Hiilihappo (H2CO3) rakenne, ominaisuudet, synteesi, käyttää

Hän hiilihappo Se on epäorgaaninen yhdiste, vaikka onkin niitä, jotka keskustelevat siitä, että se on todella orgaanista, jonka kemiallinen kaava on H₂Yhteistyö₃. Siksi se on diproottinen happo, joka pystyy luovuttamaan kaksi H -ionia⁺ vesipitoiseen ympäristöön kahden molekyylikationien tuottamiseksi H₃JOMPIKUMPI⁺. Häneltä syntyy hyvin tunnettuja bikarbonaatti -ioneja (HCO₃^-) ja karbonaatti (CO₃^2--A.

Tämä erityinen happo, yksinkertainen, mutta samalla se liittyy järjestelmiin, joissa lukuisat lajit osallistuvat nestemäisen höyryn tasapainoon, muodostuu kahdesta epäorgaanisesta molekyylistä: vesi- ja hiilidioksidista. CO: n läsnäolo₂ Havaitaan aina, että vedessä on kupla, joka nousee pintaan.

Lasi kaasutulla vedellä, yksi yleisimmistä juomista, jotka sisältävät hiilihappoa. Lähde: Pxhere.

Tämä ilmiö nähdään säännöllisesti virvoitusjuomissa ja hiilihapotettuna vedessä.

Hiilihapotetun tai kaasutetun veden (ylivoimainen kuva) tapauksessa tällainen määrä on liuennut₂ että höyryn paine on enemmän kuin kaksinkertainen ilmakehän paine. Selvittämällä sen, pullon ja ulkopinnan paine -ero vähentää CO: n liukoisuutta₂, Joten kuplat, jotka lopulta pakenevat nesteestä.

Vähemmässä määrin sama asia tapahtuu missä tahansa tuoreen tai suolaisen veden massassa: kun he lämmittävät ne, he vapauttavat liuenneen CO: n pitoisuutensa₂.

Kuitenkin CO₂ Se ei ole vain liuennut, vaan kärsii sen molekyylistä muunnoksia, jotka tekevät siitä H: n₂Yhteistyö₃; Happo, jolla on hyvin pieni elämä, mutta tarpeeksi merkitsemään sen vesipitoisen liuotinympäristön pH: n pH: n, ja myös ainutlaatuinen karbonaattipuskurijärjestelmä.

[TOC]

Rakenne

Molekyyli

Hiilihappomolekyyli, jota esitetään palloilla ja baarimallilla. Lähde: Jynto ja Ben Mills Wikipedian kautta.

Ylös meillä on H -molekyyli₂Yhteistyö₃, edustaa palloja ja palkkeja. Punaiset pallot vastaavat happiatomeja, mustia hiiliatomiin ja valkoisia vetyatomeja.

Huomaa, että kuvasta alkaen voit kirjoittaa uuden kelvollisen kaavan tälle hapolle: Co (OH)₂, Missä CO: sta tulee karbonyyliryhmä, c = o, linkitetty kahteen hydroksyyliryhmään, OH. Kun on kaksi OH -ryhmää, jotka kykenevät luovuttamaan vetyatomeja, nyt ymmärretään, mistä H -ionit tulevat⁺ julkaistu keskellä.

Hiilihapon molekyylirakenne.

Huomaa, että Formula Co (OH)₂ Se voidaan kirjoittaa OHCOOH: ksi; toisin sanoen RCOOH -tyypistä, missä R: stä tulee tässä tapauksessa OH -ryhmä.

Tästä syystä se, että molekyyli koostuu happea, vety- ja hiiliatomeista, liian yleinen orgaanisessa kemiassa, jotkut pitävät joitain orgaanisena yhdisteenä. Synteesin osassa selitetään kuitenkin, miksi muut pitävät sitä epäorgaanisesta ja ei -orgaanisesta luonteesta.

Voi palvella sinua: dihydroksiasetoni: rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Molekyylien vuorovaikutus

Molekyylistä H₂Yhteistyö₃ Voidaan kommentoida, että sen geometria on trigonaalinen litteä, hiili sijaitsee kolmion keskellä. Kahdessa sen kärjessä siinä on OH -ryhmät, jotka ovat vetysillan luovuttajia; Ja jäljellä olevassa muussa ryhmän C = O happiatomilla, vety -sillan vastaanottajalla.

Siten h₂Yhteistyö₃ Sillä on vahva taipumus olla vuorovaikutuksessa protikoiden tai hapetettujen liuottimien (ja myös typen) kanssa.

Ja sattumalta vesi kohtaa nämä kaksi ominaisuutta, ja H: n affiniteetti on sellainen₂Yhteistyö₃ hänelle, joka melkein heti antaa hänelle h⁺ Ja hydrolyysitasapaino, johon sisältyy HCO -lajit, alkaa perustaa₃^- ja h₃JOMPIKUMPI⁺.

Siksi pelkkä veden läsnäolo hajoaa hiilihappoa ja tekee sen eristyksestä puhtaana yhdisteenä liian monimutkaisena.

Puhdas hiilihappo

Palaa H -molekyyliin₂Yhteistyö₃, Se ei ole vain tasainen, joka pystyy luomaan vety silloja, vaan se voi myös esitellä cis-trans Isomeía; Tämä on kuvassa, että meillä on cis -isomeeri, kun kaksi h osoittavat samaan suuntaan, kun taas trans -isomeerissä he osoittaisivat vastakkaisiin suuntiin.

Cis -isomeeri on molemmista vakain, ja siksi se on ainoa, joka on yleensä edustettuna.

Puhdas kiinteä h -₂Yhteistyö₃ Se koostuu kiteisestä rakenteesta, joka koostuu kerroksista tai molekyyleistä, jotka ovat vuorovaikutuksessa vety silloilla. Tämän odotetaan olevan molekyyli H₂Yhteistyö₃ Litteä ja kolmion muotoinen. Kun sublimaaliset, sykliset hämärät ilmestyvät (H₂Yhteistyö₃-A₂, jotka yhdistävät kaksi vety sillaa c = o - OH.

HR: n symmetria₂Yhteistyö₃ Sitä ei ole pystynyt määrittelemään hetkillä. Sen katsottiin kiteytyneenä kahtena polymorfina: α-H₂Yhteistyö₃ ja β- H₂Yhteistyö₃. Kuitenkin α-H₂Yhteistyö₃, syntetisoitu CHO: n seoksen perusteella₃Cooh-co₂, Osoitettiin, että se oli todella CHO₃Oroh: Monometrian hiilihappohappo ster.

Ominaisuudet

Mainittiin, että h₂Yhteistyö₃ Se on diproottinen happo, joten voit luovuttaa kaksi H -ionia⁺ välineeseen, joka hyväksyy ne. Kun tämä väliaine on vettä, sen dissosiaation tai hydrolyysin yhtälöt ovat:

H₂Yhteistyö₃(AC) + H₂Tai (l) HCO₃^-(AC) + H₃JOMPIKUMPI⁺(AC) (KA₁ = 2,5 × 10⁻⁴-A

HCO₃^-(AC) + H₂Tai (l) Co₃^2-(AC) + H₃JOMPIKUMPI⁺(AC) (KA₂ = 4,69 × 10⁻¹¹-A

HCO₃^- Se on bikarbonaatti- tai vetykarbonaatti -anioni ja CO₃^2- Karbonaatti -anionin. Ne osoittavat myös heidän tasapainon vakiot, ka₁ ja ka₂. Olla ka₂ Viisi miljoonaa kertaa pienempi kuin Ka₁, Co: n muodostuminen ja pitoisuus₃^2- He ovat halveksittavia.

Joten vaikka se olisi diproottinen happo, toinen H⁺ Voit tuskin vapauttaa sen huomattavaksi. CO: n läsnäolo kuitenkin₂ liuennut suuriin määriin riittävästi väliaineen happamiseksi; Tässä tapauksessa vesi, alentaen sen pH -arvoja (alle 7).

Voi palvella sinua: Fusion

Hiilihaposta puhuminen viittaa käytännössä vesiliuokseen, jossa HCO -lajit ovat vallitsevia₃^- ja h₃JOMPIKUMPI⁺; Sitä ei voida eristää tavanomaisilla menetelmillä, koska vähiten yritykset syrjäyttäisivät CO: n liukoisuuden tasapainon₂ kuplien muodostumiseen, jotka pakenevat vedestä.

Synteesi

Liukeneminen

Hiilihappo on yksi helpoimmista yhdisteistä syntetisoimiseksi. Kuten? Yksinkertaisin menetelmä on kupla, oljen tai sorbetin avulla, ilma, jota hengitämme veden tilavuuden sisällä. Koska hengitämme pohjimmiltaan yhteistyötä₂, Tämä vedessä kupla liuottaa pienen osan samasta.

Kun teemme tämän, seuraava reaktio tapahtuu:

Yhteistyö₂(g) + h₂Tai (l) h₂Yhteistyö₃(AC)

Mutta puolestaan ​​on otettava huomioon CO: n liukoisuus₂ vedessä:

Yhteistyö₂g) Co₂(AC)

Molemmat yhteistyökumppani₂ kuin h₂Tai ovat epäorgaanisia molekyylejä, niin h₂Yhteistyö₃ Se on epäorgaanista tämän kohdan jälkeen.

Nestemäinen tasapaino

Seurauksena on, että meillä on tasapainojärjestelmä, joka riippuu suuresti Co: n osittaisista paineista₂, samoin kuin nesteen lämpötila.

Esimerkiksi, jos CO: n paine₂ Se kasvaa (jos puhaltamme ilmaa enemmän voimalla sorbetin läpi), enemmän h muodostuu₂Yhteistyö₃ ja pH: sta tulee happamempi; koska ensimmäinen saldo siirtyy oikealle.

Toisaalta, jos lämmitämme H: n liukenemisen₂Yhteistyö₃, CO: n liukoisuus vähenee₂ Vedessä, koska se on kaasua, ja tasapaino siirtyy sitten vasemmalle (H on vähemmän₂Yhteistyö₃-A. Samanlainen on, jos yritämme soveltaa tyhjiötä: CO₂ Se poistuu samoin kuin vesimolekyylit, jotka siirtävät tasapainon vasemmalle.

Puhdas

Yllä oleva mahdollistaa johtopäätöksen saavuttamisen: H: n ratkaisusta₂Yhteistyö₃ Tätä happoa ei voida syntetisoida puhtaana kiinteänä aineena tavanomaisella menetelmällä. Se on kuitenkin tehty viime vuosisadan 90 -luvulta lähtien, alkaen kiinteistä CO -seoksista₂ ja h₂JOMPIKUMPI.

Tähän kiinteään seokseen₂-H₂Tai 50%: lla sitä pommitetaan protoneilla (tyyppinen kosminen säteily), niin että kumpikaan kahdesta komponentista ei poistu ja H: n muodostuminen tapahtuu₂Yhteistyö₃. Tätä tarkoitusta varten on käytetty myös CHO -seosta₃Ohut₂ (Muista α-H₂Yhteistyö₃-A.

Toinen menetelmä on tehdä sama, mutta suoraan kuivalla jäällä, ei mitään muuta.

Kolmesta menetelmästä NASA: n tutkijat voivat päästä johtopäätökseen: Jupiterin jäätelössä voi esiintyä puhdasta, kiinteää tai kaasumaista karbonihappoa, Marsin jäätiköissä ja komeetoissa, joissa sellaisia ​​kiinteitä seoksia säteilytetään jatkuvasti kosmisissa säteissä.

Voi palvella sinua: tilavuuspipetti: Ominaisuudet, käytöt, kalibrointi ja virheet

Sovellukset

Hiilihappo itsessään on yhdiste, jolla ei ole hyötyä. Sen ratkaisuista voit kuitenkin valmistaa vaimennusratkaisuja HCO -ikäisensä perusteella₃^-/CO₃^2- tai h₂Yhteistyö₃/HCO₃^-.

Näiden ratkaisujen ja hiilihydraasin entsyymin vaikutuksen ansiosta punasoluissa₂ Hengityksessä tuotettua voidaan kuljettaa veressä keuhkoihin, missä se lopulta vapautetaan hengitettäväksi kehomme ulkopuolelle.

CO: n kupli₂ Se hyödyntää juomien kaasua miellyttävä ja ominainen tunne, jonka he lähtevät kurkkuunsa juomattaessa.

Myös H: n läsnäolo₂Yhteistyö₃ Sillä on geologinen merkitys kalkkikiven stalaktiittien muodostumisessa, koska se liukenee ne hitaasti, kunnes ne ovat peräisin terävistä viimeistelystään.

Ja toisaalta niiden ratkaisuja voidaan käyttää metallikarbonaattien valmistamiseen; Vaikka bikarbonaattisuolaa on edullisempi ja helppokäyttöinen (NAHCO₃, Esimerkiksi).

Riskejä

Hiilihapolla on niin pieni elämä normaaleissa olosuhteissa (heidän arvionsa, että noin 300 nanosekuntia), mikä on käytännössä vaaratonta ympäristölle ja eläville olentoille. Kuten aiemmin todettiin, se ei kuitenkaan tarkoita, että se ei voi aiheuttaa huolestuttavaa muutosta valtameren veden pH: ssa, mikä vaikuttaa meren eläimistöön.

Toisaalta todellinen "riski" on kaasoitetussa veden saannissa, koska CO: n määrä₂ niihin liuennut on paljon suurempi kuin normaalissa vedessä. Kuitenkin ja taas ei ole tutkimuksia, jotka olisivat osoittaneet, että kaasutetun veden juominen edustaa tappavaa riskiä; Jos edes suosittelet sitä paastota ja torjumaan ruoansulatushäiriöitä.

Ainoa negatiivinen vaikutus, joka havaitaan tämän veden juodalle, on täyteyden tunne, koska heidän vatsansa ovat täynnä kaasuja. Tästä (puhumattakaan virvoitusjuomista, koska ne koostuvat paljon enemmän kuin vain hiilihappoa), voidaan sanoa, että tämä yhdiste ei ole ollenkaan myrkyllinen.

Viitteet

1. Päivä, r., & Underwood, a. (1989). Kvantitatiivinen analyyttinen kemia (viides ED.-A. Pearson Prentice Hall.
2. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). HIILIHAPPO. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
4. Danielle Reid. (2019). Hiilihappo: muodostuminen, rakenne ja kemiallinen yhtälövideo. Opiskelu. Toipunut: Opiskelu.com
5. Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Hiilihapon rakenteen selventäminen. Osa. 346, numero 6209, s. 544-545. Doi: 10.1126/tiede.1260117
6. Lynn Yarris. (22. lokakuuta 2014). Uusia oivalluksia hiilihapposta vedessä. Berkeley Lab. Toipunut: NewsCenter.lbl.Hallitus
7. Claudia Hammond. (14. syyskuuta 2015). On kuohuviini todella huono sinulle? Haettu osoitteesta: BBC.com
8. Jürgen Bernard. (2014). Kiinteä ja kaasuma. Fysikaalisen kemian instituutti.  Innsbruckin yliopisto.