Struktura kwasu węglowego (H2CO3), właściwości, synteza, zastosowania

On kwas węglowy Jest to związek nieorganiczny, chociaż są tacy, którzy debatują, że w rzeczywistości jest organiczna, której formuła chemiczna to h₂WSPÓŁ₃. Jest to zatem kwas dioprotyczny, który jest w stanie przekazać dwa jony H⁺ do środowiska wodnego w celu wygenerowania dwóch kationów molekularnych h₃ALBO⁺. Od niego powstają dobrze znane jony wodorowęglanowe (HCO₃^-) i węglan (co₃^2-).

Ten szczególny kwas, prosty, ale jednocześnie zaangażowany w systemy, w których liczne gatunki uczestniczą w równowadze ciekłej wapki, powstaje z dwóch podstawowych cząsteczek nieorganicznych: wody i dwutlenku węgla. Obecność CO₂ Informuje się zawsze, że w wodzie jest pęcherz, wstępujący do powierzchni.

Szkło z wodą z gazu, jeden z najczęstszych napojów zawierających kwas węglowy. Źródło: Pxhere.

Zjawisko to jest regularnie obserwowane w napojach bezalkoholowych i wodach gazowanych.

W przypadku wody gazowanej lub wysagifikowanej (obraz doskonały) taka ilość została rozpuszczona₂ że twoje ciśnienie pary to ponad podwójne ciśnienie atmosferyczne. Odkrywając go, różnica ciśnienia w butelce i zewnętrznej części zmniejsza rozpuszczalność CO₂, Więc pęcherzyki, które kończą się na ucieczce, pojawiają się płyn.

W mniejszym stopniu to samo dzieje się w każdej masie świeżej lub soli fizjologicznej: kiedy je podgrzewają, uwolnią swoją rozpuszczoną zawartość CO₂.

Jednak CO₂ Jest nie tylko rozpuszczony, ale cierpi transformacje w swojej cząsteczce, które czyni ją h₂WSPÓŁ₃; Kwas, który ma bardzo niewielkie życie, ale wystarczająco, aby zaznaczyć hipnotowalną zmianę pH jego wodnego środowiska rozpuszczalnika, a także wygenerować unikalny system bufora węglanowego.

[TOC]

Struktura

Cząsteczka

Cząsteczka kwasu węglowego reprezentowana za pomocą modelu sfer i słupków. Źródło: Jynto i Ben Mills przez Wikipedię.

W górę mamy cząsteczkę H₂WSPÓŁ₃, reprezentowane z kulami i prętami. Czerwone kule odpowiadają atomom tlenu, atomem czarnym do węgla i białymi atomami wodoru.

Zauważ, że zaczynając od obrazu, możesz napisać kolejną prawidłową formułę dla tego kwasu: CO (OH)₂, gdzie CO staje się grupą karbonylową, C = O, połączoną z dwiema grupami hydroksylowymi, OH. Gdy istnieją dwie grupy OH, zdolne do przekazania ich atomów wodoru, teraz rozumie się, skąd pochodzą jony H⁺ Wydany w środku.

Struktura molekularna kwasu węglowego.

Zauważ, że Formuła CO (OH)₂ Można to zapisać jako Ohcooh; to znaczy typ RCOOH, gdzie R staje się w tym przypadku grupa OH.

Z tego powodu, oprócz faktu, że cząsteczka składa się z tlenu, wodoru i atomów węgla, zbyt powszechnego w chemii organicznej, że kwas węglowy jest przez niektórych jako związek organiczny. Jednak w części syntezy zostanie wyjaśnione, dlaczego inni uważają ją za natury nieorganicznej i nieorganicznej.

Może ci służyć: dihydroksyaceton: struktura, właściwości, uzyskiwanie, użycia

Interakcje molekularne

Cząsteczki h₂WSPÓŁ₃ Można skomentować, że jego geometria jest płaska trygonalna, z węglem znajdującym się w środku trójkąta. W dwóch wierzchołkach ma grupy OH, które są dawcami mostu wodorowego; A w pozostałych innych atom tlenu grupy C = O, akceptor mostu wodorowego.

Tak więc h₂WSPÓŁ₃ Ma silną tendencję do interakcji z protekcjami lub natlenionymi rozpuszczalnikami (a także azotem).

I przypadkowo woda spełnia te dwie cechy, a powinowactwo H jest takie₂WSPÓŁ₃ Dla niej prawie natychmiast daje jej h⁺ I równowaga hydrolizy, która obejmuje gatunki HCO₃^- i H₃ALBO⁺.

Właśnie dlatego sama obecność wody rozkłada kwas węglowy i sprawia, że ​​jego izolacja jest zbyt skomplikowana.

Czysty kwas węglowy

Powrót do cząsteczki H₂WSPÓŁ₃, Jest nie tylko płaski, zdolny do ustanowienia mostów wodorowych, ale może również przedstawiać CIS-Trans Isomeía; Jest to, na obrazie mamy izomer cis, z dwoma H wskazującymi w tym samym kierunku, podczas gdy w izomerze trans wskazaliby w przeciwnych kierunkach.

Izomer CIS jest najbardziej stabilny z obu i dlatego jest jedynym, który zwykle jest reprezentowany.

Czysta substancja h₂WSPÓŁ₃ Składa się z krystalicznej struktury złożonej z warstw lub liści cząsteczek oddziałujących z bocznymi mostami wodorowymi. Jest to oczekiwane, będąc cząsteczką h₂WSPÓŁ₃ Płaski i trójkątny. Gdy pojawiają się podplimalne, pojawiają się cykliczne zmierzchu (h₂WSPÓŁ₃)₂, które łączą dwa mosty wodorowe C = O - OH.

Symetria HR₂WSPÓŁ₃ Nie można go było zdefiniować przez chwile. Uznano go za krystalizowane jako dwa polimorfy: α-H₂WSPÓŁ₃ i β- H₂WSPÓŁ₃. Jednak α-H₂WSPÓŁ₃, zsyntetyzowane na podstawie mieszanki CHO₃Cooh-Co₂, Wykazano, że to właściwie Cho₃OROH: Ster kwasu węglowego monometrii.

Nieruchomości

Wspomniano, że H₂WSPÓŁ₃ Jest to kwas dioprotyczny, dzięki czemu można przekazać dwa jony H⁺ do medium, które ich akceptuje. Gdy to medium jest wodą, równania jego dysocjacji lub hydrolizy to:

H₂WSPÓŁ₃(AC) + H₂Lub (L) HCO₃^-(AC) + H₃ALBO⁺(Ac) (ka₁ = 2,5 × 10⁻⁴)

HCO₃^-(AC) + H₂Lub (l) co₃^2-(AC) + H₃ALBO⁺(Ac) (ka₂ = 4,69 × 10⁻¹¹)

HCO₃^- Jest to wodorowęglan lub anion wodorowęglanowy i CO₃^2- Anion węglanowy. Wskazują również swoje odpowiednie stałe równowagi, ka₁ i Ka₂. Bycie ka₂ Pięć milionów razy mniejsze niż Ka₁, Tworzenie i stężenie CO₃^2- Są nikczemne.

Nawet jeśli jest to kwas dioprotyczny, drugi h⁺ Ledwo możesz to zwolnić. Jednak obecność CO₂ rozpuszczone w dużych ilościach wystarczającej do zakwaszenia pożywki; W takim przypadku woda, obniżanie wartości pH (poniżej 7).

Może ci służyć: fusion

Mówienie o kwasu węglowym praktycznie odnosi się do roztworu wodnego, w którym dominują gatunki HCO₃^- i H₃ALBO⁺; Nie można go izolować konwencjonalnymi metodami, ponieważ najmniejsze próby wyparłyby równowagę rozpuszczalności CO₂ do tworzenia bąbelków, które uciekłyby z wody.

Synteza

Rozpuszczenie

Kwas węglowy jest jednym z najłatwiejszych związków do syntezy. Jak? Najprostszą metodą jest bąbelka, za pomocą słomy lub sorbetu, powietrze, które wydychujemy w objętości wody. Ponieważ wydychamy w istocie CO₂, Ten bąbelek w wodzie, rozpuszczając niewielki ułamek tego samego.

Kiedy to robimy, następuje następująca reakcja:

WSPÓŁ₂(g) + h₂Lub (l) h₂WSPÓŁ₃(AC)

Ale z kolei należy rozważyć rozpuszczalność CO₂ w wodzie:

WSPÓŁ₂(g) co₂(AC)

Oba co₂ Jak h₂Lub są cząsteczkami nieorganicznymi, więc h₂WSPÓŁ₃ Jest nieorganiczny, odkąd ten punkt widział.

Równowaga ciecz-vapor

W rezultacie mamy układ w równowadze, który zależy w dużej mierze od częściowych ciśnień CO₂, a także temperatura cieczy.

Na przykład, jeśli ciśnienie CO₂ Wzrasta (w przypadku, gdy powiemy powietrze z większą siłą przez sorbet), powstanie więcej H₂WSPÓŁ₃ a pH stanie się bardziej kwaśne; Ponieważ pierwsza równowaga porusza się w prawo.

Z drugiej strony, jeśli podgrzejemy rozwiązanie H₂WSPÓŁ₃, Rozpuszczalność CO zmniejszy₂ W wodzie, ponieważ jest to gaz, a równowaga przesunie się w lewo (będzie mniej h₂WSPÓŁ₃). Podobne będzie, jeśli spróbujemy zastosować próżnię: co₂ Ucieknie, a także cząsteczki wody, które ponownie przesuną równowagę w lewo.

Czysta stała

Powyższe pozwala wyciągnąć wniosek: z rozwiązania H₂WSPÓŁ₃ Nie ma sposobu na zsyntetyzację tego kwasu jako czystej substancji stałej za pomocą konwencjonalnej metody. Jednak zostało to zrobione od lat 90. ubiegłego wieku, zaczynając od solidnych mieszanin CO₂ i H₂ALBO.

Do tej solidnej mieszanki Co₂-H₂Lub przy 50% jest bombardowane protonami (rodzaj promieniowania kosmicznego), tak że żaden z dwóch elementów nie ucieknie, a tworzenie H zachodzi₂WSPÓŁ₃. W tym celu zastosowano również mieszankę cho₃Oh-Co₂ (Pamiętaj α-H₂WSPÓŁ₃).

Inną metodą jest robienie tego samego, ale bezpośrednio przy użyciu suchego lodu, nic więcej.

Z trzech metod naukowcy NASA mogą dojść do wniosku: czysty, stały lub gazowy kwas węglowy może istnieć w lodach Jowisza, w marsjańskich lodowcach i w kometach, gdzie takie stałe mieszaniny są stale napromieniowane dla promieni kosmicznych.

Może ci służyć: pipeta wolumetryczna: charakterystyka, zastosowania, kalibracja i błędy

Aplikacje

Sam kwas węglowy jest związkiem bez żadnej użyteczności. Z jego rozwiązań można jednak przygotować rozwiązania tłumienia oparte na rówieśnikach HCO₃^-/WSPÓŁ₃^2- lub h₂WSPÓŁ₃/Hco₃^-.

Dzięki tym roztworom i działaniu enzymu anhydrazy węglowej, obecnej w czerwonych krwinkach, co₂ Wyprodukowany podczas oddychania można przetransportować krew do płuc, gdzie w końcu zostaje zwolniony, aby zostać wydychanym poza naszym ciałem.

Bubjueo z CO₂ Wykorzystuje gazę napojów przyjemne i charakterystyczne uczucie, które zostawiają w gardle podczas ich picia.

Także obecność H₂WSPÓŁ₃ Ma znaczenie geologiczne w tworzeniu wapiennych stalaktytów, ponieważ rozpuszcza je powoli, dopóki nie pochodzą one spiczaste wykończenia.

Z drugiej strony ich rozwiązania można wykorzystać do przygotowania metalowych wodorowęglanów; Chociaż jest bardziej opłacalny i łatwy w użyciu soli wodorowęglanowej (Nahco₃, Na przykład).

Ryzyko

Kwas węglowy ma tak bardzo małe życie w normalnych warunkach (szacują, że około 300 nanosekund), co jest praktycznie nieszkodliwe dla środowiska i żywych istot. Jednak, jak wspomniano wcześniej, nie oznacza to, że nie może wygenerować niepokojącej zmiany pH wody oceanicznej, wpływając na faunę morską.

Z drugiej strony prawdziwe „ryzyko” jest w gazieniu wlotu, ponieważ ilość CO₂ rozpuszczone w nich jest znacznie większe niż w normalnej wodzie. Jednak i znowu nie ma badań, które wykazały, że picie wody gazowej stanowi śmiertelne ryzyko; Jeśli nawet polecasz, aby pościć i zwalczać niestrawność.

Jedynym negatywnym efektem obserwowanym dla tych, którzy piją tę wodę, jest poczucie pełni, ponieważ ich żołądki są wypełnione gazami. Z tego (nie wspominając o napojach bezalkoholowych, ponieważ składają się one z znacznie więcej niż tylko kwas węglowy), można powiedzieć, że ten związek wcale nie jest toksyczny.

Bibliografia

1. Dzień, r., & Underwood, a. (1989). Ilościowa chemia analityczna (ed.). Pearson Prentice Hall.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). KWAS WĘGLOWY. Źródło: w:.Wikipedia.org
4. Danielle Reid. (2019). Kwas węglowy: tworzenie, struktura i równanie chemiczne wideo. Badanie. Odzyskane z: Study.com
5. Götz Bucher i Wolfram Sander. (2014). Wyjaśnienie struktury kwasu węglowego. Tom. 346, wydanie 6209, pp. 544-545. Doi: 10.1126/Science.1260117
6. Lynn Yarris. (22 października 2014). Nowe spostrzeżenia na temat kwasu węglowego w wodzie. Berkeley Lab. Odzyskane z: NewsCenter.lbl.Gov
7. Claudia Hammond. (14 września 2015 r.). Jest dla ciebie błyszcząca woda? Źródło: BBC.com
8. Jürgen Bernard. (2014). Stały i gazowy kwas węglowy. Instytut Chemii fizycznej.  University of Innsbruck.