Carbonsäure (H2CO3) -Struktur, Eigenschaften, Synthese, verwendet
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- Timo Rabenstein
Er Kohlensäure Es ist eine anorganische Verbindung, obwohl es diejenigen gibt, die darüber diskutieren, dass sie tatsächlich organisch ist, deren chemische Formel H ist2CO3. Es ist daher eine diprotische Säure, die zwei Hionen spenden kann+ in die wässrige Umgebung, um zwei molekulare Kationen H zu erzeugen H3ENTWEDER+. Von ihm entstehen die bekannten Bicarbonat -Ionen (HCO3-) und Carbonat (co32-).
Diese eigenartige Säure, einfach, aber gleichzeitig an Systemen beteiligt, in denen zahlreiche Arten an einem Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Dampf beteiligt sind, wird aus zwei grundlegenden anorganischen Molekülen gebildet: Wasser und Kohlendioxid. Das Vorhandensein von CO2 Es wird immer beobachtet, dass sich im Wasser eine Blase befindet, die zur Oberfläche aufsteigt.
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Dieses Phänomen wird regelmäßig in Erfrischungsgetränken und kohlensäurehaltigem Wasser gesehen.
Bei kohlensäurehaltigem oder vergeudetem Wasser (überlegenes Bild) wurde eine solche Menge gelöst2 dass Ihr Dampfdruck mehr als doppelter atmosphärischer Druck ist. Durch die Aufdeckung verringert der Druckunterschied in der Flasche und das Äußere die Löslichkeit des CO2, Also erscheinen die Blasen, die am Ende entkommen, der Flüssigkeit.
In geringerem Maße passiert dasselbe in jeder Masse von frischem oder salzhaltigem Wasser: Wenn sie sie erwärmen2.
Allerdings der CO2 Es wird nicht nur aufgelöst, sondern leidet auch in seinem Molekül, die es zum h machen2CO3; Eine Säure, die ein sehr kleines Leben hat, aber genug, um eine mesurable Veränderung des pH -Werts seiner wässrigen Lösungsmittelumgebung zu markieren und auch ein einzigartiges Carbonatpuffersystem zu erzeugen.
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Struktur
Molekül
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Wir haben das H -Molekül2CO3, mit Kugeln und Balken dargestellt. Die roten Kugeln entsprechen Sauerstoffatomen, Schwarz bis Kohlenstoffatom und weißen Wasserstoffatomen.
Beachten Sie, dass Sie aus dem Bild eine andere gültige Formel für diese Säure schreiben können: CO (OH)2, wobei CO die Carbonylgruppe wird, C = O, verbunden mit zwei Hydroxylgruppen, OH. Wenn es zwei OH -Gruppen gibt, die in der Lage sind, ihre Wasserstoffatome zu spenden, wird nun verstanden+ in der Mitte veröffentlicht.
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Beachten Sie, dass die Formel Co (OH)2 Es kann als Ohcooh geschrieben werden; das heißt vom Typ RCOOH, wobei R in diesem Fall eine OH -Gruppe wird.
Aus diesem Grund besteht auch die Tatsache, dass das Molekül aus Sauerstoff-, Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen besteht, die in der organischen Chemie zu häufig sind, von einigen als organische Verbindung betrachtet wird. Im Abschnitt seiner Synthese wird jedoch erklärt, warum andere es als anorganische und nicht organische Natur betrachten.
Kann Ihnen dienen: Dihydroxyaceton: Struktur, Eigenschaften, erhalten, verwendet, verwendetMolekulare Wechselwirkungen
Des Moleküls H2CO3 Es kann kommentiert werden, dass seine Geometrie trigonal flach ist und der Kohlenstoff in der Mitte des Dreiecks befindet. In zwei seiner Scheitelpunkte hat es die OH -Gruppen, die Spender der Wasserstoffbrücke sind; Und im verbleibenden anderen ein Sauerstoffatom der Gruppe C = O, Wasserstoffbrückenakzeptor.
So, h2CO3 Es hat eine starke Tendenz, mit Protik oder sauerstoffhaltigen Lösungsmitteln (und auch Stickstoff) zu interagieren.
Und zufällig erfüllt Wasser diese beiden Eigenschaften, und die Affinität von H ist so2CO3 Für sie gibt das fast sofort ein h+ Und ein Hydrolyse -Gleichgewicht, an dem HCO -Arten beteiligt sind3- und h3ENTWEDER+.
Deshalb zersetzt das Vorhandensein von Wasser Kohlensäure und macht seine Isolierung als reine Verbindung zu kompliziert.
Reine Kohlensäure
Rückkehr zum H -Molekül2CO3, Es ist nicht nur flach, sondern in der Lage, Wasserstoffbrücken zu etablieren, sondern kann auch cis-trans-iomeía aufweisen. Dies ist, im Bild haben wir das cis -Isomer, wobei die beiden h in die gleiche Richtung zeigen, während sie im Trans -Isomer in entgegengesetzte Richtungen zeigen würden.
Das CIS -Isomer ist das stabilste für beide, und deshalb ist es der einzige, der normalerweise dargestellt wird.
Ein reiner Feststoff von H2CO3 Es besteht aus einer kristallinen Struktur aus Schichten oder Molekülenblättern, die mit Seitenwasserstoffbrücken interagieren. Dies wird erwartet, da das Molekül H ist2CO3 Flach und dreieckig. Wenn sublimal, erscheinen zyklische Dämmerungen (h2CO3)2, die von zwei Wasserstoffbrücken verbunden sind c = o - oh.
Die Symmetrie der HR2CO3 Es war nicht in der Lage, von den Momenten definiert zu werden. Es wurde als zwei Polymorphen kristallisiert: α-H2CO3 und β-h2CO3. Α-H2CO3, basierend auf einer Mischung aus Cho synthetisiert3Cooh-Co2, Es wurde gezeigt, dass es tatsächlich Cho war3Oroh: Ein Monometrie -Kohlensäurigenster.
Eigenschaften
Es wurde erwähnt, dass h2CO3 Es ist eine diprotische Säure, sodass Sie zwei H -Ionen spenden können+ zu einem Medium, das sie akzeptiert. Wenn dieses Medium Wasser ist, sind die Gleichungen seiner Dissoziation oder Hydrolyse::
H2CO3(Ac) + h2Oder (l) HCO3-(Ac) + h3ENTWEDER+(AC) (Ka1 = 2,5 × 10–4)
HCO3-(Ac) + h2Oder (l) co32-(Ac) + h3ENTWEDER+(AC) (Ka2 = 4,69 × 10–11)
Der HCO3- Es ist das Bicarbonat- oder Wasserstoffkoarbonatanion und der CO32- Das Carbonatanion. Sie geben auch ihre jeweiligen Gleichgewichtskonstanten an, Ka1 und Ka2. Ka sein2 Fünf Millionen Mal kleiner als Ka1, Die Bildung und Konzentration von CO32- Sie sind verabscheuungswürdig.
Also, auch wenn es sich um eine diprotische Säure handelt, die zweite h+ Sie können es kaum veröffentlichen. Das Vorhandensein von CO2 in großen Mengen gelöst genug, um das Medium zu säuern; In diesem Fall Wasser, die pH -Werte senkt (unter 7).
Kann Ihnen dienen: FusionDas Sprechen über Kohlensäure bezieht sich praktisch auf eine wässrige Lösung, bei der HCO -Arten vorherrschen3- und h3ENTWEDER+; Es kann nicht durch herkömmliche Methoden isoliert werden, da die geringsten Versuche das Löslichkeitsbilanz des CO verdrängen würden2 zur Bildung von Blasen, die aus dem Wasser entkommen würden.
Synthese
Auflösung
Carbonsäure ist eine der am einfachsten zu synthetisierten Verbindungen. Als? Die einfachste Methode besteht darin, mit Hilfe eines Strohhalms oder Sorbetes, der Luft, die wir in einem Wasservolumen ausatmen, zu sprudeln. Weil wir im Wesentlichen ausatmen2, Diese Blase im Wasser, löst einen kleinen Teil desselben auf.
Wenn wir dies tun, tritt die folgende Reaktion auf:
CO2(g) + h2Oder (l) h2CO3(Ac)
Aber wiederum muss die Löslichkeit des CO berücksichtigt werden2 im Wasser:
CO2(g) co2(Ac)
Beide co2 wie h2Oder sind anorganische Moleküle, also h2CO3 Es ist seit diesem Punkt anorganisch.
Flüssigkeitsdampfbalance
Infolgedessen haben wir ein System im Gleichgewicht, das stark vom Teildruck des CO abhängt2, sowie flüssige Temperatur.
Zum Beispiel, wenn der Druck des CO2 Es nimmt zu (falls wir die Luft mit mehr Kraft durch das Sorbet blasen), wird sich mehr H bilden2CO3 und der pH wird saurer; Da bewegt sich das erste Gleichgewicht nach rechts.
Andererseits, wenn wir die Auflösung von H erhitzen2CO3, Die Löslichkeit des CO nimmt ab2 Im Wasser, weil es ein Gas ist und der Gleichgewicht dann nach links bewegt (es wird weniger h sein2CO3). Ähnlich wird sein, wenn wir versuchen, ein Vakuum anzuwenden: der CO2 Es wird ebenso entkommen wie die Wassermoleküle, die das Gleichgewicht wieder nach links bewegen würden.
Rein fest
Das obige ermöglicht eine Schlussfolgerung: aus einer Lösung von H2CO3 Es gibt keine Möglichkeit, diese Säure als reiner Feststoff durch eine konventionelle Methode zu synthetisieren. Seit den 90ern des letzten Jahrhunderts wurde es jedoch getan, beginnend mit soliden Mischungen von CO2 und h2ENTWEDER.
Zu dieser festen Mischung co2-H2Oder bei 50% wird es mit Protonen bombardiert (eine Art kosmischer Strahlung), so dass keiner der beiden Komponenten entweichen und die Bildung von H auftritt2CO3. Zu diesem Zweck wurde auch eine Cho -Mischung verwendet3OH-CO2 (Denken Sie an α-H2CO3).
Eine andere Methode besteht darin, dasselbe zu tun, aber direkt mit Trockeneis, nichts mehr.
Von den drei Methoden könnten die Wissenschaftler von NASA zu einer Schlussfolgerung kommen: reine, feste oder gasförmige Kohlensäure können in Jupiter -Eis, in den Marsgletschern und in Kometen existieren, in denen solche festen Gemische ständig für kosmische Strahlen bestrahlt werden.
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Carbonsäure selbst ist eine Verbindung ohne Nützlichkeit. Von seinen Lösungen können Sie jedoch Dämpfungslösungen auf der Grundlage der HCO -Kollegen vorbereiten3-/Co32- oder h2CO3/Hco3-.
Dank dieser Lösungen und der Wirkung des Carbonicanhydrase -Enzyms, die in den roten Blutkörperchen vorhanden sind, CO2 In Atem erzeugt werden im Blut in die Lunge transportiert werden, wo es endlich freigesetzt wird, um außerhalb unseres Körperes auszuatmen.
Der Bubjueo des CO2 Es nutzt die Gaside des angenehmen und charakteristischen Gefühls, das sie beim Trinken im Hals lassen.
Auch das Vorhandensein von H2CO3 Es hat eine geologische Bedeutung für die Bildung von Kalksteinstalaktiten, da es sie langsam auflöst, bis sie ihre spitzen Oberflächen entstehen.
Andererseits können ihre Lösungen verwendet werden, um einige Metallbicarbonate vorzubereiten. Obwohl es profitabler und einfacher ist, ein Bicarbonat -Salz zu verwenden (Nahco3, Zum Beispiel).
Risiken
Carbonsäure hat ein so kleines Leben unter normalen Bedingungen (sie schätzen, dass etwa 300 Nanosekunden), was praktisch harmlos für die Umwelt und Lebewesen ist. Wie bereits erwähnt, bedeutet dies jedoch nicht, dass es keine besorgniserregende Veränderung des pH -Werts des Meerwassers erzeugen kann, was die Meeresfauna beeinflusst.
Andererseits liegt das wahre "Risiko" in der vergeudeten Wasseraufnahme, da die Menge an CO2 In ihnen gelöst ist viel größer als in normalem Wasser. Es gibt jedoch auch keine Studien, die gezeigt haben, dass das Trinken von vergeudetem Wasser ein tödliches Risiko darstellt. Wenn Sie es überhaupt empfehlen, die Verdauungsstörungen zu fasten und Verdauungsstörungen zu bekämpfen.
Der einzige negative Effekt, der auf diejenigen beobachtet wird, die dieses Wasser trinken, ist das Gefühl der Fülle, da ihre Mägen mit Gasen gefüllt sind. Daraus (ganz zu schweigen von den Erfrischungsgetränken, da sie viel mehr als nur Kohlensäure bestehen) kann gesagt werden, dass diese Verbindung überhaupt nicht giftig ist.
Verweise
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