Углекислый газ меньше чем

Наверное, вопрос, что тяжелее – воздух или углекислый газ, может возникнуть у любого человека. С одной стороны дышать воздухом приходится постоянно – без него даже натренированный человек не продержится дольше нескольких минут. С другой – каждый с детства знает, что при дыхании выделяется углекислый газ. Поэтому давайте разберемся с этим вопросом более детально.

Состав воздуха

Воздух, в отличие от углекислого газа, является не одним веществом, а сложнейшей смесью, в состав которой входят больше десяти веществ. И это только нормальный воздух, а не городской, в который входит еще несколько десятков опасных для человека ингредиентов.

Итак, самая большая доля приходится на азот – воздух состоит из него на 76%. Он не поддерживает горение, не используется при дыхании.

А вот следующий компонент жизненно важен всему живому – кислород. Его в составе воздуха значительно меньше, лишь 23%. Но именно он позволяет человеку, животным, птицам, рыбам и растениям жить. Да-да, растения тоже дышат, хотя это и известно не всем.

Третий газ в составе воздуха – аргон. Его уже совсем немного, лишь 1,3 процента. В живой природе он также почти не применяется, зато активно используется людьми в разных сферах деятельности.

Четвертое же место занимает именно углекислый газ. Правда, количество очень невелико – только 0,046%. Представьте себе, все заводы, автомобили и живые существа на планете почти не могут повысить этот показатель. Хотя, по прогнозам экологов, вредное производство и вырубка лесов приводят к тому, что этот показатель все-таки увеличивается.

Также воздух состоит из неона, криптона, метана, гелия, водорода и ксенона. Последний занимает всего 0,00004% от общей массы. Другие примеси настолько незначительны, что о них можно и не говорить.

Из чего состоит углекислый газ?

Углекислый газ же представляет собой отдельное вещество. Его формула – СО2. Что интересно, в отличие от большинства химических смесей, в природе он совершенно не существует в жидком состоянии. Встречается только в газообразном и твердом, постепенно переходя из одного состояния в другое при определенных условиях.

Он легко пропускает ультрафиолетовые лучи, позволяя Солнцу обогревать Землю. А вот инфракрасное тепло, исходящее от поверхности планеты, не пропускает. Из-за этого оно накапливается, и постепенно температура во всем мире повышается. Это и называется парниковым эффектом, из-за которого экологи всего мира бьют тревогу.

Сравнение плотности

Ученые любят все взвешивать, сравнивать и анализировать. Разумеется, этой участи не избежали и воздух с углекислым газом. Путем сложнейших вычислений с использованием современного оборудования удалось предельно точно установить плотность обоих веществ. Зная их, можно определить, что тяжелее – воздух или углекислый газ, а что – легче.

Для углекислого газа этот показатель составляет 1,977 килограмма на кубический метр. У обычного воздуха же меньше – всего 1,204 кг/м3. Однако стоит учитывать, что столь чистый воздух в природе редко встречается – обычно в нем присутствует также пыль, влага и различные примеси.

Но с научной точки зрения рассматривать следует именно эталонные показатели. Поэтому можно с уверенностью сказать, во сколько раз углекислый газ тяжелее воздуха – почти в 1,64 раза.

Почему они важны?

О важности воздуха уже говорилось выше. Но любой образованный человек и так прекрасно знает, что без него ничто живое на планете Земля не смогло бы выжить в принципе.

А вот что можно сказать про углекислый газ? Парадоксально, но если он внезапно исчезнет с Земли, то и человечество вымрет удивительно быстро. Дело даже не в том, что углекислый газ активно применяется в различных сферах промышленности. Просто он необходим растениям.

Как говорилось выше, любые живые организмы дышат кислородом. И растения – не исключение. Однако им также необходим углекислый газ. Ведь на свету в зеленых клетках активно идет процесс фотосинтеза. Он заключается в расщеплении клеток CO2 на углерод и кислород. Последний выделяется в атмосферу (или в воду, если речь идет о зеленых водорослях, в которых также идет фотосинтез), а углерод используется для построения новых клеток и роста растений. Если весь углекислый газ исчезнет, то и процесс фотосинтеза замрет. А значит, растения перестанут расти, животные и люди останутся без еды, что очень быстро приведет к голоду и вымиранию всего человечества.

Где используется разница массы?

Зная, что тяжелее – воздух или углекислый газ, можно предположить, что последний всегда стремится вниз. И это можно использовать на практике. Например, применяется данный эффект водолазами при погружении с колпаком. Запас воздуха здесь ограничен, и, если бы углекислый газ смешивался с ним равномерно, дыхание было бы затруднено. Но его избыток преимущественно выделяется и опускается ниже, позволяя человеку легко дышать.

Применяется этот эффект и при пожаротушении. Углекислым газом заправляют специальные огнетушители – углекислотные. Когда сжиженный газ вырывается из раструба, он тут же расширяется примерно в 400-500 раз, заодно охлаждаясь на 72 градуса. Уже этого достаточно, чтобы многие горящие предметы потухли. Но тяжелый газ расползается по полу и горящим предметам, вытесняя воздух. Так как СО2 не поддерживает горение, то пламя, оставшись без подпитки кислородом, просто гаснет.

Заключение

На этом можно закончить статью. Теперь вам известно, что тяжелее – воздух или углекислый газ, и во сколько раз. Заодно вы узнали об основных свойствах обоих веществ, их важности в природе, а также использовании разницы плотности в человеческой жизни. Будем надеяться, что эта информация окажется для вас полезной.

Общеизвестно, что мы при дыхании потребляем кислород и выдыхаем CO2. Однако, задумывались ли вы о том, почему именно углекислый газ?

Клеточное дыхание

Говоря о дыхании, первое, что приходит на ум – это наши нос, рот, горло и легкие. Однако, есть еще понятие “клеточное дыхание”. Как следует из названия – это то, что происходит на клеточном уровне в наших телах. Более конкретно, это куча метаболических процессов и реакций, которые протекают в клетках организма для преобразования биохимической энергии, полученной из жизненно важных питательных веществ в источник энергии для поддержания клеточной активности.

Хотя многие биохимические реакции происходят в наших телах все время, то, что происходит внутри наших клеток и отвечает за выработку энергии, вероятно, является самым важным из всего. Реагентами, участвующими в этой реакции, в основном, являются сахара, углеводы, жиры и белки, и поскольку это происходит в присутствии кислорода, то известно как аэробное дыхание.

Эта биохимическая реакция протекает в клетках наших тел, в ее процессе выделяется газообразный диоксид углерода (углекислый газ) в качестве побочного продукта. Именно так он образуется внутри тела. Поскольку глюкоза, жиры и белки используются в качестве источников топлива для этой реакции, скорость производства двуокиси углерода ниже, чем скорость потребления кислорода. Говоря простыми словами, мы производим меньше двуокиси углерода, чем количество потребляемого нами кислорода.

Как углекислый газ удаляется из организма?

Всем известно, что углекислый газ в высоких концентрациях ядовит для нас. Следовательно, он должен быть надлежащим образом удален из организма.

Это достигается с помощью трех основных биологических процессов: молекулы углекислого газа растворяются непосредственно в крови, связываются с белками (в частности, гемоглобином в крови) или посредством бикарбонатного буфера. В рамках этой статьи нас больше интересуют первые два процесса.

1. Растворение СО2 в крови

Из-за определенных химических свойств углекислого газа, он гораздо более растворим в крови человека, чем кислород. Это свойство очень удобно для удаления углекислого газа из клеток, в которых он образовался. Растворенный диоксид углерода переносится в легкие, где альвеолы ​​выводят его из крови, после чего мы выдыхаем его в атмосферу.

2. Удаление двуокиси углерода с помощью гемоглобина.

Молекулы углекислого газа также могут проникать в эритроциты и связываться с гемоглобином – белком в крови, который переносит кислород по всему телу.

Когда углекислый газ связывается с гемоглобином , то образуется молекула, называемая карбаминогемоглобином. Он отвечает за 30% от общего количества диоксида углерода, присутствующего в организме человека. Поскольку такая связь углекислого газа и гемоглобина является обратимым процессом, молекулы углекислого газа отделяются от гемоглобина, когда они достигают легких. Тут снова, газообмен происходит в альвеолах – они насыщают кровь кислородом и удаляют из нее углекислый газ, который в последствии мы выдыхаем.

Еще около 60% углекислого газа в организме транспортируется в крови в виде бикарбонатных ионов (гидрокарбонат) в составе бикарбонатной буферной системы, которая регулирует баланс ионов двуокиси углерода, угольной кислоты и бикарбоната.

Бикарбонатная буферная система поддерживает на должном уровне рН крови для нормального протекания различных метаболических процессов в организме.

Таким образом, углекислый газ вырабатывается в организме в результате клеточного дыхания, при котором жизненно важные питательные вещества в присутствии кислорода преобразуются в энергию. Выделенный CO2 затем удаляется из тела путем растворения в крови и связывания с гемоглобином. После этого вместе с кровью он переносится в легкие, откуда уже при выдохе он удаляется через нос и рот.

В заключение, несколько фактов о дыхании:

Ежедневно мы делаем около 23000 вдохов и еще столько же выдохов.

За час вы выдыхаете от 5 до 20 литров СО2 (зависит от скорости обмена веществ) и около пятидесяти граммов воды.

Вместимость левого легкого ниже, чем у правого.

Если часто выдыхать через рот, а вдохи делать через нос, то в организме может произойти нарушение баланса СО2.

А что вам интересного известно о дыхании?

Прошлая моя заметка вызвала в комментариях ожесточенный спор на тему, является ли человеческая цивилизация основным источником парниковых газов на планете. Уважаемый dims12 привел интересную ссылку, где говорится, что вулканы выбрасывают в 100-500 раз меньше углекислого газа, чем современная цивилизация:

В ответ на это, уважаемый vladimir000 привел свой расчет. В результате него он получил, что выбросы СО2 человеческой цивилизацией гораздо меньше: около 600 миллионов тонн:

Что-то у вас порядок цифр странный. Поиск дает суммарную мощность всех электростанций Земли 2*10^12 ватт, то есть, предположив, что все они работают на ископаемом топливе круглый год, получаем примерно 2*10^16 ватт-час годового потребления, то есть 6*10^15 КДжоулей.

Опять же, поиск дает удельную теплоту сгорания первые десятки тысяч КДжоулей на килограмм ископаемого топлива. Примем для простоты 10000, и примем, что все переработанное топливо улетает в трубу без остатка.

Тогда, чтобы полностью покрыть потребности человечества в энергии, получается, достаточно сжигать 6*10^15 / 10^4 килограмм углерода в год, то есть 6*10^8 тонн. 600 мегатонн в год. Учитывая, что существуют еще атомные, гидро и прочие возобновляемые станции, не вижу за счет чего, итоговое потребление увеличится в 500 раз.

Разница получилась огромная – 500 раз. Но при этом я не совсем понял, откуда получилась эта 500-кратная разница. Если разделить 29 миллиардов тонн на 600 миллионов тонн, то будет разница в 50 раз. С другой стороны, эта разница, вероятно, связана с не 100% КПД электростанцией, и с тем фактом, что ископаемое топливо потребляют не только электростанции, но и для транспорта, обогрева жилищ или производства цемента.

Поэтому можно точнее произвести этот расчет. Для этого просто используем следующую цитату: "при сжигании угля в размере одной тонны условного топлива потребляется 2,3 тонны кислорода и выбрасывается 2,76 тонны углекислого газа, а при сжигании природного газа выбрасывается 1,62 тонны углекислого газа, а потребляется все те же 2,35 тонны кислорода".

Сколько сейчас человечество потребляет условного топлива в год? Такая статистика приводится в отчетах компании BP. Около 13 миллиардов тонн условного топлива. Тем самым человечество выбрасывает в атмосферу порядка 26 миллиардов тонн углекислого газа. Более того, в тех же данных приводится подробная статистика по выбросам СО2 за каждый год. Из неё следует, что эти выбросы постоянно растут:

В тоже время, только половина этих выбросов попадает в атмосферу. Другая половина связывается океаном и почвой:

Тем не менее, палеонтологические данные говорят, что современный уровень углекислого газа является максимальным за последние 3-5 миллионов лет.

Поэтому у меня нет сомнений, что основную часть выбросов СО2 приходится на антропогенные, а не природные источники.