Свойства на въглеродна киселина (H2CO3), употреба и значение



на въглеродна киселина, преди това се нарича въздушна киселина или въздушна киселина, тя е единствената неорганична киселина на въглерода и има формулата H2CO3.

Солите на въглеродните киселини се наричат ​​бикарбонати (или хидрокарбонати) и карбонати (база данни за човешки метаболом, 2017). Неговата структура е представена на фигура 1 (EMBL-EBI, 2016).

Казва се, че въглеродната киселина се образува от въглероден диоксид и вода. Въглеродната киселина се среща само чрез соли (карбонати), киселинни соли (хидроген карбонати), амини (карбаминова киселина) и киселинни хлориди (карбонил хлорид) (MeSH, 1991).

Съединението не може да бъде изолирано като чиста или твърда течност, тъй като продуктите от неговото разлагане, въглероден диоксид и вода са много по-стабилни от киселините (Royal Society of Chemistry, 2015).

Въглеродна киселина се намира в човешкото тяло, СО2 в кръвта се комбинира с вода, за да образува въглеродна киселина, която след това се издишва като газ от белите дробове..

Намира се и в скали и пещери, където варовиците могат да бъдат разтворени. H2CO3 може да се открие и във въглища, метеорити, вулкани, киселинни дъждове, подземни води, океани и растения (Carbonic acid Formula, S.F.).

индекс

  • 1 въглени киселини и карбонатни соли
  • 2 "Хипотетичен" въглероден диоксид и водна киселина
  • 3 Физични и химични свойства
  • 4 Използване
  • 5 Значение
  • 6 Препратки

Въглеродна киселина и карбонатни соли

Въглеродната киселина се образува в малки количества, когато нейният анхидрид, въглероден диоксид (CO2) се разтваря във вода.

CO2 + H2O2H2CO3

Преобладаващите видове са просто хидратирани молекули на CO2. Може да се счита, че въглена киселина е дипротична киселина, от която могат да се образуват две серии соли, а именно водородни карбонати или бикарбонати, съдържащи НСОз- и карбонати, съдържащи СО32.-.

H2CO3 + H2O 3 H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

Въпреки това, киселинно-алкалното поведение на въглеродната киселина зависи от различните скорости на някои от участващите реакции, както и от неговата зависимост от рН на системата. Например при рН, по-ниско от 8, основните реакции и тяхната относителна скорост са следните:

  • CO2 + H2O CO H2CO3 (бавно)
  • H2CO3 + OH- O HCO3- + H2O (бързо)

Над рН 10 са важни следните реакции:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (бавно)
  • HCO3- + OH- 32 CO32- + H2O (бързо)

Между стойностите на рН от 8 и 10 всички горепосочени равновесни реакции са значителни (Zumdahl, 2008).

"Хипотетичен" въглероден диоксид и водна киселина

Доскоро учените бяха убедени, че въглеродната киселина не съществува като стабилна молекула.

В списанието Angewandte Chemie, немски изследователи са въвели прост пиролитичен метод за производство на газова фаза на въглена киселина, която позволява спектроскопското характеризиране на газова фаза на въглена киселина и нейния монометилов естер (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Въглеродната киселина съществува само за малка част от секундата, когато въглеродният диоксид се разтваря във вода, преди да стане смес от протони и бикарбонатни аниони..

Въпреки краткия си живот въглеродната киселина дава трайно въздействие върху земната атмосфера и геология, както и върху човешкото тяло..

Благодарение на краткия си живот, детайлната химия на въглеродната киселина е забулена в мистерия. Изследователи като лабораторията в Бъркли и Калифорнийският университет в Бъркли помагат да се вдигне тази завеса чрез серия от уникални експерименти..

В последното си проучване те показаха как газообразните молекули на въглеродния диоксид са солватирани с вода, за да инициират химията на протонния трансфер, който произвежда въглеродна киселина и бикарбонат (Yarris, 2015).

През 1991 г. учените от Центъра за космически полети на НАДА (САЩ) успяха да направят твърди проби от H2CO3. Те направиха това чрез излагане на замразена смес от вода и въглероден диоксид на високоенергийното протонно лъчение и след това нагряване, за да се премахне излишната вода..

Оставащата въглеродна киселина се характеризира с инфрачервена спектроскопия. Фактът, че въглеродната киселина е получена чрез облъчване на твърда смес от H2O + CO2, или дори чрез облъчване само на сух лед.

Това е довело до предположения, че H2CO3 може да бъде намерен в космическото пространство или на Марс, където се откриват сладоледи H2O и CO2, както и космически лъчи (Khanna, 1991)..

Физични и химични свойства

Въглеродната киселина съществува само във воден разтвор. Не беше възможно да се изолира чистото съединение. Това решение лесно се разпознава, защото има ефервесценция на газообразен въглероден диоксид, който излиза от водната среда.

Той има молекулно тегло 62,024 g / mol и плътност 1,668 g / ml. Въглеродната киселина е слаба и нестабилна киселина, която частично се разпада във вода във водородни йони (Н +) и бикарбонатни йони (НСО3-), чиято рКа е 3,6.

Като дипротична киселина, тя може да образува два вида соли, карбонати и бикарбонати. Добавянето на основата към излишък на въглеродна киселина дава бикарбонатни соли, а добавянето на излишък от основа към въглена киселина дава карбонатни соли (Национален център за биотехнологична информация., 2017).

Въглеродната киселина не се счита за токсична или опасна и присъства в човешкото тяло. Излагането на високи концентрации обаче може да раздразни очите и дихателните пътища.

приложения

Според Мишел Макгуайър Хранителни науки иВъглеродната киселина се намира във ферментирали храни под формата на отпадъци, генерирани от бактерии, които се хранят с разлагаща се храна.

Газовите мехурчета, произведени в храната, обикновено са въглероден диоксид на въглеродната киселина и знак, че храната ферментира. Примери за често погълнати ферментирали храни са соев сос, мисо супа, кисело зеле, корейски кимчи, темпе, кефир и кисело мляко..

Ферментираните зърна и зеленчуците също съдържат полезни бактерии, които могат да контролират потенциално патогенни микроорганизми в червата и да подобрят производството на витамини B-12 и K.

Въглеродна киселина, разтвор на въглероден диоксид или дихидрокарбонат се образуват по време на процеса на карбонизация на водата. Той е отговорен за ефервесцентния аспект на безалкохолните напитки и безалкохолните напитки, както е посочено в Речника на храните и науката.

Въглеродната киселина допринася за високата киселинност на содата, но съдържанието на рафинирана захар и фосфорна киселина е основната причина за тази киселинност (DUBOIS, 2016).

Въглеродната киселина се използва и в много други области, като фармацевтични продукти, козметика, торове, преработка на храни, анестетици и др..

важност

Въглеродната киселина обикновено се среща във водите на океаните, моретата, езерата, реките и дъжда, защото се образува, когато въглеродният диоксид, който е широко разпространен в атмосферата, влиза в контакт с вода..

Той дори присъства в леда на ледниците, макар и в по-малки количества. Въглеродната киселина е много слаба киселина, въпреки че може да допринесе за ерозията във времето.

Увеличаването на въглеродния диоксид в атмосферата е довело до появата на повече въглероден диоксид в океаните и отчасти е причината за лекото повишаване на киселинността на океаните през последните сто години..

Въглеродният диоксид, отпадъчен продукт от клетъчния метаболизъм, се намира в относително висока концентрация в тъканите. Дифундира в кръвта и се отвежда в белите дробове, за да се елиминира с изтекъл въздух.

Въглеродният диоксид е много по-разтворим от кислорода и лесно се разпространява в червените кръвни клетки. Реагира с вода, за да образува въглеродна киселина, която при алкално рН на кръвта се появява главно като бикарбонат (Robert S. Schwartz, 2016).

Въглеродният диоксид навлиза в кръвта и тъканите, защото локалното парциално налягане е по-голямо от парциалното му налягане в кръвта, която тече през тъканите. Тъй като въглеродният диоксид навлиза в кръвта, той се комбинира с вода, за да образува въглеродна киселина, която се разпада на водородни йони (Н +) и бикарбонатни йони (НСО3-)..

Естественото превръщане на въглеродния диоксид в въглена киселина е относително бавен процес. Въпреки това, карбоанхидразата, протеинов ензим, присъстващ в червените кръвни клетки, катализира тази реакция достатъчно бързо, че се постига само за част от секундата..

CO2 + H2O2H2CO3

Тъй като ензимът присъства само в червените кръвни клетки, бикарбонатът се натрупва в много по-голяма степен в червените кръвни клетки, отколкото в плазмата..

Способността на кръвта да транспортира въглероден диоксид като бикарбонат се засилва чрез йонна транспортна система в мембраната на червените кръвни клетки, която едновременно премества бикарбонатния йон от клетката и в плазмата в замяна на хлориден йон..

Едновременният обмен на тези два йона, известен като хлориден обмен, позволява плазмата да се използва като място за съхранение на бикарбонат, без да се променя електрическия заряд на плазмата или червените кръвни клетки..

Само 26% от общото съдържание на въглероден диоксид в кръвта съществува като бикарбонат в червените кръвни клетки, докато 62% съществува като бикарбонат в плазмата; Въпреки това, повечето бикарбонатни йони първо се произвеждат вътре в клетката, след което се транспортират до плазмата.

Обратната последователност на реакциите се случва, когато кръвта достигне белия дроб, където парциалното налягане на въглеродния диоксид е по-ниско, отколкото в кръвта. Реакцията, катализирана от карбоанхидраза, се обръща в белите дробове, където се превръща обратно в CO2 и позволява изхвърлянето й (Neil S. Cherniack, 2015).

препратки

  1. Международно издание на Angewandte Chemie. (2014, 23 септември). Въглеродна киселина - и все пак тя съществува! Изтеглено от chemistryviews.org.
  2. Формула на въглена киселина. (S.F.). Възстановен от softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11 януари). Въглеродна киселина в храни. Изтеглено от livestrong.com.
  4. EMBL-EBI. (2016, 27 януари). въглеродна киселина. Възстановен от ebi.ac.uk.
  5. База данни за човешки метаболом. (2017, 2 март). Въглеродна киселина. Изтеглено от hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Инфрачервени и мас-спектрални изследвания на облъчен с протон H2O + CO2 лед: Доказателство за въглеродна киселина. Spectrochimica Acta Част А: Молекулярна спектроскопия Т. 47, брой 2, 255-262. Извлечено от science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Въглеродна киселина. Извлечено от ncbi.nlm.nih.
  8. Национален център за биотехнологична информация ... (2017, 11 март). PubChem Compound Database; CID = 767. Взето от pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Нийл С. Черняк, напр. а. (2015, 20 март). Човешки респираторни Възстановен от britannica.com.
  10. Робърт С. Шварц, К. Л. (2016, 29 април). Кръв. Възстановен от britannica.com.
  11. Кралско химическо дружество. (2015). Въглеродна киселина. Извлечено от: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16 юни). Разкриване на мистериите на въглеродната киселина. Изтеглено от: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, 15 август). Oxyacid. Изтеглено от: britannica.com.