- Strukturera
- Molekyl
- Molekylära interaktioner
- Ren kolsyra
- Egenskaper
- Syntes
- Upplösning
- Jämvikt i flytande ånga
- Ren fast
- tillämpningar
- risker
- referenser
Den kolsyra är en oorganisk förening, även om viss debatt faktiskt är organisk, den kemiska formeln H 2 CO 3 . Det är därför ett diprotisk syra, med förmåga att donera två H + joner till det vattenhaltiga mediet för att generera två molekyl katjoner H 3 O + . Från det uppstår den välkända bikarbonat (HCO 3 - ) och karbonat (CO 3 2- ) joner .
Denna speciella syra, enkel, men samtidigt involverad i system där många arter deltar i en jämvikt mellan vätskeånga, bildas av två grundläggande oorganiska molekyler: vatten och koldioxid. Närvaron av olöst CO 2 observeras när det bubblar i vattnet och stiger mot ytan.
Glas med kolsyrat vatten, en av de vanligaste dryckerna som innehåller kolsyra. Källa: Pxhere.
Detta fenomen ses mycket regelbundet i kolsyrade drycker och kolsyrat vatten.
I fallet med kolsyrade eller luftat vatten (övre bild), en sådan mängd av CO 2 har lösts upp att dess ångtryck är mer än dubbelt så atmosfärstryck. När man tappar bort den minskar tryckskillnaden inuti flaskan och utsidan lösligheten för CO 2 , varför det uppstår bubblor som hamnar ut ur vätskan.
I mindre grad händer samma sak i varje kropp med färskt eller saltvatten: vid uppvärmning släpper de sitt upplösta CO 2 -innehåll .
Emellertid upplöses CO 2 inte bara utan genomgår transformationer i sin molekyl som förvandlar den till H 2 CO 3 ; en syra som har för lite livslängd, men tillräckligt för att markera en mätbar förändring i pH-värdet för dess vattenhaltiga lösningsmedium, och även generera ett unikt karbonatbuffersystem.
Strukturera
Molekyl
Kolsyramolekyl representerad av en sfär- och stångmodell. Källa: Jynto och Ben Mills via Wikipedia.
Ovan har vi H 2 CO 3 -molekylen , representerad av sfärer och staplar. De röda sfärerna motsvarar syreatomerna, den svarta till kolatomen och den vita till väteatomerna.
Observera att från bilden kan du skriva en annan giltig formel för denna syra: CO (OH) 2 , där CO blir karbonylgruppen, C = O, kopplad till två hydroxylgrupper, OH. Eftersom det finns två OH-grupper som kan donera sina väteatomer förstår det nu var H + -jonerna som släpps ut i miljön kommer från.
Molekylstruktur av kolsyra.
Observera också att formeln CO (OH) 2 kan skrivas som OHCOOH; det vill säga av typen RCOOH, där R i detta fall är en OH-grupp.
Det är av detta skäl, utöver det faktum att molekylen består av syre, väte och kolatomer, alltför vanligt i organisk kemi, att kolsyra av vissa anses vara en organisk förening. I avsnittet om dess syntes förklaras emellertid varför andra anser att det är oorganiskt och icke-organiskt till sin natur.
Molekylära interaktioner
Av molekylen H 2 CO 3 kan det kommenteras att dess geometri är trigonalt plan, med kolet beläget i triangelns centrum. I två av dess toppar har den OH-grupper, som är vätebindningsgivare; och i det andra kvarvarande, en syreatom i gruppen C = O, acceptor av vätebindningar.
Sålunda, H 2 CO 3 har en stark tendens att interagera med protiska eller oxygene (och kvävehaltiga) lösningsmedel.
Och av en tillfällighet, möter vatten dessa två egenskaper, och affiniteten av H 2 CO 3 för det är sådan att nästan omedelbart den avger en H + och en hydrolys jämvikt börjar fastställas som innebär arten HCO 3 - och H 3 O + .
Det är därför den bara närvaron av vatten bryter ner kolsyra och gör det för svårt att isolera det som en ren förening.
Ren kolsyra
Återvänder till H 2 CO 3 -molekylen , är det inte bara platt, förmåga att etablera vätebindningar, men det kan också före cis-trans-isomerism; Detta är, i bilden har vi cis-isomeren, med de två H: s pekande i samma riktning, medan de i transisomeren pekar i motsatta riktningar.
Cis-isomeren är den mer stabila av de två, och därför är den den enda som vanligtvis representeras.
En ren fast substans av H 2 CO 3 består av en kristallin struktur som består av skikt eller ark av molekyler som interagerar med sidobindningar väte. Detta är att vänta, H 2 CO 3 molekyl varelse platt och triangulär. När den sublimerar, cykliska dimerer (H 2 CO 3 ) 2 visas , som är förenade genom två vätebindningar C = O-OH.
Symmetrin hos de H 2 CO 3 kristaller har inte definierats för tillfället. Det ansågs att kristallisera som två polymorfer: α-H 2 CO 3 och β-H 2 CO 3 . Emellertid, α-H 2 CO 3 , syntetiseras från en blandning av CH 3 COOH-CO 2 , visade sig faktiskt vara CH 3 OCOOH: en monometylester av kolsyra.
Egenskaper
Det nämndes att H 2 CO 3 är en diprotisk syra, så det kan donera två H + -joner till ett medium som accepterar dem. När detta medium är vatten är ekvationerna för dess dissociation eller hydrolys:
H 2 CO 3 (aq) + H 2 O (l) <=> HCO 3 - (aq) + H 3 O ^ (aq) (Ka 1 = 2,5 x 10 -4 )
HCO 3 - (aq) + H 2 O (l) <=> CO 3 2- (aq) + H 3 O ^ (aq) (Ka 2 = 4,69 x 10 -11 )
HCO 3 - är bikarbonat- eller vätekarbonatanjonen, och CO 3 2- karbonatanjonen. Deras respektive jämviktskonstanter, Ka 1 och Ka 2, indikeras också . Eftersom Ka 2 är fem miljoner gånger mindre än Ka 1 , är bildningen och koncentrationen av CO 3 2- försumbar.
Även om det är en diprotinsyra kan den andra H + knappt släppa den märkbart. Närvaron av upplöst CO 2 i stora mängder är emellertid tillräckligt för att surgöra mediet; i detta fall vatten, vilket sänker pH-värdena (under 7).
Att tala av kolsyra är att hänvisa praktiskt taget till en vattenlösning där arten HCO 3 - och H 3 O + förhärskande ; det kan inte isoleras med konventionella metoder, eftersom det minsta försöket skulle förskjuta löslighetsbalansen av CO 2 till bildandet av bubblor som skulle rymma ur vattnet.
Syntes
Upplösning
Kolsyra är en av de enklaste föreningarna att syntetisera. Hur? Den enklaste metoden är att bubbla, med hjälp av sugrör eller sugrör, luften som vi andas ut i en volym vatten. Eftersom vi väsentligen andas ut CO 2 kommer det att bubbla i vattnet och lösa upp en liten del av det.
När vi gör detta sker följande reaktion:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Men i sin tur måste lösligheten av CO 2 i vatten beaktas :
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Både CO 2 och H 2 O är oorganiska molekyler, så H 2 CO 3 är oorganiskt ur denna synvinkel.
Jämvikt i flytande ånga
Som ett resultat har vi ett jämviktssystem som är mycket beroende av deltrycket av CO 2 , liksom temperaturen på vätskan.
Om till exempel CO 2 -trycket ökar (i fallet vi blåser luften med mer kraft genom halmen), kommer mer H 2 CO 3 att bildas och pH kommer att bli surare; eftersom den första jämvikten flyttas åt höger.
Å andra sidan, om vi värmer H 2 CO 3 lösning , lösligheten av CO 2 kommer i vatten minskar eftersom det är en gas, och jämvikts kommer sedan att flyttas till vänster (det kommer att vara mindre H 2 CO 3 ). Det kommer att vara liknande om vi försöker tillämpa ett vakuum: CO 2 kommer att fly och vattenmolekylerna, vilket skulle skifta balansen åt vänster igen.
Ren fast
Ovanstående tillåter oss att komma fram till en slutsats: från en H 2 CO 3 -lösning finns det inget sätt att syntetisera denna syra som ett rent fastämne med en konventionell metod. Det har emellertid gjorts, sedan 90-talet av förra århundradet, utgående från fasta blandningar av CO 2 och H 2 O.
Detta 50% fast CO 2 -H 2 O blandning bombarderas med protoner (en typ av kosmisk strålning), så att varken komponent kommer att fly och bildningen av H 2 CO 3 inträffar . För detta ändamål, en CH 3 OH-CO 2 har blandning också använts (kom ihåg α-H 2 CO 3 ).
En annan metod är att göra samma sak men använda torris direkt, ingenting mer.
Från de tre metoderna lyckades NASA-forskare nå en slutsats: ren kolsyra, fast eller gasformig, kan existera i de isiga satelliterna i Jupiter, i Martian glaciärer och i kometer, där sådana fasta blandningar kontinuerligt bestrålas. av kosmiska strålar.
tillämpningar
Kolsyra i sig är en värdelös förening. Från deras lösningar, dock, buffert lösningar baserade på paren HCO 3 - / CO 3 2- eller H 2 CO 3 / HCO 3 - kan framställas .
Tack vare dessa lösningar och verkan av kolsyraanhydrasenzymet, som finns i röda blodkroppar, kan den CO 2 som produceras i andning transporteras i blodet till lungorna, där den slutligen frigörs för att andas ut utanför vår kropp.
Bubblingen av CO 2 används för att ge läskdrycker den behagliga och karakteristiska känslan som de lämnar i halsen när man dricker dem.
På samma sätt har närvaron av H 2 CO 3 geologisk betydelse vid bildandet av kalkstenstalaktiter, eftersom det långsamt löser dem tills de producerar sina spetsiga ytbehandlingar.
Och å andra sidan kan dess lösningar användas för att framställa vissa metalliska bikarbonater; även om det för detta är mer lönsamt och lättare att direkt använda ett bikarbonatsalt (till exempel NaHCO 3 ).
risker
Kolsyra har en så försumbar livstid under normala förhållanden (de uppskattar cirka 300 nanosekunder) att det är praktiskt taget ofarligt för miljön och levande varelser. Som sagt tidigare innebär det emellertid inte att det inte kan generera en oroande förändring i havsvattens pH, vilket påverkar marin fauna.
Å andra sidan är den verkliga "risk" som finns i intaget av kolsyrat vatten, eftersom mängden CO 2 upplöst i dem är mycket högre än i vanligt vatten. Men, återigen, finns det inga studier som har visat att dricka kolsyrat vatten utgör en dödlig risk; om de till och med rekommenderar det för att snabbt och bekämpa matsmältningsbesvär.
Den enda negativa effekten som observeras hos dem som dricker detta vatten är känslan av fullhet, eftersom magen fylls med gaser. Utanför detta (för att inte tala om sodavatten, eftersom de består av mycket mer än bara kolsyra) kan man säga att denna förening inte är giftig alls.
referenser
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitativ analytisk kemi (femte upplagan). PEARSON Prentice Hall.
- Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Kolsyra. Återställd från: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Kolsyra: Bildning, struktur och kemisk ekvation Video. Studie. Återställd från: study.com
- Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Förtydligande av kolsyras struktur. Vol. 346, nummer 6209, sid. 544-545. DOI: 10.1126 / science.1260117
- Lynn Yarris. (22 oktober 2014). Ny insikt om kolsyra i vatten. Berkeley Lab återhämtat sig från: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammond. (2015, 14 september). Är gnistrande vatten verkligen dåligt för dig? Återställd från: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Fast och gasformig kolsyra. Institutet för fysikalisk kemi. University of Innsbruck.