Kullsyre (H2CO3) struktur, egenskaper, syntese, bruk

Han Kullsyre Det er en uorganisk forbindelse, selv om det er de som debatterer at det faktisk er organisk, hvis kjemiske formel er h₂Co₃. Det er derfor en diprootisk syre, som er i stand til å donere to H -ioner⁺ til det vandige miljøet for å generere to molekylære kationer H₃ENTEN⁺. Fra ham oppstår de velkjente bikarbonationene (HCO₃^-) og karbonat (CO₃^2-).

Denne særegne syren, enkel, men samtidig involvert i systemer der mange arter deltar i en væskedampbalanse, dannes fra to grunnleggende uorganiske molekyler: vann og karbondioksid. Tilstedeværelsen av CO₂ Unwound observeres alltid at det er en boble i vannet, og stiger opp til overflaten.

Glass med forgasifisert vann, en av de vanligste drikkene som inneholder kullsyre. Kilde: Pxhere.

Dette fenomenet blir regelmessig sett i brus og kullsyreholdig vann.

Når det₂ at damptrykket ditt er mer enn dobbelt atmosfæretrykk. Ved å avdekke det reduserer forskjellen i trykket inne i flasken og det ytre løseligheten av CO₂, Så boblene som ender opp med å slippe unna væsken vises.

I mindre grad skjer det samme i en hvilken som helst masse friskt eller saltvann: når de varmer dem, vil de frigjøre sitt oppløste innhold av CO₂.

Imidlertid CO₂ Det er ikke bare oppløst, men lider transformasjoner i molekylet som gjør det til H₂Co₃; En syre som har et veldig lite liv, men nok til å markere en mesurabel endring i pH i det vandige løsningsmiddelmiljøet, og også generere et unikt karbonatbuffersystem.

[TOC]

Struktur

Molekyl

Kullsyremolekyl representert med en kuler og bar -modell. Kilde: Jynto og Ben Mills via Wikipedia.

UP har vi H -molekylet₂Co₃, representert med sfærer og barer. De røde kulene tilsvarer oksygenatomer, svart til karbonatom og hvite hydrogenatomer.

Merk at du starter fra bildet du kan skrive en annen gyldig formel for denne syren: CO (OH)₂, der CO blir karbonylgruppen, C = O, knyttet til to hydroksylgrupper, OH. Når det er to OH -grupper, som er i stand til å donere hydrogenatomer, er det nå forstått hvor H -ionene kommer fra⁺ Utgitt i midten.

Molekylær struktur av kullsyre.

Merk at formelen CO (OH)₂ Det kan skrives som Ohcooh; det vil si av RCOOH -typen, der R blir i dette tilfellet en OH -gruppe.

Det er av denne grunn, i tillegg til det faktum at molekylet består av oksygen, hydrogen og karbonatomer, for vanlig i organisk kjemi, at kullsyre anses av noen som en organisk forbindelse. Imidlertid, i delen av syntesen, vil det bli forklart hvorfor andre anser det for en uorganisk og ikke -organisk natur.

Kan tjene deg: dihydroxyacetone: struktur, egenskaper, innhenting, bruk

Molekylære interaksjoner

Av molekylet h₂Co₃ Det kan kommenteres at geometrien er trigonal flat, med karbonet som ligger i midten av trekanten. I to av sine hjørner har den OH -gruppene, som er hydrogenbro -givere; Og i den gjenværende andre, et oksygenatom i gruppe C = O, hydrogenbro akseptor.

Dermed h₂Co₃ Det har en sterk tendens til å samhandle med protiker eller oksygenerte løsningsmidler (og også nitrogen).

Og tilfeldigvis oppfyller vann disse to egenskapene, og affiniteten til h er slikt₂Co₃ for henne som nesten umiddelbart gir henne en h⁺ Og en hydrolysebalanse som involverer HCO -arter begynner å bli etablert₃^- og h₃ENTEN⁺.

Det er grunnen til at bare tilstedeværelsen av vann dekomponerer kullsyre og gjør isolasjonen som ren forbindelse for komplisert.

Ren kullsyre

Tilbake til H -molekylet₂Co₃, Ikke bare er den flat, i stand til å etablere hydrogenbroer, men det kan også presentere Cis-Trans isomeía; Dette er, på bildet vi har cis -isomeren, med de to H som peker i samme retning, mens de i trans -isomeren ville peke i motsatte retninger.

Cis -isomeren er den mest stabile av begge deler, og det er derfor den er den eneste som vanligvis er representert.

Et rent faststoff av h₂Co₃ Den består av en krystallinsk struktur sammensatt av lag eller molekyler blader som samhandler med sidens hydrogenbroer. Dette forventes, å være molekylet h₂Co₃ Flat og trekantet. Når sublimal, vises sykliske twilights (h₂Co₃)₂, som er forbundet med to hydrogenbroer c = o - oh.

Symmetrien til HR₂Co₃ Det har ikke vært i stand til å defineres av øyeblikkene. Det ble ansett for å krystallisert som to polymorfer: α-H₂Co₃ og β- h₂Co₃. Imidlertid α-H₂Co₃, syntetisert basert på en blanding av CHO₃COOH-CO₂, Det ble demonstrert at det faktisk var Cho₃OROH: En monometri kullsyre Ster.

Egenskaper

Det ble nevnt at h₂Co₃ Det er en diprotsyre, slik at du kan donere to H -ioner⁺ til et medium som aksepterer dem. Når dette mediet er vann, er ligningene av dets dissosiasjon eller hydrolyse:

H₂Co₃(AC) + H₂Eller (l) HCO₃^-(AC) + H₃ENTEN⁺(AC) (Ka₁ = 2,5 × 10⁻⁴)

HCO₃^-(AC) + H₂Eller (l) co₃^2-(AC) + H₃ENTEN⁺(AC) (Ka₂ = 4,69 × 10⁻¹¹)

HCO₃^- Det er bikarbonatet eller hydrogenokarbonatanionen, og CO₃^2- Karbonatanionen. De indikerer også sine respektive likevektskonstanter, Ka₁ og ka₂. Å være ka₂ Fem millioner ganger mindre enn KA₁, Dannelsen og konsentrasjonen av CO₃^2- De er foraktelige.

Så selv om det er en diprotsyre, den andre H⁺ Du kan knapt frigjøre det betydelig. Imidlertid tilstedeværelsen av CO₂ oppløst i store mengder nok til å forsurte mediet; I dette tilfellet vann, og senker pH -verdiene (under 7).

Kan tjene deg: fusjon

Å snakke om kullsyre refererer praktisk talt til en vandig løsning der HCO -arter dominerer₃^- og h₃ENTEN⁺; Det kan ikke isoleres ved konvensjonelle metoder, siden de minste forsøkene vil fortrenge løselighetsbalansen i CO₂ til dannelsen av bobler som ville rømme fra vann.

Syntese

Oppløsning

Kullsyre er en av de enkleste forbindelsene å syntetisere. Som? Den enkleste metoden er å boble, ved hjelp av et sugerør eller sorbet, luften som vi puster ut i et volum vann. Fordi vi puster ut i Essence Co₂, Denne boblen i vannet, og løfter opp en liten brøkdel av det samme.

Når vi gjør dette, oppstår følgende reaksjon:

Co₂(g) + h₂Eller (l) h₂Co₃(AC)

Men på sin side må løseligheten til CO vurderes₂ i vann:

Co₂(g) CO₂(AC)

Begge co₂ som h₂Eller er uorganiske molekyler, så h₂Co₃ Det er uorganisk siden dette poenget sett.

Væskedampbalanse

Som et resultat har vi et system i likevekt som avhenger veldig av delvis trykk fra CO₂, så vel som væsketemperatur.

For eksempel, hvis presset fra CO₂ Det øker (i tilfelle vi blåser i luften med mer kraft gjennom sorbet), vil det danne mer H₂Co₃ og pH vil bli surere; Siden beveger den første balansen seg til høyre.

På den annen side, hvis vi varmer opp oppløsningen av h₂Co₃, Løseligheten av CO vil avta₂ I vannet fordi det er en gass, og balansen vil deretter bevege seg til venstre (det vil være mindre h₂Co₃). Lignende vil være hvis vi prøver å bruke et vakuum: CO₂ Den vil rømme så vel som vannmolekylene, som vil flytte balansen til venstre igjen.

Rent faststoff

Ovennevnte gjør det mulig å komme til en konklusjon: fra en løsning av h₂Co₃ Det er ingen måte å syntetisere denne syren som et rent fast stoff gjennom en konvensjonell metode. Imidlertid er det gjort, siden 90 -tallet av forrige århundre, med start fra faste blandinger av CO₂ og h₂ENTEN.

Til denne solide blandingen CO₂-H₂Eller ved 50% blir det bombardert med protoner (en type kosmisk stråling), slik at ingen av de to komponentene vil slippe unna og dannelsen av H oppstår₂Co₃. For dette formålet har en Cho -blanding også blitt brukt₃Oh-co₂ (Husk α-H₂Co₃).

En annen metode er å gjøre det samme, men direkte ved hjelp av tørris, ikke noe mer.

Av de tre metodene kan NASAs forskere komme.

Kan tjene deg: Volumetrisk pipette: Kjennetegn, bruk, kalibrering og feil

applikasjoner

Kullsyre i seg selv er en forbindelse uten noe verktøy. Av løsningene kan du imidlertid utarbeide dempeløsninger basert på HCO -jevnaldrende₃^-/Co₃^2- eller h₂Co₃/HCO₃^-.

Takk til disse løsningene og virkningen av den karboniske anhydraseenzymet, til stede i de røde blodlegemene, CO₂ Produsert i pusting kan transporteres i blodet til lungene, hvor det endelig frigjøres for å bli utpustet utenfor kroppen vår.

Bubjueo av co₂ Det drar nytte av å gassutvikle den hyggelige og karakteristiske følelsen som de etterlater seg i halsen når de drikker dem.

Også tilstedeværelsen av h₂Co₃ Det har geologisk betydning i dannelsen av kalksteinstalaktitter, da det løser dem sakte til de stammer fra deres spisse finish.

Og på den annen side kan løsningene deres brukes til å fremstille noen metallbikarbonater; Selv om det er mer lønnsomt og enkelt å bruke et bikarbonatsalt (Nahco₃, For eksempel).

Risiko

Kullsyre har så veldig lite liv under normale forhold (de anslår at rundt 300 nanosekunder), som praktisk talt er ufarlig for miljøet og levende vesener. Som nevnt før, innebærer det imidlertid ikke at det ikke kan generere en bekymringsfull endring i pH i havvannet, noe som påvirker marin fauna.

På den annen side er den sanne "risikoen" i det forgassede vanninntaket, siden mengden CO₂ Oppløst i dem er mye større enn i normalt vann. Imidlertid, og igjen, er det ingen studier som har vist at drikking av forgasifisert vann representerer en dødelig risiko; Hvis du til og med anbefaler det å faste og bekjempe fordøyelsesbesvær.

Den eneste negative effekten som er observert på de som drikker dette vannet, er følelsen av fylde, siden magen er fylt med gasser. Av dette (for ikke å nevne brus, siden de er sammensatt av mye mer enn bare kullsyre), kan det sies at denne forbindelsen ikke er giftig i det hele tatt.

Referanser

1. Dag, r., & Underwood, a. (1989). Kvantitativ analytisk kjemi (Fifth ed.). Pearson Prentice Hall.
2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Kullsyre. Hentet fra: i.Wikipedia.org
4. Danielle Reid. (2019). Kullsyre: Formasjon, struktur og kjemisk ligningsvideo. Studere. Gjenopprettet fra: Studie.com
5. Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Avklaring av strukturen til kullsyre. Vol. 346, utgave 6209, s. 544-545. Doi: 10.1126/vitenskap.1260117
6. Lynn Yarris. (22. oktober 2014). Ny innsikt i kullsyre i vann. Berkeley Lab. Gjenopprettet fra: NewsCenter.lbl.Gov
7. Claudia Hammond. (14. september 2015). Er glitrende vann veldig dårlig for deg? Hentet fra: BBC.com
8. Jürgen Bernard. (2014). Fast og gassformig kullsyre. Institute of Physical Chemistry.  University of Innsbruck.