- yapı
- molekül
- Moleküler etkileşimler
- Saf karbonik asit
- Özellikleri
- sentez
- çözünme
- Sıvı buhar dengesi
- Saf katı
- Uygulamalar
- Riskler
- Referanslar
Karbonik asit, bir tartışma aslında organik olmasına rağmen, kimyasal formül, H, bir inorganik bileşiktir 2 CO 3 . Bu nedenle, iki moleküler katyon H 3 O + oluşturmak için sulu ortama iki H + iyonu verebilen diprotik bir asittir . Ondan iyi bilinen bikarbonat (HCO 3 - ) ve karbonat (CO 3 2- ) iyonları ortaya çıkar .
Basit ama aynı zamanda çok sayıda türün sıvı-buhar dengesine katıldığı sistemlerde yer alan bu tuhaf asit, iki temel inorganik molekülden oluşur: su ve karbondioksit. Varlığı çözünmemiş CO 2 yüzeyine doğru yükselen su içinde köpüren olduğunda görülmektedir.
Karbonik asit içeren en yaygın içeceklerden biri olan karbonatlı su içeren cam. Kaynak: Pxhere.
Bu fenomen gazlı içeceklerde ve karbonatlı suda çok düzenli olarak görülmektedir.
Karbonatlı veya havalandırılmış su (üst görüntü) olması durumunda, CO, örneğin bir miktar 2 çözündükten buhar basıncı fazla çift atmosferik basınç olduğunu çok. O kapağını açmak zaman, şişe dış içindeki basınç farkı CO çözünürlüğünü azaltır 2 kabarcıkları sıvı kaçmasını kadar bu son görünür yüzden,.
Daha az bir dereceye kadar, aynı şey herhangi bir taze veya tuzlu su kütlesinde olur: ısıtıldıklarında çözünmüş CO 2 içeriğini serbest bırakırlar .
Bununla birlikte, CO 2 yalnızca çözünmez, aynı zamanda molekülünde onu H 2 CO 3'e dönüştüren dönüşümlere uğrar ; Ömrü çok az olan, ancak sulu çözücü ortamının pH'ında ölçülebilir bir değişikliği işaretlemek ve ayrıca benzersiz bir karbonat tampon sistemi oluşturmak için yeterli olan bir asit.
yapı
molekül
Küreler ve çubuklar modeli ile temsil edilen karbonik asit molekülü. Kaynak: Wikipedia aracılığıyla Jynto ve Ben Mills.
Yukarıda küreler ve çubuklarla temsil edilen H 2 CO 3 molekülü var . Kırmızı küreler oksijen atomlarına, siyahlar karbon atomuna ve beyazlar hidrojen atomlarına karşılık gelir.
Görüntüden başlayarak, bu asit için başka bir geçerli formül yazabileceğinizi unutmayın: CO (OH) 2 , burada CO karbonil grubu olur, C = O, iki hidroksil grubuna, OH'ye bağlıdır. Hidrojen atomlarını bağışlayabilen iki OH grubu olduğu için artık ortama salınan H + iyonlarının nereden geldiği anlaşılmıştır .
Karbonik asidin moleküler yapısı.
Ayrıca CO (OH) 2 formülünün OHCOOH olarak yazılabileceğini unutmayın; yani RCOOH tipindedir, burada R bu durumda bir OH grubudur.
Bu nedenle, molekülün organik kimyada çok yaygın olan oksijen, hidrojen ve karbon atomlarından oluşmasına ek olarak, karbonik asit bazıları tarafından organik bir bileşik olarak kabul edilir. Bununla birlikte, sentezi ile ilgili bölümde, başkalarının neden doğada inorganik ve organik olmadığını düşündükleri açıklanacaktır.
Moleküler etkileşimler
H 2 CO 3 molekülünden , geometrisinin üçgen düzlemi olduğu ve karbonun üçgenin merkezinde yer aldığı yorumlanabilir. İki köşesinde hidrojen bağ donörleri olan OH grupları vardır; ve diğerinde, C = O grubunun bir oksijen atomu, hidrojen bağlarının alıcısı.
Bu nedenle, H 2 CO 3 protik veya oksijene (ve azotlu) çözücü ile etkileşim için güçlü bir eğilim vardır.
Ve tesadüfen, su bu iki özelliği yerine getirir ve H 2 CO 3'ün afinitesi, neredeyse anında bir H + bırakır ve HCO 3 - ve H 3 O türlerini içeren bir hidroliz dengesi kurulmaya başlar. + .
Bu nedenle, yalnızca suyun varlığı karbonik asidi parçalar ve saf bir bileşik olarak izole etmeyi çok zorlaştırır.
Saf karbonik asit
H dönen 2 CO 3 molekülü , bu sadece düz hidrojen bağları oluşturma yeteneğine sahip değildir, ancak Ayrıca mevcut sis-trans izomerizmi; Bu, görüntüde cis izomerine sahibiz, iki H aynı yönü gösterirken, trans izomerde zıt yönleri gösterirler.
Cis izomeri, ikisi arasında daha kararlı olanıdır ve bu nedenle genellikle temsil edilen tek izomerdir.
H saf bir katı madde 2 CO 3 tabakalar veya yan hidrojen bağları ile etkileşen moleküller saclardan oluşan bir kristalin yapıdan oluşur. Bu beklenen bir durumdur, H 2 CO 3 molekülü düz ve üçgen şeklindedir. Süblimleştiğinde, iki hidrojen bağı C = O-OH ile birleştirilen siklik dimerler (H 2 CO 3 ) 2 ortaya çıkar .
H 2 CO 3 kristallerinin simetrisi şu an için tanımlanmamıştır. İki polimorf olarak kristalleştiği kabul edildi: α-H 2 CO 3 ve β-H 2 CO 3 . Bununla birlikte, α-H 2 CO 3 CH karışımından sentezlenmiş 3 COOH, CO 2 , CH aslında olduğu gösterilmiştir 3 karbonik asit monometil ester OCOOH.
Özellikleri
H 2 CO 3'ün diprotik bir asit olduğundan bahsedildi , bu yüzden onları kabul eden bir ortama iki H + iyonu bağışlayabilir . Bu ortam su olduğunda, ayrışma veya hidrolizinin denklemleri şunlardır:
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 )
HCO 3 - bikarbonat veya hidrojen karbonat anyonudur ve CO 3 2- karbonat anyonudur. İlgili denge sabitleri, Ka 1 ve Ka 2 de belirtilmiştir . Ka yana 2 Ka beş milyon kat daha küçük 1 , oluşumu ve CO konsantrasyonu 3 2- önemsizdir.
Bu nedenle, bir diprotik asit olmasına rağmen, ikinci H + onu hemen hemen fark edilir şekilde serbest bırakamaz. Bununla birlikte, varlığı çözündürüldü CO 2 büyük miktarlarda orta asitlenir için yeterlidir; bu durumda su, pH değerlerini düşürür (7'nin altına).
Karbonik asitten bahsetmek, pratik olarak HCO 3 - ve H 3 O + türlerinin baskın olduğu sulu bir çözeltiye atıfta bulunmaktır ; Bu CO kayacaktır ufak bir girişim olarak, geleneksel yöntemler ile izole edilemez 2 çözünürlük dengesi suyun kaçmasına olur kabarcıkların oluşmasına neden olur.
sentez
çözünme
Karbonik asit, sentezlenmesi en kolay bileşiklerden biridir. Nasıl? En basit yöntem, verdiğimiz havayı bir pipet veya saman yardımı ile bir hacim su haline getirmektir. Esasen CO nefes için 2 , bu, bunun küçük bir kısmını suya kabarcık eritilmesi olacaktır.
Bunu yaptığımızda aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (sulu)
Ama buna karşılık, CO çözünürlüğü 2 su içinde düşünülmelidir :
CO 2 (g) <=> CO 2 (sulu)
Hem CO 2 ve H 2 H, böylece, O, inorganik moleküller 2 CO 3 Bu görüş noktasından inorganiktir.
Sıvı buhar dengesi
Sonuç olarak, CO 2'nin kısmi basınçlarına ve sıvının sıcaklığına büyük ölçüde bağımlı olan bir denge sistemimiz var .
Örneğin CO 2 basıncı artarsa (havayı pipetten daha kuvvetle üflediğimizde) daha fazla H 2 CO 3 oluşacak ve pH daha asidik hale gelecektir; çünkü ilk denge sağa kayar.
Biz, H ısı Öte yandan, 2 CO 3 çözeltisi , CO çözünürlüğü 2 su içinde olacak azaltmak , bir gaz olduğu için, ve denge sola doğru kayacak (orada daha H olacaktır 2 CO 3 ). Vakum uygulamaya çalışırsak da benzer olacaktır: CO 2 ve su molekülleri kaçacak ve bu da dengeyi tekrar sola kaydıracaktır.
Saf katı
Yukarıda bir sonuca ulaşmak için: bir şekilde H 2 CO 3 çözeltisi , klasik bir yöntemle, saf bir katı halinde bu asidin sentezlenmesi için bir yolu yoktur. Bununla birlikte, CO katı karışımlarından itibaren geçen yüzyılın 90s, yapılması edilmiş 2 ve H 2 O.
Bu katı karışım % 50 CO 2 H 2 O iki bileşenden de kaçacaktır ve böylece, protonları (kozmik radyasyona türü) ile bombardıman ve H oluşumu olan 2 CO 3 meydana gelir . Bu amaçla, bir CH 3 OH-CO 2 karışımı da kullanılmaktadır (-H α hatırlamak 2 CO 3 ).
Başka bir yöntem de aynı şeyi yapmaktır ancak doğrudan kuru buz kullanmaktır, başka bir şey değil.
Üç yöntemden NASA bilim adamları bir sonuca varmayı başardılar: katı veya gaz halindeki saf karbonik asit, Jüpiter'in buzlu uydularında, Mars buzullarında ve bu tür katı karışımların sürekli olarak ışınlandığı kuyruklu yıldızlarda var olabilir. kozmik ışınlarla.
Uygulamalar
Karbonik asit kendi başına işe yaramaz bir bileşiktir. Bununla birlikte, çözeltilerinden, HCO 3 - / CO 3 2- veya H 2 CO 3 / HCO 3 - çiftlerine dayalı tampon çözeltiler hazırlanabilir .
Bu çözümlerin ve kırmızı kan hücrelerinde karbonik anhidraz enziminin etkisi, günümüze sayesinde CO 2 solunumu üretilen nihayet bizim vücut dışında nefesle üzere serbest akciğerlere kan içinde taşınabilmektedir.
CO 2'nin köpürmesi, alkolsüz içeceklere içerken boğazda bıraktıkları hoş ve karakteristik hissi vermek için kullanılır.
Aynı şekilde, H 2 CO 3'ün varlığı, kalker sarkıtlarının oluşumunda jeolojik öneme sahiptir, çünkü bu sarkıtları sivri bitişlerini elde edene kadar yavaş yavaş çözer.
Öte yandan, çözeltileri bazı metalik bikarbonatlar hazırlamak için kullanılabilir; bunun için bir bikarbonat tuzunun ( örneğin NaHCO 3 ) doğrudan kullanılması daha karlı ve daha kolaydır .
Riskler
Karbonik asit, normal koşullar altında (yaklaşık 300 nanosaniye tahmin ederler) o kadar ihmal edilebilir bir yaşam süresine sahiptir ki, çevreye ve canlılara pratik olarak zararsızdır. Bununla birlikte, daha önce de belirtildiği gibi, bu, deniz faunasını etkileyerek okyanus suyunun pH'ında endişe verici bir değişiklik yaratamayacağı anlamına gelmez.
Öte yandan, karbonatlı su alımında gerçek "risk" bulunur, çünkü içlerinde çözünen CO 2 miktarı normal sudan çok daha yüksektir. Ancak yine, karbonatlı su içmenin ölümcül bir risk oluşturduğunu gösteren hiçbir çalışma yoktur; oruç tutmasını ve hazımsızlıkla savaşmasını tavsiye etseler bile.
Bu suyu içenlerde görülen tek olumsuz etki mideleri gazla dolduğu için dolgunluk hissidir. Bunun dışında (sadece karbonik asitten çok daha fazlasını içerdikleri için gazlı içeceklerden bahsetmiyorum bile), bu bileşiğin hiç toksik olmadığı söylenebilir.
Referanslar
- Day, R. ve Underwood, A. (1989). Quantitative Analytical Chemistry (beşinci baskı). PEARSON Prentice Salonu.
- Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
- Vikipedi. (2019). Karbonik asit. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
- Danielle Reid. (2019). Karbonik Asit: Oluşumu, Yapısı ve Kimyasal Denklem Videosu. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
- Götz Bucher ve Wolfram Sander. (2014). Karbonik asidin yapısını netleştirmek. Cilt 346, Sayı 6209, s. 544-545. DOI: 10.1126 / science.1260117
- Lynn Yarris. (22 Ekim 2014). Sudaki Karbonik Asit Üzerine Yeni Bilgiler. Berkeley Lab. Newscenter.lbl.gov adresinden kurtarıldı
- Claudia Hammond. (2015, 14 Eylül). Maden suyu sizin için gerçekten kötü mü? Kurtarıldı: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Katı ve gaz halindeki karbonik asit. Fiziksel Kimya Enstitüsü. Innsbruck Üniversitesi.