- Struktura
- Molekula
- Molekularne interakcije
- Čista ugljična kiselina
- Svojstva
- Sinteza
- Otapanje
- Tekućina-para
- Čisto kruto
- Prijave
- rizici
- Reference
Karbonska kiselina je anorganski spoj, iako neki rasprava zapravo organska je kemijska formula H 2 CO 3. Stoga je diprotonska kiselina sposobni donira dvije H + iona u vodenom mediju se dobiju dva molekularne kationa H 3 O +. Iz njega proizlaze dobro poznati bikarbonatni (HCO 3 -) i karbonatni (CO 3 2-) ioni.
Ova osebujna kiselina, jednostavna, ali istovremeno uključena u sustave u kojima brojne vrste sudjeluju u ravnoteži tekućina-para, nastaje iz dvije osnovne anorganske molekule: vode i ugljičnog dioksida. Prisutnost neraztopljenog CO 2 uočava se kad god se u vodi bubri, dižući se prema površini.
Čaša s gaziranom vodom, jedan je od najčešćih napitaka koji sadrže ugljičnu kiselinu. Izvor: Pxhere.
Ovaj se fenomen vrlo redovito vidi u gaziranim pićima i gaziranoj vodi.
U slučaju gazirane ili gazirane vode (gornja slika), takva se količina CO 2 rastopila da je njezin parni tlak dvostruko veći od atmosferskog tlaka. Kada ga otkopčate, razlika tlaka unutar boce i izvana smanjuje topljivost CO 2, zbog čega se pojavljuju mjehurići koji završavaju istječući iz tekućine.
U manjoj mjeri ista se stvar događa u bilo kojem tijelu slatke ili slane vode: zagrijavanjem će se ispuštati njihov otopljeni sadržaj CO 2.
Međutim, CO 2 ne samo otopi, ali prolazi transformacije u svojoj molekuli koja se pretvori u H 2 CO 3; kiselina koja ima premalo životnog vijeka, ali dovoljna da označi mjerljivu promjenu pH vrijednosti vodenog otapala, te također stvori jedinstveni karbonatni puferski sustav.
Struktura
Molekula
Molekula ugljične kiseline predstavljena modelom sfera i šipki. Izvor: Jynto i Ben Mills putem Wikipedije.
Gore imamo H 2 CO 3 molekule, predstavljen područja i bara. Crvene sfere odgovaraju atomima kisika, crne atomu ugljika, a bijele atomima vodika.
Imajte na umu da polazeći od slike možete napisati drugu važeću formulu za ovu kiselinu: CO (OH) 2, gdje CO postaje karbonilna skupina, C = O, povezana s dvije hidroksilne skupine, OH. Budući da postoje dvije OH grupe sposobne donirati svoje vodikove atome, sada se razumije odakle dolaze H + ioni pušteni u okoliš.
Molekularna struktura ugljične kiseline.
Također imajte na umu da se formula CO (OH) 2 može napisati kao OHCOOH; to jest, tipa RCOOH, gdje je R u ovom slučaju OH grupa.
Iz tog razloga, osim činjenice da se molekula sastoji od atoma kisika, vodika i ugljika, koji su previše uobičajeni u organskoj kemiji, ugljičnu kiselinu neki smatraju organskim spojem. Međutim, u odjeljku o njegovoj sintezi bit će objašnjeno zašto ga drugi smatraju anorganskom i neekološkom u prirodi.
Molekularne interakcije
Iz molekule H 2 CO 3 može se komentirati da je njegova geometrija trigonalna ravnina, a ugljik je smješten u središtu trokuta. U dvije svoje vrhove ima OH skupine, koje su donos vodikove veze; a u ostatku atom kisika iz skupine C = O, akceptor vodikovih veza.
Tako, H 2 CO 3 ima snažnu tendenciju za interakciju sa protonskim ili kisik (i dušičnih) otapala.
I slučajno, voda ispunjava ove dvije karakteristike, a afinitet H 2 CO 3 za to je takva da gotovo odmah daje do jedan H + i ravnoteža hidroliza počinje se utvrdi da uključuje HCO 3 - i H 3 O vrste. +.
Zato samo prisustvo vode razgrađuje ugljičnu kiselinu i otežava je izoliranje kao čisti spoj.
Čista ugljična kiselina
Vraća se na H 2 CO 3 molekule, što je ne samo ravna, može uspostaviti vodikove veze, ali se mogu također prisutan cis-trans izomera; To je, na slici imamo cis izomer, pri čemu su dva H usmjerena u istom smjeru, dok bi u trans izomeru bila usmjerena u suprotnim smjerovima.
Cis izomer je stabilniji od ta dva i zato je jedini koji je obično zastupljen.
Čisti krutina H 2 CO 3 sastoji se od kristalne strukture koja se sastoji od slojeva ili slojeva molekula u interakciji s bočnim vodikovih veza. Ovo se može očekivati, i H 2 CO 3 molekuli koja se ravna i trokutasti. Kada sublimira, cikličke dimeri (H 2 CO 3) 2 pojavljuju, koje su povezane s dvije vodikovim vezama OO-OH.
Simetrije od H 2 CO 3 kristala nije definiran u ovom trenutku. Smatralo se da kristalizira kao dva polimorfna oblika: α-H 2 CO 3 i β-H 2 CO 3. Međutim, α-H 2 CO 3, sintetizirani iz smjese CH 3 COOH-CO 2, pokazalo se da je zapravo CH 3 OCOOH: a monometil ester ugljične kiseline.
Svojstva
Što je spomenuto da je H 2 CO 3 je diprotonska kiselina, tako da se mogu donirati dvije H + iona u mediju koji ih prihvaća. Kad je ovaj medij voda, jednadžbe disocijacije ili hidrolize su:
H 2 CO 3 (aq) + H 2 O (l) <=> HCO 3 - (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 1 = 2.5 x 10 -4)
HCO 3 - (aq) + H 2 O (l) <=> CO 3 2- (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 2 = 4.69 × 10 -11)
HCO 3 - anion bikarbonata ili hidrogenkarbonata, a CO 3 2- karbonatni anion. Njihove konstante ravnoteže, Ka 1 i Ka 2, su također opisane. Ka jer 2 pet milijuna puta manji od Ka 1, formiranje i koncentracija CO 3 2- zanemarivi.
Stoga, iako se radi o diprotskoj kiselini, drugi H + ga jedva može osloboditi značajno. Međutim, prisustvo otopljenog CO 2 u velikim količinama je dovoljno da bi se zakiselio medij; u ovom slučaju voda, snižavajući njezine pH vrijednosti (ispod 7).
Govoriti ugljična kiselina je da se odnosi na praktično u vodenu otopinu u kojoj su vrste HCO 3 - i H 3 O + dominirati; on se ne može izolirati konvencionalnim metodama jer bi najmanji pokušaj preusmjerio ravnotežu topljivosti CO 2 u stvaranje mjehurića koji bi izlazili iz vode.
Sinteza
Otapanje
Ugljična kiselina jedan je od najlakših spojeva za sintezu. Kako? Najjednostavnija metoda je probijanje zraka uz pomoć slame ili slame u koju udišemo volumen vode. Budući da u osnovi izdahnemo CO 2, on će bubnuti u vodi, otapajući mali dio njega.
Kad to učinimo, dogodi se sljedeća reakcija:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Ali zauzvrat, mora se uzeti u obzir topljivost CO 2 u vodi:
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
I CO 2 i H 2 O su anorganske molekule, pa H 2 CO 3 anorganski ovog gledišta.
Tekućina-para
Kao rezultat, imamo sustav ravnoteže koji je visoko ovisan o parcijalnim pritiscima CO 2, kao i temperaturi tekućine.
Na primjer, ako se tlak CO 2 poveća (u slučaju da zrak pušimo s većom silom kroz slamu), formirat će se više H 2 CO 3 i pH će postati kiseliji; jer se prva ravnoteža pomiče udesno.
S druge strane, ako grijemo H 2 CO 3 rješenje, topljivost CO 2 u vodi će se smanjiti jer je to plin i ravnoteža će tada pomak u lijevo (tu će biti manje H 2 CO 3). Slično će biti ako pokušamo primijeniti vakuum: CO 2 će pobjeći kao i molekule vode, koje bi opet prebacile ravnotežu ulijevo.
Čisto kruto
Gore nam omogućuje da dođe do zaključka: od H 2 CO 3 otopine ne postoji način da se sintetiziraju ovog kiselina kao čiste krutine konvencionalnom metodom. Međutim, to se događa od 90-ih godina prošlog stoljeća, počevši od čvrstih smjesa CO 2 i H 2 O.
To 50% krutina CO 2 H 2 O smjesa se bombardirane protona (tip kozmičke zračenja), tako da ne može pobjeći dio i formiranje H 2 CO 3 događa. Za ovu svrhu, CH 3 OH-CO 2 smjesa također je korišten (zapamtiti α-H 2 CO 3).
Druga metoda je učiniti isto, ali izravno koristiti suhi led, ništa više.
Iz tri metode, NASA-ini znanstvenici uspjeli su donijeti jedan zaključak: čista ugljična kiselina, kruta ili plinovita, može postojati u ledenim satelitima Jupiter, u marsovskim ledenjacima i u kometima, gdje se takve čvrste smjese neprestano zrače. kozmičkim zrakama.
Prijave
Karbonska kiselina je sama po sebi beskorisni spoj. Iz njihovih se rješenja, međutim, mogu pripraviti puferske otopine na bazi parova HCO 3 - / CO 3 2- ili H 2 CO 3 / HCO 3 -.
Zahvaljujući tim otopinama i djelovanju enzima ugljične anhidraze, prisutnog u crvenim krvnim ćelijama, CO 2 proizveden disanjem može se prenijeti u krvi u pluća, gdje se konačno oslobađa da se izdisaje izvan našeg tijela.
Kuhanje CO 2 upotrebljava se za dobivanje bezalkoholnih pića i ugodan osjećaj u grlu za zaustavljanje pijenja.
Isto tako, prisutnost H 2 CO 3 ima geološki značaj u formiranju vapnenca stalaktita, jer polako ih otapa dok ne potječu svoje šiljaste završi.
S druge strane, njegova se rješenja mogu koristiti za pripremu nekih metalnih bikarbonata; iako je za to isplativije i lakše izravno koristiti bikarbonatnu sol (na primjer NaHCO 3).
rizici
Ugljična kiselina ima tako mali životni vijek u normalnim uvjetima (procjenjuju se oko 300 nanosekundi) da je praktički bezopasna za okoliš i živa bića. Međutim, kao što je rečeno, to ne znači da ne može stvoriti zabrinjavajuću promjenu pH vrijednosti oceanske vode, što utječe na morsku faunu.
S druge strane, pravi "rizik" nalazi se u unosu gazirane vode, jer je količina CO 2 otopljenog u njima mnogo veća nego u normalnoj vodi. Međutim, i opet, ne postoje studije koje bi pokazale da pijenje gazirane vode predstavlja fatalan rizik; ako ga čak preporučuju za brzo i borbu protiv probavne smetnje.
Jedini negativni učinak koji se opaža kod onih koji piju ovu vodu je osjećaj punoće, jer im se želudac napuni plinovima. Izvan toga (da ne spominjemo sode, budući da ih čine mnogo više od samo ugljične kiseline), može se reći da ovaj spoj uopće nije toksičan.
Reference
- Day, R., i Underwood, A. (1989). Kvantitativna analitička kemija (peto izdanje). Dvorana PEARSON Prentice.
- Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Karbonska kiselina. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Ugljična kiselina: Video, tvorevina, struktura i kemijska jednadžba. Studija. Oporavilo od: study.com
- Götz Bucher i Wolfram Sander. (2014). Razjašnjenje strukture ugljične kiseline. Svezak 346, broj 6209, str. 544-545. DOI: 10.1126 / znanost.1260117
- Lynn Yarris (22. listopada 2014.). Nova saznanja o ugljičnoj kiselini u vodi. Berkeley laboratorij. Oporavak od: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammond. (2015., 14. rujna). Je li pjenušava voda zaista loše za vas? Oporavak od: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Čvrsta i plinovita ugljična kiselina. Institut za fizičku kemiju. Sveučilište u Innsbrucku.