Lastnosti ogljikove kisline (H2CO3), uporaba in pomen



The ogljikove kisline, prej imenovana zračna kislina ali zračna kislina, je edina anorganska kislina ogljika in ima formulo H2CO3.

Soli karbonskih kislin se imenujejo bikarbonati (ali hidrogenkarbonati) in karbonati (Human Metabolome Database, 2017). Njegova struktura je prikazana na sliki 1 (EMBL-EBI, 2016).

Rečeno je, da ogljiko kislino tvorijo ogljikov dioksid in voda. Ogljikova kislina nastane le prek soli (karbonatov), ​​kislinskih soli (hidrogenkarbonatov), ​​aminov (karbamska kislina) in kislinskih kloridov (karbonilklorid) (MeSH, 1991)..

Spojine ni mogoče izolirati kot čista ali trdna tekočina, ker so produkti njegove razgradnje, ogljikovega dioksida in vode veliko stabilnejši od kisline (Royal Society of Chemistry, 2015)..

Ogljikova kislina se nahaja v človeškem telesu, CO2, ki je prisoten v krvi, se združuje z vodo in tvori karbonsko kislino, ki jo pljuča izdiha kot plin..

Najdemo ga tudi v skalah in jamah, kjer se lahko raztopijo apnenci. H2CO3 lahko najdemo tudi v premogu, meteoritih, vulkanih, kislem dežju, podtalnici, oceanih in rastlinah (karbonska kislina Formula, S.F.).

Indeks

  • 1 Ogljikova kislina in karbonatne soli
  • 2 "Hipotetični" ogljikov dioksid in vodna kislina
  • 3 Fizikalne in kemijske lastnosti
  • 4 Uporabe
  • 5 Pomen
  • 6 Reference

Ogljikova kislina in karbonatne soli

Ogljikova kislina nastane v majhnih količinah, ko se njen anhidrid, ogljikov dioksid (CO2) raztopi v vodi.

CO2 + H2O CO H2CO3

Prevladujoče vrste so preprosto hidrirane molekule CO2. Lahko se šteje, da je karbonska kislina diprotična kislina, iz katere lahko tvorimo dve vrsti soli, in sicer hidrogenkarbonate ali bikarbonate, ki vsebujejo HCO3- in karbonate, ki vsebujejo CO32.-.

H2CO3 + H2O 3 H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O 3 H3O + + CO32-

Vendar pa je kislinsko-bazično obnašanje ogljikove kisline odvisno od različnih hitrosti nekaterih reakcij, pa tudi od njegove odvisnosti od pH sistema. Na primer, pri pH nižjem od 8 so glavne reakcije in njihova relativna hitrost naslednje:

  • CO2 + H2O CO H2CO3 (počasno)
  • H2CO3 + OH- O HCO3- + H2O (hitro)

Nad pH 10 so pomembne naslednje reakcije:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (počasno)
  • HCO3- + OH- 32 CO32- + H2O (hitro)

Med vrednostmi pH 8 in 10 so vse zgoraj navedene ravnotežne reakcije pomembne (Zumdahl, 2008).

"Hipotetični" ogljikov dioksid in vodna kislina

Do nedavnega so bili znanstveniki prepričani, da karbonska kislina ne obstaja kot stabilna molekula.

V reviji Angewandte Chemie so nemški raziskovalci uvedli preprosto pirolizno metodo za proizvodnjo ogljikove kisline v plinski fazi, ki je omogočala spektroskopsko karakterizacijo plinske faze ogljikove kisline in njenega monometilnega estra (Angewandte Chemie International Edition, 2014)..

Ogljikova kislina obstaja le majhen del sekunde, ko se ogljikov dioksid raztopi v vodi, preden postane mešanica protonov in bikarbonatnih anionov..

Kljub svoji kratki življenjski dobi pa ogljikova kislina daje trajni vpliv na Zemljino atmosfero in geologijo, pa tudi na človeško telo..

Zaradi kratke življenjske dobe je podrobna kemija ogljikove kisline prikrita v skrivnosti. Raziskovalci, kot je laboratorij Berkeley in univerza v Kaliforniji (UC) Berkeley, pomagajo odpraviti to tančico z vrsto edinstvenih poskusov.

V svoji zadnji študiji so pokazali, kako se plinaste molekule ogljikovega dioksida solvirajo z vodo, da sprožijo kemijo prenosa protonov, ki proizvaja ogljikovo kislino in bikarbonat (Yarris, 2015)..

Leta 1991 so znanstveniki iz NASA Centra Goddard Space Flight Center (ZDA) uspeli izdelati trdne vzorce H2CO3. To so storili tako, da so zamrznjeno mešanico vode in ogljikovega dioksida izpostavili visokoenergetskemu protonskemu sevanju, nato pa ga ogreli, da bi odstranili odvečno vodo.

Karbonska kislina, ki je ostala, je bila karakterizirana z infrardečo spektroskopijo. Dejstvo, da je bila ogljikova kislina pripravljena z obsevanjem trdne zmesi H2O + CO2 ali celo z obsevanjem samo s suhim ledom.

To je privedlo do predlogov, da je H2CO3 mogoče najti v vesolju ali na Marsu, kjer se najdejo sladoledi H2O in CO2, pa tudi kozmični žarki (Khanna, 1991)..

Fizikalne in kemijske lastnosti

Ogljikova kislina obstaja samo v vodni raztopini. Čiste spojine ni bilo mogoče izolirati. To raztopino lahko preprosto prepoznamo, ker ima uplinjanje plinastega ogljikovega dioksida, ki uhaja iz vodnega medija.

Ima molekulsko maso 62,024 g / mol in gostoto 1,668 g / ml. Ogljikova kislina je šibka in nestabilna kislina, ki se v vodi delno disociira v vodikovih ionih (H +) in bikarbonatnih ionih (HCO3-), katerih pKa je 3,6.

Kot diprotična kislina lahko tvori dve vrsti soli, karbonati in bikarbonati. Dodajanje baze presežku ogljikove kisline daje bikarbonatne soli, dodajanje odvečne baze ogljikovi kislini pa daje karbonatne soli (Nacionalni center za biotehnološke informacije., 2017)..

Ogljikova kislina ni strupena ali nevarna in je prisotna v človeškem telesu. Vendar pa lahko izpostavljenost visokim koncentracijam draži oči in dihalne poti.

Uporabe

Po besedah ​​Michelle McGuire Prehranske znanosti inOgljikova kislina se nahaja v fermentiranih živilih v obliki odpadkov, ki jih povzročajo bakterije, ki se hranijo z razpadajočo hrano.

Plinski mehurčki, ki nastajajo v hrani, so običajno ogljikov dioksid ogljikove kisline in znak, da je hrana fermentira. Primeri pogosto zaužitih fermentiranih živil so sojina omaka, miso juha, kislo zelje, korejski kimchi, tempeh, kefir in jogurt.

Fermentirana zrna in zelenjava vsebujejo tudi koristne bakterije, ki lahko nadzorujejo potencialno patogene mikroorganizme v vašem črevesju in izboljšajo proizvodnjo vitaminov B-12 in K.

V procesu karbonacije vode nastane karbonska kislina, raztopina ogljikovega dioksida ali dihidrogenkarbonat. Je odgovoren za šumeče vidike brezalkoholnih pijač in brezalkoholnih pijač, kot je navedeno v slovarju živilske znanosti in tehnologije.

Ogljikova kislina prispeva k visoki kislosti sode, vendar sta vsebnost rafiniranega sladkorja in fosforne kisline glavni odgovorni za navedeno kislino (DUBOIS, 2016).

Ogljikova kislina se uporablja tudi na mnogih drugih področjih, kot so farmacevtski izdelki, kozmetika, gnojila, predelava hrane, anestetiki itd..

Pomen

Ogljikova kislina se običajno nahaja v oceanih, morjih, jezerih, rekah in dežju, ker nastane, ko ogljikov dioksid, ki je razširjen v ozračju, pride v stik z vodo..

Prisoten je tudi v ledu ledenikov, čeprav v manjših količinah. Ogljikova kislina je zelo šibka kislina, čeprav lahko sčasoma prispeva k eroziji.

Povečanje ogljikovega dioksida v ozračju je povzročilo več ogljikovega dioksida v oceanih in je delno odgovorno za rahlo povečanje kislosti oceanov v zadnjih sto letih..

Ogljikov dioksid, odpadni produkt celičnega metabolizma, najdemo v relativno visoki koncentraciji v tkivih. Razliva se v kri in se odpelje v pljuča, da se izloči z izdihanim zrakom.

Ogljikov dioksid je veliko bolj topen kot kisik in se razprši v rdeče krvne celice. Reagira z vodo in tvori karbonsko kislino, ki se pri alkalnem pH krvi pojavi predvsem kot bikarbonat (Robert S. Schwartz, 2016).

Ogljikov dioksid vstopi v kri in tkiva, ker je lokalni parcialni tlak večji od parcialnega tlaka v krvi, ki teče skozi tkiva. Ko ogljikov dioksid vstopi v kri, se kombinira z vodo in tvori karbonsko kislino, ki se disociira v vodikove ione (H +) in bikarbonatne ione (HCO3-)..

Naravna pretvorba ogljikovega dioksida v karbonsko kislino je relativno počasen proces. Vendar pa karbonska anhidraza, beljakovinski encim, ki je prisoten v rdečih krvnih celicah, katalizira to reakcijo dovolj hitro, da je dosežena le delček sekunde..

CO2 + H2O CO H2CO3

Ker je encim prisoten samo v rdečih krvnih celicah, se bikarbonat v rdečih krvnih celicah veliko bolj kopiči kot v plazmi..

Sposobnost krvi za prenos ogljikovega dioksida kot bikarbonata se poveča z ionskim transportnim sistemom znotraj membrane rdečih krvnih celic, ki istočasno premakne ion bikarbonata iz celice in v plazmo v zameno za kloridni ion..

Hkratna izmenjava teh dveh ionov, znana kot kloridna izmenjava, omogoča, da se plazma uporablja kot mesto za shranjevanje bikarbonatov brez spreminjanja električnega naboja plazme ali rdečih krvnih celic..

Samo 26 odstotkov celotne vsebnosti ogljikovega dioksida v krvi obstaja kot bikarbonat v rdečih krvnih celicah, 62 odstotkov pa v bikarbonatu v plazmi; vendar se večina bikarbonatnih ionov najprej proizvaja v celici, nato pa se prenaša v plazmo.

Povratno zaporedje reakcij se pojavi, ko kri doseže pljuča, kjer je parcialni tlak ogljikovega dioksida nižji kot v krvi. Reakcija, ki jo katalizira karboanhidraza, se obrne v pljučih, kjer pretvori bikarbonat nazaj v CO2 in omogoča njegov izgon (Neil S. Cherniack, 2015).

Reference

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23. september). Ogljikova kislina - in še obstaja! Vzpostavljeno iz chemistryviews.org.
  2. Formula karbonske kisline. (S.F.). Izterjano iz softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11. januar). Ogljikova kislina v živilih. Vzpostavljeno iz livestrong.com.
  4. EMBL-EBI (2016, 27. januar). ogljikove kisline. Izterjano iz ebi.ac.uk.
  5. Baza podatkov o presnovi pri ljudeh. (2017, 2. marec). Ogljikova kislina. Vzpostavljeno iz hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Infrardeče in masne spektralne študije protonskega obsevanega H2O + CO2 ledu: dokaz za ogljikovo kislino. Spectrochimica Acta Del A: Molekularna spektroskopija Zvezek 47, številka 2, 255-262. Vzpostavljeno iz science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Ogljikova kislina. Vzpostavljeno iz ncbi.nlm.nih.
  8. Nacionalni center za biotehnološke informacije ... (2017, 11. marec). PubChem Compound Database; CID = 767. Vzpostavljeno iz pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, 20. marec). Človeški dihalni sistem Izterjal iz britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29. april). Kri. Izterjal iz britannica.com.
  11. Royal Society of Chemistry. (2015). Ogljikova kislina. Vzpostavljeno iz: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16. junij). Razkrivanje skrivnosti karbonske kisline. Vzpostavljeno iz: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, 15. avgust). Oxyacid Vzpostavljeno iz: britannica.com.