Karbonsyre (H2CO3) Egenskaber, anvendelser og betydning



den kulsyre, tidligere kaldet luft syre eller luft syre, det er den eneste uorganiske syre af carbon og har formlen H2CO3.

Salte af kulsyre kaldes bicarbonater (eller hydrogencarbonater) og carbonater (Human Metabolome Database, 2017). Dens struktur er vist i figur 1 (EMBL-EBI, 2016).

Det siges, at kulsyre er dannet af kuldioxid og vand. Kulsyre forekommer kun via salte (carbonater), syresalte (hydrogen carbonater), aminer (carbaminsyre) og syrechlorider (carbonylchlorid) (MeSH, 1991).

Forbindelsen kan ikke isoleres som en ren eller fast væske, da produkterne fra dets nedbrydning, kuldioxid og vand er meget mere stabile end syre (Royal Society of Chemistry, 2015).

Kulsyre findes i den menneskelige krop, den CO2, der er til stede i blodet, kombineres med vand for at danne kulsyre, som derefter udåndes som en gas i lungerne.

Det findes også i klipper og huler, hvor kalkstenene kan opløses. H2CO3 kan også findes i kul, meteoritter, vulkaner, sur regn, grundvand, oceaner og planter (Carbonic acid Formula, S.F.).

indeks

  • 1 Carbonic acid and carbonate salts
  • 2 "Hypotetisk" kuldioxid og vandsyre
  • 3 Fysiske og kemiske egenskaber
  • 4 anvendelser
  • 5 Betydning
  • 6 referencer

Carbonsyre og carbonatsalte

Kulsyre dannes i små mængder, når dets anhydrid, carbondioxid (CO2) opløses i vand.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

De overvejende arter er simpelthen hydreret CO2-molekyler. Det kan antages, at kulsyren er en diprot syre, der kan danne to rækker af salte, nemlig hydrogencarbonater eller bicarbonater indeholdende HCO3-, og carbonater indeholdende CO32-.

H2CO3 + H20H3O + + HCO3-

HCO3- + H20- H3O + + CO32-

Imidlertid afhænger syrebaseadfærden af ​​kulsyre på de forskellige hastigheder af nogle af de involverede reaktioner, såvel som dens afhængighed af systemets pH. For eksempel ved en pH lavere end 8 er hovedreaktionerne og deres relative hastighed følgende:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (langsom)
  • H2CO3 + OH-HCO3- + H20 (hurtig)

Over pH 10 er følgende reaktioner vigtige:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (langsom)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H20 (hurtig)

Mellem pH-værdier på 8 og 10 er alle ovennævnte ligevægtsreaktioner signifikante (Zumdahl, 2008).

"Hypotetisk" kuldioxid og vandsyre

Indtil relativt nylig var videnskabsmænd overbevist om, at kulsyre ikke eksisterede som et stabilt molekyle.

I Angewandte Chemie, har tyske forskere indført en simpel pyrolytisk fremgangsmåde til fremstilling af kulsyre gasfase tilladt spektroskopisk karakterisering af gasfase kulsyre og monomethylester (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Kulsyre eksisterer kun i en lille smule af et sekund, når kuldioxid opløses i vand, før det bliver en blanding af protoner og bicarbonatanioner.

På trods af dets korte levetid giver kulsyre en varig indvirkning på jordens atmosfære og geologi såvel som på den menneskelige krop.

På grund af sin korte levetid er den detaljerede kemi af kulsyre blevet sløret i mysterium. Forskere som Berkeley Lab. Og University of California (UC) Berkeley hjælper med at løfte dette slør gennem en række unikke eksperimenter.

I deres seneste undersøgelse har de vist, hvordan gasformige carbondioxidmolekyler opløses af vand for at indlede protonoverførselskemien, der producerer kulsyre og bicarbonat (Yarris, 2015).

I 1991 formåede forskere på NASAs Goddard Space Flight Center (USA) at lave faste prøver af H2CO3. De gjorde dette ved at udsætte en frossen blanding af vand og kuldioxid til protonen med høj energi og derefter opvarme den for at fjerne overskydende vand.

Den tilbageværende carbonsyre blev kendetegnet ved infrarød spektroskopi. Den kendsgerning, at kulsyre blev fremstillet ved bestråling af en fast blanding af H20 + CO2 eller endda ved bestråling af tøris alene.

Dette har ført til forslag om, at H2CO3 kunne findes i det ydre rum eller på Mars, hvor H2O og CO2-is er fundet, såvel som kosmiske stråler (Khanna, 1991)..

Fysiske og kemiske egenskaber

Kulsyre eksisterer kun i vandig opløsning. Det har ikke været muligt at isolere den rene forbindelse. Denne opløsning kan let genkendes, fordi den har en opbrud af gasformig carbondioxid, der undslipper fra det vandige medium.

Den har en molekylvægt på 62.024 g / mol og en densitet på 1.668 g / ml. Carbonic acid er en svag og ustabil syre, som delvis dissocierer i vand i hydrogenioner (H +) og bicarbonationer (HCO3-), hvis pKa er 3,6.

At være en diprotisk syre, den kan danne to typer af salte, carbonater og bicarbonater. Tilsætningen af ​​basen til et overskud af kulsyre giver bicarbonatsalte, medens tilsætningen af ​​overskydende base til carbonsyre giver carbonatsalte (National Center for Biotechnology Information., 2017).

Carbonic acid anses ikke for giftig eller farlig og er til stede i den menneskelige krop. Eksponering for høje koncentrationer kan imidlertid irritere øjnene og luftveje.

applikationer

Ifølge Michelle McGuire i Ernæringsvidenskab, ogCarbonic acid findes i fermenterede fødevarer i form af affald, der genereres af bakterier, der fodrer med forfaldne fødevarer.

Gasbobler produceret i fødevarer er som regel kuldioxid af kulsyre og et tegn på, at maden fermenterer. Eksempler på almindeligt indtaget gærede fødevarer er sojasovs, miso suppe, surkål, koreansk kimchi, tempeh, kefir og yoghurt.

Gærede korn og grøntsager indeholder også gavnlige bakterier, der kan kontrollere potentielt patogene mikroorganismer i tarmene og forbedre produktionen af ​​vitaminerne B-12 og K.

Kulsyre, kuldioxidopløsning eller dihydrogencarbonat dannes under processen med karbonering af vand. Det er ansvarlig for det brusende aspekt af læskedrikke og læskedrikke, som det fremgår af Ordbogen om Fødevarevidenskab og Teknologi.

Kulsyre bidrager til sodavandets høje surhed, men indholdet af raffineret sukker og fosforsyre er hovedansvarlig for surhedsgraden (DUBOIS, 2016).

Carbonic acid bruges også på mange andre områder, såsom lægemidler, kosmetik, gødning, fødevarebehandling, anæstetika mv..

betydning

Kulsyre er almindeligt forekommende i vand fra oceaner, have, søer, floder og regn fordi formularer, når kuldioxid, som er udbredt i atmosfæren, kontakt med vand.

Det er endda til stede i isen på gletscherne, selv om det er i mindre mængder. Carbonic acid er en meget svag syre, selvom det kan bidrage til erosion over tid.

Forøgelsen af ​​kuldioxid i atmosfæren har forårsaget mere kulsyre genereres i oceanerne og er i en del, der er ansvarlig for den lille stigning i surheden af ​​havene løbet af de sidste hundrede år.

Kuldioxid, et affaldsprodukt af cellulær metabolisme, findes i en relativt høj koncentration i væv. Det diffunderer i blodet og tages til lungerne, der skal fjernes med udåndet luft.

Kuldioxid er meget mere opløselig end oxygen og diffunderer let i røde blodlegemer. Reagerer med vand til dannelse af kulsyre, som ved den alkaliske pH af blodet fremstår hovedsageligt som bicarbonat (Robert S. Schwartz, 2016).

Kuldioxid går ind i blodet og vævet, fordi dets lokale partialtryk er større end dets partialtryk i blodet, der strømmer gennem vævene. Som kuldioxid kommer ind i blodet, kombineres det med vand for at danne kulsyre, der dissocierer i hydrogenioner (H +) og bicarbonationer (HCO3-).

Den naturlige omdannelse af kuldioxid til kulsyre er en forholdsvis langsom proces. Imidlertid katalyserer karbonanhydrase, et proteinenzym inde i røde blodlegemer, denne reaktion hurtigt nok, at den opnås på kun en brøkdel af et sekund..

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Fordi enzymet kun er inde i røde blodlegemer, akkumuleres bikarbonat i langt større grad inden for røde blodlegemer end i plasma.

Blodets evne til at transportere kuldioxid og bicarbonat er forstærket af et system af iontransport ind i membranen af ​​røde blodlegemer, der samtidig bevæger en bicarbonation ud af cellen og ind i plasmaet i bytte for chloridion.

Den samtidige udveksling af disse to ioner, kendt som chloridudveksling, tillader plasmaet at blive anvendt som et bikarbonatlagersted uden at ændre den elektriske ladning af plasma eller røde blodlegemer.

Kun 26 procent af det totale kuldioxidindhold i blodet findes som bicarbonat inde i de røde blodlegemer, mens 62 procent findes som bicarbonat i plasmaet; Imidlertid produceres de fleste bikarbonationer først inden i cellen og transporteres derefter til plasmaet.

En omvendt reaktionsreaktion opstår, når blodet når lungen, hvor partialtrykket af kuldioxid er lavere end i blodet. Reaktionen katalyseret af kulsyreanhydrase er omvendt i lungerne, hvor den omdanner bicarbonatet tilbage til CO2 og tillader dets udvisning (Neil S. Cherniack, 2015).

referencer

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23. september). Carbonic Acid - og alligevel eksisterer det! Hentet fra chemistryviews.org.
  2. Carbonic acid Formula. (S.F.). Genoprettet fra softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11. januar). Carbonic Acid in Foods. Hentet fra livestrong.com.
  4. EMBL-EBI. (2016, 27. januar). kulsyre. Genoprettet fra ebi.ac.uk.
  5. Human Metabolome Database. (2017, marts 2). Carbonic acid. Hentet fra hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Infrarøde og massespektrale undersøgelser af protonbestrålet H2O + CO2-is: Bevis for kulsyre. Spectrochimica Acta Del A: Molecular Spectroscopy Volume 47, udgave 2, 255-262. Hentet fra science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Carbonic Acid. Hentet fra ncbi.nlm.nih.
  8. National Center for Bioteknologi Information ... (2017, marts 11). PubChem Compound Database; CID = 767. Hentet fra pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, marts 20). Humant åndedræt Gendannet fra britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29. april). Blod. Gendannet fra britannica.com.
  11. Royal Society of Chemistry. (2015). Carbonic acid. Hentet fra: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16. juni). Unraveling Mysteries of Carbonic Acid. Hentet fra: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, august 15). Oxysyren. Hentet fra: britannica.com.