочено цей фермент записують як RuBisCO (Рубіско), тобто за першими буквами його англійської назви. Він є одним з найважливіших ферментів у природі, оскільки відіграє центральну роль у основному механізмові надходження неорганічного вуглецю в біологічний колообіг. Для роботи цього ферменту потрібні іони Mg2+, які розмішуються в активному центрі його молекули.
Вивчення дії негативних чинників на карбоксилазну активність Рубіско показало здатність рослини зберігати фотосинтетичну активність у стресових умовах.
Криві залежності фотосинтезу від концентрації СO2 в повітрі аналогічні за своїм характером світловим кривим. Загальне зростання активності фотосинтезу при підвищенні концентрації СO2 є природним, оскільки СO2 становить єдине джерело вуглецю для побудови органічних речовин. Для початку фотосинтезу необхідна деяка мінімальна кількість СO2. Вона відповідає вмісту СO2 в повітрі, що дорівнює 0,008%. Зростання концентрації СO2 призводить до підвищення інтенсивності фотосинтезу, що відповідає висхідній ділянці вуглекислотної кривої. Це підвищення не безмежне. При концентрації СO2 близько 0,5-1,0% настає вуглекислотне насичення. Подальше підвищення концентрації СO2 вже не призводить до активізації фотосинтезу (горизонтальна ділянка вуглекислотної кривої). Підвищення концентрації С02 до 2,5% викликає депресію фотосинтезу.
У різних рослин положення вуглекислотних кривих не збігається, що вказує на індивідуальну реакцію видів і сортів на їхню забезпеченість СO2. Важливо наголосити, що вуглекислотне насичення досягається завжди при концентрації СO2 в декілька разів більшій, ніж його звичайний вміст у повітрі. Це призводить до того, що вуглекислий газ часто є головним чинником, який у природних умовах лімітує фотосинтез. Ця лімітація виражена тим сильніше, чим краще освітлене листя рослини.
Зазначену закономірність ілюструють результати дослідів з пшеницею, що вирощується в закритому ґрунті при різній потужності освітлення лампами розжарювання (рис. 6.2). Видно, що фотосинтетичний процес за будь-якого рівня освітлення контролюється передусім вмістом СO2 в повітрі.
Низка показників демонструє, що підвищення концентрації СO2 у повітрі посилює вуглеводну спрямованість фотосинтезу. За дефі
Рис. 6.2. Зміна інтенсивності фотосинтезу пшениці залежно від вмісту вуглекислого газу у повітрі за різної інтенсивності опромінення штучним світлом. Вміст вуглекислого газу в повітрі: 1 -0,13%; 2 – 0,03%; 3 – 0,028%
циту СO2 підвищується частка невуглеводних речовин. Надлишок вуглекислого газу в повітрі пригнічує дихальний процес. Це явище використовується на практиці. Зберігання овочів і соковитих фруктів в атмосфері із високим вмістом вуглекислого газу уповільнює їхнє дозрівання і подовжує терміни зберігання.
Поповнення в повітрі запасів вуглекислого газу в умовах природних рослинних угруповань і в посівах відбувається завдяки так званому ґрунтовому диханню. Воно є результатом життєдіяльності і дихання численних живих організмів, що мешкають у товщі ґрунту: грибів, бактерій, комах та ін. Вуглекислий газ ґрунтового походження інколи у лісових угрупованнях і в посівах культурних рослин відіграє навіть більшу роль, ніж вуглекислий газ, що надходить до листків з повітря. Не випадково в багатьох видів рослин продихи розташовані тільки на нижній поверхні листків або ж їх там набагато більше, ніж на верхній.
У цілому, забезпеченість рослин вуглекислим газом є найважливішим чинником їх росту, розвитку і продуктивності.
✅Вуглекислий газ — формула, молярна маса, фізичні властивості
Діоксид вуглецю, оксид вуглецю, вуглекислота – всі ці назви однієї і тієї ж речовини, відомої нам як вуглекислий газ. Так якими ж властивостями володіє цей газ, і які сфери його застосування?
Вуглекислий газ і його фізичні властивості
Вуглекислий газ складається з вуглецю і кисню. Формула вуглекислого газу виглядає так
У природі він утворюється при спалюванні або гнитті органічних речовин. В повітрі і мінеральних джерелах вміст газу також досить великий. Крім того, люди і тварини також виділяють діоксид вуглецю при видихання.
Діоксид вуглецю є абсолютно безбарвним газом, його неможливо побачити. Також він не має і запаху. Однак при його великій концентрації у людини може розвинутися гіперкапнія, тобто задуха. Нестача вуглекислого газу також може заподіяти проблеми зі здоров’ям. В результаті нестачі цього газу може розвинутися зворотний стан до задухи – гіпокапнія.
Якщо помістити вуглекислий газ в умови низької температури, то при -72 градусах він кристалізується і стає схожий на сніг. Тому вуглекислий газ у твердому стані називають «сухий сніг».
Вуглекислий газ щільніший за повітря в 1,5 рази.
Його щільність становить 1,98 кг/м 3 . Хімічний зв’язок в молекулі вуглекислого газу ковалентно-полярний. Полярний він (зв’язок) є через те, що у кисню більше значення електронегативності.
Важливим поняттям при вивченні речовин є молекулярна і молярна маса.
Молярна маса вуглекислого газу дорівнює 44.
Це число формується з суми відносних атомних мас атомів, які входять до складу молекули. Значення відносних атомних мас беруться з таблиці Д. І. Менделєєва і округлюються до цілих чисел.
Відповідно, молярна маса CO2 = 12 + 2 * 16.
Щоб обчислити масові частки елементів в вуглекислому газі необхідно слідувати формі розрахунку масових часток кожного хімічного елемента в речовині.
- n – число атомів або молекул;
- Ar – відносна атомна маса хімічного елемента;
- Mr – відносна молекулярна маса речовини.
Розрахуємо відносну молекулярну масу вуглекислого газу.
Mr (CO2) = 14 + 16 * 2 = 44 w (C) = 1 * 12/44 = 0,27 або 27%
Оскільки у формулу вуглекислого газу входить два атоми кисню, то
n = 2 w (O) = 2 * 16/44 = 0,73 або 73%
Відповідь: w (C) = 0,27 або 27%; w (O) = 0,73 або 73%
Хімічні і біологічні властивості вуглекислого газу
Вуглекислий газ має кислотні властивості, оскільки є кислотним оксидом, і при розчиненні у воді утворює вугільну кислоту:
Вуглекислий газ вступає в реакцію з лугами, в результаті чого утворюються:
Цей газ не схильний до горіння. У ньому горять тільки деякі активні метали, наприклад, магній.
При нагріванні вуглекислий газ розпадається на чадний газ і кисень:
Як і інші кислотні оксиди, даний газ легко вступає в реакцію з іншими оксидами:
Вуглекислий газ входить до складу всіх органічних речовин. Колообіг цього газу в природі здійснюється за допомогою:
У процесі життєдіяльності людина виробляє приблизно 1 кг вуглекислого газу на добу.
При вдиху ми отримуємо кисень, проте в цей момент в альвеолах утворюється вуглекислий газ. У цей момент відбувається обмін: кисень потрапляє в кров, а вуглекислий газ виходить назовні.
Отримання вуглекислого газу відбувається при виробництві алкоголю. Також цей газ є побічним продуктом при отриманні:
Застосування вуглекислого газу необхідно в харчовій промисловості, де вуглекислий газ виступає в якості консерванту, а також вуглекислий газ у вигляді рідини міститься в вогнегасниках.
Таблиця з поясненнями на тему “Вуглекислий газ: хімічна формула, молярна маса та фізичні властивості”
| Характеристика | Опис | Цікаві факти | Приклади/Застосування |
|---|---|---|---|
| Хімічна формула | CO₂ | Проста молекула, складається з одного атома вуглецю та двох атомів кисню. | Використовується у хімічних рівняннях для представлення вуглекислого газу. |
| Молярна маса | 44,01 г/моль | Це сума атомних мас двох атомів кисню (16 г/моль кожен) та одного атома вуглецю (12,01 г/моль). | Розрахунки у хімічних реакціях для визначення кількості CO₂. |
| Агрегатний стан | Газ при стандартних умовах | У твердому стані відомий як сухий лід. | Використовується в холодильних системах. |
| Розчинність у воді | Розчинний | Формує слабкий кислотний розчин (вугільна кислота) при розчиненні у воді. | Використовується у газованих напоях. |
| Густина | 1,977 г/л при 0°C і 1 атм | Легше повітря, але важче за гази, такі як гелій чи водень. | Використовується в протипожежних системах. |
| Колір та запах | Безбарвний та без запаху | Часто помилково вважається за “запах” газових горілок, але це – домішки. | Визначення витоку газу у промисловості. |
Висновок
Вуглекислий газ (CO₂) є одним з найважливіших газів у атмосфері Землі, відіграючи ключову роль у процесах фотосинтезу та глобального потепління. Його проста молекулярна структура, відносно висока молярна маса та фізичні властивості, які включають густину та розчинність у воді, роблять його значущим у багатьох промислових та природних процесах. Від газованих напоїв до протипожежних систем, CO₂ знаходить різноманітне застосування.
Особливо важливим є його вплив на кліматичні зміни та екосистему Землі. З одного боку, вуглекислий газ є життєво необхідним для рослин у процесі фотосинтезу, з іншого – його надлишок у атмосфері спричиняє парниковий ефект і глобальне потепління. Тому, розуміння його властивостей та впливу на навколишнє середовище є ключовим для екологічної безпеки та сталого розвитку.
Що ми дізналися?
Вуглекислий газ – це речовина, яка в нормальних умовах не має кольору і запаху. Крім своєї звичайної назви – вуглекислий газ, його також називають: