- Struktura
- Molekula
- Molekulární interakce
- Čistá kyselina uhličitá
- Vlastnosti
- Syntéza
- Rozpuštění
- Rovnováha kapalina-pára
- Čistá pevná látka
- Aplikace
- Rizika
- Reference
Kyseliny uhličité je anorganická sloučenina, i když některé debata ve skutečnosti je ekologické, chemický vzorec H 2 CO 3. Jedná se tedy o kyselina dvojsytná, schopná poskytovat dva H + iontů do vodného média ke generování dvou molekulárních kationty H 3 O +. Z toho vycházejí známé ionty hydrogenuhličitanu (HCO 3 -) a uhličitanu (CO 3 2-).
Tato zvláštní kyselina, jednoduchá, ale současně zapojená do systémů, ve kterých se mnoho druhů podílí na rovnováze kapalina-pára, je tvořena ze dvou základních anorganických molekul: vody a oxidu uhličitého. Přítomnost nerozpuštěné CO 2 je pozorována, když je bublající ve vodě, stoupající směrem k povrchu.
Sklo se sycenou vodou, jeden z nejčastějších nápojů, které obsahují kyselinu uhličitou. Zdroj: Pxhere.
Tento jev je patrný velmi pravidelně u sycených nápojů a sycené vody.
V případě, že oxidem uhličitým nebo sodovou vodou (horní obrázek), jako je množství CO 2, se rozpustí, že jeho tlak páry je více než dvakrát vyšší než atmosférický tlak. Při odvíčkování to, tlakový rozdíl uvnitř láhve a vnější snižuje rozpustnost CO 2, což je důvod, proč se objeví bubliny, které skončí unikající z kapaliny.
V menší míře se to samé stane v každém těle čerstvé nebo slané vody: při zahřátí uvolní rozpuštěný obsah CO 2.
Nicméně, CO 2 je nejen rozpuštěna, ale prochází transformace ve své molekule, že to zase do H 2 CO 3; kyselina, která má příliš malou životnost, ale dostatečnou pro označení měřitelné změny pH jejího vodného rozpouštědlového média, a také pro vytvoření jedinečného uhličitanového pufrového systému.
Struktura
Molekula
Molekula kyseliny uhličité reprezentovaná modelem sfér a tyčí. Zdroj: Jynto a Ben Mills prostřednictvím Wikipedie.
Nad máme H 2 CO 3 molekuly, zastoupená koule a barů. Červené koule odpovídají atomům kyslíku, černé atomu uhlíku a bílé atomům vodíku.
Všimněte si, že od obrázku můžete pro tuto kyselinu napsat další platný vzorec: CO (OH) 2, kde CO se stává karbonylovou skupinou, C = O, spojenou se dvěma hydroxylovými skupinami, OH. Protože existují dvě OH skupiny, schopné darovat své atomy vodíku, je nyní zřejmé, odkud H + ionty uvolněné do prostředí pocházejí.
Molekulární struktura kyseliny uhličité.
Rovněž je třeba poznamenat, že vzorec CO (OH) 2 lze psát jako OHCOOH; to znamená typu RCOOH, kde R je v tomto případě skupina OH.
Z tohoto důvodu, kromě skutečnosti, že molekula je tvořena atomy kyslíku, vodíku a uhlíku, které jsou v organické chemii až příliš běžné, je kyselina uhličitá považována za organickou sloučeninu. V části o její syntéze však bude vysvětleno, proč to ostatní považují za anorganickou a neorganickou povahu.
Molekulární interakce
Molekuly H 2 CO 3 to může být poznamenal, že jeho geometrie je trigonální rovina, s atomem uhlíku, se nachází ve středu trojúhelníku. Ve dvou svých vrcholech má skupiny OH, které jsou donory vodíkových vazeb; a ve zbývajícím zbytku atom kyslíku skupiny C = O, přijímač vodíkových vazeb.
Tak, H 2 CO 3 má silnou tendenci interagovat s protickými nebo okysličených (a dusíkatých) rozpouštědel.
A shodou okolností, voda splňuje tyto dvě vlastnosti a afinitu H 2 CO 3 pro to je tak, že se téměř okamžitě se vzdá je H + a hydrolýzy rovnováha začíná být prokázáno, že zahrnuje druhy, HCO 3 - a H 3 O +.
Proto pouhá přítomnost vody rozkládá kyselinu uhličitou a je příliš obtížné ji izolovat jako čistou sloučeninu.
Čistá kyselina uhličitá
Vrátíme-li se H 2 CO 3 molekuly, to je nejen ploché, schopna vytvořit vodíkové vazby, ale může také přítomné cis-trans izomerie; To je, na obrázku máme cis izomer, se dvěma H směřujícími stejným směrem, zatímco v trans izomeru by směřovaly opačným směrem.
Cis izomer je stabilnější z těchto dvou, a proto je to obvykle jediný, který je obvykle zastoupen.
Čistý pevný H 2 CO 3 se skládá z krystalické struktury složené z vrstev nebo vrstev molekul interagujících s bočními vodíkovými vazbami. To je třeba očekávat, na H 2 CO 3 molekuly bytost plochý a trojúhelníkový. Když se sublimuje, cyklické dimery (H 2 CO 3) 2 se zobrazí, které jsou spojeny dvěma vodíkovými vazbami C = O-OH.
Symetrie z H 2 CO 3 krystalů nebyl definován v tomto okamžiku. To bylo považováno za krystalizovat za dva polymorfy: α-H 2 CO 3 a β-H 2 CO 3. Nicméně, α-H 2 CO 3, syntetizovaný ze směsi CH 3 COOH-CO 2, bylo prokázáno, že ve skutečnosti CH 3 OCOOH: a monomethyl ester kyseliny uhličité.
Vlastnosti
Bylo zmíněno, že H 2 CO 3 je kyselina dvojsytná, tak to může darovat dva H + iontů na nosiči, který je přijímá. Pokud je tímto médiem voda, jsou rovnice jeho disociace nebo hydrolýzy:
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 aniont hydrogenuhličitanu nebo hydrogenuhličitanu a CO 3 2- aniont uhličitanu. Rovněž jsou uvedeny jejich příslušné rovnovážné konstanty Ka 1 a Ka 2. Protože Ka 2 je pět milionůkrát menší než Ka 1, tvorba a koncentrace CO 3 2 jsou zanedbatelné.
Třebaže je to kyselina diprotová, druhá H + ji může sotva uvolnit. Nicméně, přítomnost rozpuštěného CO 2 ve velkém množství, je dost pro okyselení media; v tomto případě voda, snižující její hodnoty pH (pod 7).
Mluvíme-li o kyselině uhličité, znamená to prakticky vodný roztok, ve kterém převládají druhy HCO 3 - a H 3 O +; nemůže být izolován běžnými způsoby, jako nejmenší pokus by posunutí CO 2 rozpustnosti rovnováhu k tvorbě bublin, které by unikají z vody.
Syntéza
Rozpuštění
Kyselina uhličitá je jednou z nejjednodušších syntetických sloučenin. Jak? Nejjednodušší metodou je vzduch, který vydechujeme, do vody, pomocí slámy nebo slámy. Protože jsme v podstatě výdechu CO 2, bude bubliny do vody, rozpouštění malou část.
Když to uděláme, dojde k následující reakci:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Ale opět, rozpustnost CO 2 ve vodě, musí být považovány za:
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Oba CO 2 a H 2 O jsou anorganické molekuly, tak H 2 CO 3 je anorganická z tohoto hlediska.
Rovnováha kapalina-pára
V důsledku toho máme rovnovážný systém, který je vysoce závislé na parciálním tlakem CO 2, jakož i teplota kapaliny.
Například, pokud se tlak CO 2 zvýší (v případě, že vzduch foukáme větší silou slámou), vytvoří se více H 2 CO 3 a pH bude kyselejší; od té doby se první rovnováha posune doprava.
Na druhou stranu, pokud se teplo H 2 CO 3 roztoku, rozpustnost CO 2 ve vodě se sníží, protože se jedná o plyn, a rovnováha se pak posune doleva (bude méně H 2 CO 3). Bude to podobné, pokud se pokusíme použít vakuum: CO 2 unikne stejně jako molekuly vody, které by rovnováhu opět posunuly doleva.
Čistá pevná látka
Výše uvedené umožňuje dospět k závěru: z H 2, CO 3 řešení neexistuje žádný způsob, jak syntetizovat tuto kyseliny jako čistá pevná látka obvyklým způsobem. Bylo to však od 90. let minulého století učiněno od pevných směsí CO 2 a H 2 O.
Tento 50% pevné látky CO 2 -H 2 O směs je bombardován protony (druh kosmického záření), tak, aby ani složka unikne a tvorba H 2 CO 3 dochází. Pro tento účel, CH 3 OH-CO 2 směsi byl také použit (pamatovat α-H 2 CO 3).
Další metodou je udělat to samé, ale přímo použít suchý led, nic víc.
Z těchto tří metod mohli vědci NASA dospět k jednomu závěru: čistá kyselina uhličitá, pevná nebo plynná, může existovat v ledových satelitech Jupiteru, v marťanských ledovcích a v kometách, kde jsou takové pevné směsi neustále ozařovány. kosmickými paprsky.
Aplikace
Kyselina uhličitá sama o sobě je k ničemu. Z jejich řešení, nicméně, tlumivé roztoky na bázi páry HCO 3 - / CO 3 2 nebo H 2 CO 3 / HCO 3 - může být připraven.
Díky těmto řešení a působením enzymu karboanhydrázy, přítomné v červených krvinkách, CO 2 vyrobené v dýchání lze přepravovat v krvi do plic, kde se nakonec vypouštěn do vydechovány mimo naše tělo.
Bublání CO 2 se používá k tomu, aby nealkoholickým nápojům poskytlo příjemný a charakteristický pocit, který při pití pijí v krku.
Podobně přítomnost H 2 CO 3 má geologické význam v tvorbě vápencových krápníků, jak se pomalu rozpouští, dokud pocházejí jejich špičaté povrchy.
A na druhé straně, jeho řešení mohou být použita k přípravě některých kovových hydrogenuhličitanů; i když pro toto je výhodnější a jednodušší přímo použít hydrogenuhličitan sůl (NaHCO 3, například).
Rizika
Kyselina uhličitá má tak nízkou životnost za normálních podmínek (odhadují se okolo 300 nanosekund), že je prakticky neškodná životnímu prostředí a živým bytostem. Jak však již bylo řečeno, neznamená to, že nemůže vyvolat znepokojivou změnu pH mořské vody a ovlivnit mořskou faunu.
Na druhé straně skutečné „riziko“ je zjištěno při příjmu sycené vody, protože množství CO 2 rozpuštěného v nich je mnohem vyšší než v normální vodě. Znovu a znovu však neexistují žádné studie, které by prokázaly, že pitná voda sycená oxidem uhličitým představuje smrtelné riziko; pokud to dokonce doporučí, aby se postili a bojovali s trávením.
Jediným negativním účinkem pozorovaným u lidí, kteří pijí tuto vodu, je pocit plnosti, protože jejich žaludky se plní plyny. Mimo to (nemluvě o sodovkách, protože jsou tvořeny mnohem více než jen kyselinou uhličitou), lze říci, že tato sloučenina není vůbec toxická.
Reference
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitativní analytická chemie (páté vydání). PEARSON Prentice Hall.
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Kyselina uhličitá. Obnoveno z: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Kyselina uhličitá: Video, tvorba, struktura a chemická rovnice. Studie. Obnoveno z: study.com
- Götz Bucher a Wolfram Sander. (2014). Objasnění struktury kyseliny uhličité. Svazek 346, číslo 6209, str. 544-545. DOI: 10.1126 / science.1260117
- Lynn Yarris. (22. října 2014). Nové poznatky o kyselině uhličité ve vodě. Berkeley Lab. Získáno z: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammondová. (2015, 14. září). Je pro vás šumivá voda opravdu špatná? Obnoveno z: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Tuhá a plynná kyselina uhličitá. Ústav fyzikální chemie. University of Innsbruck.