Поділитися:
Властивості вуглекислоти (H2CO3), застосування та важливість
The вуглекислота, раніше називалася повітряною кислотою або повітряною кислотою, вона є єдиною неорганічною кислотою вуглецю і має формулу H2CO3.
Солі вуглекислих кислот називаються бікарбонати (або гідрокарбонати) і карбонати (Human Metabolome Database, 2017). Його структура представлена на малюнку 1 (EMBL-EBI, 2016).
Кажуть, що вуглекислота утворюється вуглекислим газом і водою. Вуглекислота відбувається тільки через солі (карбонати), кислотні солі (гідрокарбонати), аміни (карбамінова кислота) і кислотні хлориди (карбонілхлорид) (MeSH, 1991)..
З'єднання не може бути виділено як чиста або тверда рідина, оскільки продукти його розкладання, діоксид вуглецю і вода є набагато більш стабільними, ніж кислота (Royal Society of Chemistry, 2015).
Вуглекислота знаходиться в організмі людини, CO2, що міститься в крові, поєднується з водою з утворенням вуглекислоти, яка потім вдихається у вигляді газу легенями.
Він також зустрічається в скелях і печерах, де можна розчинити вапняки. H2CO3 можна також знайти в вугіллі, метеоритах, вулканах, кислотних дощах, підземних водах, океанах і рослинах (Carbonic acid Formula, S.F.).
Індекс
- 1 Вуглекислота і карбонатні солі
- 2 "Гіпотетичний" діоксид вуглецю і водна кислота
- 3 Фізико-хімічні властивості
- 4 Використання
- 5 Важливість
- 6 Посилання
Вуглекислотні та карбонатні солі
Вуглекислота утворюється в невеликих кількостях, коли її ангідрид, діоксид вуглецю (CO2) розчиняється у воді.
CO2 + H2O CO H2CO3
Переважними видами є просто гідратовані молекули СО2. Можна вважати, що вуглекислота являє собою дипротичну кислоту, з якої можуть утворюватися дві серії солей, а саме гідрокарбонати, або бікарбонати, що містять HCO3-, і карбонати, що містять CO32.-.
H2CO3 + H2O 3 H3O + + HCO3-
HCO3- + H2O 3 H3O + + CO32-
Однак кислотно-основна поведінка вуглекислоти залежить від різних швидкостей деяких задіяних реакцій, а також від її залежності від рН системи. Наприклад, при рН нижче 8, основні реакції та їх відносна швидкість наступні:
- CO2 + H2O CO H2CO3 (повільний)
- H2CO3 + OH- O HCO3- + H2O (швидко)
Вище рН 10 важливі наступні реакції:
- CO2 + OH- ⇌ HCO3- (повільний)
- HCO3- + OH- 32 CO32- + H2O (швидко)
Між значеннями рН 8 і 10 всі вищезгадані реакції рівноваги є значними (Zumdahl, 2008).
"Гіпотетичний" вуглекислий газ і водна кислота
До порівняно недавно вчені переконалися, що вуглекислота не існує як стійка молекула.
У журналі Angewandte Chemie німецькі дослідники ввели простий піролітичний метод виробництва газофазної вуглекислоти, що дозволив спектроскопічну характеристику газової фази вуглекислоти та її монометилового ефіру (Angewandte Chemie International Edition, 2014).
Вуглекислота існує лише протягом невеликої частки секунди, коли діоксид вуглецю розчиняється у воді, перш ніж вона стане сумішшю протонів і бікарбонатних аніонів..
Однак, незважаючи на короткий термін служби, вуглекислота надає довготривалу дію на атмосферу і геологію Землі, а також на людський організм..
Завдяки своєму короткому життю детальна хімія вуглекислоти була завуальована. Дослідники, такі як лабораторія Берклі, і Каліфорнійський університет (UC) Берклі допомагають підняти цю завісу через ряд унікальних експериментів.
У своєму останньому дослідженні вони показали, як газоподібні молекули вуглекислого газу сольватируются водою, щоб ініціювати хімію протонного переносу, що продукує вуглекислоту і бікарбонат (Yarris, 2015)..
У 1991 році вченим центру космічних польотів NASA Goddard вдалося створити тверді зразки H2CO3. Вони робили це, піддаючи заморожену суміш води і вуглекислого газу високоенергетичному протонному випромінюванню, а потім нагріваючи його для видалення надлишкової води.
Залишалася вуглекислота характеризувалася інфрачервоною спектроскопією. Той факт, що вугільна кислота готувалася опроміненням твердої суміші H2O + CO2, або навіть опроміненням тільки сухим льодом.
Це призвело до припущення, що H2CO3 можна знайти в космічному просторі або на Марсі, де виявляються морозиво H2O і CO2, а також космічні промені (Khanna, 1991)..
Фізико-хімічні властивості
Вуглекислота існує тільки у водному розчині. Не вдалося виділити чисте з'єднання. Це рішення легко розпізнається, оскільки воно має шипучість газоподібного діоксиду вуглецю, що виходить з водного середовища.
Вона має молекулярну масу 62,024 г / моль і щільність 1,668 г / мл. Вуглекислота є слабкою і нестабільною кислотою, яка частково дисоціює у воді іонами водню (H +) і бікарбонатними іонами (HCO3-), pKa яких становить 3,6..
Будучи дипротичною кислотою, вона може утворювати два типи солей, карбонатів і бікарбонатів. Додавання підстави до надлишку карбонової кислоти дає бікарбонатні солі, тоді як додавання надлишку основи вуглекислоті дає карбонатні солі (Національний центр біотехнологічної інформації., 2017).
Вуглекислота не вважається токсичною або небезпечною і присутня в організмі людини. Однак вплив високих концентрацій може дратувати очі і дихальні шляхи.
Використання
За словами Мішель Макгуайр в Росії Харчові науки, іВуглекислота знаходиться у ферментованих продуктах у вигляді відходів, що утворюються бактеріями, які харчуються розпадається їжею.
Газові бульбашки, що утворюються в харчових продуктах, зазвичай являють собою вуглекислий газ вуглекислоти і ознака того, що їжа бродить. Прикладами поширених ферментованих продуктів є соєвий соус, місо-суп, квашена капуста, корейські кімчі, темпе, кефір і йогурт..
Ферментовані зерна і овочі також містять корисні бактерії, які можуть контролювати потенційно патогенні мікроорганізми в кишечнику і покращувати виробництво вітамінів В-12 і К.
Вуглекислота, розчин вуглекислого газу або дигідрокарбонат утворюється в процесі карбонізації води. Він відповідає за шипучий аспект безалкогольних напоїв і безалкогольних напоїв, як зазначено в Словнику харчової науки і техніки.
Вуглекислота сприяє підвищеній кислотності соди, але вміст рафінованого цукру і фосфорної кислоти є основними, відповідальними за зазначену кислотність (DUBOIS, 2016).
Вуглекислота також використовується в багатьох інших галузях, таких як фармацевтичні препарати, косметика, добрива, харчова промисловість, анестетики тощо..
Значення
Вуглекислота зазвичай зустрічається у водах океанів, морів, озер, річок і дощів, оскільки вона утворюється, коли вуглекислий газ, який широко поширений в атмосфері, вступає в контакт з водою..
Він навіть присутній у льодовиках льоду, хоча і в менших кількостях. Вуглекислота є дуже слабкою кислотою, хоча вона може сприяти ерозії з плином часу.
Збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері призвело до збільшення кількості вуглекислого газу в океанах і частково відповідало за незначне збільшення кислотності океанів за останні сто років..
Діоксид вуглецю, відхід клітинного метаболізму, виявляється у відносно високій концентрації в тканинах. Він дифундує в кров і відводиться в легені, щоб бути усуненим повітрям, що закінчився.
Вуглекислий газ набагато більш розчинний, ніж кисень, і легко дифундує в еритроцити. Реагує з водою з утворенням вуглекислоти, яка при лужному рН крові з'являється головним чином у вигляді бікарбонату (Robert S. Schwartz, 2016).
Діоксид вуглецю надходить у кров і тканини, оскільки його місцевий парціальний тиск більше, ніж парціальний тиск у крові, що протікає через тканини. Оскільки діоксид вуглецю надходить у кров, він поєднується з водою з утворенням вуглекислоти, яка дисоціює на іони водню (H +) і бікарбонатні іони (HCO3-).
Природне перетворення діоксиду вуглецю в карбонову кислоту є відносно повільним процесом. Однак, карбоангідраза, білковий фермент, що присутній в еритроцитах, каталізує цю реакцію досить швидко, що досягається лише за частку секунди..
CO2 + H2O CO H2CO3
Оскільки фермент присутній тільки в еритроцитах, бікарбонат накопичується значно більшою мірою в еритроцитах, ніж у плазмі крові.
Здатність крові переносити вуглекислий газ у вигляді бікарбонату посилюється іонною транспортною системою в мембрані еритроцитів, що одночасно переміщує іон бікарбонату з клітини в плазму в обмін на хлорид-іон..
Одночасний обмін цих двох іонів, відомий як обмін хлоридом, дозволяє використовувати плазму як місце зберігання бікарбонатів без зміни електричного заряду плазми або еритроцитів.
Тільки 26 відсотків від загального вмісту вуглекислого газу в крові існує як бікарбонат всередині еритроцитів, у той час як у плазмі існує 62% бікарбонату; однак, більшість бікарбонатних іонів спочатку виробляються всередині клітини, потім транспортуються в плазму.
Зворотна послідовність реакцій відбувається, коли кров потрапляє в легені, де парціальний тиск діоксиду вуглецю нижче, ніж у крові. Реакцію, катализируемую карбоангідразою, перетворюють в легені, де вона перетворює бікарбонат назад у СО2 і дає можливість її витіснення (Neil S. Cherniack, 2015).
Список літератури
- Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23 вересня). Карбонова кислота - і все ж вона існує! Отримано з chemistryviews.
- Формула вуглекислоти. (S.F.). Відновлено з softschools.com.
- DUBOIS, S. (2016, 11 січня). Вуглекислота в продуктах харчування. Отримано з livestrong.com.
- EMBL-EBI (2016, 27 січня). вуглекислота. Відновлено з ebi.ac.uk.
- Метаболом людини бази даних. (2017, 2 березня). Вуглекислота. Отримано з hmdb.ca.
- Ханна, М. М. (1991). Інфрачервоні та мас-спектральні дослідження протонного опроміненого льоду H2O + CO2: докази вуглекислоти. Spectrochimica Acta Частина A: Молекулярна спектроскопія Том 47, випуск 2, 255-262. Отримано з science.gsfc.nasa.gov.
- (1991). Вуглекислота. Отримано з ncbi.nlm.nih.
- Національний центр біотехнологічної інформації ... (2017, 11 березня). База даних PubChem Compound; CID = 767. Отримано з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Ніл С. Черняк, e. a. (2015, 20 березня). Дихання людини Відновлено з britannica.com.
- Роберт Шварц, К. Л. (2016, 29 квітня). Кров. Відновлено з britannica.com.
- Королівське хімічне товариство. (2015). Вуглекислота. Отримано з: chemspider.com.
- Yarris, L. (2015, 16 червня). Розкриття таємниць вуглекислоти. Отримано з: newscenter.lbl.gov.
- Zumdahl, S. S. (2008, 15 серпня). Oxyacid Отримано з: britannica.com.