Štruktúra kyseliny uhličitám (H2CO3), vlastnosti, syntéza, použitie

On kyselina uhličitá Je to anorganická zlúčenina, hoci existujú tí, ktorí diskutujú o tom, že je skutočne organická, ktorej chemický vzorec je H₂Co₃. Je to preto diprotická kyselina, schopná darovať dva H ióny⁺ do vodného prostredia, aby ste vytvorili dve molekulárne katióny h₃Ani⁺. Od neho vznikajú dobre známe hydrogenuhličitan (HCO₃^-) a uhličitan (CO₃^2-).

Táto zvláštna kyselina, jednoduchá, ale zároveň zapojená do systémov, v ktorých sa mnohé druhy zúčastňujú na rovnováhe kvapaliny a varu, sa tvorí z dvoch základných anorganických molekúl: voda a oxid uhličitý. Prítomnosť CO₂ Nezvarené sa vždy pozoruje, že vo vode je bublina, ktorá stúpne na povrch.

Sklo s splyňovanou vodou, jeden z najbežnejších nápojov obsahujúcich kyselinu uhličitú. Zdroj: pxhere.

Tento jav sa pravidelne vyskytuje v nealkoholických nápojoch a sýtenej vode.

V prípade sýtenej alebo splynenej vody (vynikajúci obraz) sa takéto množstvo rozpustilo₂ že váš tlak pary je viac ako dvojitý atmosférický tlak. Odhalením, rozdiel v tlaku vo fľaši a exteriér znižuje rozpustnosť CO₂, Takže sa objavia bubliny, ktoré nakoniec uniknú z tekutiny.

V menšej miere sa to isté stane v akejkoľvek množstve čerstvej alebo slanej vody: keď ich zahrievajú, uvoľnia svoj rozpustený obsah v CO₂.

CO₂ Nie je to len rozpustené, ale trpí aj transformácie v molekule, ktoré z neho robia H₂Co₃; Kyselina, ktorá má veľmi malý život, ale dosť na to, aby označila mezúvateľnú zmenu v pH svojho vodného prostredia rozpúšťadla a tiež generuje jedinečný tlmivý systém uhličitanového tlmivého roztoku.

[TOC]

Štruktúra

Molekula

Molekula kyseliny uhličitám predstavovaná s guľovými a stĺpcovými modelmi. Zdroj: Jynto a Ben Mills cez Wikipedia.

Hore máme molekulu H₂Co₃, zastúpené s guľami a tyčami. Červené gule zodpovedajú atómom kyslíka, atómom čiernej k uhlíkovi a atómami bieleho vodíka.

Všimnite si, že od obrázka môžete pre túto kyselinu napísať ďalší platný vzorec: CO (OH)₂, kde sa Co stáva karbonylovou skupinou, C = o, spojená s dvoma hydroxylovými skupinami, OH. Ak existujú dve skupiny OH, ktoré sú schopné darovať svoje atómy vodíka, teraz sa chápe, odkiaľ pochádzajú H -ióny⁺ Vydané uprostred.

Molekulárna štruktúra kyseliny uhličitej.

Všimnite si, že vzorec Co (OH)₂ Môže byť napísaný ako OHCOOH; to znamená typu RCOOH, kde R sa v tomto prípade stáva OH skupinou.

Z tohto dôvodu, okrem skutočnosti, že molekula pozostáva z kyslíka, atómov vodíka a uhlíka, príliš bežná v organickej chémii, ktorú kyselina uhličitá považuje za organickú zlúčeninu. Avšak v časti jeho syntézy bude vysvetlené, prečo ju iní považujú za anorganickú a neorganickú povahu.

Môže vám slúžiť: dihydroxyacetón: štruktúra, vlastnosti, získanie, použitia

Molekulárne interakcie

Molekuly h₂Co₃ Je možné poznamenať, že jej geometria je trigonálny byt, pričom uhlík sa nachádza v strede trojuholníka. V dvoch z jeho vrcholov má OH skupiny, ktoré sú darcami vodíka; A v zostávajúcich ďalších atómoch kyslíka skupiny C = O, akceptor vodíka mosta.

Teda h₂Co₃ Má silnú tendenciu interagovať s protikami alebo okysličenými rozpúšťadlami (a tiež dusíkmi).

A náhodou voda spĺňa tieto dve charakteristiky a afinita H je taká₂Co₃ pre ňu, ktorá jej takmer okamžite dáva h⁺ A hydrolýzová rovnováha, ktorá zahŕňa druhy HCO, sa začína ustanoviť₃^- a h₃Ani⁺.

Preto samotná prítomnosť vody rozkladá kyselinu uhličitú a jej izolácia je príliš komplikovaná ako čistá zlúčenina.

Čistá kyselina uhličitá

Vráťte sa do molekuly H₂Co₃, Nielenže je plochý, schopný založiť vodíkové mosty, ale môže tiež prezentovať cis-trans Isomeía; Toto je, na obrázku, ktorý máme izoméru cis, s dvoma h smerujúcimi rovnakým smerom, zatiaľ čo v trans izoméri by ukázali opačným smerom.

Izomér CIS je najstabilnejší z oboch, a preto je to jediný, ktorý je zvyčajne zastúpený.

Čistá pevná látka H₂Co₃ Skladá sa z kryštalickej štruktúry zloženej z vrstiev alebo molekúl listy interakcie s bočnými vodíkovými mostmi. Očakáva sa, že je molekula h₂Co₃ Plochý a trojuholníkový. Keď sú sublimálne, objavia sa cyklické súmrak (h₂Co₃)₂, ktoré sú spojené dvoma vodíkovými mostmi C = o - OH.

Symetria HR₂Co₃ Momenty to nebolo možné definovať. Považovalo sa za kryštalizované ako dva polymorfy: a-h₂Co₃ a p-h₂Co₃. A-H však₂Co₃, syntetizovaný na základe zmesi Cho₃Cooh-co₂, Preukázalo sa, že to bol vlastne cho₃OROH: Monometrická kyselina uhličitá Ster.

Vlastnosti

Bolo spomenuté, že h₂Co₃ Je to diprotická kyselina, takže môžete darovať dva H ióny⁺ do média, ktoré ich prijíma. Ak je toto médium voda, rovnice jej disociácie alebo hydrolýzy sú:

H₂Co₃(Ac) + h₂Alebo (l) HCO₃^-(Ac) + h₃Ani⁺(Ac) (ka₁ = 2,5 × 10⁻⁴)

HCO₃^-(Ac) + h₂Alebo (l) co₃^2-(Ac) + h₃Ani⁺(Ac) (ka₂ = 4,69 × 10⁻¹¹)

HCO₃^- Je to anión hydrogenuhličitan alebo vodíkarbonát a CO₃^2- Uhličitan anión. Uvádzajú tiež ich príslušné rovnovážné konštanty, ka, ka₁ a ka₂. Byť ka₂ päť miliónov krát menších ako ka₁, Tvorba a koncentrácia CO₃^2- Sú opovrhnutiahodné.

Takže aj keď je to diprotická kyselina, druhá h⁺ Sotva to môžete uvoľniť značné. Prítomnosť CO₂ rozpustené vo veľkých množstvách dostatočne na to, aby okyslili médium; V tomto prípade voda, ktorá znižuje svoje hodnoty pH (pod 7).

Môže vám slúžiť: fúzia

Hovorí sa o kyseline uhličit₃^- a h₃Ani⁺; Nemôže byť izolovaný konvenčnými metódami, pretože najmenšie pokusy by vytlačili rovnováhu rozpustnosti CO₂ k tvorbe bublín, ktoré by unikli z vody.

Syntéza

Rozpustenie

Kyselina uhličitá je jednou z najjednoduchších zlúčenín na syntézu. Ako? Najjednoduchšou metódou je bublina s pomocou slamy alebo sorbet, vzduch, ktorý vydýchneme vo vnútri objemu vody. Pretože vydýchneme v podstate co₂, Táto bublina vo vode, rozpúšťajúca malú časť toho istého.

Keď to urobíme, nastane nasledujúca reakcia:

Co₂g) + h₂Alebo (l) h₂Co₃(Ac)

Ale na druhej strane sa musí zvážiť rozpustnosť CO₂ vo vode:

Co₂g) CO₂(Ac)

Obidve co₂ ako h₂Alebo sú anorganické molekuly, tak h₂Co₃ Je to anorganické od tohto bodu.

Rovnováha kvapaliny

V dôsledku toho máme systém v rovnováhe, ktorý do značnej miery závisí od čiastočných tlakov CO₂, ako aj teplota kvapaliny.

Napríklad, ak tlak CO₂ Zvyšuje sa (v prípade, že vyhodíme vzduch viac silou cez sorbet), vytvorí sa viac H₂Co₃ a pH sa stane kyslejším; Od prvej rovnováhy sa pohybuje doprava.

Na druhej strane, ak zahrievame rozpustenie H₂Co₃, Rozpustnosť CO sa zníži₂ Vo vode, pretože je to plyn a rovnováha sa potom presunie doľava (bude menej h₂Co₃). Podobné bude, ak sa pokúsime použiť vákuum: CO₂ Unikne, ako aj molekuly vody, ktoré by opäť posunuli rovnováhu doľava.

Čisto pevná látka

Vyššie uvedené umožňuje dospieť k záveru: z roztoku H₂Co₃ Neexistuje spôsob, ako syntetizovať túto kyselinu ako čistú pevnú látku konvenčnou metódou. Urobilo sa to však od 90. rokov minulého storočia, počnúc pevnými zmesami CO₂ a h₂Ani.

Do tejto pevnej zmesi CO₂-H₂Alebo pri 50% je bombardovaný protónmi (typ kozmického žiarenia), takže ani jedna z týchto dvoch zložiek neunikne a dochádza k tvorbe H₂Co₃. Na tento účel sa použila aj zmes Cho₃Oh-co₂ (Pamätajte na α-H₂Co₃).

Ďalšou metódou je urobiť to isté, ale priamo používať suchý ľad, nič viac.

Z týchto troch metód by vedci NASA mohli dospieť k záveru: čistá, pevná alebo plynná kyselina uhličitá môže existovať v zmrzline Jupitera, v marťanských ľadovcoch a v kométach, kde sú takéto pevné zmesi neustále ožiarené pre kozmické lúče pre kozmické lúče.

Môže vám slúžiť: Volumetrická pipetka: Charakteristiky, použitia, kalibrácia a chyby

Žiadosti

Samotná kyselina uhličitá je zlúčenina bez akejkoľvek užitočnosti. Zo svojich riešení však môžete pripraviť tlmené roztoky na základe kolegov HCO₃^-/Co₃^2- alebo h₂Co₃/HCO₃^-.

Vďaka týmto riešeniam a pôsobeniu enzýmu karbony anhydrázy prítomného v červených krvinkách, CO₂ Vyrábané v dýchaní sa môže transportovať v krvi do pľúc, kde sa konečne uvoľní na výdych mimo nášho tela.

Bubjueo CO₂ Využíva to, že pije sa príjemné a charakteristické pocity, ktoré nechávajú v krku pri ich pití, keď ich pijú.

Tiež prítomnosť H₂Co₃ Má geologický význam pri tvorbe vápencových stalaktitov, pretože ich pomaly rozpúšťa, až kým nepochádzajú svoje špicaté povrchové úpravy.

A na druhej strane, ich roztoky sa môžu použiť na prípravu niektorých kovových bikarbonátov; Aj keď je ziskovejšia a ľahko použiteľná hydrogenuhličitanovú soľ (NAHCO₃, Napríklad).

Riziká

Kyselina uhličitá má v normálnych podmienkach taký veľmi malý život (odhadujú, že asi 300 nanosekúnd), čo je prakticky neškodné pre životné prostredie a živé bytosti. Ako je však uvedené vyššie, to neznamená, že nemôže generovať znepokojujúcu zmenu v pH vode z oceánu, ktorá ovplyvňuje morskú faunu.

Na druhej strane, skutočné „riziko“ je v príjme splynutia vody, pretože množstvo CO₂ Rozpustené v nich je oveľa väčšie ako v normálnej vode. A opäť, neexistujú žiadne štúdie, ktoré by ukázali, že pitie splynutej vody predstavuje smrteľné riziko; Ak ho dokonca odporučíte, aby ste sa mohli rýchlo a bojovať proti tráveniu.

Jediným negatívnym účinkom pozorovaným na tých, ktorí pijú túto vodu, je pocit plnosti, pretože ich žalúdky sú naplnené plynmi. Z toho (nehovoriac o nealkoholických nápojoch, pretože sú zložené z oveľa viac ako iba kyseliny uhličitej), dá sa povedať, že táto zlúčenina nie je vôbec toxická.

Odkazy

1. Deň, r., & Underwood, a. (1989). Kvantitatívna analytická chémia (piate vydanie.). Pearson Prentice Hall.
2. Triasť a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). KYSELINA UHLIČITÁ. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
4. Danielle Reid. (2019). Kyselina uhličitá: Video formovania, štruktúry a chemickej rovnice. Štúdium. Získané z: štúdie.com
5. Götz Bucher a Wolfram Sander. (2014). Čistenie štruktúry kyseliny uhličitej. Zvuk. 346, vydanie 6209, s. 544-545. Doi: 10.1126/veda.1260117
6. Lynn Yarris. (22. októbra 2014). Nové poznatky o kyseline uhličitej vo vode. Laboratórium Berkeley. Získané z: NewsCenter.lbl.Vláda
7. Claudia Hammond. (14. september 2015). Je pre vás skutočne šumivá voda? Zdroj: BBC.com
8. Jürgen Bernard. (2014). Kyselina z kysliny uhličitej a plynnej kyseliny. Inštitút fyzikálnej chémie.  University of Innsbruck.