- Istraktura
- Molekula
- Mga pakikipag-ugnay sa molekular
- Puro carbonic acid
- Ari-arian
- Sintesis
- Pag-alis
- Ang balanse ng singaw-singaw
- Puro solid
- Aplikasyon
- Mga panganib
- Mga Sanggunian
Ang carbonic acid ay isang hindi organikong tambalan, kahit na ang ilang debate ay aktwal na organic, ang kemikal na formula H 2 CO 3 . Ito ay samakatuwid ay isang diprotic acid, na may kakayahang mag-donate ng dalawang mga H + ion sa aqueous medium upang makabuo ng dalawang molekular na cation H 3 O + . Mula dito lumabas ang kilalang bicarbonate (HCO 3 - ) at carbonate (CO 3 2- ) ions .
Ang kakaibang acid na ito, simple, ngunit sa parehong oras na kasangkot sa mga system na kung saan maraming mga species ang lumahok sa isang balanse ng singaw-singaw, ay nabuo mula sa dalawang pangunahing mga organikong molekula: tubig at carbon dioxide. Ang pagkakaroon ng hindi nalutas na CO 2 ay sinusunod tuwing may isang bula sa tubig, tumataas patungo sa ibabaw.
Ang baso na may carbonated na tubig, isa sa mga pinaka-karaniwang inumin na naglalaman ng carbonic acid. Pinagmulan: Pxhere.
Ang kababalaghan na ito ay nakikita nang regular sa mga carbonated na inumin at carbonated na tubig.
Sa kaso ng carbonated o aerated water (itaas na imahe), ang nasabing halaga ng CO 2 ay natunaw na ang singaw na presyon nito ay higit pa sa doble ng presyur ng atmospera. Kapag binubuklod ito, ang pagkakaiba ng presyon sa loob ng botelya at labas ay nababawasan ang solubility ng CO 2 , na ang dahilan kung bakit lumilitaw ang mga bula na nagtatapos mula sa likido.
Sa isang mas mababang antas, ang parehong bagay ay nangyayari sa anumang katawan ng sariwang o asin na tubig: kapag pinainit ay ilalabas nila ang kanilang natunaw na nilalaman ng CO 2 .
Gayunpaman, ang CO 2 ay hindi lamang natunaw, ngunit sumasailalim ng mga pagbabagong-anyo sa molekula nito na nagiging ito sa H 2 CO 3 ; isang asido na napakaliit ng isang oras ng buhay, ngunit sapat na upang markahan ang isang masusukat na pagbabago sa pH ng may tubig na pantunaw na daluyan, at lumikha din ng isang natatanging sistema ng carbonate buffer.
Istraktura
Molekula
Ang molekulang acid ng carbon ay kinakatawan ng isang modelo ng spheres at bar. Pinagmulan: Jynto at Ben Mills sa pamamagitan ng Wikipedia.
Sa itaas mayroon kaming molekulang H 2 CO 3 , na kinakatawan ng mga spheres at bar. Ang mga pulang spheres ay tumutugma sa mga atomo ng oxygen, ang itim sa carbon atom, at ang puti sa mga atomo ng hydrogen.
Tandaan na simula sa imahe maaari kang sumulat ng isa pang may-bisang pormula para sa acid na ito: CO (OH) 2 , kung saan ang CO ay nagiging pangkat na carbonyl, C = O, na naka-link sa dalawang pangkat ng hydroxyl, OH. Dahil mayroong dalawang pangkat ng OH, na may kakayahang magbigay ng kanilang mga hydrogen atoms, nauunawaan na ngayon kung saan nagmula ang mga H + ion sa kapaligiran.
Molekular na istraktura ng carbonic acid.
Tandaan din na ang formula ng CO (OH) 2 ay maaaring isulat bilang OHCOOH; ibig sabihin, ng uri ng RCOOH, kung saan ang R ay sa kasong ito isang pangkat ng OH.
Ito ay para sa kadahilanang ito, bilang karagdagan sa katotohanan na ang molekula ay binubuo ng oxygen, hydrogen at carbon atoms, lahat ng pangkaraniwan sa organikong kimika, na ang carbonic acid ay isinasaalang-alang ng ilan na isang organikong compound. Gayunpaman, sa seksyon sa synthesis nito ay ipapaliwanag kung bakit itinuturing ng iba na ito ay walang anuman at hindi organikong kalikasan.
Mga pakikipag-ugnay sa molekular
Sa molekula H 2 CO 3 maaari itong magkomento na ang geometry nito ay trigonal na eroplano, na may carbon na matatagpuan sa gitna ng tatsulok. Sa dalawa sa mga vertice nito ay mayroong mga grupo ng OH, na mga donor na hydrogen bond; at sa iba pang natitirang, isang oxygen atom ng pangkat C = O, ang tumatanggap ng mga bono ng hydrogen.
Sa gayon, ang H 2 CO 3 ay may isang malakas na pagkahilig na makipag-ugnay sa protic o oxygenated (at nitrogenous) solvents.
At sinasadya, tinutupad ng tubig ang dalawang katangiang ito, at ang pagkakaugnay ng H 2 CO 3 para sa mga ito ay halos agad na ito ay nagbigay ng isang H + at ang isang balanse ng hydrolysis ay nagsisimula na maitatag na nagsasangkot sa mga HCO 3 - at H 3 O species. + .
Iyon ang dahilan kung bakit ang tanging presensya ng tubig ay nagbabawas ng carbonic acid at ginagawang napakahirap na ibukod ito bilang isang purong tambalan.
Puro carbonic acid
Ang pagbabalik sa Molekulang H 2 CO 3 , hindi lamang ito flat, na may kakayahang magtatag ng mga bono ng hydrogen, ngunit maaari rin itong ipakita ang cis-trans isomerism; Ito ay, sa imahe mayroon tayong cis isomer, kasama ang dalawang H na tumuturo sa parehong direksyon, habang sa trans isomer ay ituturo nila sa kabaligtaran ang mga direksyon.
Ang cis isomer ay mas matatag sa dalawa, at kaya't ito ang dahilan kung bakit ito ang isa na karaniwang kinakatawan.
Ang isang dalisay na solidong H 2 CO 3 ay binubuo ng isang mala-kristal na istraktura na binubuo ng mga layer o sheet ng mga molekula na nakikipag-ugnay sa mga lateral na mga bono ng hydrogen. Ito ay inaasahan, ang H 2 CO 3 na molekula ay flat at tatsulok. Kapag nag-sublimate ito, lumilitaw ang mga siklo ng siklo (H 2 CO 3 ) 2 , na sumali sa pamamagitan ng dalawang hydrogen bond C = O-OH.
Ang simetrya ng mga kristal na H 2 CO 3 ay hindi natukoy nang ilang sandali. Ito ay itinuturing na crystallize bilang dalawang polymorph: α-H 2 CO 3 at β-H 2 CO 3 . Gayunpaman, ang α-H 2 CO 3 , na synthesized mula sa isang halo ng CH 3 COOH-CO 2 , ay ipinakita na talagang CH 3 OCOOH: isang monomethyl ester ng carbonic acid.
Ari-arian
Nabanggit na ang H 2 CO 3 ay isang diprotikong acid, kaya maaari itong magbigay ng dalawang H + ion sa isang daluyan na tumatanggap sa kanila. Kapag ang medium na ito ay tubig, ang mga equation ng dissociation o hydrolysis nito ay:
H 2 CO 3 (aq) + H 2 O (l) <=> HCO 3 - (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 1 = 2.5 × 10 −4 )
HCO 3 - (aq) + H 2 O (l) <=> CO 3 2- (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 2 = 4.69 × 10 −11 )
Ang HCO 3 - ay ang bicarbonate o hydrogen carbonate anion, at CO 3 2- ang carbonate anion. Ang kani-kanilang pantay na balanse ng balanse, Ka 1 at Ka 2, ay ipinapahiwatig din . Yamang ang Ka 2 ay limang milyong beses na mas maliit kaysa sa Ka 1 , ang pagbubuo at konsentrasyon ng CO 3 2- ay bale-wala.
Kaya, kahit na ito ay isang diprotic acid, ang pangalawang H + ay maaaring bahagyang ilabas ito nang naaayon . Gayunpaman, ang pagkakaroon ng natunaw na CO 2 sa malaking dami ay sapat upang ma-acidify ang daluyan; sa kasong ito, ang tubig, ibinababa ang mga halaga ng pH nito (sa ibaba 7).
Upang magsalita ng carbonic acid ay praktikal na tumutukoy sa isang may tubig na solusyon kung saan namamayani ang mga species HCO 3 - at H 3 O + ; hindi ito maaaring ihiwalay sa mga maginoo na pamamaraan, dahil ang pinakamaliit na pagtatangka ay magbabago ng balanse ng balanse ng CO 2 sa pagbuo ng mga bula na makatakas sa tubig.
Sintesis
Pag-alis
Ang carbon carbon acid ay isa sa mga pinakamadaling compound na synthesize. Paano? Ang pinakasimpleng pamamaraan ay ang bubble, sa tulong ng isang dayami o dayami, ang hangin ay humihinga kami sa isang lakas ng tunog. Dahil mahalagang bigyan natin ng paumanhin ang CO 2 , buburahin ito sa tubig, matunaw ang isang maliit na bahagi nito.
Kapag ginagawa natin ito ang sumusunod na reaksyon ay nangyayari:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Ngunit naman, ang pag-iingat ng CO 2 sa tubig ay dapat isaalang-alang :
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Parehong CO 2 at H 2 O ay mga di-organikong molekula, kaya ang H 2 CO 3 ay walang tulay mula sa puntong ito ng pananaw.
Ang balanse ng singaw-singaw
Bilang isang resulta, mayroon kaming isang sistema ng balanse na lubos na umaasa sa bahagyang panggigipit ng CO 2 , pati na rin ang temperatura ng likido.
Halimbawa, kung ang presyon ng CO 2 ay nagdaragdag (sa kaso na pinaputok natin ang hangin ng mas maraming puwersa sa pamamagitan ng dayami), mas maraming H 2 CO 3 ang mabubuo at ang pH ay magiging mas acidic; mula noong, ang unang balanse ay lumipat sa kanan.
Sa kabilang banda, kung pinainit natin ang solusyon sa H 2 CO 3 , ang solubility ng CO 2 sa tubig ay bababa dahil ito ay isang gas, at ang balanse ay lilipat sa kaliwa (magkakaroon ng mas kaunting H 2 CO 3 ). Ito ay magiging katulad kung susubukan nating mag-aplay ng isang vacuum: ang CO 2 ay makakatakas pati na rin ang mga molekula ng tubig, na magbabago muli sa balanse sa kaliwa.
Puro solid
Ang nabanggit ay nagbibigay-daan sa amin upang maabot ang isang konklusyon: mula sa isang solusyon ng H 2 CO 3 walang paraan upang synthesize ang acid na ito bilang isang purong solid sa pamamagitan ng isang maginoo na pamamaraan. Gayunpaman, nagawa ito, mula noong 90s ng huling siglo, na nagsisimula mula sa mga solidong mixtures ng CO 2 at H 2 O.
Ang solidong halo na ito ng 50% CO 2 -H 2 O ay binomba ng mga proton (isang uri ng cosmic radiation), kaya't alinman sa dalawang sangkap ay hindi makatakas at ang pagbuo ng H 2 CO 3 ay nangyayari . Para sa layuning ito, ang isang halo ng CH 3 OH-CO 2 ay ginamit din (tandaan ang α-H 2 CO 3 ).
Ang isa pang pamamaraan ay ang gawin ang parehong ngunit ang paggamit ng dry ice nang direkta, wala pa.
Sa tatlong mga pamamaraan, ang mga siyentipiko ng NASA ay nakarating sa isang konklusyon: purong carbonic acid, solid o gaseous, ay maaaring umiiral sa mga nagyeyelo na satelayt ng Jupiter, sa mga glacier ng Martian, at sa mga kometa, kung saan ang gayong mga solidong mixture ay patuloy na naiinis. sa pamamagitan ng kosmic ray.
Aplikasyon
Ang carbon carbon acid mismo ay isang walang silbi na tambalan. Gayunpaman, mula sa kanilang mga solusyon, ang mga solusyon sa buffer batay sa mga pares na HCO 3 - / CO 3 2- o H 2 CO 3 / HCO 3 - ay maaaring maging handa .
Salamat sa mga solusyon na ito at ang pagkilos ng carbonic anhydrase enzyme, na naroroon sa mga pulang selula ng dugo, ang CO 2 na ginawa sa paghinga ay maaaring maipadala sa dugo sa mga baga, kung saan ito ay sa wakas ay pinakawalan upang maging hininga sa labas ng ating katawan.
Ang pagbubugbog ng CO 2 ay ginagamit upang magbigay ng malambot na inumin ang kaaya-aya at katangian na pang-amoy na iniiwan nila sa lalamunan kapag inumin ang mga ito.
Gayundin, ang pagkakaroon ng H 2 CO 3 ay may kahalagahan sa heolohikal sa pagbuo ng mga limestone stalactites, dahil ito ay dahan-dahang natutunaw hanggang sa makagawa sila ng kanilang mga natapos na pagtatapos.
At sa kabilang banda, ang mga solusyon nito ay maaaring magamit upang maghanda ng ilang mga bicarbonates ng metal; bagaman para dito mas kapaki-pakinabang at mas madaling direktang gumamit ng isang bicarbonate salt (NaHCO 3 , halimbawa).
Mga panganib
Ang carbon carbon acid ay may tulad na isang maliit na tagal ng buhay sa ilalim ng normal na mga kondisyon (tinantya nila sa halos 300 nanosecond) na halos hindi ito nakakapinsala sa kapaligiran at mga nabubuhay na tao. Gayunpaman, tulad ng sinabi ng una, hindi ito nangangahulugan na hindi ito maaaring makabuo ng isang nakakaalala na pagbabago sa pH ng tubig sa karagatan, na nakakaapekto sa mga fauna ng dagat.
Sa kabilang banda, ang totoong "panganib" ay matatagpuan sa paggamit ng carbonated na tubig, dahil ang halaga ng CO 2 na natunaw sa kanila ay mas mataas kaysa sa normal na tubig. Gayunpaman, at muli, walang mga pag-aaral na nagpakita na ang pag-inom ng carbonated na tubig ay nagdudulot ng isang namamatay na peligro; kung inirerekumenda pa nila ito na mabilis at labanan ang hindi pagkatunaw ng pagkain.
Ang tanging negatibong epekto na sinusunod sa mga umiinom ng tubig na ito ay ang pakiramdam ng kapunuan, dahil ang kanilang mga tiyan ay napuno ng mga gas. Sa labas nito (hindi babanggitin ang mga sodas, dahil ang mga ito ay binubuo ng higit pa sa carbonic acid), masasabi na ang tambalang ito ay hindi nakakalason.
Mga Sanggunian
- Araw, R., & Underwood, A. (1989). Ang quantitative Analytical Chemistry (ikalimang ed.). PEARSON Prentice Hall.
- Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Carbonic acid. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Carbonic Acid: Pagbuo, Istraktura at Chemical Equation Video. Pag-aaral. Nabawi mula sa: study.com
- Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Nililinaw ang istraktura ng carbonic acid. Tomo 346, Isyu 6209, pp. 544-545. DOI: 10.1126 / science.1260117
- Lynn Yarris. (Oktubre 22, 2014). Mga Bagong Insight sa Carbonic Acid sa Water. Nakuha ng Berkeley Lab. Nakuha mula sa: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammond. (2015, Setyembre 14). Masama ba para sa iyo ang sparkling water? Nabawi mula sa: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Solid at gas na carbonic acid. Institute ng Physical Chemistry. Unibersidad ng Innsbruck.