- Struktūra
- Molekulė
- Molekulinė sąveika
- Gryna angliarūgštė
- Savybės
- Sintezė
- Tirpinimas
- Skystų garų pusiausvyra
- Grynai kietas
- Programos
- Pavojai
- Nuorodos
Karboninės rūgšties yra neorganinis junginys, nors kai kurie diskusijos iš tikrųjų yra organinis, cheminė formulė H 2 CO 3 . Todėl tai yra difroto rūgštis, galinti paaukoti du H + jonus vandeninėje terpėje, kad susidarytų du molekuliniai katijonai H 3 O + . Iš jo kyla žinomi bikarbonato (HCO 3 - ) ir karbonato (CO 3 2- ) jonai .
Ši savita rūgštis, paprasta, bet tuo pat metu dalyvaujanti sistemose, kuriose daugybė rūšių dalyvauja skysčių-garų balanse, yra suformuota iš dviejų pagrindinių neorganinių molekulių: vandens ir anglies dioksido. Neištirpęs CO 2 stebimas kiekvieną kartą, kai vandenyje burbuliuoja, kylant link paviršiaus.
Stiklas su gazuotu vandeniu, vienas iš labiausiai paplitusių gėrimų, turinčių angliarūgštės. Šaltinis: Pxhere.
Šis reiškinys labai dažnai pastebimas gazuotuose gėrimuose ir gazuotame vandenyje.
Gazuotas arba gazuotas vanduo (vaizdas iš viršaus) ištirpo toks CO 2 kiekis, kad jo garų slėgis yra daugiau nei dvigubai didesnis nei atmosferos slėgis. Neuždarant dangtelio, slėgio skirtumas butelio viduje ir išorėje sumažina CO 2 tirpumą, todėl atsiranda burbuliukų, kurie išbėga iš skysčio.
Kiek mažiau, tas pats atsitinka bet kuriame gėlo ar druskingo vandens telkinyje: kaitinant jie išlaisvins ištirpusio CO 2 kiekį .
Tačiau, CO 2 yra ne tik ištirpinamas, bet patiria transformacijas savo molekulėje, kurie savo ruožtu jį į H 2 CO 3 ; rūgštis, kurios gyvenimo laikas per trumpas, tačiau pakankamas, kad būtų galima išmatuoti jos vandeninės tirpiklio terpės pH pokyčius, taip pat sukuriama unikali karbonato buferio sistema.
Struktūra
Molekulė
Anglies rūgšties molekulė, vaizduojama sferų ir strypų modeliu. Šaltinis: Jynto ir Benas Millsas per Vikipediją.
Svarbiausia turime O 2 CO 3 molekulę , atstovaujamos srityse ir barų. Raudonos sferos atitinka deguonies atomus, juodos - anglies atomą, o baltos - vandenilio atomus.
Atminkite, kad nuo paveikslėlio galite parašyti kitą galiojančią šios rūgšties formulę: CO (OH) 2 , kur CO tampa karbonilo grupe, C = O, sujungta su dviem hidroksilo grupėmis, OH. Kadangi yra dvi OH grupės, galinčios paaukoti savo vandenilio atomus, dabar suprantama, iš kur atsiranda į aplinką išleidžiami H + jonai .
Angliarūgštės molekulinė struktūra.
Taip pat atkreipkite dėmesį, kad formulė CO (OH) 2 gali būti parašyta kaip OHCOOH; tai yra, RCOOH tipo, kur R šiuo atveju yra OH grupė.
Dėl šios priežasties, be to, kad molekulė yra sudaryta iš deguonies, vandenilio ir anglies atomų, per daug įprastų organinėje chemijoje, kai kurie angliarūgštį laiko ir organiniu junginiu. Tačiau jos sintezės skyriuje bus paaiškinta, kodėl kiti mano, kad tai neorganinis ir neorganinis.
Molekulinė sąveika
Galima pasakyti, kad iš H 2 CO 3 molekulės geometrija yra trigonalinė, o anglis yra trikampio centre. Dviejose jo viršūnėse yra OH grupės, kurios yra vandenilio jungčių donorai; o kitame likusiame C grupės deguonies atomas yra vandenilio jungčių akceptorius.
Taigi, H 2 CO 3 turi ryškų polinkį sąveikauti su protiniais arba deguonies (ir azoto) tirpikliais.
Ir atsitiktinai vanduo atitinka šias dvi savybes, o H 2 CO 3 afinitetas tam yra toks, kad beveik iškart jis atiduoda H + ir pradeda formuotis hidrolizės pusiausvyra, apimanti HCO 3 - ir H 3 O rūšis. + .
Štai kodėl vien tik vanduo skaido angliarūgštę ir ją pasidaro per sunku išskirti kaip gryną junginį.
Gryna angliarūgštė
Grįžtant prie H 2 CO 3 molekulės , ji yra ne tik plokščia, gebanti užmegzti vandenilio ryšius, bet ir gali sukelti cis-trans izomeriją; Tai yra, paveikslėlyje turime cis izomerą, kai abu H yra nukreipti ta pačia kryptimi, o trans-izomere jie nurodo priešingas puses.
Cis izomeras yra stabilesnis iš dviejų, todėl dažniausiai jis yra vienintelis.
Grynas kietos medžiagos, H 2 CO 3 susideda iš kristalinės struktūros, sudarytas iš sluoksnių arba lakštinis molekulių sąveikaujančių su šoninių vandenilio ryšių. Tai turi būti tikimasi, adatą H 2 CO 3 molekulė plokščias ir trikampio. Kai ji sublimuojasi, cikliniai dimerų (H 2 CO 3 ) 2 atrodo , kuris yra sujungtos dviejų vandenilio ryšių C = O-OH.
Iš H simetrija 2 CO 3 kristalai nebuvo apibrėžta šiuo metu. Buvo manoma, kad kristalizuojasi kaip du polimorfinės: α-H 2 CO 3 ir β-H 2 CO 3 . Tačiau, α-H 2 CO 3 , susintetintas iš CH mišinio 3 COOH-CO 2 , buvo parodyta, kad būtų iš tikrųjų CH 3 OCOOH: monometilo esterio karboninės rūgšties.
Savybės
Buvo minėta, kad H 2 CO 3 yra difrozinė rūgštis, todėl ji gali paaukoti du H + jonus terpei, kuri juos priima. Kai ši terpė yra vanduo, jos disociacijos ar hidrolizės lygtys yra:
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 - yra bikarbonato arba vandenilio karbonato anijonas, o CO 3 2 - karbonato anijonas. Taip pat nurodytos jų atitinkamos pusiausvyros konstantos Ka 1 ir Ka 2 . Kadangi Ka 2 yra penkis milijonus kartų mažesnis nei Ka 1 , CO 3 2 susidarymas ir koncentracija yra nereikšmingi.
Taigi, nors tai yra difrozinė rūgštis, antroji H + vargu ar gali ją atpalaiduoti. Tačiau norint parūgštinti terpę, pakanka didelių ištirpusių CO 2 kiekių; šiuo atveju vanduo, mažinant jo pH reikšmes (žemiau 7).
Kalbant apie angliarūgštę, tai praktiškai nurodomas vandeninis tirpalas, kuriame vyrauja HCO 3 - ir H 3 O + rūšys ; jo negalima išskirti įprastais metodais, nes menkiausias bandymas galėtų pakeisti CO 2 tirpumo pusiausvyrą , kad susidarytų burbuliukai, kurie išbėgtų iš vandens.
Sintezė
Tirpinimas
Anglies rūgštis yra vienas iš lengviausiai sintetinamų junginių. Kaip? Paprasčiausias būdas yra burbuliuoti burbuliukais, šiaudelio ar šiaudų pagalba iškvėpdami orą į vandens tūrį. Iš esmės iškvėpdami CO 2 , jis pūsis į vandenį, ištirpdydamas nedidelę jo dalį.
Kai tai darome, įvyksta tokia reakcija:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Bet savo ruožtu reikia atsižvelgti į CO 2 tirpumą vandenyje :
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Tiek CO 2 ir H 2 O yra neorganinė molekulės, todėl H 2 CO 3 yra neorganinė iš šio požiūriu.
Skystų garų pusiausvyra
Dėl to turime pusiausvyros sistemą, kuri labai priklauso nuo dalinio CO 2 slėgio , taip pat nuo skysčio temperatūros.
Pvz., Padidėjus CO 2 slėgiui (tuo atveju, kai per šiaudelį pūsime orą didesne jėga), susidarys daugiau H 2 CO 3 ir pH taps rūgštesnis; nes pirmoji pusiausvyra pasislenka į dešinę.
Kita vertus, jei mes šildysime H 2 CO 3 tirpalą , CO 2 tirpumas vandenyje sumažės, nes tai yra dujos, o pusiausvyra pasislinks į kairę (bus mažiau H 2 CO 3 ). Panašiai bus, jei bandysime pritaikyti vakuumą: CO 2 išbėgs taip pat kaip vandens molekulės, kurios vėl pakeistų pusiausvyrą į kairę.
Grynai kietas
Tai, kas išdėstyta pirmiau, leidžia mums padaryti išvadą: iš H 2 CO 3 tirpalo neįmanoma sintetinti šios rūgšties kaip grynos kietos medžiagos įprastu metodu. Tačiau tai buvo padaryta nuo praėjusio amžiaus 90-ųjų, pradedant nuo kietų CO 2 ir H 2 O mišinių.
Šis kietas 50% CO 2 -H 2 O mišinys yra bombarduojamas protonais (kosminės spinduliuotės rūšis), kad nei vienas iš dviejų komponentų neišbėgtų ir susidarytų H 2 CO 3 . Šiam tikslui, CH 3 OH-CO 2 mišinys taip pat buvo naudojamas (nepamiršti, α-H 2 CO 3 ).
Kitas būdas yra padaryti tą patį, tačiau naudojant sausą ledus tiesiogiai, nieko daugiau.
Iš trijų metodų NASA mokslininkai sugebėjo padaryti vieną išvadą: gryna angliarūgštė, kieta ar dujinė, gali egzistuoti apledėjusiuose Jupiterio palydovuose, Marso ledynuose ir kometose, kur tokie kieti mišiniai yra nuolat švitinami. kosminiais spinduliais.
Programos
Anglies rūgštis savaime yra nenaudingas junginys. Iš jų tirpalų, tačiau, buferinių tirpalų, remiantis poros HCO 3 - / CO 3 2- arba H 2 CO 3 / HCO 3 - gali būti paruošti .
Dėl šių tirpalų ir angliavandenilio fermento, esančio raudonosiose kraujo ląstelėse, veikimo , kvėpavimo metu pagamintas CO 2 gali būti perneštas į kraują į plaučius, kur jis galiausiai išsiskiria, kad iškvėptų už mūsų kūno ribų.
CO 2 burbuliukai yra naudojami siekiant suteikti gaiviesiems gėrimams malonų ir būdingą pojūtį, kurį jie gerklėje palieka gerklėje.
Taip pat H 2 CO 3 buvimas turi geologinę reikšmę formuojant kalkakmenio stalaktitus, nes jis juos lėtai tirpina, kol jie gauna smailų paviršių.
Ir, kita vertus, jo tirpalai gali būti naudojami ruošiant kai kuriuos metalinius bikarbonatus; nors tam yra pelningiau ir lengviau tiesiogiai naudoti bikarbonato druską ( pvz., NaHCO 3 ).
Pavojai
Anglies rūgšties gyvenimo laikas normaliomis sąlygomis yra toks nereikšmingas (jos vertina apie 300 nanosekundžių), kad ji praktiškai nekenksminga aplinkai ir gyvoms būtybėms. Tačiau, kaip minėta anksčiau, tai nereiškia, kad ji negali sukelti nerimą keliančių vandenyno vandens pH pokyčių, darančių įtaką jūrų faunai.
Kita vertus, tikroji „rizika“ yra gazuoto vandens suvartojime, nes juose ištirpusio CO 2 kiekis yra daug didesnis nei įprastame vandenyje. Tačiau ir vėl nėra tyrimų, kurie įrodytų, kad gazuotas vanduo geria mirtiną pavojų; jei jie net rekomenduotų tai pasninkauti ir kovoti su nevirškinimu.
Vienintelis neigiamas poveikis, stebimas geriantiesiems šį vandenį, yra pilnumo jausmas, nes jų skrandžiai užpildomi dujomis. Be to (jau neminint sodos, nes jos sudarytos ne tik iš anglies rūgšties), galima sakyti, kad šis junginys visai nėra toksiškas.
Nuorodos
- Day, R., ir Underwood, A. (1989). Kiekybinė analitinė chemija (penktasis leidimas). „PEARSON“ Prentice salė.
- Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
- Vikipedija. (2019 m.). Anglies rūgštis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019 m.). Anglies rūgštis: formavimas, struktūra ir cheminės lygties vaizdo įrašas. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
- Götz Bucher ir Wolfram Sander. (2014). Patikslinta angliarūgštės struktūra. 346 tomas, leidimas 6209, p. 544-545. DOI: 10.1126 / mokslas.1260117
- Linas Yarrisas. (2014 m. Spalio 22 d.). Naujos angliarūgštės vandenyje įžvalgos. „Berkeley Lab“. Atgauta iš: newscenter.lbl.gov
- Klaudija Hammondas. (2015 m. Rugsėjo 14 d.). Ar putojantis vanduo jums tikrai kenkia? Atkurta iš: bbc.com
- Jurgenas Bernardas. (2014). Kieta ir dujinė angliarūgštė. Fizikinės chemijos institutas. Insbruko universitetas.