Zdieľam:
Vlastnosti kyseliny uhličitej (H2CO3), použitia a význam
kyselina uhličitá, predtým nazývaná kyselina vzdušná alebo vzdušná, je jedinou anorganickou kyselinou uhlíka a má vzorec H2CO3.
Soli kyseliny uhličitej sa nazývajú bikarbonáty (alebo hydrogenuhličitany) a uhličitany (Human Metabolome Database, 2017). Jeho štruktúra je znázornená na obrázku 1 (EMBL-EBI, 2016).
Hovorí sa, že kyselina uhličitá je tvorená oxidom uhličitým a vodou. Kyselina uhličitá sa vyskytuje iba cez soli (uhličitany), kyslé soli (hydrogenuhličitany), amíny (kyselina karbamová) a chloridy kyselín (karbonylchlorid) (MeSH, 1991).
Zlúčenina nemôže byť izolovaná ako čistá alebo tuhá kvapalina, pretože produkty jej rozkladu, oxidu uhličitého a vody, sú oveľa stabilnejšie ako kyselina (Royal Society of Chemistry, 2015).
Kyselina uhličitá sa nachádza v ľudskom tele, CO2 prítomný v krvi sa kombinuje s vodou za vzniku kyseliny uhličitej, ktorá je potom vydychovaná ako plyn v pľúcach..
Nachádza sa tiež v skalách a jaskyniach, kde sa môžu rozpustiť vápenca. H2CO3 možno nájsť aj v uhliach, meteoritoch, sopkách, kyslých dažďoch, podzemných vodách, oceánoch a rastlinách (kyselina uhličitá vzorca, S.F.).
index
- 1 Kyselina uhličitá a uhličitanové soli
- 2 "Hypotetický" oxid uhličitý a kyselina voda
- 3 Fyzikálne a chemické vlastnosti
- 4 Použitie
- 5 Význam
- 6 Referencie
Soli kyseliny uhličitej a uhličitany
Kyselina uhličitá sa tvorí v malých množstvách, keď sa jej anhydrid, oxid uhličitý (CO2) rozpúšťa vo vode.
CO2 + H20 ⇌ H2CO3
Prevládajúcimi druhmi sú jednoducho hydratované molekuly CO2. Je možné predpokladať, že kyselina uhličitá je diprotická kyselina, z ktorej môžu byť tvorené dve série solí, a to hydrogenuhličitany alebo hydrogenuhličitany, obsahujúce HCO3- a uhličitany, obsahujúce CO32.-.
H2C03 + H20: H3O + + HCO3-
HCO3- + H20 + H3O + + CO32-
Chovanie kyseliny uhličitej v kyseline však závisí od rôznych rýchlostí niektorých reakcií, ako aj od závislosti od pH systému. Napríklad pri pH nižšom ako 8 sú hlavné reakcie a ich relatívna rýchlosť nasledovné:
- CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (pomalý)
- H2CO3 + OH- HCO3- + H2O (rýchlo)
Nad pH 10 sú dôležité nasledujúce reakcie:
- CO2 + OH- CO HCO3- (pomalé)
- HCO3- + OH- 32 CO32- + H2O (rýchlo)
Medzi hodnotami pH 8 a 10 sú všetky vyššie uvedené rovnovážné reakcie významné (Zumdahl, 2008).
"Hypotetický" oxid uhličitý a kyselina voda
Až donedávna boli vedci presvedčení, že kyselina uhličitá neexistuje ako stabilná molekula.
V časopise Angewandte Chemie predstavili nemeckí výskumníci jednoduchú pyrolytickú metódu na výrobu kyseliny uhličitej v plynnej fáze, ktorá umožnila spektroskopickú charakterizáciu kyseliny uhličitej v plynnej fáze a jej monometylesteru (Angewandte Chemie International Edition, 2014)..
Kyselina uhličitá existuje len na malú časť sekundy, keď sa oxid uhličitý rozpúšťa vo vode predtým, ako sa stane zmesou protónov a aniónov hydrogenuhličitanu..
Napriek krátkemu životu však kyselina uhličitá spôsobuje trvalý vplyv na zemskú atmosféru a geológiu, ako aj na ľudské telo..
Vďaka svojej krátkej životnosti bola detailná chémia kyseliny uhličitej zahalená tajomstvom. Výskumní pracovníci ako Berkeley Lab a Kalifornská univerzita (UC) Berkeley pomáhajú zdvihnúť tento závoj prostredníctvom série jedinečných experimentov.
Vo svojej najnovšej štúdii ukázali, ako sú molekuly plynného oxidu uhličitého solvatované vodou, aby sa iniciovala chémia prenosu protónov, ktorá produkuje kyselinu uhličitú a bikarbonát (Yarris, 2015).
V roku 1991 sa vedcom z NASA Goddard Space Flight Centre (USA) podarilo vyrobiť pevné vzorky H2CO3. Urobili to tým, že vystavili zmrazenú zmes vody a oxidu uhličitého vysokoenergetickému protónovému žiareniu a potom ich zahriali na odstránenie prebytočnej vody..
Zostávajúca kyselina uhličitá bola charakterizovaná infračervenou spektroskopiou. Skutočnosť, že kyselina uhličitá bola pripravená ožiarením tuhej zmesi H20 + C02 alebo dokonca ožiarením samotného suchého ľadu.
To viedlo k návrhom, že H2CO3 sa nachádza vo vesmíre alebo na Marse, kde sa nachádzajú zmrzliny H2O a CO2, ako aj kozmické žiarenie (Khanna, 1991)..
Fyzikálne a chemické vlastnosti
Kyselina uhličitá existuje len vo vodnom roztoku. Nie je možné izolovať čistú zlúčeninu. Toto riešenie je ľahko rozpoznateľné, pretože má šumivý plynný oxid uhličitý, ktorý uniká z vodného média.
Má molekulovú hmotnosť 62,024 g / mol a hustotu 1,668 g / ml. Kyselina uhličitá je slabá a nestabilná kyselina, ktorá sa čiastočne disociuje vo vode v iónoch vodíka (H +) a bikarbonátových iónoch (HCO3-), ktorých pKa je 3,6..
Ako diprotická kyselina môže tvoriť dva typy solí, uhličitanov a hydrogenuhličitanov. Pridanie bázy k nadbytku kyseliny uhličitej poskytuje hydrogenuhličitanové soli, zatiaľ čo pridanie nadbytku bázy k kyseline uhličitej poskytuje uhličitanové soli (Národné centrum pre biotechnologické informácie, 2017).
Kyselina uhličitá sa nepovažuje za toxickú alebo nebezpečnú a je prítomná v ľudskom tele. Vystavenie vysokým koncentráciám však môže dráždiť oči a dýchacie cesty.
aplikácie
Podľa Michelle McGuire in Výživa aKyselina uhličitá sa nachádza vo fermentovaných potravinách vo forme odpadu vytvoreného baktériami, ktoré sa živia rozpadajúcimi sa potravinami.
Plynové bubliny produkované v potravinách sú zvyčajne oxid uhličitý kyseliny uhličitej a znak toho, že potravina kvasí. Príkladmi bežne konzumovaných fermentovaných potravín sú sójová omáčka, miso polievka, kyslá kapusta, kórejský kimchi, tempeh, kefír a jogurt..
Fermentované zrná a zelenina obsahujú aj prospešné baktérie, ktoré môžu kontrolovať potenciálne patogénne mikroorganizmy v črevách a zlepšiť produkciu vitamínov B-12 a K.
Kyselina uhličitá, roztok oxidu uhličitého alebo dihydrogenkarbonát sa tvoria počas procesu sýtenia vodou. Zodpovedá za šumivý aspekt nealkoholických nápojov a nealkoholických nápojov, ako je uvedené v Slovník potravinárskych vied a technológií.
Kyselina uhličitá prispieva k vysokej kyslosti sódy, ale obsah rafinovaného cukru a kyseliny fosforečnej je zodpovedný za uvedenú kyslosť (DUBOIS, 2016).
Kyselina uhličitá sa používa aj v mnohých iných oblastiach, ako sú farmaceutiká, kozmetika, hnojivá, spracovanie potravín, anestetiká atď..
dôležitosť
Kyselina uhličitá sa bežne nachádza vo vode oceánov, morí, jazier, riek a dažďa, pretože vzniká, keď oxid uhličitý, ktorý je v atmosfére veľmi rozšírený, prichádza do styku s vodou..
Je dokonca prítomný v ľade ľadovcov, aj keď v menšom množstve. Kyselina uhličitá je veľmi slabá kyselina, hoci časom môže prispievať k erózii.
Nárast oxidu uhličitého v atmosfére spôsobil, že v oceánoch sa vytvára viac oxidu uhličitého a čiastočne je zodpovedný za mierne zvýšenie kyslosti oceánov počas posledných sto rokov..
Oxid uhličitý, odpadový produkt bunkového metabolizmu, sa nachádza v relatívne vysokej koncentrácii v tkanivách. Rozptyľuje sa v krvi a odvádza sa do pľúc, aby sa odstránil vydychovaný vzduch.
Oxid uhličitý je oveľa rozpustnejší ako kyslík a ľahko preniká do červených krviniek. Reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličitej, ktorá sa pri alkalickom pH krvi javí hlavne ako hydrogenuhličitan (Robert S. Schwartz, 2016).
Oxid uhličitý vstupuje do krvi a tkanív, pretože jeho lokálny parciálny tlak je väčší ako jeho parciálny tlak v krvi, ktorý preteká tkanivami. Keďže oxid uhličitý vstupuje do krvi, spája sa s vodou a vytvára kyselinu uhličitú, ktorá sa disociuje na ióny vodíka (H +) a hydrogenuhličitanové ióny (HCO3-)..
Prirodzená premena oxidu uhličitého na kyselinu uhličitú je relatívne pomalý proces. Avšak karboanhydráza, proteínový enzým prítomný v červených krvinkách, katalyzuje túto reakciu dostatočne rýchlo, aby sa dosiahla len za zlomok sekundy..
CO2 + H20 ⇌ H2CO3
Pretože enzým je prítomný len v červených krvinkách, hydrogenuhličitan sa akumuluje v oveľa väčšej miere v červených krvinkách ako v plazme.
Schopnosť krvi transportovať oxid uhličitý ako hydrogenuhličitan je podporovaná iónovým transportným systémom v membráne červených krviniek, ktorý súčasne premiestňuje ión bikarbonátu z bunky a do plazmy výmenou za chloridový ión..
Súčasná výmena týchto dvoch iónov, známych ako výmena chloridov, umožňuje, aby sa plazma použila ako miesto hydrogenuhličitanu bez toho, aby sa zmenil elektrický náboj plazmy alebo červených krviniek..
Iba 26 percent celkového obsahu oxidu uhličitého v krvi existuje ako bikarbonát vo vnútri červených krviniek, zatiaľ čo 62 percent existuje ako bikarbonát v plazme; avšak väčšina iónov hydrogenuhličitanu sa najprv produkuje vo vnútri bunky, potom sa transportuje do plazmy.
Opačná postupnosť reakcií nastáva, keď krv dosiahne pľúca, kde parciálny tlak oxidu uhličitého je nižší ako v krvi. Reakcia katalyzovaná karboanhydrázou sa mení v pľúcach, kde premieňa bikarbonát späť na CO2 a umožňuje jeho vylučovanie (Neil S. Cherniack, 2015).
referencie
- Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23. septembra). Kyselina uhličitá - a napriek tomu existuje! Zdroj: chemistryviews.org.
- Kyselina uhličitá Vzorec. (S.F.). Obnovené z softschools.com.
- DUBOIS, S. (2016, 11. január). Kyselina uhličitá v potravinách. Zdroj: livestrong.com.
- EMBL-EBI. (2016, 27. január). kyselina uhličitá. Získané z ebi.ac.uk.
- Databáza humánnej metabolomy. (2017, 2. marec). Kyselina uhličitá. Získané z hmdb.ca.
- Khanna, M. M. (1991). Infračervené a hmotnostné spektrálne štúdie protónovo ožiareného H20 + CO2 ľadu: Dôkazy o kyseline uhličitej. Spectrochimica Acta Časť A: Molecular Spectroscopy Volume 47, vydanie 2, 255-262. Zdroj: science.gsfc.nasa.gov.
- (1991). Kyselina uhličitá. Zdroj: ncbi.nlm.nih.
- Národné centrum pre biotechnologické informácie ... (2017, 11. marec). PubChem Compound Database; CID = 767. Zdroj: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Neil S. Cherniack, e. a. (2015, 20. marec). Ľudské dýchacie cesty Získané z britannica.com.
- Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29. apríla). Krvi. Získané z britannica.com.
- Kráľovská spoločnosť chémie. (2015). Kyselina uhličitá. Zdroj: chemspider.com.
- Yarris, L. (2015, 16. jún). Rozlúštenie tajomstvo kyseliny uhličitej. Zdroj: newscenter.lbl.gov.
- Zumdahl, S. S. (2008, 15. august). Kyslíkatých. Zdroj: britannica.com.