- Структура
- Молецуле
- Молекуларне интеракције
- Чиста угљенична киселина
- Својства
- Синтеза
- Распуштање
- Течно-парна равнотежа
- Чисто чврсто
- Апликације
- Ризици
- Референце
Карбонске киселине је неорганско једињење, иако неки расправа заправо је органска, хемијска формула Х 2 ЦО 3 . Стога је дипротиц киселине, способна донирања два Х + јона у воденом медијуму за генерисање два молекуларних катјоне Х 3 О + . Из њега потичу добро познати бикарбонатни (ХЦО 3 - ) и карбонатни (ЦО 3 2- ) јони .
Ова осебујна киселина, једноставна, али истовремено укључена у системе где бројне врсте учествују у равнотежи течности и пара, формирана је из два основна неорганска молекула: воде и угљендиоксида. Присуство нераствореног ЦО 2 примећује се кад год се у води бубу и дижу према површини.
Чаша са газираном водом, једно од најчешћих пића која садрже угљену киселину. Извор: Пкхере.
Ова појава се веома редовно примећује у газираним пићима и газираној води.
У случају газиране или газиране воде (горња слика), таква количина ЦО 2 је растворена да је њен притисак паре више него дупло већи од атмосферског притиска. Када га откопчате, разлика притиска унутар боце и споља смањује растворљивост ЦО 2 , због чега се појављују мехурићи који на крају истекну из течности.
У мањем степену, иста ствар се дешава у било ком телесу слатке или слане воде: када се загреју, испуштаће се њихов растворени садржај ЦО 2 .
Међутим, ЦО 2 је не само раствори, већ пролази трансформације у свом молекулу која га претворити у Х 2 ЦО 3 ; киселина која има премало животног века, али довољна да обележи мерљиву промену пХ свог воденог медијума растварача, а такође ствара јединствени карбонатни пуферски систем.
Структура
Молецуле
Молекул угљене киселине представљен моделом сфера и шипки. Извор: Јинто и Бен Миллс путем Википедије.
Изнад имамо Х 2 ЦО 3 молекул , представљене куглицама и баровима. Црвене сфере одговарају атомима кисеоника, црне атому угљеника, а беле атомима водоника.
Имајте на уму да полазећи од слике можете написати другу важећу формулу за ову киселину: ЦО (ОХ) 2 , где ЦО постаје карбонилна група, Ц = О, повезана са две хидроксилне групе, ОХ. Како постоје две ОХ групе, способне да донирају своје атоме водоника, сада се разуме одакле долазе Х + јони који се ослобађају у животну средину.
Молекуларна структура угљене киселине.
Такође имајте на уму да се формула ЦО (ОХ) 2 може записати као ОХЦООХ; то јест, типа РЦООХ, где је Р у овом случају ОХ група.
Из тог разлога, поред чињенице да се молекул састоји од атома кисеоника, водоника и угљеника, који су превише уобичајени у органској хемији, неки сматрају да је угљен киселина органско једињење. Међутим, у одељку о његовој синтези биће објашњено зашто га други сматрају неорганском и неорганском у природи.
Молекуларне интеракције
Молекулом Х 2 ЦО 3 може се применити да је његова геометрија тригонална равнина, а угљеник је смештен у средини троугла. У две своје врхове има ОХ групе, које су донори водоничне везе; а у осталом, атом кисеоника из групе Ц = О, акцептор водикових веза.
Стога, Х 2 ЦО 3 има јаку тенденцију да интеракцију са јонских или оксидован (и азотних) растварача.
И случајно, вода испуњава ове две карактеристике, и афинитет Х 2 ЦО 3 јер таква да готово одмах даје до један Х + анд а хидролизе равнотежа почиње да буде утврђено да укључује врсте ХЦО 3 - и Х 3 О + .
Зато само присуство воде разграђује угљеничну киселину и отежава је изоловање као чисто једињење.
Чиста угљенична киселина
Враћајући се на Х 2 ЦО 3 молекула , није само равна, способна да успостави водоничне везе, али такође може представити геометријски изомеризам; То је, на слици имамо цис изомер, при чему су два Х у истом смеру, док би у изомеру били у супротном смеру.
Цис изомер је стабилнији од ова два, и зато је једини који је обично заступљен.
Чист Х 2 ЦО 3 чврста састоји од кристалне структуре састављене од слојева или листова молекула у интеракцији са бочним водоничних веза. Ово се може очекивати, Х 2 ЦО 3 молекула који равна и троугласте. Када се сублимира, цикличне димери (Х 2 ЦО 3 ) 2 појављују , које су спојене две водоничне везе Ц = О-ОХ.
Симетрија на Х 2 ЦО 3 кристала није дефинисан у овом тренутку. Сматрало се да кристализује као два полиморфа: α-Х 2 ЦО 3 и β-Х 2 ЦО 3 . Међутим, α-Х 2 ЦО 3 , синтетисано из смеше ЦХ 3 ЦООХ-ЦО 2 , показано је да заиста ЦХ 3 ОЦООХ: а монометил естар угљене киселине.
Својства
Поменуто је да Х 2 ЦО 3 је дипротиц киселина, тако да може донирати два Х + јона у медијум који их прихвата. Када је овај медијум вода, једначине њене дисоцијације или хидролизе су:
Х 2 ЦО 3 (ак) + Х 2 О (л) <=> ХЦО 3 - (ак) + Х 3 О + (ак) (Ка 1 = 2,5 × 10 -4 )
ХЦО 3 - (ак) + Х 2 О (л) <=> ЦО 3 2- (ак) + Х 3 О + (ак) (Ка 2 = 4.69 × 10 -11 )
ХЦО 3 - анион бикарбоната или хидрогенкарбоната, а ЦО 3 2- карбонатни анион. Њихове равнотежне константе, Ка 1 и Ка 2, такође су означене . Пошто Ка 2 је пет милиона пута мања од Ка 1 , формирање и концентрација ЦО 3 2- занемарљиви.
Стога, иако је дипротична киселина, други Х + га једва може ослободити значајно. Међутим, присуство раствореног ЦО 2 у великим количинама је довољно да закисели медијум; у овом случају вода, снижавајући њене пХ вредности (испод 7).
Говорити о угљене киселине је практично односи на воденом раствору где та врста ХЦО 3 - и Х 3 О + преовлађују ; он се не може изоловати конвенционалним методама, јер би најмањи покушај пребацио равнотежу растворљивости у ЦО 2 у формирање мехурића који би истекли из воде.
Синтеза
Распуштање
Угљична киселина је једно од најлакших једињења за синтезу. Како? Најједноставнија метода је да се уз помоћ сламе или сламе упахујемо ваздух који издахнемо у количину воде. Пошто ми у основи издахнемо ЦО 2 , он ће бубнути у води, растварајући мали део њега.
Када то учинимо, долази до следеће реакције:
ЦО 2 (г) + Х 2 О (л) <=> Х 2 ЦО 3 (ак)
Али заузврат, мора се узети у обзир растворљивост ЦО 2 у води:
ЦО 2 (г) <=> ЦО 2 (ак)
Оба ЦО 2 и Х 2 О су неорганске молекули, па Х 2 ЦО 3 је неорганско са ове тачке гледишта.
Течно-парна равнотежа
Као резултат тога, имамо систем равнотеже који је високо зависан од парцијалних притисака ЦО 2 , као и температуре течности.
На пример, ако се притисак ЦО 2 повећа (у случају да ваздух душимо већом силом кроз сламу), формираће се више Х 2 ЦО 3 и пХ ће постати киселији; од тада, прва равнотежа се помера удесно.
С друге стране, ако загреју Х 2 ЦО 3 раствора , растворљивост ЦО 2 у води ће смањити јер је гас, а равнотежа ће затим помера улево (биће мање Х 2 ЦО 3 ). Слично ће бити ако покушамо да применимо вакуум: ЦО 2 ће изаћи као и молекули воде, који би поново померали равнотежу улево.
Чисто чврсто
Наведени нам омогућава да до закључка: од Х 2 ЦО 3 раствора не постоји начин да се синтетишу ову киселину као чиста чврста супстанца уобичајеним методом. Међутим, урађено, још од 90-их година прошлог века, почевши од чврстих смеша ЦО 2 и Х 2 О.
Ова чврста мешавина од 50% ЦО 2 Х 2 О је бомбардују протона (тип космичког зрачења), тако да ће ниједна од две компоненте побегне и формирање Х 2 ЦО 3 јавља . За ту сврху, ЦХ 3 ОХ-ЦО 2 Мешавина је такође коришћен (запамтите α-Х 2 ЦО 3 ).
Друга метода је да се исто уради, али директно се користи суви лед, ништа више.
Из три методе, НАСА научници успели су да дођу до једног закључка: чиста угљенска киселина, чврста или гасовита, може постојати у леденим сателитима Јупитер, у марсовским глечерима и у кометама, где се такве чврсте смеше непрестано зраче. космичким зракама.
Апликације
Карбонска киселина је сама по себи бескорисно једињење. Међутим, из њихових раствора могу се добити пуферски раствори на бази парова ХЦО 3 - / ЦО 3 2- или Х 2 ЦО 3 / ХЦО 3 - .
Захваљујући тим растворима и деловању ензима угљене анхидразе, присутног у црвеним крвним ћелијама, ЦО 2 произведен дисањем може се транспортовати у крви у плућа, где се коначно ослобађа да се издисаје изван нашег тела.
Кухање ЦО 2 користи се тако да безалкохолним пићима дају пријатан и карактеристичан осећај који остављају у грлу док их пијете.
Исто тако, присуство Х 2 ЦО 3 има геолошку значај у формирању кречњака сталактита, јер полако их раствара док не потичу своје шиљате заврши.
С друге стране, његова решења се могу користити за припрему неких металних бикарбоната; мада је за то исплативије и лакше директно користити бикарбонатну со (НаХЦО 3 , на пример).
Ризици
Угљена киселина има тако занемарив животни век у нормалним условима (процењују се око 300 наносекунди) да је практично безопасна за животну средину и жива бића. Међутим, као што је речено раније, то не значи да не може изазвати забрињавајућу промену пХ вредности оцеанске воде, што утиче на морску фауну.
С друге стране, прави "ризик" налази се у уносу газиране воде, јер је количина ЦО 2 раствореног у њима много већа него у нормалној води. Међутим, и опет, не постоје студије које би показале да конзумирање газиране воде представља фаталан ризик; ако га чак препоручују за брзо и борбу против пробавне сметње.
Једини негативни ефекат примећен код оних који пију ову воду је осећај пуноће, јер им се стомаци пуне гасовима. Изван тога (да не спомињемо соду, пошто их чине много више од само угљеничне киселине), може се рећи да ово једињење уопште није токсично.
Референце
- Даи, Р. и Ундервоод, А. (1989). Квантитативна аналитичка хемија (пето издање). ПЕАРСОН Прентице Халл.
- Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија. (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
- Википедиа. (2019). Угљена киселина. Опоравак од: ен.википедиа.орг
- Даниелле Реид. (2019). Карбонска киселина: Видео, формирање, структура и хемијска једначина. Студи. Опоравак од: студи.цом
- Готз Буцхер и Волфрам Сандер. (2014). Појашњење структуре угљеничне киселине. Вол. 346, бр. 6209, стр. 544-545. ДОИ: 10.1126 / наука.1260117
- Линн Иаррис (22. октобар 2014.). Нова сазнања о угљеничној киселини у води. Беркелеи Лаб. Опоравак од: невсцентер.лбл.гов
- Цлаудиа Хаммонд. (2015., 14. септембра). Да ли је газирана вода заиста лоше? Опоравак од: ббц.цом
- Јурген Бернард. (2014). Чврста и гасовита угљенска киселина. Институт за физичку хемију. Универзитет у Инсбруку.