Struktur Asid Karbonat (H2CO3), sifat, sintesis, kegunaan

Dia asid karbonik Ia adalah sebatian bukan organik, walaupun ada orang -orang yang membahaskan bahawa ia sebenarnya organik, yang formula kimianya adalah h₂Co₃. Oleh itu, ia adalah asid diprotik, mampu mendermakan dua ion h⁺ ke persekitaran berair untuk menjana dua kation molekul h₃Sama ada⁺. Dari dia ion bikarbonat yang terkenal (HCO₃^-) dan karbonat (CO₃^2-).

Asid pelik ini, mudah, tetapi pada masa yang sama terlibat dalam sistem di mana banyak spesies mengambil bahagian dalam keseimbangan wap cecair, dibentuk dari dua molekul bukan organik asas: air dan karbon dioksida. Kehadiran co₂ Unwound selalu diperhatikan bahawa terdapat gelembung di dalam air, naik ke permukaan.

Kaca dengan air gas, salah satu minuman yang paling biasa yang mengandungi asid karbonik. Sumber: Pxhere.

Fenomena ini sering dilihat dalam minuman ringan dan air berkarbonat.

Dalam kes air berkarbonat atau gasfiified (imej unggul), jumlah tersebut telah dibubarkan₂ bahawa tekanan stim anda lebih daripada tekanan atmosfera berganda. Dengan mengungkapnya, perbezaan tekanan di dalam botol dan luaran mengurangkan kelarutan CO₂, Jadi gelembung yang akhirnya melarikan diri dari cecair muncul.

Ke tahap yang lebih rendah, perkara yang sama berlaku di mana -mana jisim air segar atau garam: apabila mereka memanaskan mereka, mereka akan melepaskan kandungan dibubarkan mereka₂.

Walau bagaimanapun, CO₂ Ia bukan sahaja dibubarkan, tetapi mengalami transformasi dalam molekulnya yang menjadikannya h₂Co₃; Asid yang mempunyai kehidupan yang sangat kecil, tetapi cukup untuk menandakan perubahan mesurable dalam pH persekitaran pelarut berair, dan juga menghasilkan sistem penampan karbonat yang unik.

[TOC]

Struktur

Molekul

Molekul asid karbonik yang diwakili dengan model sfera dan bar. Sumber: Jynto dan Ben Mills melalui Wikipedia.

Naik kita mempunyai molekul h₂Co₃, diwakili dengan sfera dan bar. Sfera merah sesuai dengan atom oksigen, hitam ke atom karbon, dan atom hidrogen putih.

Perhatikan bahawa bermula dari imej anda boleh menulis formula lain yang sah untuk asid ini: CO (OH)₂, Di mana CO menjadi kumpulan karbonil, C = O, dikaitkan dengan dua kumpulan hidroksil, oh. Apabila terdapat dua kumpulan OH, mampu mendermakan atom hidrogen mereka, kini difahami dari mana asalnya⁺ Dikeluarkan di tengah.

Struktur molekul asid karbonik.

Perhatikan bahawa Formula Co (OH)₂ Ia boleh ditulis sebagai ohcooh; iaitu, jenis rcooh, di mana r menjadi dalam kes ini kumpulan OH.

Atas sebab ini, sebagai tambahan kepada fakta bahawa molekul terdiri daripada atom oksigen, hidrogen dan karbon, terlalu biasa dalam kimia organik, bahawa asid karbonik dianggap oleh sesetengahnya sebagai sebatian organik. Walau bagaimanapun, di bahagian sintesisnya akan dijelaskan mengapa orang lain menganggapnya sebagai sifat bukan organik dan bukan organik.

Boleh melayani anda: dihydroxyacetone: struktur, sifat, mendapatkan, menggunakan

Interaksi molekul

Molekul h₂Co₃ Dapat dikomentari bahawa geometrinya adalah trigonal rata, dengan karbon terletak di tengah segitiga. Dalam dua simpulnya, ia mempunyai kumpulan OH, yang merupakan penderma jambatan hidrogen; Dan pada baki yang lain, atom oksigen kumpulan c = o, penerima jambatan hidrogen.

Oleh itu, h₂Co₃ Ia mempunyai kecenderungan yang kuat untuk berinteraksi dengan protik atau pelarut oksigen (dan juga nitrogen).

Dan secara kebetulan, air memenuhi kedua -dua ciri ini, dan pertalian h adalah seperti itu₂Co₃ untuknya yang hampir segera memberikannya h⁺ Dan keseimbangan hidrolisis yang melibatkan spesies HCO mula ditubuhkan₃^- dan h₃Sama ada⁺.

Itulah sebabnya kehadiran air terurai asid karbonik dan menjadikan penebatnya sebagai sebatian murni terlalu rumit.

Asid karbonik tulen

Kembali ke molekul H₂Co₃, Bukan sahaja ia rata, mampu mewujudkan jambatan hidrogen, tetapi ia juga boleh membentangkan cis-trans isomeía; Ini, dalam imej kita mempunyai isomer cis, dengan dua h menunjuk ke arah yang sama, sementara di dalam isomer trans mereka akan menunjuk ke arah yang bertentangan.

Isomer cis adalah yang paling stabil dari kedua -duanya, dan itulah sebabnya ia adalah satu -satunya yang biasanya diwakili.

Pepejal tulen h₂Co₃ Ia terdiri daripada struktur kristal yang terdiri daripada lapisan atau molekul daun berinteraksi dengan jambatan hidrogen sampingan. Ini dijangkakan, sebagai molekul h₂Co₃ Rata dan segitiga. Apabila sublimal, senja kitaran muncul (h₂Co₃)₂, yang disertai oleh dua jambatan hidrogen c = o - oh.

Simetri jam₂Co₃ Ia belum dapat ditakrifkan oleh saat -saat. Ia dianggap mengkristal sebagai dua polimorf: α-H₂Co₃ dan β- H₂Co₃. Walau bagaimanapun, α-H₂Co₃, disintesis berdasarkan campuran cho₃COOH-CO₂, Ia menunjukkan bahawa ia sebenarnya cho₃Oroh: Ster asid karbonik monometri.

Sifat

Disebutkan bahawa h₂Co₃ Ia adalah asid diprotik, jadi anda boleh mendermakan dua ion h⁺ ke medium yang menerimanya. Apabila medium ini adalah air, persamaan pemisahan atau hidrolisisnya adalah:

H₂Co₃(Ac) + h₂Atau (l) HCO₃^-(Ac) + h₃Sama ada⁺(Ac) (ka₁ = 2.5 × 10^-4)

HCO₃^-(Ac) + h₂Atau (l) co₃^2-(Ac) + h₃Sama ada⁺(Ac) (ka₂ = 4.69 × 10^-11)

HCO₃^- Ia adalah anion bikarbonat atau hidrogenokarbonat, dan CO₃^2- Anion karbonat. Mereka juga menunjukkan pemalar keseimbangan masing -masing, KA₁ dan ka₂. Menjadi ka₂ lima juta kali lebih kecil daripada ka₁, Pembentukan dan kepekatan CO₃^2- Mereka hina.

Jadi, walaupun ia adalah asid diprotik, h kedua⁺ Anda hampir tidak dapat melepaskannya. Walau bagaimanapun, kehadiran CO₂ dibubarkan dalam kuantiti yang cukup untuk mengasingkan medium; Dalam kes ini, air, menurunkan nilai pH (di bawah 7).

Boleh melayani anda: gabungan

Bercakap mengenai asid karbonik secara praktikal merujuk kepada penyelesaian berair di mana spesies HCO mendominasi₃^- dan h₃Sama ada⁺; Ia tidak dapat diasingkan oleh kaedah konvensional, kerana percubaan paling sedikit akan menggantikan keseimbangan kelarutan CO₂ ke pembentukan gelembung yang akan melarikan diri dari air.

Sintesis

Pembubaran

Asid karbonik adalah salah satu sebatian yang paling mudah untuk disintesis. Sebagai? Kaedah yang paling mudah adalah untuk gelembung, dengan bantuan jerami atau sorbet, udara yang kami menghembus nafas dalam jumlah air. Kerana kita menghembus nafas pada Essence Co₂, Gelembung ini di dalam air, melarutkan sebahagian kecil.

Apabila kita melakukan ini, tindak balas berikut berlaku:

Co₂(g) + h₂Atau (l) h₂Co₃(Ac)

Tetapi pada gilirannya, kelarutan CO mesti dipertimbangkan₂ dalam air:

Co₂(g) co₂(Ac)

Kedua -dua co₂ seperti h₂Atau molekul bukan organik, jadi h₂Co₃ Tidak organik sejak titik ini dilihat.

Baki wap cecair

Akibatnya kita mempunyai sistem dalam keseimbangan yang sangat bergantung pada tekanan separa Co₂, serta suhu cecair.

Contohnya, jika tekanan CO₂ Ia meningkat (sekiranya kita meniup udara dengan lebih banyak daya melalui sorbet), lebih banyak h akan membentuk₂Co₃ dan pH akan menjadi lebih berasid; Oleh kerana, baki pertama bergerak ke kanan.

Sebaliknya, jika kita memanaskan pembubaran h₂Co₃, Kelarutan CO akan berkurang₂ Di dalam air kerana ia adalah gas, dan keseimbangan kemudian akan bergerak ke kiri (akan ada kurang h₂Co₃). Serupa jika kita cuba memohon vakum: CO₂ Ia akan melarikan diri serta molekul air, yang akan menggerakkan baki ke kiri lagi.

Pepejal tulen

Di atas membolehkan untuk mencapai kesimpulan: dari penyelesaian h₂Co₃ Tidak ada cara untuk mensintesis asid ini sebagai pepejal tulen melalui kaedah konvensional. Walau bagaimanapun, telah dilakukan, sejak 90 -an abad yang lalu, bermula dari campuran padat Co₂ dan h₂Sama ada.

Ke Campuran Pepejal ini₂-H₂Atau pada 50% ia dibombardir dengan proton (sejenis sinaran kosmik), sehingga kedua -dua komponen tidak akan melarikan diri dan pembentukan h berlaku₂Co₃. Untuk tujuan ini, campuran CHO juga telah digunakan₃Oh-co₂ (Ingat α-H₂Co₃).

Kaedah lain adalah melakukan perkara yang sama tetapi secara langsung menggunakan ais kering, tidak lebih.

Daripada tiga kaedah saintis NASA dapat mencapai kesimpulan: asid karbonik murni, pepejal atau gas, boleh wujud dalam ais krim Musytari, di glasier Martian, dan dalam komet, di mana campuran pepejal itu sentiasa disinari untuk sinar kosmik.

Boleh melayani anda: Pipet Volumetrik: Ciri, Kegunaan, Penentukuran dan Kesalahan

Aplikasi

Asid karbonik itu sendiri adalah sebatian tanpa utiliti. Walau bagaimanapun, penyelesaiannya boleh menyediakan penyelesaian redaman berdasarkan rakan -rakan HCO₃^-/Co₃^2- atau h₂Co₃/HCO₃^-.

Terima kasih kepada penyelesaian ini dan tindakan enzim anhydrase karbonik, yang terdapat dalam sel darah merah, CO₂ Dihasilkan dalam pernafasan boleh diangkut dalam darah ke paru -paru, di mana ia akhirnya dilepaskan untuk dihembuskan di luar badan kita.

Bubjueo dari co₂ Ia mengambil kesempatan daripada minum minuman sensasi yang menyenangkan dan ciri yang mereka tinggalkan di kerongkong mereka ketika meminumnya.

Juga, kehadiran h₂Co₃ Ia mempunyai kepentingan geologi dalam pembentukan stalaktit batu kapur, kerana ia melarutkan mereka perlahan -lahan sehingga mereka berasal dari kemasan mereka.

Dan sebaliknya, penyelesaian mereka boleh digunakan untuk menyediakan beberapa bikarbonat logam; Walaupun ia lebih menguntungkan dan mudah menggunakan garam bikarbonat (NAHCO₃, Sebagai contoh).

Risiko

Asid karbonik mempunyai kehidupan yang sangat kecil dalam keadaan normal (mereka menganggarkan bahawa kira -kira 300 nanodetik), yang hampir tidak berbahaya kepada alam sekitar dan makhluk hidup. Walau bagaimanapun, seperti yang dinyatakan sebelum ini, itu tidak menyiratkan bahawa ia tidak dapat menghasilkan perubahan yang membimbangkan dalam pH air laut, yang mempengaruhi fauna laut.

Sebaliknya, "risiko" yang benar berada dalam pengambilan air yang dibasuh, kerana jumlah CO₂ dibubarkan di dalamnya jauh lebih besar daripada air biasa. Walau bagaimanapun, dan sekali lagi, tidak ada kajian yang menunjukkan bahawa minum air gasified mewakili risiko yang mematikan; Sekiranya anda mencadangkannya untuk cepat dan memerangi pencernaan.

Satu -satunya kesan negatif yang diperhatikan pada mereka yang minum air ini adalah perasaan kenyang, kerana perut mereka dipenuhi dengan gas. Daripada ini (belum lagi minuman ringan, kerana ia terdiri daripada lebih daripada sekadar asid karbonik), boleh dikatakan bahawa sebatian ini tidak toksik sama sekali.

Rujukan

1. Hari, r., & Underwood, a. (1989). Kimia Analisis Kuantitatif (ed kelima.). Pearson Prentice Hall.
2. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). ASID KARBONIK. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
4. Danielle Reid. (2019). Asid Karbonik: Pembentukan, Struktur & Video Persamaan Kimia. Kajian. Pulih dari: belajar.com
5. Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Menjelaskan struktur asid karbonik. Vol. 346, isu 6209, pp. 544-545. Doi: 10.1126/Sains.1260117
6. Lynn Yarris. (22 Oktober 2014). Wawasan baru mengenai asid karbonik di dalam air. Berkeley Lab. Pulih dari: newscenter.lbl.Gov
7. Claudia Hammond. (14 September 2015). Adakah air berkilauan sangat teruk untuk anda? Diperolehi dari: BBC.com
8. Jürgen Bernard. (2014). Asid karbonik pepejal dan gas. Institut Kimia Fizikal.  Universiti Innsbruck.