Vlastnosti kyseliny uhličité (H2CO3), použití a význam



kyselina uhličitá, dříve nazývaná vzduchová kyselina nebo vzdušná kyselina, je jedinou anorganickou kyselinou uhlíku a má vzorec H2CO3.

Soli kyselin uhličitých se nazývají bikarbonáty (nebo hydrogenuhličitany) a uhličitany (Human Metabolome Database, 2017). Jeho struktura je znázorněna na obrázku 1 (EMBL-EBI, 2016).

Říká se, že kyselina uhličitá je tvořena oxidem uhličitým a vodou. Kyselina uhličitá se vyskytuje pouze přes soli (uhličitany), soli kyselin (hydrogenuhličitany), aminy (kyselina karbamová) a chloridy kyselin (karbonylchlorid) (MeSH, 1991).

Sloučenina nemůže být izolována jako čistá nebo pevná kapalina, protože produkty jejího rozkladu, oxidu uhličitého a vody, jsou mnohem stabilnější než kyselina (Royal Society of Chemistry, 2015).

Kyselina uhličitá se nachází v lidském těle, CO2 přítomný v krvi se spojuje s vodou za vzniku kyseliny uhličité, která je pak vydechována jako plyn v plicích..

To je také nalezené ve skalách a jeskyních kde vápence mohou být rozpuštěny. H2CO3 lze nalézt také v uhlí, meteoritech, sopkách, kyselých deštích, podzemních vodách, oceánech a rostlinách (kyselina uhličitá vzorec, S.F.).

Index

  • 1 Kyselina uhličitá a uhličitanové soli
  • 2 "Hypotetický" oxid uhličitý a kyselina voda
  • 3 Fyzikální a chemické vlastnosti
  • 4 Použití
  • 5 Význam
  • 6 Odkazy

Soli kyseliny uhličité a uhličitany

Kyselina uhličitá se tvoří v malých množstvích, když se její anhydrid, oxid uhličitý (CO2) rozpouští ve vodě.

CO2 + H20 ⇌ H2CO3

Převládající druhy jsou jednoduše hydratované molekuly CO2. Lze uvažovat, že kyselina uhličitá je diprotická kyselina, ze které mohou být vytvořeny dvě řady solí, jmenovitě hydrogenuhličitany nebo hydrogenuhličitany, obsahující HCO3- a uhličitany, obsahující CO32.-.

H2CO3 + H20 ⇌ H3O + + HCO3-

HCO3- + H20 + H3O + + CO32-

Chování kyseliny uhličité v kyselém prostředí však závisí na různých rychlostech některých reakcí a také na závislosti na pH systému. Například při pH nižším než 8 jsou hlavní reakce a jejich relativní rychlost následující:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (pomalý)
  • H2CO3 + OH- CO HCO3- + H2O (rychle)

Nad pH 10 jsou důležité následující reakce:

  • CO2 + OH- CO HCO3- (pomalé)
  • HCO3- + OH- 32 CO32- + H2O (rychle)

Mezi hodnotami pH 8 a 10 jsou všechny výše uvedené rovnovážné reakce významné (Zumdahl, 2008).

"Hypotetický" oxid uhličitý a kyselina voda

Až do nedávné doby byli vědci přesvědčeni, že kyselina uhličitá neexistuje jako stabilní molekula.

V časopise Angewandte Chemie uvedli němečtí vědci jednoduchou pyrolytickou metodu pro výrobu kyseliny uhličité v plynné fázi, která umožnila spektroskopickou charakterizaci kyseliny uhličité v plynné fázi a jejího monomethylesteru (Angewandte Chemie International Edition, 2014)..

Kyselina uhličitá existuje pouze pro malou frakci sekundy, kdy se oxid uhličitý rozpouští ve vodě před tím, než se stane směsí protonů a aniontů hydrogenuhličitanu..

Navzdory krátkému životu však kyselina uhličitá způsobuje trvalý vliv na zemskou atmosféru a geologii, stejně jako na lidské tělo..

Díky své krátké životnosti byla detailní chemie kyseliny uhličité zahalena tajemstvím. Výzkumníci jako Berkeley Lab a University of California (UC) Berkeley pomáhají zvednout tento závoj skrze řadu unikátních experimentů.

Ve své nejnovější studii ukázali, jak jsou molekuly plynného oxidu uhličitého solvatovány vodou, aby se iniciovala chemie přenosu protonu, která produkuje kyselinu uhličitou a hydrogenuhličitan (Yarris, 2015).

V roce 1991 se vědcům z NASA Goddard Space Flight Centre (USA) podařilo vyrobit pevné vzorky H2CO3. Oni dělali toto tím, že vystaví zmrzlou směs vody a oxidu uhličitého k vysokému energetickému protonovému záření a pak ohřívat to odstranit přebytečnou vodu..

Zbývající kyselina uhličitá byla charakterizována infračervenou spektroskopií. Skutečnost, že kyselina uhličitá byla připravena ozařováním pevné směsi H20 + CO2 nebo dokonce ozářením samotného suchého ledu.

To vedlo k návrhům, že H2CO3 lze nalézt ve vesmíru nebo na Marsu, kde se nacházejí zmrzliny H2O a CO2, stejně jako kosmické paprsky (Khanna, 1991)..

Fyzikální a chemické vlastnosti

Kyselina uhličitá existuje pouze ve vodném roztoku. Nelze izolovat čistou sloučeninu. Toto řešení je snadno rozpoznatelné, protože má šumivý plynný oxid uhličitý, který uniká z vodného média.

Má molekulovou hmotnost 62,024 g / mol a hustotu 1,668 g / ml. Kyselina uhličitá je slabá a nestabilní kyselina, která se částečně disociuje ve vodě ve vodíkových iontech (H +) a bikarbonátových iontech (HCO3-), jejichž pKa je 3,6..

Jako diprotická kyselina může tvořit dva typy solí, uhličitanů a hydrogenuhličitanů. Přidání báze k nadbytku kyseliny uhličité poskytuje hydrogenuhličitanové soli, zatímco přidání nadbytku báze k kyselině uhličité dává uhličitanové soli (Národní centrum pro biotechnologické informace, 2017).

Kyselina uhličitá není považována za toxickou nebo nebezpečnou a je přítomna v lidském těle. Vystavení vysokým koncentracím však může dráždit oči a dýchací cesty.

Použití

Podle Michelle McGuire in Věda o výživě aKyselina uhličitá se nachází ve fermentovaných potravinách ve formě odpadu vznikajícího bakteriemi, které se živí rozkládajícími se potravinami.

Plynové bubliny produkované v potravinách jsou obvykle oxid uhličitý kyseliny uhličité a znamení, že jídlo kvasí. Příklady běžně konzumovaných fermentovaných potravin jsou sójová omáčka, miso polévka, zelí, korejský kimchi, tempeh, kefír a jogurt..

Fermentovaná zrna a zelenina také obsahují prospěšné bakterie, které mohou kontrolovat potenciálně patogenní mikroorganismy ve střevech a zlepšit produkci vitamínů B-12 a K.

Kyselina uhličitá, roztok oxidu uhličitého nebo dihydrogenkarbonát se tvoří během procesu sycení vody. Má na starosti šumivý aspekt nealkoholických a nealkoholických nápojů, jak je uvedeno ve slovníku Potravinářských věd a technologií.

Kyselina uhličitá přispívá k vysoké kyselosti sody, ale obsah rafinovaného cukru a kyseliny fosforečné je hlavní odpovědný za uvedenou kyselost (DUBOIS, 2016).

Kyselina uhličitá se také používá v mnoha dalších oblastech, jako jsou léčiva, kosmetika, hnojiva, zpracování potravin, anestetika atd..

Význam

Kyselina uhličitá se běžně vyskytuje ve vodě oceánů, moří, jezer, řek a deště, protože vzniká, když oxid uhličitý, který je v atmosféře rozšířený, přichází do styku s vodou..

To je dokonce přítomné v ledě ledovců, ačkoli v menších množstvích. Kyselina uhličitá je velmi slabá kyselina, ačkoli to může přispět k erozi v průběhu času.

Nárůst oxidu uhličitého v atmosféře způsobil, že se v oceánech vytváří více oxidu uhličitého a je částečně odpovědný za mírné zvýšení kyselosti oceánů během posledních sto let..

Oxid uhličitý, odpadní produkt buněčného metabolismu, se nachází v relativně vysoké koncentraci ve tkáních. Rozptýlí se v krvi a je odvezen do plic, aby se odstranil vydechovaným vzduchem.

Oxid uhličitý je mnohem rozpustnější než kyslík a snadno proniká do červených krvinek. Reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličité, která se při alkalickém pH krve projevuje hlavně jako hydrogenuhličitan (Robert S. Schwartz, 2016).

Oxid uhličitý vstupuje do krve a tkání, protože jeho lokální parciální tlak je větší než jeho parciální tlak v krvi, která proudí tkáněmi. Jak kysličník uhličitý vstoupí do krve, to se spojí s vodou tvořit kyselinu uhličitou to disociates do iontů vodíku (H +) a ionty bikarbonátu (HCO3-) \ t.

Přirozená přeměna oxidu uhličitého na kyselinu uhličitou je poměrně pomalý proces. Nicméně, karboanhydráza, proteinový enzym přítomný uvnitř červených krvinek, tuto reakci rychle katalyzuje tak, že se dosáhne pouze zlomku vteřiny..

CO2 + H20 ⇌ H2CO3

Protože enzym je přítomen pouze uvnitř červených krvinek, hydrogenuhličitan se hromadí v mnohem větším rozsahu v červených krvinkách než v plazmě.

Schopnost krve transportovat oxid uhličitý jako hydrogenuhličitan je zvýšena iontovým transportním systémem uvnitř membrány červených krvinek, který současně přesouvá iont hydrogenuhličitanu z buňky a do plazmy výměnou za chloridový iont..

Současná výměna těchto dvou iontů, známých jako výměna chloridů, umožňuje, aby plazma byla použita jako místo pro ukládání hydrogenuhličitanu bez změny elektrického náboje plazmy nebo červených krvinek..

Pouze 26 procent celkového obsahu oxidu uhličitého v krvi existuje jako bikarbonát uvnitř červených krvinek, zatímco 62 procent existuje jako bikarbonát v plazmě; nicméně, většina iontů bikarbonátu je nejprve produkována uvnitř buňky, pak transportoval k plazmě.

K reverzní sekvenci reakcí dochází, když krev dosáhne plic, kde je parciální tlak oxidu uhličitého nižší než v krvi. Reakce katalyzovaná karboanhydrázou je obrácena v plicích, kde přeměňuje hydrogenuhličitan zpět na CO2 a umožňuje jeho vypuzení (Neil S. Cherniack, 2015).

Odkazy

  1. Angewandte Chemie mezinárodní vydání. (2014, 23. září). Kyselina uhličitá - a přesto to existuje! Zdroj: chemistryviews.org.
  2. Kyselina uhličitá vzorec. (S.F.). Obnoveno z softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11. ledna). Kyselina uhličitá v potravinách. Zdroj: livestrong.com.
  4. EMBL-EBI (2016, 27. ledna). kyselina uhličitá. Obnoveno z ebi.ac.uk.
  5. Databáze lidského metabolomu. (2017, 2. března). Kyselina uhličitá. Získáno z hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Infračervené a hmotnostní spektrální studie protonové ozařované H2O + CO2 ledu: Důkaz kyseliny uhličité. Spectrochimica Acta Část A: Molekulární spektroskopie svazek 47, vydání 2, 255-262. Získáno z science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Kyselina uhličitá. Zdroj: ncbi.nlm.nih.
  8. Národní centrum pro biotechnologické informace ... (2017, 11. března). PubChem Compound Database; CID = 767. Zdroj: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, 20. března). Lidské dýchání Získané z britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29. dubna). Krev. Získané z britannica.com.
  11. Královská chemická společnost. (2015). Kyselina uhličitá. Zdroj: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16. června). Rozluštění tajemství kyseliny uhličité. Zdroj: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, 15. srpna). Oxykyselina Zdroj: britannica.com.