Karbonsyra (H2CO3) struktur, egenskaper, syntes, användning

han kolsyra Det är en oorganisk förening, även om det finns de som debatterar att det faktiskt är organiskt, vars kemiska formel är h₂Co₃. Det är därför en diplinsyra som kan donera två H -joner⁺ till den vattenhaltiga miljön för att generera två molekylära katjoner h₃ANTINGEN⁺. Från honom uppstår de välkända bikarbonatjonerna (HCO₃^-) och karbonat (co₃^2-).

Denna speciella syra, enkla, men samtidigt involverade i system där många arter deltar i en vätskevaporbalans, bildas av två grundläggande oorganiska molekyler: vatten och koldioxid. Närvaron av CO₂ UNGOUND observeras alltid att det finns en bubbla i vattnet som stiger upp till ytan.

Glas med förgasat vatten, en av de vanligaste dryckerna som innehåller kolsyra. Källa: Pxhere.

Detta fenomen ses regelbundet i läsk och kolsyrat vatten.

När det gäller kolsyrat eller förgasat vatten (överlägsen bild) har en sådan mängd lösts upp₂ att ditt ångtryck är mer än dubbelt atmosfärstryck. Genom att avslöja det minskar skillnaden i tryck inuti flaskan och utsidan av CO: s löslighet₂, Så bubblorna som slutar undkomma vätskan dyker upp.

I mindre utsträckning händer samma sak i någon massa av färskt eller saltvatten: när de värmer dem kommer de att släppa sitt upplösta innehåll av CO₂.

Men CO₂ Det är inte bara upplöst, utan lider omvandlingar i sin molekyl som gör det till H₂Co₃; En syra som har ett mycket litet liv, men tillräckligt för att markera en mesbar förändring i pH i dess vattenhaltiga lösningsmedelsmiljö, och också generera ett unikt karbonatbuffertsystem.

[TOC]

Strukturera

Molekyl

Karbonsyramolekyl representerad med en sfärer och staplarsmodell. Källa: Jynto och Ben Mills via Wikipedia.

Upp vi har H -molekylen₂Co₃, representerad med sfärer och barer. De röda sfärerna motsvarar syreatomer, svart till kolatom och vita väteatomer.

Observera att från bilden kan du skriva en annan giltig formel för denna syra: CO (OH)₂, Där CO blir karbonylgruppen, C = O, kopplad till två hydroxylgrupper, OH. När det finns två OH -grupper, som kan donera sina väteatomer, förstås det nu var hjonerna kommer från⁺ släppt i mitten.

Molekylstruktur av kolsyra.

Observera att formeln CO (OH)₂ Det kan skrivas som ohcooh; det vill säga av RCOOH -typen, där R blir i detta fall en OH -grupp.

Det är av detta skäl, utöver det faktum att molekylen består av syre, väte- och kolatomer, för vanliga i organisk kemi, att kolsyra betraktas av vissa som en organisk förening. Men i avsnittet av syntesen kommer det att förklaras varför andra anser det av en oorganisk och icke -organisk natur.

Kan tjäna dig: dihydroxyaceton: struktur, egenskaper, erhållning, användningar

Molekylär interaktioner

Av molekylen h₂Co₃ Det kan kommenteras att dess geometri är trigonal platt, med kolet beläget i mitten av triangeln. I två av dess vertikaler har den OH -grupperna, som är vätebryggadonatorer; Och i den återstående andra, en syreatom i grupp C = O, vätebro acceptor.

Således, h₂Co₃ Det har en stark tendens att interagera med skydd eller syresatta lösningsmedel (och även kväve).

Och tillfället möter vatten dessa två egenskaper, och affiniteten för H är sådan₂Co₃ för henne som nästan omedelbart ger henne en h⁺ Och en hydrolysbalans som involverar HCO -arter börjar upprättas₃^- och h₃ANTINGEN⁺.

Det är därför den bara närvaron av vatten sönderdelas kolsyra och gör dess isolering som ren förening för komplicerad.

Ren kolsyra

Återvänder till H -molekylen₂Co₃, Det är inte bara platt, kapabel att etablera vätebroar, utan det kan också presentera cis-trans Isomeía; Detta är, i bilden har vi cis -isomeren, med de två H som pekar i samma riktning, medan de i transisomeren skulle peka i motsatta riktningar.

Cis -isomeren är den mest stabila av båda, och det är därför det är den enda som vanligtvis representeras.

Ett rent fast ämne av H₂Co₃ Den består av en kristallin struktur som består av lager eller molekyler lämnar som interagerar med sidorvätebroar. Detta förväntas, att vara molekylen h₂Co₃ Platt och triangulär. När sublimala, cykliska skymningar dyker upp (h₂Co₃)₂, som förenas med två vätebroar C = O - OH.

HR -symmetrin₂Co₃ Det har inte kunnat definieras av ögonblicken. Det ansågs kristalliserat som två polymorfer: α-H₂Co₃ och p- h₂Co₃. Men a-h₂Co₃, syntetiserad baserat på en blandning av cho₃Cooh-co₂, Det visades att det faktiskt var Cho₃Oroh: En monometri kolsyra ster.

Egenskaper

Det nämndes att h₂Co₃ Det är en diplinsyra, så att du kan donera två hjoner⁺ till ett medium som accepterar dem. När detta medium är vatten är ekvationerna för dess dissociation eller hydrolys:

H₂Co₃(Ac) + h₂Eller (l) hco₃^-(Ac) + h₃ANTINGEN⁺(Ac) (ka₁ = 2,5 × 10⁻⁴)

Hco₃^-(Ac) + h₂Eller (l) co₃^2-(Ac) + h₃ANTINGEN⁺(Ac) (ka₂ = 4,69 × 10⁻¹¹)

Hco₃^- Det är bikarbonat- eller hydrogenokarbonatanjonen och CO₃^2- Karbonatanjonen. De indikerar också sina respektive jämviktskonstanter, KA₁ och ka₂. Att vara ka₂ fem miljoner gånger mindre än ka₁, Bildningen och koncentrationen av CO₃^2- De är föraktliga.

Så även om det är en diprotisk syra, den andra h⁺ Du kan knappt släppa det märkbart. Men närvaron av CO₂ upplöst i stora mängder tillräckligt för att surgöra mediet; I detta fall vatten och sänker dess pH -värden (under 7).

Kan tjäna dig: fusion

Att prata om kolsyra hänvisar praktiskt taget till en vattenhaltig lösning där HCO -arter dominerar₃^- och h₃ANTINGEN⁺; Det kan inte isoleras med konventionella metoder, eftersom de minsta försöken skulle förskjuta löslighetsbalansen för CO₂ till bildandet av bubblor som skulle fly från vatten.

Syntes

Upplösning

Karbonsyra är en av de enklaste föreningarna att syntetisera. Som? Den enklaste metoden är att bubbla, med hjälp av ett sugrör eller sorbet, luften som vi andas ut i en volym vatten. Eftersom vi andas ut i huvudsak co₂, Denna bubbla i vattnet och löser upp en liten del av samma.

När vi gör detta inträffar följande reaktion:

Co₂(g) + h₂Eller (l) h₂Co₃(Ac)

Men i sin tur måste CO: s löslighet övervägas₂ i vatten:

Co₂(g) CO₂(Ac)

Båda co₂ som h₂Eller är oorganiska molekyler, så h₂Co₃ Det är oorganiskt sedan denna punkt sett.

Vätskevaporbalans

Som ett resultat har vi ett system i jämvikt som beror mycket på CO: s partiella tryck₂, såväl som vätsketemperatur.

Till exempel om CO -trycket₂ Det ökar (i händelse av att vi blåser luften med mer kraft genom sorbet) kommer mer H att bildas₂Co₃ och pH kommer att bli surare; Sedan rör sig den första balansen till höger.

Å andra sidan, om vi värmer upp upplösningen av h₂Co₃, LOS -lösligheten kommer att minska₂ I vattnet eftersom det är en gas, och balansen kommer sedan att röra sig till vänster (det kommer att bli mindre h₂Co₃). Liknande kommer att vara om vi försöker tillämpa ett vakuum: CO₂ Det kommer att fly såväl som vattenmolekylerna, som skulle flytta balansen till vänster igen.

Rent solid

Ovanstående gör det möjligt att nå en slutsats: från en lösning av h₂Co₃ Det finns inget sätt att syntetisera denna syra som ett rent fast ämne genom en konventionell metod. Det har emellertid gjorts sedan 90 -talet av förra seklet, med början från fasta blandningar av CO₂ och h₂ANTINGEN.

Till denna fasta blandning co₂-H₂Eller vid 50% bombarderas med protoner (en typ av kosmisk strålning), så att ingen av de två komponenterna kommer att fly och bildandet av H inträffar₂Co₃. För detta ändamål har en Cho -blandning också använts₃Oh-co₂ (Kom ihåg a-h₂Co₃).

En annan metod är att göra detsamma men direkt med torris, inget mer.

Av de tre metoderna kan NASA: s forskare nå en slutsats: ren, solid eller gasformig kolsyra, kan existera i Jupiters glass, i Martian Glaciers och i kometer, där sådana fasta blandningar ständigt bestrålas för kosmiska strålar.

Kan tjäna dig: Volumetrisk pipett: egenskaper, användningar, kalibrering och fel

Ansökningar

Karbonsyra i sig är en förening utan någon nytta. Av dess lösningar kan du dock förbereda dämpningslösningar baserade på HCO -kamrater₃^-/Co₃^2- eller h₂Co₃/Hco₃^-.

Tack vare dessa lösningar och verkan av kolhydresanhydrasenzymet, närvarande i de röda blodkropparna, CO₂ producerad i andning kan transporteras i blodet till lungorna, där det äntligen släpps ut för att andas ut utanför vår kropp.

CO: s bubju₂ Det drar nytta av att gasa drycker den trevliga och karakteristiska känslan som de lämnar i halsen när de dricker dem.

Dessutom närvaron av H₂Co₃ Det har geologisk betydelse vid bildningen av kalkstenstalaktiter, eftersom det löser dem långsamt tills de har sitt ursprung i deras spetsiga ytor.

Och å andra sidan kan deras lösningar användas för att framställa vissa metallbikarbonater; Även om det är mer lönsamt och lätt att använda ett bikarbonatsalt (NAHCO₃, Till exempel).

Risker

Karbonsyra har så mycket litet liv under normala förhållanden (de uppskattar att cirka 300 nanosekunder), vilket är praktiskt taget ofarligt för miljön och levande varelser. Men som nämnts tidigare innebär det inte att det inte kan generera en oroande förändring i havsvattenens pH, vilket påverkar marin fauna.

Å andra sidan är den verkliga "risken" i det förgasade vattenintaget, eftersom mängden CO₂ Löst i dem är mycket större än i normalt vatten. Men igen finns det inga studier som har visat att dricka förgasat vatten representerar en dödlig risk; Om du till och med rekommenderar det att fasta och bekämpa matsmältningsbesvär.

Den enda negativa effekten som observerats på dem som dricker detta vatten är känslan av fullhet, eftersom magen är fyllda med gaser. Ut ur detta (för att inte tala om läsk, eftersom de består av mycket mer än bara kolsyra) kan det sägas att denna förening inte är giftig alls.

Referenser

1. Dag, r., & Underwood, a. (1989). Kvantitativ analytisk kemi (femte ED.). Pearson Prentice Hall.
2. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). KOLSYRA. Hämtad från: i.Wikipedia.org
4. Danielle Reid. (2019). Karbonsyra: Bildning, struktur och kemisk ekvationsvideo. Studie. Återhämtat sig från: studie.com
5. Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Förklarar kolsyrans struktur. Vul. 346, nummer 6209, sid. 544-545. Doi: 10.1126/Science.1260117
6. Lynn Yarris. (22 oktober 2014). Ny insikt om kolsyra i vatten. Berkeley Lab. Återhämtat sig från: NewsCenter.lbl.Gov
7. Claudia Hammond. (14 september 2015). Är mousserande vatten riktigt dåligt för dig? Hämtad från: BBC.com
8. Jürgen Bernard. (2014). Fast och gasformig kolsyra. Institutet för fysisk kemi.  University of Innsbruck.