Karbonsyra (H2CO3) Egenskaper, användningsområden och betydelse



den kolsyra, tidigare kallad luft- eller luftsyran, den är den enda oorganiska syran av kol och har formeln H2CO3.

Salterna av kolsyror kallas bikarbonater (eller vätekarbonater) och karbonater (Human Metabolome Database, 2017). Dess struktur presenteras i Figur 1 (EMBL-EBI, 2016).

Det sägs att kolsyra bildas av koldioxid och vatten. Kolsyra sker endast genom salter (karbonater), syrasalter (vätekarbonater), aminer (karbamidsyra) och syraklorider (karbonylklorid) (MeSH, 1991).

Föreningen inte kan isoleras som en ren vätska eller fast ämne, som sönderdelningsprodukter, koldioxid och vatten, är mer stabila än syran (Royal Society of Chemistry, 2015).

Kolsyra finns i människokroppen, kolsyran i blodet kombinerar med vatten för att bilda kolsyra, som sedan utandas som en gas i lungorna.

Det finns också i stenar och grottor där kalkstenen kan lösas. H2CO3 kan också hittas i kol, meteoriter, vulkaner, surt regn, grundvatten, hav och växter (kolsyraformel, S.F.).

index

  • 1 Kolsyra och karbonatsalter
  • 2 "Hypotetisk" koldioxid och vattensyra
  • 3 Fysikaliska och kemiska egenskaper
  • 4 användningsområden
  • 5 Betydelse
  • 6 referenser

Kolsyra och karbonatsalter

Kolsyra bildas i små mängder när dess anhydrid, koldioxid (CO2) löses upp i vatten.

CO2 + H2O ^ H2CO3

De övervägande arterna är helt enkelt hydrerade CO2-molekyler. Det kan anses att den kolsyra är en diprotisk syra som kan bilda två serier av salter, nämligen, vätekarbonater, eller bikarbonater, innehållande HCO3-, och karbonater innehållande CO32-.

H2CO3 + H2O ^ H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ^ H3O + + CO32-

Syrabasbasbeteendet hos kolsyra beror emellertid på de olika hastigheterna för några av de involverade reaktionerna, såväl som dess beroende av systemets pH. Till exempel vid ett pH lägre än 8 är huvudreaktionerna och deras relativa hastighet följande:

  • CO2 + H2O ^ H2CO3 (långsam)
  • H2CO3 + OH-HCO3- + H2O (snabb)

Över pH 10 är följande reaktioner viktiga:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (långsam)
  • HCO3- + OH- ^ CO32- + H2O (snabb)

Mellan pH-värdena 8 och 10 är alla ovanstående jämviktsreaktioner signifikanta (Zumdahl, 2008).

"Hypotetisk" koldioxid och vattensyra

Fram till relativt nyligen var forskare övertygade om att kolsyra inte existerade som en stabil molekyl.

I Angewandte Chemie, har tyska forskare introducerat en enkel pyrolytisk metod för framställning av kolsyra gasfas tillät spektroskopisk karakterisering av gasfas kolsyra och monometylester (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Kolsyra existerar endast en liten del av en sekund när koldioxid löses upp i vatten innan det blir en blandning av protoner och bikarbonatanjoner.

Trots det korta livet, ger kolsyra en varaktig inverkan på jordens atmosfär och geologi, liksom på människokroppen.

På grund av den korta livslängden har den detaljerade koldioxidkeminalen blivit dold i mysterium. Forskare som Berkeley Lab. Och University of California (UC) Berkeley hjälper till att lyfta detta slöja genom en serie unika experiment.

I sin senaste studie har de visat hur gasformiga koldioxidmolekyler löses med vatten för att initiera protonöverföringskemin som producerar kolsyra och bikarbonat (Yarris, 2015).

1991 lyckades forskare på NASAs Goddard Space Flight Center (USA) göra solida prover av H2CO3. De gjorde detta genom att exponera en frusen blandning av vatten och koldioxid till protonstrålningen med hög energi och sedan värma den för att avlägsna överskott av vatten.

Den kolsyra som förblir karakteriserades av infrarödspektroskopi. Det faktum att kolsyra framställdes genom bestrålning av en fast blandning av H2O + CO2, eller till och med genom bestrålning av torrisis ensam.

Detta har lett till förslag på att H2CO3 kan hittas i yttre rymden eller på Mars, där H2O och CO2-is erhålls, liksom kosmiska strålar (Khanna, 1991)..

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Kolsyra existerar endast i vattenlösning. Det har inte varit möjligt att isolera den rena föreningen. Denna lösning är lätt igenkänd eftersom den har en bristning av gasformig koldioxid som släpper ut från det vattenhaltiga mediet.

Den har en molekylvikt av 62,024 g / mol och en densitet av 1668 g / ml. Kolsyra är en svag och instabil syra som delvis dissocierar i vatten i vätejoner (H +) och bikarbonatjoner (HCO3-) vars pKa är 3,6.

Att vara en diprotisk syra kan bilda två typer av salter, karbonater och bikarbonater. Tillsatsen av basen till ett överskott av kolsyra ger bikarbonatsalter, medan tillsatsen av överskott av bas till kolsyra ger karbonatsalter (National Center for Biotechnology Information, 2017).

Kolsyra anses ej giftigt eller farligt och är närvarande i människokroppen. Emellertid kan exponering för höga koncentrationer irritera ögonen och andningsorganen.

tillämpningar

Enligt Michelle McGuire i Nutrition Sciences, ochKolsyra återfinns i fermenterade livsmedel i form av avfall som genereras av bakterier som matar sig på sönderfallande mat.

Gasbubbloma i livsmedel är i allmänhet koldioxid och kolsyra ett tecken på att maten är att jäsa. Exempel på vanliga intas fermenterade livsmedel är soja, misosoppa, surkål, koreanska kimchi, tempeh, kefir och yoghurt.

Fermenterade korn och grönsaker innehåller också fördelaktiga bakterier som kan kontrollera potentiellt patogena mikroorganismer i dina tarmar och förbättra produktionen av vitaminerna B-12 och K.

Kolsyra, koldioxidlösning eller dihydrogenkarbonat bildas under processen med karbonering av vatten. Den ansvarar för den brusande aspekten av läsk och läsk, som anges i ordboken för livsmedelsvetenskap och teknik.

Kolsyra bidrar till den höga surheten hos soda, men innehållet av raffinerat socker och fosforsyra är det huvudansvariga för denna surhetsgrad (DUBOIS, 2016).

Kolsyra används också på många andra områden, till exempel läkemedel, kosmetika, gödningsmedel, livsmedelsförädling, anestetika etc..

betydelse

Kolsyra är vanligt förekommande i vatten från hav, hav, sjöar, floder och regn eftersom bildas när koldioxid, som är utbredd i atmosfären, kontakt med vatten.

Det finns till och med närvarande i isen på glaciärerna, även i mindre kvantiteter. Kolsyra är en mycket svag syra, även om den kan bidra till erosion över tiden.

Ökningen av koldioxid i atmosfären har orsakat att mer koldioxid bildas i oceanerna och är delvis ansvarig för den svaga ökningen av surheten hos oceanerna under de senaste hundra åren.

Koldioxid, en avfallsprodukt av cellulär metabolism, finns i en relativt hög koncentration i vävnader. Det diffunderar i blodet och tas till lungorna som elimineras med utgående luft.

Koldioxid är mycket mer löslig än syre och diffunderar lätt i röda blodkroppar. Reagerar med vatten för att bilda kolsyra, som vid det alkaliska pH-värdet av blodet framträder huvudsakligen som bikarbonat (Robert S. Schwartz, 2016).

Koldioxid går in i blodet och vävnaderna, eftersom dess lokala partialtryck är större än det partiella trycket i blodet som strömmar genom vävnaderna. Eftersom koldioxid går in i blodet, kombineras det med vatten för att bilda kolsyra som dissocierar i vätejoner (H +) och bikarbonatjoner (HCO3-).

Den naturliga omvandlingen av koldioxid till kolsyra är en relativt långsam process. Koldioxidanhydras, ett proteinenzym som finns närvarande i röda blodkroppar katalyserar dock denna reaktion tillräckligt snabbt så att den uppnås på bara en bråkdel av en sekund..

CO2 + H2O ^ H2CO3

Eftersom enzymet endast är närvarande i röda blodkroppar ackumuleras bikarbonat i mycket högre grad inom röda blodkroppar än i plasma.

Förmågan hos blod att transportera koldioxid och bikarbonat förstärks av ett system av jontransport in i membranet av röda blodceller som samtidigt förflyttar en bikarbonatjon ut ur cellen och in i plasman i utbyte mot kloridjon.

Den samtidiga utbyte av dessa två joner, kända som förändring klorid, tillåter plasman används som en lagringsplats bikarbonat utan att ändra den elektriska laddningen av plasma eller röda blodkroppar.

Endast 26 procent av det totala innehållet av blodet koldioxid existerar som soda inuti röda blodkroppar, medan 62 procent föreligger som bikarbonat i plasma; dock de flesta av bikarbonatjoner först produceras inuti cellen, då det transporteras till plasma.

En invers sekvens av reaktioner sker när blodet når lungan, där det partiella trycket av koldioxid är lägre än i blodet. Den reaktion som katalyseras av kolsyraanhydras omkastas i lungorna, där den återigen blir bikarbonat till CO2 och medger utdrivning (Neil S. Cherniack, 2015).

referenser

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23 september). Kolsyra - och ändå finns det! Hämtad från chemistryviews.org.
  2. Kolsyraformel. (S.F.). Återställd från softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11 januari). Kolsyra i livsmedel. Hämtad från livestrong.com.
  4. EMBL-EBI. (2016, 27 januari). kolsyra. Återställd från ebi.ac.uk.
  5. Human Metabolome Database. (2017, mars 2). Kolsyra. Hämtad från hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Infraröda och masspektrala studier av protonbestrålad H2O + CO2-is: Bevis för kolsyra. Spectrochimica Acta Del A: Molecular Spectroscopy Volume 47, utgåva 2, 255-262. Hämtad från science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Karbonsyra. Hämtad från ncbi.nlm.nih.
  8. National Center for Biotechnology Information ... (2017, 11 mars). PubChem Compound Database; CID = 767. Hämtad från pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, 20 mars). Mänskliga andningsvägar Återställd från britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29 april). Blood. Återställd från britannica.com.
  11. Royal Society of Chemistry. (2015). Kolsyra. Hämtad från: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16 juni). Unraveling Mysteries of Carbonic Acid. Hämtad från: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, 15 augusti). Oxisyra. Hämtad från: britannica.com.