- Rakenne
- molekyyli
- Molekyyliset vuorovaikutukset
- Puhdas hiilihappo
- ominaisuudet
- Synteesi
- Liukeneminen
- Nestehöyryn tasapaino
- Puhdasta kiinteää ainetta
- Sovellukset
- riskit
- Viitteet
Hiilihapon on epäorgaaninen yhdiste, vaikka jonkin verran keskustelua todella on orgaaninen, kemiallinen kaava on H 2 CO 3. Se on siis diproottinen happo, joka pystyy luovuttamaan kaksi H + ioneja vesipitoiseen väliaineeseen muodostamaan kaksi molekyyli- kationeja H 3 O +. Siitä syntyy tunnettu bikarbonaatti (HCO 3 -) ja karbonaatti (CO 3 2-) ioneja.
Tämä erikoinen happo, yksinkertainen, mutta samalla osallisena järjestelmissä, joissa lukuiset lajit osallistuvat neste-höyrytasapainoon, muodostuu kahdesta epäorgaanisesta perusmolekyylistä: vedestä ja hiilidioksidista. Läsnä liukenemattomia CO 2 havaitaan aina, kun on kuplivan vedessä, nousee pintaa kohti.
Lasi hiilihapotetulla vedellä, yksi yleisimmistä hiilihappoa sisältävistä juomista. Lähde: Pxhere.
Tämä ilmiö nähdään hyvin säännöllisesti hiilihapollisissa juomissa ja hiilihapotetussa vedessä.
Siinä tapauksessa, hiilihappoa tai hiilihapotettua vettä (ylempi kuva), sellainen määrä CO 2 on liuennut, että sen höyrynpaine on enemmän kuin kaksinkertainen ilmakehän paineessa. Kun Kennojen avaamisessa se paine-ero pullon sisällä ja ulkopuolella vähentää liukoisuutta CO 2, minkä vuoksi kuplia, jotka päätyvät karkaaminen neste.
Vähemmässä määrin, sama asia tapahtuu tahansa kehon makean tai suolaisen veden: kuumennettaessa ne vapauttavat liuenneen CO 2 pitoisuus.
Kuitenkin, CO 2 paitsi liuennut, mutta läpikäy muutoksia sen molekyyli, joka muuttaa sen H 2 CO 3; happo, jolla on liian vähän käyttöaikaa, mutta joka riittää merkitsemään mitattavissa olevan muutoksen vesipitoisen liuoteaineen pH: ssa, ja tuottaa myös ainutlaatuisen karbonaattipuskurijärjestelmän.
Rakenne
molekyyli
Hiilihappomolekyyli, jota edustaa pallomainen malli. Lähde: Jynto ja Ben Mills Wikipedian kautta.
Edellä olemme H 2 CO 3 -molekyylin, jota edustaa aloilla ja baareja. Punainen pallo vastaa happiatomeja, musta hiiliatomia ja valkoinen vetyatomia.
Huomaa, että kuvasta alkaen voit kirjoittaa tämän hapolle toisen voimassa olevan kaavan: CO (OH) 2, jossa CO muuttuu karbonyyliryhmäksi, C = O, kytkettynä kahteen hydroksyyliryhmään, OH. Koska on olemassa kaksi OH-ryhmää, jotka kykenevät luovuttamaan vetyatominsa, ymmärretään nyt, mistä ympäristöön vapautuneet H + -ionit tulevat.
Hiilihapon molekyylirakenne.
Huomaa myös, että kaava CO (OH) 2 voidaan kirjoittaa nimellä OHCOOH; ts. RCOOH-tyyppi, jossa R on tässä tapauksessa OH-ryhmä.
Tästä syystä sen lisäksi, että molekyyli koostuu happea, vetyä ja hiiliatomeista, jotka ovat liian yleisiä orgaanisessa kemiassa, se, että jotkut pitävät hiilihappoa orgaanisena yhdisteenä. Synteesin osiossa kuitenkin selitetään, miksi muut pitävät sitä luonteeltaan epäorgaanisena ja ei-orgaanisena.
Molekyyliset vuorovaikutukset
Molekyylin H 2 CO 3 se voi kommentoida, että sen geometria on trigonal nähden, hiilen sijaitsee keskellä kolmiota. Kahdessa sen kärjessä on OH-ryhmiä, jotka ovat vety sidosluovuttajia; ja toisessa jäljellä olevan ryhmän C = O happiatomi, vety sidosten vastaanottaja.
Näin ollen, H 2 CO 3 on voimakas taipumus vuorovaikutuksessa proottisen tai hapetettua (ja typpipitoisia) liuottimia.
Ja sattumalta, vesi täyttää nämä kaksi ominaisuutta, ja affiniteetti H 2 CO 3, sillä se on sellainen, että lähes välittömästi se luovuttaa H + ja hydrolyysi tasapaino alkaa vahvistettava, johon HCO 3 - ja H 3 O lajeja. +.
Siksi pelkkä veden läsnäolo hajottaa hiilihappoa ja tekee siitä liian vaikeaa eristää sitä puhtaana yhdisteenä.
Puhdas hiilihappo
Palaten H 2 CO 3 -molekyyli, se ei ole vain tasainen, joka kykenee muodostamaan vetysidoksia, mutta se voi myös esillä olevan cis-trans-isomeria; Tämä on se, että kuvassa meillä on cis-isomeeri, jolloin kaksi H: tä osoittavat samaan suuntaan, kun taas trans-isomeerissä ne osoittavat vastakkaisiin suuntiin.
Cis-isomeeri on stabiilimpi kahdesta, ja siksi se on ainoa, jota yleensä edustaa.
Puhdas kiinteä H 2 CO 3 koostuu kiteisen rakenteen, joka koostuu kerroksesta tai arkkia molekyylien kanssa vuorovaikutuksessa sivusuunnassa vetysidoksia. Tämä on odotettavissa, H 2 CO- 3 -molekyylin ollessa tasainen ja kolmiomainen. Kun se sublimoituu, sykliset dimeerit (H 2 CO 3) 2 näyttää, jotka on liitetty yhteen kahdella vetysidosten C = O-OH.
Symmetria H 2 CO 3 kiteitä ei ole määritelty tällä hetkellä. Katsottiin kiteytyä kaksi polymorfia: α-H 2 CO 3 ja β-H 2 CO 3. Kuitenkin, α-H 2 CO 3, syntetisoitiin seosta CH 3 COOH-CO 2, osoitettiin olevan todella CH 3 OCOOH a monometyyliesterin hiilihapon.
ominaisuudet
Mainittiin, että H 2 CO 3 on diproottinen happo, jotta se voi luovuttaa kaksi H + ioneja ja väline, joka hyväksyy ne. Kun tämä väliaine on vettä, sen dissosioitumisen tai hydrolyysin yhtälöt ovat:
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 - on bikarbonaatti tai vetykarbonaatin anioni, ja CO 3 2- karbonaattia anioni. Niiden tasapainovakiot, Ka 1 ja Ka 2, on myös merkitty. Koska Ka 2 on viisi miljoonaa kertaa pienempi kuin Ka 1, CO 3 2: n muodostuminen ja pitoisuus ovat vähäpätöisiä.
Siten, vaikka se on diproottinen happo, toinen H + voi tuskin vapauttaa sitä huomattavasti. Kuitenkin, kun läsnä on liuenneen CO 2 suuria määriä on riittävän happamaksi keskipitkällä; tässä tapauksessa vesi, alentaen sen pH-arvoja (alle 7).
Hiilihaposta puhuminen tarkoittaa käytännössä vesiliuosta, jossa lajit HCO 3 - ja H 3 O + ovat vallitsevat; sitä ei voida eristää tavanomaisilla menetelmillä, kuten pienintäkään yritys siirtäisi CO 2 liukoisuus tasapaino on kuplien muodostumista, joka pääsisi vettä.
Synteesi
Liukeneminen
Hiilihappo on yksi helpoimmista syntetisoiduista yhdisteistä. Miten? Yksinkertaisin tapa on kuplia oljen tai olkien avulla ilma, jonka uloshengitämme vesimäärään. Koska olemme pääasiassa hengittää CO 2, se kupla veteen, liuottamalla pieni osa siitä.
Kun teemme tämän, tapahtuu seuraava reaktio:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Mutta puolestaan liukoisuus CO 2 vedessä on otettava huomioon:
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Sekä CO 2 ja H 2 O ovat epäorgaanisia molekyylejä, joten H 2 CO 3 on epäorgaaninen tästä näkökulmasta.
Nestehöyryn tasapaino
Seurauksena, meillä on tasapaino, joka on erittäin riippuvainen osapaineiden CO 2, samoin kuin nesteen lämpötila.
Esimerkiksi, jos paine CO 2 kasvaa (siinä tapauksessa, että me puhaltaa ilmaa enemmän voimaa pillin läpi), lisää H 2 CO 3 muodostetaan, ja pH tulee enemmän hapan; siitä lähtien ensimmäinen tasapaino siirtyy oikealle.
Toisaalta, jos kuumennetaan H 2 CO 3 ratkaisu, liukoisuus CO 2 -vesi pienentää, koska se on kaasu, ja tasapaino sitten siirtyy vasemmalle (tulee olemaan pienempi H 2 CO 3). Se on samanlainen, jos yritämme soveltaa tyhjiö: CO 2 jäävät sekä vesimolekyylejä, mikä jälleen siirtää tasapainoa vasemmalle.
Puhdasta kiinteää ainetta
Edellä antaa meille mahdollisuuden tehdä päätelmiä: alkaen H 2 CO- 3 ratkaisu ei ole mitään keinoa syntetisoida tämä happo puhtaana kiinteänä aineena tavanomaisella menetelmällä. Kuitenkin, se on tehty, 90-luvulta lähtien viime vuosisadan, alkaen kiinteitä seoksia CO 2 ja H 2: lla
Tämä kiinteä seos on 50% CO 2 -H 2 O pommitetaan protonit (tyyppi avaruussäteilyn), niin, ettei näiden kahden komponentin vapautuu ja muodostumista H 2 CO 3 tapahtuu. Tätä tarkoitusta varten, CH 3 OH-CO 2 seos on myös käytetty (muista α-H 2 CO 3).
Toinen tapa on tehdä sama, mutta käyttämällä kuivajäätä suoraan, ei mitään muuta.
Näistä kolmesta menetelmästä NASA: n tutkijat pääsivät yhteen päätelmään: puhdasta, kiinteää tai kaasumaista hiilihappoa voi esiintyä Jupiterin jäisissä satelliiteissa, Marsin jäätiköissä ja komeetoissa, joissa tällaisia kiinteitä seoksia säteilytetään jatkuvasti. kosmisten säteiden avulla.
Sovellukset
Hiilihappo itsessään on hyödytön yhdiste. Alkaen niiden ratkaisut, kuitenkin, puskuriliuoksia, joka perustuu paria HCO 3 - / CO 3 2- tai H 2 CO 3 / HCO 3 -, voidaan valmistaa.
Niiden ansiosta ratkaisuja ja toimintaa karbonianhydraasientsyymiaktiivisuuden entsyymin läsnä punasoluja, CO 2 tuotettua hengitystä voidaan kuljettaa veressä keuhkoihin, jossa se vihdoin julkaissut olevan uloshengitysilman ulkopuolella kehomme.
Kuplivaa CO 2 käytetään antamaan virvoitusjuomia miellyttävä ja tyypillinen tunne, että he jättävät kurkussa, kun joisi niitä.
Samoin, kun läsnä on H- 2 CO 3 on geologiset merkitys muodostumiseen kalkkikivi stalaktiitit koska se liukenee hitaasti, kunnes ne tuottavat terävä päättyy.
Ja toisaalta sen ratkaisuja voidaan käyttää valmistamaan joitain metallisia bikarbonaatteja; vaikka tämä on kannattavampaa ja helpompi käyttää suoraan bikarbonaatin (NaHCO 3, esimerkiksi).
riskit
Hiilihapon elinikä normaalissa olosuhteissa on niin vähäinen (niiden arvioidaan olevan noin 300 nanosekuntia), että se on käytännössä vaaraton ympäristölle ja eläville olennoille. Kuten aiemmin sanottiin, tämä ei kuitenkaan tarkoita, että se ei voi aiheuttaa meriveden pH: n huolestuttavaa muutosta, joka vaikuttaa merieläimeen.
Toisaalta, todellinen "riski" löytyy saanti hiilihapotettu vesi, koska määrä CO 2 liuotetaan niitä on paljon suurempi kuin normaalissa vedessä. Ja jälleen kerran, ei ole tutkimuksia, jotka olisivat osoittaneet, että hiilihapotetun veden juominen aiheuttaa kuolettavan riskin; jos he jopa suosittelevat sitä paastoamaan ja torjumaan ruoansulatushäiriöitä.
Ainoa kielteinen vaikutus, jota havaitaan tämän veden juomisessa, on kylläisyyden tunne, kun heidän vatsansa täyttyvät kaasuilla. Tämän ulkopuolella (puhumattakaan virvoitusjuomista, koska ne koostuvat paljon muutakin kuin hiilihaposta) voidaan sanoa, että tämä yhdiste ei ole ollenkaan myrkyllinen.
Viitteet
- Day, R., ja Underwood, A. (1989). Kvantitatiivinen analyyttinen kemia (viides painos). PEARSON Prentice Hall.
- Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Hiilihappo. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Hiilihappo: Muodostuksen, rakenteen ja kemiallisen yhtälön video. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
- Götz Bucher ja Wolfram Sander. (2014). Hiilihapon rakenteen selventäminen. Voi. 346, numero 6209, s. 544-545. DOI: 10.1126 / tiede.1260117
- Lynn Yarris. (22. lokakuuta 2014). Uusia oivalluksia hiilihaposta vedessä. Berkeley Lab. Palautettu osoitteesta newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammond. (2015, 14. syyskuuta). Onko kuohuvesi todella huono sinulle? Palautettu osoitteesta: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Kiinteä ja kaasumainen hiilihappo. Fysikaalisen kemian instituutti. Innsbruckin yliopisto.