Carbonic Acid (H2CO3) Ιδιότητες, χρήσεις και σημασία



Το ανθρακικού οξέος, οξύ παλαιότερα ονομαζόταν αέρα ή αέρα οξύ, ανόργανο οξύ είναι το μόνο άνθρακα και έχει τον τύπο H2CO3.

Τα άλατα των ανθρακικών οξέων ονομάζονται διττανθρακικά (ή ανθρακικά) και ανθρακικά (Human Metabolome Database, 2017). Η δομή του παρουσιάζεται στο Σχήμα 1 (EMBL-EBI, 2016).

Λέγεται ότι το ανθρακικό οξύ σχηματίζεται από διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Καρβονικό οξύ λαμβάνει χώρα μόνο μέσω άλατα (ανθρακικά), όξινα άλατα (όξινα ανθρακικά), αμίνες (καρβαμικό οξύ) και χλωρίδια οξέος (καρβονυλο χλωρίδιο) (MeSH, 1991).

Η ένωση δεν μπορεί να απομονωθεί ως καθαρό ή στερεό υγρό, αφού τα προϊόντα της αποσύνθεσης, του διοξειδίου του άνθρακα και του νερού είναι πολύ πιο σταθερά από το οξύ (Royal Society of Chemistry, 2015).

Το ανθρακικό οξύ βρίσκεται στο ανθρώπινο σώμα, το υπάρχον CO2 στο αίμα συνδυάζεται με νερό για να σχηματίσει καρβονικό οξύ, το οποίο στη συνέχεια εκπνέεται ως αέριο από τους πνεύμονες.

Βρίσκεται επίσης σε βράχους και σπηλιές όπου μπορούν να διαλυθούν οι ασβεστόλιθοι. Το H2CO3 μπορεί επίσης να βρεθεί σε άνθρακα, μετεωρίτες, ηφαίστεια, όξινη βροχή, υπόγεια ύδατα, ωκεανούς και φυτά (Carbonic acid Formula, S.F.).

Ευρετήριο

  • 1 ανθρακικό οξύ και ανθρακικά άλατα
  • 2 "Υποθετικό" διοξείδιο του άνθρακα και νερό
  • 3 Φυσικές και χημικές ιδιότητες
  • 4 Χρήσεις
  • 5 Σημασία
  • 6 Αναφορές

Άλατα ανθρακικού οξέος και ανθρακικά άλατα

Το ανθρακικό οξύ σχηματίζεται σε μικρές ποσότητες όταν ο ανυδρίτης του, το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), διαλύεται στο νερό.

CO2 + Η2Ο · H2CO3

Τα κυρίαρχα είδη είναι απλά ενυδατωμένα μόρια CO2. Μπορεί να θεωρηθεί ότι η καρβονικό οξύ είναι ένα διπρωτικό οξύ που μπορεί να σχηματίσει δύο σειράς αλάτων, δηλαδή, όξινα ανθρακικά, ή όξινα ανθρακικά άλατα, που περιέχουν HCO3-, και ανθρακικά περιέχουν CO32-.

Η2ΟΟ3 + Η2Ο · H3O + + HCO3-

HCO3- + Η2Ο + H3O + + CO32-

Ωστόσο, η συμπεριφορά οξέος-βάσης του ανθρακικού οξέος εξαρτάται από τις διαφορετικές ταχύτητες μερικών από τις αντιδράσεις που εμπλέκονται, καθώς και από την εξάρτησή του από το pH του συστήματος. Για παράδειγμα, σε ένα ρΗ μικρότερο από 8, οι κύριες αντιδράσεις και η σχετική ταχύτητά τους είναι οι ακόλουθες:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (αργή)
  • H2CO3 + ΟΗ- · HCO3- + Η2Ο (γρήγορο)

Πάνω από το pH 10, οι ακόλουθες αντιδράσεις είναι σημαντικές:

  • CO2 + ΟΗ- · HCO3- (βραδεία)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (γρήγορο)

Μεταξύ των τιμών pH 8 και 10, όλες οι παραπάνω αντιδράσεις ισορροπίας είναι σημαντικές (Zumdahl, 2008).

"Υποθετικό" διοξείδιο του άνθρακα και όξινο οξύ

Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες ήταν πεπεισμένοι ότι το ανθρακικό οξύ δεν υπήρχε ως σταθερό μόριο.

Σε Angewandte Chemie, γερμανική ερευνητές έχουν εισαχθεί μια απλή πυρολυτική μέθοδος για την παραγωγή του ανθρακικού αερίου οξέος φάση αφέθηκε φασματοσκοπικό χαρακτηρισμό της αέριας φάσης ανθρακικού οξέος και μονομεθυλεστέρα εστέρα (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Το ανθρακικό οξύ υπάρχει μόνο για ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου όταν το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται στο νερό πριν γίνει ένα μίγμα πρωτονίων και διττανθρακικών ανιόντων.

Παρά τη σύντομη ζωή του, όμως, το ανθρακικό οξύ προσδίδει μόνιμο αντίκτυπο στη γήινη ατμόσφαιρα και τη γεωλογία, καθώς και στο ανθρώπινο σώμα.

Λόγω της μικρής διάρκειας ζωής του, η λεπτομερής χημεία του ανθρακικού οξέος έχει καλυφθεί με μυστήριο. Ερευνητές όπως το Berkeley Lab και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας (UC) του Μπέρκλεϊ συμβάλλουν στην ανύψωση του πέπλου μέσω μιας σειράς μοναδικών πειραμάτων.

Στην πρόσφατη μελέτη τους, έχουν δείξει πώς διαλύονται αέρια μόρια διοξειδίου του άνθρακα από το νερό για να ξεκινήσει η χημεία μεταφοράς πρωτονίων που παράγει ανθρακικό οξύ και όξινο ανθρακικό άλας (Yarris, 2015).

Το 1991 οι επιστήμονες στο Κέντρο Διαστημικής Πτήσης Goddard (ΗΠΑ) της NASA κατάφεραν να παράγουν στερεά δείγματα H2CO3. Το έκαναν αυτό εκθέτοντας ένα κατεψυγμένο μίγμα νερού και διοξειδίου του άνθρακα στην ακτινοβολία πρωτονίων υψηλής ενέργειας και έπειτα τη θέρμανση για την απομάκρυνση της περίσσειας νερού.

Το ανθρακικό οξύ που παρέμεινε χαρακτηρίστηκε με υπέρυθρη φασματοσκοπία. Το γεγονός ότι το ανθρακικό οξύ παρασκευάστηκε με ακτινοβόληση ενός στερεού μείγματος Η2Ο + CO2 ή ακόμη με ακτινοβολία μόνο του ξηρού πάγου.

Αυτό έχει οδηγήσει σε προτάσεις ότι το H2CO3 θα μπορούσε να βρεθεί στο διάστημα ή στον Άρη, όπου βρέθηκαν παγωτά H2O και CO2, καθώς και κοσμικές ακτίνες (Khanna, 1991)..

Φυσικές και χημικές ιδιότητες

Το ανθρακικό οξύ υπάρχει μόνο σε υδατικό διάλυμα. Δεν ήταν δυνατόν να απομονωθεί η καθαρή ένωση. Αυτό το διάλυμα αναγνωρίζεται εύκολα επειδή έχει αναβρασμό αερίου διοξειδίου του άνθρακα που διαφεύγει από το υδατικό μέσο.

Έχει μοριακό βάρος 62,024 g / mol και πυκνότητα 1,668 g / ml. Το ανθρακικό οξύ είναι ένα ασθενές και ασταθές οξύ, το οποίο αποσυντίθεται μερικώς σε νερό σε ιόντα υδρογόνου (Η +) και διττανθρακικά ιόντα (HCO3-) του οποίου το pKa είναι 3,6.

Όντας ένα διπροτικό οξύ, μπορεί να σχηματίσει δύο τύπους αλάτων, ανθρακικών και δισανθρακικών. Η προσθήκη της βάσης σε περίσσεια ανθρακικού οξέος δίνει διττανθρακικά άλατα, ενώ η προσθήκη περίσσειας βάσης σε ανθρακικό οξύ δίνει ανθρακικά άλατα (National Center for Biotechnology Information, 2017).

Το ανθρακικό οξύ δεν θεωρείται τοξικό ή επικίνδυνο και υπάρχει στο ανθρώπινο σώμα. Ωστόσο, η έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις μπορεί να ερεθίσει τα μάτια και την αναπνευστική οδό.

Χρησιμοποιεί

Σύμφωνα με τη Michelle McGuire στο Επιστήμες της Διατροφής, καιΤο ανθρακικό οξύ βρίσκεται σε ζυμωμένα τρόφιμα με τη μορφή αποβλήτων που παράγονται από βακτήρια που τροφοδοτούν με φθορά τροφίμων.

Οι φυσαλίδες αερίου που παράγονται στα τρόφιμα είναι συνήθως το διοξείδιο του άνθρακα του ανθρακικού οξέος και ένα σημάδι ότι το φαγητό ζυμώνεται. Παραδείγματα κοινώς προσλαμβανόμενων ζυμωμένων τροφίμων είναι η σάλτσα σόγιας, η σούπα miso, η λάχανο, η κορεατική kimchi, η tempeh, η κεφίρ και το γιαούρτι.

Οι κόκκοι και τα λαχανικά που έχουν υποστεί ζύμωση περιέχουν επίσης ευεργετικά βακτήρια που μπορούν να ελέγξουν δυνητικά παθογόνους μικροοργανισμούς μέσα στα έντερα σας και να βελτιώσουν την παραγωγή βιταμινών Β-12 και Κ.

Το ανθρακικό οξύ, το διάλυμα διοξειδίου του άνθρακα ή το ανθρακικό δισόξινο σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανθράκωσης του νερού. Είναι υπεύθυνη για την αναβραστική πλευρά των αναψυκτικών και αναψυκτικών, όπως αναφέρεται στο λεξικό Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων.

Το ανθρακικό οξύ συμβάλλει στην υψηλή οξύτητα της σόδας, αλλά η περιεκτικότητα της ραφιναρισμένης ζάχαρης και του φωσφορικού οξέος είναι ο κύριος υπεύθυνος για την εν λόγω οξύτητα (DUBOIS, 2016).

Το ανθρακικό οξύ χρησιμοποιείται επίσης σε πολλούς άλλους τομείς, όπως φαρμακευτικά προϊόντα, καλλυντικά, λιπάσματα, επεξεργασία τροφίμων, αναισθητικά κ.λπ..

Σημασία

Καρβονικό οξύ βρίσκεται συνήθως σε νερό από τους ωκεανούς, θάλασσες, λίμνες, ποτάμια και βροχή επειδή μορφές όταν το διοξείδιο του άνθρακα, η οποία είναι ευρέως διαδεδομένη στην ατμόσφαιρα, επαφή με το νερό.

Είναι ακόμα παρών στον πάγο των παγετώνων, αν και σε μικρότερες ποσότητες. Το ανθρακικό οξύ είναι ένα πολύ ασθενές οξύ, αν και μπορεί να συμβάλει στη διάβρωση με την πάροδο του χρόνου.

Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει προκαλέσει περισσότερο ανθρακικό οξύ παράγεται στους ωκεανούς και είναι σε κάποιο μέρος, υπεύθυνη για την ελαφρά αύξηση της οξύτητας των ωκεανών κατά τα τελευταία εκατό χρόνια.

Το διοξείδιο του άνθρακα, ένα απόβλητο του κυτταρικού μεταβολισμού, βρίσκεται σε σχετικά υψηλή συγκέντρωση στους ιστούς. Διαχέεται στο αίμα και μεταφέρεται στους πνεύμονες προς εξάλειψη με εκπνευσμένο αέρα.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι πολύ πιο διαλυτό από το οξυγόνο και διαχέεται εύκολα στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Αντιδρά με νερό για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ, το οποίο στο αλκαλικό pH του αίματος εμφανίζεται κυρίως ως όξινο ανθρακικό (Robert S. Schwartz, 2016).

Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο αίμα και τους ιστούς επειδή η τοπική μερική πίεση είναι μεγαλύτερη από τη μερική πίεση του στο αίμα που ρέει μέσα από τους ιστούς. Καθώς το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στο αίμα, συνδυάζεται με νερό για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ που διασπάται σε ιόντα υδρογόνου (Η +) και διττανθρακικά ιόντα (HCO3-).

Η φυσική μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε ανθρακικό οξύ είναι σχετικά αργή διαδικασία. Ωστόσο, η ανθρακική ανυδράση, ένα πρωτεϊνικό ένζυμο που υπάρχει μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια, καταλύει αυτήν την αντίδραση αρκετά γρήγορα ώστε να επιτυγχάνεται μόνο σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου..

CO2 + Η2Ο · H2CO3

Επειδή το ένζυμο υπάρχει μόνο μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια, το όξινο ανθρακικό άλας συσσωρεύεται σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια απ 'ότι στο πλάσμα.

Η ικανότητα του αίματος να μεταφέρει το διοξείδιο του άνθρακα και διττανθρακικό ενισχύεται από ένα σύστημα μεταφοράς ιόντων μέσα στην μεμβράνη των ερυθρών αιμοσφαιρίων που κινείται ταυτόχρονα ένα ιόν όξινου ανθρακικού έξω από το κύτταρο και μέσα στον πλάσμα σε αντάλλαγμα για ιόντα χλωρίου.

Η ταυτόχρονη ανταλλαγή αυτών των δύο ιόντων, γνωστή ως ανταλλαγή χλωριόντων, επιτρέπει στο πλάσμα να χρησιμοποιηθεί ως θέση αποθήκευσης δισανθρακικού άλατος χωρίς να μεταβάλλεται το ηλεκτρικό φορτίο των πλάσματος ή των ερυθροκυττάρων.

Μόνο το 26 τοις εκατό της συνολικής περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα του αίματος υπάρχει ως σόδα στο εσωτερικό των ερυθρών αιμοσφαιρίων, ενώ το 62 τοις εκατό υπάρχει ως διττανθρακικό στο πλάσμα? Ωστόσο, οι περισσότεροι από διττανθρακικών ιόντων παράγεται πρώτα εντός του κυττάρου, τότε μεταφέρεται στο πλάσμα.

Μια αντίστροφη ακολουθία αντιδράσεων συμβαίνει όταν το αίμα φτάσει στον πνεύμονα, όπου η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα είναι χαμηλότερη από ό, τι στο αίμα. Η αντίδραση που καταλύεται από την ανθρακική ανυδράση αναστρέφεται στους πνεύμονες, όπου μετατρέπει το δισανθρακικό πίσω σε CO2 και επιτρέπει την απέλαση του (Neil S. Cherniack, 2015).

Αναφορές

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23 Σεπτεμβρίου). Carbonic Acid - Και όμως υπάρχει! Ανακτήθηκε από chemistryviews.org.
  2. Τύπος ανθρακικού οξέος. (S.F.). Ανάκτηση από το softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11 Ιανουαρίου). Ανθρακικό οξύ σε τρόφιμα. Ανακτήθηκε από το livestrong.com.
  4. EMBL-EBI (2016, 27 Ιανουαρίου). ανθρακικού οξέος. Ανάκτηση από ebi.ac.uk.
  5. Βάση δεδομένων ανθρώπινου μεταβολισμού. (2017, 2 Μαρτίου). Καρβονικό οξύ. Ανακτήθηκε από hmdb.ca. 
  6. Khanna, Μ. Μ. (1991). Μελέτες υπέρυθρων ακτινών και φασματοσκοπία μάζας ακτινοβολημένου πάγου H2O + CO2 με πρωτονία: Στοιχεία για το καρβονικό οξύ. Spectrochimica Acta Μέρος Α: Μοριακή φασματοσκοπία, τόμος 47, τεύχος 2, 255-262. Ανακτήθηκε από το science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Ανθρακικό οξύ. Ανακτήθηκε από ncbi.nlm.nih.
  8. Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών ... (2017, 11 Μαρτίου). Δημοσιευμένη βάση δεδομένων PubChem. CID = 767. Ανακτήθηκε από το pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. α. (2015, 20 Μαρτίου). Αναπνευστική συσκευή του ανθρώπου Ανάκτηση από britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, Απρίλιος 29). Αίμα. Ανάκτηση από britannica.com.
  11. Βασιλική Εταιρεία Χημείας. (2015). Καρβονικό οξύ. Ανακτήθηκε από: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16 Ιουνίου). Ξετυλίγοντας τα μυστήρια του ανθρακικού οξέος. Ανακτήθηκε από: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S.S (2008, 15 Αυγούστου). Οξυξείδιο Ανακτήθηκε από: britannica.com.