Jump to content

Угольная кислота

(Перенаправлено с Летучее (кислота) )

Угольная кислота
Структурная формула
Шаровидная модель
Имена
Название ИЮПАК
Угольная кислота [ 1 ]
Другие имена
  • Оксидокарбоновая кислота
  • Гидроксимуравьиная кислота
  • Гидроксиметановая кислота
  • Карбоновая кислота
  • Гидроксикарбоновая кислота
  • Дигидроксикарбонил
  • Раствор углекислого газа
  • Воздушная кислота
  • Метакарбоновая кислота
Идентификаторы
3D model ( JSmol )
КЭБ
ХЭМБЛ
ХимическийПаук
Лекарственный Банк
Информационная карта ECHA 100.133.015 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 610-295-3
25554
КЕГГ
НЕКОТОРЫЙ
Характеристики
ЧАС
2
2
3
Появление Бесцветный газ
Температура плавления -53 ° C (-63 ° F; 220 К) [ 3 ] (возвышенный)
Точка кипения 127 ° C (261 ° F, 400 К) (разлагается)
Реагирует с образованием углекислого газа и воды.
Кислотность ( pKa )
  • p K a1 = 3,75 (25 °С; безводный) [ 2 ]
  • p K a1 = 6,35 (водный) [ 2 ]
  • р К а2 = 10,33 [ 2 ]
Сопряженная база Бикарбонат , карбонат
Опасности
NFPA 704 (огненный алмаз)
Структура
моноклинический
п21/с, № 14
-
а = 5,392 Å, b = 6,661 Å, c = 5,690 Å
α = 90°, β = 92,66°, γ = 90° [ 4 ]
( Д
2
2
3
при 1,85 ГПа, 298 К)
204,12 Å 3
4 формулы на ячейку
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).

Угольная кислота представляет собой химическое соединение с химической формулой Н 2 СО 3 . Молекула . быстро превращается в воду и углекислый газ в присутствии воды Однако в отсутствие воды он вполне стабилен при комнатной температуре . [ 5 ] [ 6 ] Взаимное превращение углекислого газа и углекислоты связано с дыхательным циклом животных и подкислением природных вод . [ 4 ]

В биохимии и физиологии название «угольная кислота» иногда применяется к водным растворам углекислого газа . Эти химические соединения играют важную роль в бикарбонатной буферной системе , используемой для поддержания кислотно-основного гомеостаза . [ 7 ]

Терминология в биохимической литературе

[ редактировать ]

В химии термин «угольная кислота» строго относится к химическому соединению с формулой H.
2
2
3
. В некоторой литературе по биохимии стирается различие между углекислотой и углекислым газом, растворенным во внеклеточной жидкости.

В физиологии углекислый газ, выделяемый легкими, можно назвать летучей кислотой или дыхательной кислотой .

Безводная угольная кислота

[ редактировать ]

При температуре окружающей среды чистая угольная кислота представляет собой стабильный газ. [ 6 ] Существует два основных метода получения безводной углекислоты: реакция хлористого водорода и бикарбоната калия при 100 К в метаноле и облучение протонами чистого твердого диоксида углерода . [ 3 ] Химически он ведет себя как дипротонная кислота Бренстеда . [ 8 ] [ 9 ]

угольной кислоты Мономеры имеют три конформационных изомера : цис-цис, цис-транс и транс-транс. [ 10 ]

При низких температурах и атмосферном давлении твердая угольная кислота аморфна и не имеет брэгговских пиков при дифракции рентгеновских лучей . [ 11 ] Но при высоком давлении угольная кислота кристаллизуется, и современная аналитическая спектроскопия позволяет измерить ее геометрию.

По данным нейтронографии дидейтерированной D ( угольной кислоты
2
2
3
) в гибридной зажатой ячейке ( российский сплав / медь-бериллий ) при 1,85 ГПа молекулы плоские и образуют димеры , соединенные парами водородных связей . Все три связи CO почти равноудалены на расстоянии 1,34 Å , что является промежуточным между типичными расстояниями CO и C=O (соответственно 1,43 и 1,23 Å). Необычная длина связи CO объясняется делокализованной π-связью в центре молекулы и чрезвычайно прочными водородными связями. Те же эффекты также вызывают очень короткое разделение O—O (2,13 Å) за счет угла OHO 136 ° , создаваемого 8-членными кольцами с двойными водородными связями. [ 4 ] Более длинные расстояния О—О наблюдаются в прочных внутримолекулярных водородных связях, например в щавелевой кислоте , где расстояния превышают 2,4 Å. [ 11 ]

В водном растворе

[ редактировать ]

Даже в небольшом присутствии воды угольная кислота дегидратируется до углекислого газа и воды , что затем катализирует дальнейшее разложение. [ 6 ] По этой причине углекислый газ можно считать ангидридом угольной кислоты .

Константа гидратного равновесия при 25 °C равна [ H
2
2
3
]/[CO 2 ] ≈ 1,7×10 −3
в чистой воде [ 12 ] и ≈ 1,2×10 −3 в морской воде . [ 13 ] Следовательно, большая часть углекислого газа на геофизических или биологических границах раздела воздух-вода не превращается в угольную кислоту, а остается растворенным CO 2 газом . Однако некаталитическое равновесие достигается довольно медленно: константы скорости составляют 0,039 с. −1 для увлажнения и 23 с −1 для обезвоживания.

В биологических растворах

[ редактировать ]

В присутствии фермента карбоангидразы равновесие вместо этого достигается быстро, и следующая реакция имеет приоритет: [ 14 ]

Когда образовавшийся углекислый газ превышает его растворимость, выделяется газ и возникает третье равновесие. также необходимо принять во внимание. Константа равновесия этой реакции определяется законом Генри .

Две реакции можно объединить для достижения равновесия в растворе: Когда закон Генри используется для расчета знаменателя, необходимо внимательно относиться к единицам измерения, поскольку константу закона Генри обычно можно выразить с помощью 8 различных размерностей. [ 15 ]

Под высоким CO 2 парциальным давлением

[ редактировать ]

В индустрии напитков газированную или «газированную воду» обычно называют газированной водой . Его получают путем растворения углекислого газа под небольшим положительным давлением в воде. Многие безалкогольные напитки трактуются так же, как шипучие .

Значительные количества молекулярного H
2
2
3
существуют в водных растворах, подвергающихся давлению в несколько гигапаскалей (десятки тысяч атмосфер) в недрах планет. [ 16 ] [ 17 ] Давления 0,6–1,6 ГПа при 100 К и 0,75–1,75 ГПа при 300 К достигаются в ядрах крупных ледяных спутников, таких как Ганимед , Каллисто и Титан , где присутствуют вода и углекислый газ. Ожидается, что чистая угольная кислота, будучи более плотной, погрузится под слои льда и отделит их от скалистых ядер этих спутников. [ 18 ]

Связь с бикарбонатом и карбонатом

[ редактировать ]
График Бьеррума видообразования гипотетической монопротонной кислоты: концентрация AH как функция разницы между p K и p H

Угольная кислота представляет собой формальную по Бренстеду-Лоури кислоту, сопряженную с бикарбонат- анионом, стабильную в щелочном растворе . Константы протонирования измерены с большой точностью, но зависят от общей силы I. ионной Два равновесия, которые легче всего измерить, таковы: где скобки концентрацию вида указывают . При 25 °C эти равновесия эмпирически удовлетворяют [ 19 ] log( β 1 ) уменьшается с увеличением I , как и log( β 2 ) . В растворе, в котором отсутствуют другие ионы (например, I = 0 ), эти кривые означают следующие константы ступенчатой ​​диссоциации : Прямые значения этих констант в литературе включают p K 1 = 6,35 и p K 2 - p K 1 = 3,49 . [ 20 ]

Чтобы интерпретировать эти числа, обратите внимание, что два химических вещества, находящиеся в кислотном равновесии, , когда p K = p H. равноконцентрированы В частности, внеклеточная жидкость ( цитозоль ) в биологических системах имеет pH ≈ 7,2 , так что угольная кислота в равновесии будет диссоциирована почти на 50%.

Закисление океана

[ редактировать ]
Карбонатные образования в морской воде (ионная сила 0,7 моль/дм 3 ). Ожидаемое изменение связано с текущим антропогенным увеличением атмосфере концентрации углекислого газа в .

График Бьеррума показывает типичные равновесные концентрации в растворе и морской воде углекислого газа и различных его производных в зависимости от pH . [ 8 ] [ 9 ] Поскольку индустриализация человечества привела к увеличению доли углекислого газа в атмосфере Земли , ожидается, что доля углекислого газа, растворенного в морской и пресной воде в виде углекислоты, также увеличится. Ожидается, что этот рост растворенной кислоты также подкислит эти воды, вызывая снижение pH. [ 21 ] [ 22 ] Было подсчитано, что увеличение содержания растворенного углекислого газа уже привело к снижению среднего pH поверхности океана примерно на 0,1 по сравнению с доиндустриальным уровнем.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  1. ^ «Фронт материи». Номенклатура органической химии: рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 г. (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. стр. P001–4. дои : 10.1039/9781849733069-FP001 . ISBN  978-0-85404-182-4 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с Перрин, Д.Д., изд. (1982) [1969]. Константы ионизации неорганических кислот и оснований в водных растворах . Химические данные ИЮПАК (2-е изд.). Оксфорд: Пергамон (опубликовано в 1984 г.). «Углекислота, H 2 CO 3 Запись ». ISBN  0-08-029214-3 . LCCN   82-16524 .
  3. ^ Перейти обратно: а б В. Хаге, К. Р. Лидл; Лидл, Э.; Холлбрукер, А; Майер, Э. (1998). «Углекислота в газовой фазе и ее астрофизическая значимость». Наука . 279 (5355): 1332–5. Бибкод : 1998Sci...279.1332H . дои : 10.1126/science.279.5355.1332 . ПМИД   9478889 .
  4. ^ Перейти обратно: а б с Бенц, Себастьян; Чен, Да; Мёллер, Андреас; Хофманн, Майкл; Шнидерс, Дэвид; Дронсковски, Ричард (сентябрь 2022 г.). «Кристаллическая структура угольной кислоты» . Неорганика . 10 (9): 132. doi : 10.3390/inorganics10090132 . ISSN   2304-6740 .
  5. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 310. ИСБН  978-0-08-037941-8 .
  6. ^ Перейти обратно: а б с Лёртинг, Томас ; Таутерманн, Кристофер; Кремер, Романо Т.; Коль, Ингрид; Холлбрукер, Андреас; Майер, Эрвин; Лидл, Клаус Р.; Лёртинг, Томас; Таутерманн, Кристофер; Коль, Ингрид; Холлбрукер, Андреас; Эрвин, Майер; Лидл, Клаус Р. (2000). «Об удивительной кинетической стабильности угольной кислоты (H 2 CO 3 )». Angewandte Chemie, международное издание . 39 (5): 891–4. doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E . ПМИД   10760883 .
  7. ^ Кислотно-щелочная физиология 2.1 - Кислотно-щелочной баланс Керри Брэндис.
  8. ^ Перейти обратно: а б Панготра, Дхананджай; Чепей, Ленард-Иштван; Рот, Арне; Понсе де Леон, Карлос; Зибер, Волкер; Виейра, Лусиана (2022). «Анодное производство перекиси водорода с использованием промышленных углеродных материалов». Прикладной катализ Б: Экология . 303 : 120848. doi : 10.1016/j.apcatb.2021.120848 . S2CID   240250750 .
  9. ^ Перейти обратно: а б Андерсен, CB (2002). «Понимание карбонатного равновесия путем измерения щелочности в экспериментальных и природных системах». Журнал геонаучного образования . 50 (4): 389–403. Бибкод : 2002JGeEd..50..389A . дои : 10.5408/1089-9995-50.4.389 . S2CID   17094010 .
  10. ^ Лёртинг, Томас; Бернард, Юрген (2010). «Водная угольная кислота (H 2 CO 3 )». ChemPhysChem (11): 2305–9. дои : 10.1002/cphc.201000220 .
  11. ^ Перейти обратно: а б Винкель, Катрин; Хаге, Вольфганг; Лёртинг, Томас; Прайс, Сара Л.; Майер, Эрвин (2007). «Углекислота: от полиаморфизма к полиморфизму». Журнал Американского химического общества . 129 (45): 13863–71. дои : 10.1021/ja073594f . ПМИД   17944463 .
  12. ^ Хаускрофт, CE; Шарп, AG (2005). Неорганическая химия (2-е изд.). Прентис-Пирсон-Холл. п. 368. ИСБН  0-13-039913-2 . OCLC   56834315 .
  13. ^ Соли, Алабама; Р. Х. Бирн (2002). «Кинетика гидратации и дегидратации системы CO 2 и равновесное соотношение CO 2 /H 2 CO 3 в водном растворе NaCl». Морская химия . 78 (2–3): 65–73. дои : 10.1016/S0304-4203(02)00010-5 .
  14. ^ Линдског С (1997). «Строение и механизм карбоангидразы». Фармакология и терапия . 74 (1): 1–20. дои : 10.1016/S0163-7258(96)00198-2 . ПМИД   9336012 .
  15. ^ Сандер, Рольф; Акри, Уильям Э.; Вишер, Алекс Де; Шварц, Стивен Э.; Уоллингтон, Тимоти Дж. (1 января 2022 г.). «Константы закона Генри (Рекомендации ИЮПАК 2021 г.)» . Чистая и прикладная химия . 94 (1): 71–85. дои : 10.1515/pac-2020-0302 . ISSN   1365-3075 .
  16. ^ Ван, Хунбо; Цойшнер, Янек; Еремец Михаил; Троян, Иван; Уильямс, Джонатон (27 января 2016 г.). «Стабильный твердый и водный H 2 CO 3 из CO 2 и H 2 O при высоком давлении и высокой температуре» . Научные отчеты . 6 (1): 19902. Бибкод : 2016NatSR...619902W . дои : 10.1038/srep19902 . ПМЦ   4728613 . ПМИД   26813580 .
  17. ^ Столте, Нор; Пан, Дин (4 июля 2019 г.). «Большое присутствие угольной кислоты в богатых CO 2 водных жидкостях в условиях мантии Земли». Журнал физической химии . 10 (17): 5135–41. arXiv : 1907.01833 . doi : 10.1021/acs.jpclett.9b01919 . ПМИД   31411889 . S2CID   195791860 .
  18. ^ Г. Салех; А. Р. Оганов (2016). «Новые стабильные соединения в тройной системе CHO при высоком давлении» . Научные отчеты . 6 : 32486. Бибкод : 2016NatSR...632486S . дои : 10.1038/srep32486 . ПМК   5007508 . ПМИД   27580525 .
  19. ^ ИЮПАК (2006). " Константы устойчивости " (база данных).
  20. ^ Пайнс, Дина; Диткович, Юлия; Мукра, Цах; Миллер, Ифат; Кифер, Филип М.; Дащакраборти, Снехасис; Хайнс, Джеймс Т.; Пайнс, Эхуд (2016). «Насколько кислой является угольная кислота?» . J Phys Chem B. 120 (9): 2440–51. дои : 10.1021/acs.jpcb.5b12428 . ПМЦ   5747581 . ПМИД   26862781 .
  21. ^ Кальдейра, К.; Уикетт, Мэн (2003). «Антропогенный углерод и pH океана» . Природа . 425 (6956): 365. Бибкод : 2001AGUFMOS11C0385C . дои : 10.1038/425365a . ПМИД   14508477 . S2CID   4417880 .
  22. ^ Сабина, CL (2004). «Океанический поглотитель антропогенного CO 2 » . Наука . 305 (5682): 367–371. Бибкод : 2004Sci...305..367S . дои : 10.1126/science.1097403 . hdl : 10261/52596 . ПМИД   15256665 . S2CID   5607281 . Архивировано из оригинала 6 июля 2008 года . Проверено 22 июня 2021 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: e5adeffbd11ed56b46e400e52d4c98f6__1719706920
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/e5/f6/e5adeffbd11ed56b46e400e52d4c98f6.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Carbonic acid - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)