- štruktúra
- molekula
- Molekulárne interakcie
- Čistá kyselina uhličitá
- vlastnosti
- syntéza
- rozpustenie
- Rovnováha kvapalina-para
- Čistá pevná látka
- aplikácia
- riziká
- Referencie
Kyseliny uhličitej je anorganická zlúčenina, aj keď niektoré debata v skutočnosti je ekologické, chemický vzorec H 2 CO 3 . Jedná sa teda o kyselina dvojsýtne, schopná poskytovať dva H + iónov do vodného média na generovanie dvoch molekulárnych katióny H 3 O + . Z toho vznikajú známe hydrogénuhličitan (HCO 3 - ) a uhličitanu (CO 3 2 ) ióny .
Táto zvláštna kyselina je jednoduchá, ale zároveň sa podieľa na systémoch, v ktorých sa na rovnováhe kvapalina-para zúčastňuje veľa druhov, je tvorená dvoma základnými anorganickými molekulami: vodou a oxidom uhličitým. Prítomnosť nerozpustené CO 2 je pozorovaná, keď je bublajúce vo vode, stúpajúca smerom k povrchu.
Pohárik sýtenou vodou, jeden z najbežnejších nápojov, ktoré obsahujú kyselinu uhličitú. Zdroj: Pxhere.
Tento jav sa vyskytuje veľmi pravidelne v sýtených nápojoch a sýtenej vode.
V prípade, že oxidom uhličitým alebo sýtenej vody (horný obrázok), ako je množstvo CO 2, sa rozpustí , že jeho tlak pary je viac ako dvakrát vyššia než atmosférický tlak. Pri odviečkovanie to, tlakový rozdiel vo vnútri fľaše a vonkajšie znižuje rozpustnosť CO 2 , čo je dôvod, prečo sa objavia bubliny, ktoré skončia unikajúci z kvapaliny.
V menšej miere, to isté sa deje v každom telese čerstvej alebo slanej vody: po zahriatí sa uvoľní ich rozpusteného CO 2 obsah .
Avšak, CO 2 je nielen rozpustená, ale prechádza transformácie vo svojej molekule, že to zase do H 2 CO 3 ; kyselina, ktorá má príliš malú životnosť, ale dosť na to, aby sa vyznačila merateľná zmena pH jej vodného rozpúšťadla, a tiež sa vytvorí jedinečný uhličitanový tlmivý systém.
štruktúra
molekula
Molekula kyseliny uhličitej predstavovaná modelom gule a tyčinky. Zdroj: Jynto a Ben Mills prostredníctvom Wikipédie.
Nad máme H 2 CO 3 molekuly , zastúpená gule a barov. Červené gule zodpovedajú atómom kyslíka, čierne atóme uhlíka a biele atómom vodíka.
Všimnite si, že od obrázka môžete napísať pre túto kyselinu ďalší platný vzorec: CO (OH) 2 , kde CO sa stáva karbonylovou skupinou, C = O, spojenou s dvoma hydroxylovými skupinami, OH. Pretože existujú dve OH skupiny, schopné darovať svoje atómy vodíka, je teraz zrejmé, odkiaľ pochádzajú ióny H + uvoľňované do životného prostredia.
Molekulová štruktúra kyseliny uhličitej.
Tiež si všimnite, že vzorec CO (OH) 2 možno písať ako OHCOOH; to znamená typu RCOOH, kde R je v tomto prípade skupina OH.
Z tohto dôvodu, okrem skutočnosti, že molekula je tvorená atómami kyslíka, vodíka a uhlíka, ktoré sú v organickej chémii až príliš bežné, je kyselina uhličitá považovaná za organickú zlúčeninu. V časti o jeho syntéze však bude vysvetlené, prečo ho iní považujú za anorganický a neorganický.
Molekulárne interakcie
Molekuly H 2 CO 3 to môže byť poznamenal, že jeho geometria je trigonální rovina, s atómom uhlíka, sa nachádza v strede trojuholníka. V dvoch svojich vrcholoch má skupiny OH, ktoré sú donormi vodíkových väzieb; a v ostatných zvyškoch je atóm kyslíka skupiny C = O, akceptor vodíkových väzieb.
Tak, H 2 CO 3 má silnú tendenciu interagovať s protickými alebo okysličených (a dusíkatých) rozpúšťadiel.
A zhodou okolností, voda spĺňa tieto dve vlastnosti, a afinita H 2 CO 3 pre to je tak, že sa takmer okamžite sa vzdá je H + a hydrolýza rovnováha začína byť preukázané, že zahŕňa HCO 3 - a H 3 O druhov. + .
To je dôvod, prečo samotná prítomnosť vody rozkladá kyselinu uhličitú a je príliš ťažké ju izolovať ako čistú zlúčeninu.
Čistá kyselina uhličitá
Ak sa vrátime H 2 CO 3 molekuly , to je nielen ploché, schopná vytvoriť vodíkové väzby, ale môže tiež prítomné cis-trans izoméria; Na obrázku máme cis izomér, pričom dva H smerujú rovnakým smerom, zatiaľ čo v trans izoméri by smerovali opačným smerom.
Cis-izomér je stabilnejší z týchto dvoch, a preto je obvykle zastúpený iba jeden.
Čistý pevný H 2 CO 3 sa skladá z kryštalickej štruktúry zložené z vrstiev alebo vrstiev molekúl interagujúcich s bočnými vodíkovými väzbami. To je potrebné očakávať, na H 2 CO 3 molekuly bytosť plochý a trojuholníkový. Keď sa sublimuje, cyklické diméry (H 2 CO 3 ) 2 sa zobrazí , ktoré sú spojené dvoma vodíkovými väzbami C = O-OH.
Symetria z H 2 CO 3 kryštálov nebol definovaný v tomto okamihu. To bolo považované za kryštalizovať za dva polymorfov: α-H 2 CO 3 a β-H 2 CO 3 . Avšak, α-H 2 CO 3 , syntetizovaný zo zmesi CH 3 COOH-CO 2 , bolo preukázané, že v skutočnosti CH 3 OCOOH: a monometyl ester kyseliny uhličitej.
vlastnosti
Bolo spomenuté, že H 2 CO 3 je kyselina dvojsýtne, tak to môže darovať dva H + iónov na nosiči, ktorý ich prijíma. Ak je týmto médiom voda, rovnice jeho disociácie alebo hydrolýzy sú:
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 x 10 -11 )
HCO 3 - je hydrogénuhličitan alebo uhličitan vodík anión, a CO 3 2 uhličitan anión. Ich príslušné rovnovážnej konštanty, Ka 1 a Ka 2, sú tiež uvedené . Vzhľadom k tomu, Ka 2 je päť miliónov krát menší ako Ka 1 , tvorba a koncentrácia CO 3 2 sú zanedbateľné.
Aj keď je to kyselina diprotová, druhá H + ju môže sotva uvoľniť. Avšak, prítomnosť rozpusteného CO 2 vo veľkom množstve, je dosť pre okysleniu media; v tomto prípade voda, ktorá znižuje svoje hodnoty pH (pod 7).
Hovoriť kyseliny uhličitej je odkazovať prakticky k vodného roztoku, kde je tento druh HCO 3 - a H 3 O + prevládajú ; nemôže byť izolovaný bežnými spôsobmi, ako najmenší pokus by posunutie CO 2 rozpustnosti rovnováhu k tvorbe bublín, ktoré by unikajú z vody.
syntéza
rozpustenie
Kyselina uhličitá je jednou z najjednoduchších zlúčenín na syntézu. Ako? Najjednoduchšou metódou je nafúknuť vzduch, ktorý vydychujeme, do vody, pomocou slamy alebo slamy. Pretože sme v podstate výdychu CO 2 , bude bubliny do vody, rozpúšťanie malú časť.
Keď to urobíme, nastane nasledujúca reakcia:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Ale opäť, rozpustnosť CO 2 vo vode , musí byť považované za :
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Obaja CO 2 a H 2 O sú anorganické molekuly, tak H 2 CO 3 je anorganická z tohto hľadiska.
Rovnováha kvapalina-para
V dôsledku toho máme rovnovážny systém, ktorý je vysoko závislé na parciálnym tlakom CO 2 , ako aj teplota kvapaliny.
Napríklad, v prípade, že tlak CO 2 sa zvyšuje (v prípade, že fúkať vzduch dôraznejšie slamkou), ďalší H 2 CO 3 sa vytvorí a hodnota pH sa stanú kyslé; pretože prvá rovnováha sa posunie doprava.
Na druhú stranu, ak sa teplo H 2 CO 3 roztoku , rozpustnosť CO 2 vo vode sa zníži , pretože sa jedná o plyn, a rovnováha sa potom posunie doľava (bude menej H 2 CO 3 ). Bude to podobné, ak sa pokúsime aplikovať vákuum: CO 2 unikne, rovnako ako molekuly vody, ktoré by rovnováhu opäť posunuli doľava.
Čistá pevná látka
Vyššie uvedené umožňuje dospieť k záveru: z H 2, CO 3 riešenie neexistuje žiadny spôsob, ako syntetizovať túto kyseliny ako čistá pevná látka obvyklým spôsobom. Avšak, to bolo vykonané, od 90. rokov minulého storočia, od pevných zmesou CO 2 a H 2 O.
Tento 50% pevnej látky CO 2 -H 2 O zmes je bombardovaný protóny (druh kozmického žiarenia), tak, aby ani zložka unikne a tvorba H 2 CO 3 dochádza . Pre tento účel CH 3 OH-CO 2 zmesi bol tiež použitý (pamätať α-H 2 CO 3 ).
Ďalšou metódou je to isté, ale priame použitie suchého ľadu, nič viac.
Z týchto troch metód vedci NASA dospeli k jednému záveru: čistá kyselina uhličitá, pevná alebo plynná, môže existovať v ľadových satelitoch Jupitera, v marťanských ľadovcoch a v kométach, kde sú tieto pevné zmesi neustále ožarované. kozmickými lúčmi.
aplikácia
Samotná kyselina uhličitá je zbytočná zlúčenina. Z ich riešenie, však, tlmivé roztoky na báze pary HCO 3 - / CO 3 2 alebo H 2 CO 3 / HCO 3 - môže byť pripravený .
Vďaka týmto riešenia a pôsobením enzýmu karboanhydrázy, prítomné v červených krvinkách, CO 2 vyrobené v dýchaní možno prepravovať v krvi do pľúc, kde sa nakoniec vypúšťaný do vydychované mimo naše telo.
Bublanie CO 2 sa používa na dať nealkoholické nápoje príjemné a charakteristický pocit, že odísť do krku pri ich pití.
Podobne prítomnosť H 2 CO 3 má geologické význam v tvorbe vápencových kvapľov, ako sa pomaly rozpúšťa, dokiaľ pochádzajú ich špicaté povrchy.
A na druhej strane, jeho roztoky sa môžu použiť na prípravu niektorých kovových hydrogenuhličitanov; aj keď pre toto je výhodnejšie a jednoduchšie priamo použiť hydrogénuhličitan soľ (NaHCO 3 , napríklad).
riziká
Kyselina uhličitá má takú minimálnu životnosť za normálnych podmienok (odhadujú sa okolo 300 nanosekúnd), že je prakticky neškodná pre životné prostredie a živé bytosti. Ako však už bolo povedané, neznamená to, že nemôže spôsobiť znepokojivú zmenu pH morskej vody, ktorá ovplyvňuje morskú faunu.
Na druhej strane, skutočný "riziko", sa nachádza v príjmu vody nasýtené oxidom uhličitým, pretože množstvo CO 2, sa rozpustí v nich je oveľa vyššia ako v normálnej vode. Neustále však neexistujú štúdie, ktoré by preukázali, že pitná voda sýtená oxidom uhličitým predstavuje fatálne riziko; ak to dokonca odporučia, aby sa postili a bojovali proti tráveniu.
Jediným negatívnym účinkom pozorovaným u tých, ktorí pijú túto vodu, je pocit plnosti, pretože ich žalúdky sa plnia plynmi. Okrem toho (nehovoriac o sodovkách, pretože sú tvorené oveľa viac ako len kyselinou uhličitou), možno povedať, že táto zlúčenina nie je vôbec toxická.
Referencie
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitatívna analytická chémia (piate vydanie). PEARSON Prentice Hall.
- Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Kyselina uhličitá. Obnovené z: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Kyselina uhličitá: Tvorba, štruktúra a video chemickej rovnice. Štúdia. Obnovené z: study.com
- Götz Bucher a Wolfram Sander. (2014). Objasnenie štruktúry kyseliny uhličitej. Zväzok 346, vydanie 6209, str. 544-545. DOI: 10.1126 / science.1260117
- Lynn Yarris. (22. októbra 2014). Nové poznatky o kyseline uhličitej vo vode. Berkeley Lab. Získané z: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammondová. (2015, 14. september). Je pre vás šumivá voda skutočne zlá? Obnovené z: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Tuhá a plynná kyselina uhličitá. Ústav fyzikálnej chémie. University of Innsbruck.