Karbonik asit - Carbonic acid

Yapısal formül
Top ve sopa modeli
İsimler
IUPAC adı
Karbonik asit
Diğer isimler

Hidroksiformik asit Hidroksimetanoik asit
Dihidroksikarbonil
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
chebi
CHEMBL
Kimyasal Örümcek
İlaç Bankası
ECHA Bilgi Kartı 100.133.015 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
25554
fıçı
  • InChI=1S/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4) KontrolY
    Anahtar: BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N KontrolY
  • InChI=1/H2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)
    Anahtar: BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYAU
  • O=C(O)O
Özellikler
H 2 CO 3
Erime noktası −80 °C (−112 °F; 193 K) (çözünür)
eşlenik taban Bikarbonat , Karbonat
Aksi belirtilmediği sürece, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
KontrolY doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Kimyada, karbonik asit, a, dibazik asit ile kimyasal formül , H 2 CO 3. Saf bileşik, yakl. -80 °C.

Biyokimya, adı "karbonik asit" terimi, genellikle uygulanan sulu çözeltiler içinde , karbon dioksit içinde önemli bir rol oynar, bikarbonat tampon sistemi korumak için kullanılan, asit-baz dengesi .

kimyasal denge

Denge sabit değerleri

Deniz suyunda karbonat türleşmesi için Bjerrum grafiği (iyonik kuvvet 0,7 mol dm -3 )

Sulu çözeltide karbonik asit, bir dibazik asit gibi davranır. Bjerrum arsa gösterir tipik denge konsantrasyonları, çözelti içerisinde deniz suyu bir pH fonksiyonu olarak ölçülen karbon dioksit ve ondan elde edilen çeşitli türlerin,. Doğal suların asitlenmesi, artan miktarlarda kömür ve hidrokarbonların yakılmasından kaynaklanan atmosferdeki artan karbondioksit konsantrasyonundan kaynaklanır .

Beklenen değişiklik, devam eden okyanus asitlenmesinin tahmin edilen etkisini ifade eder . Çözünmüş karbondioksitteki artışın, okyanusun ortalama yüzey pH'ının sanayi öncesi seviyelere göre yaklaşık 0,1 oranında azalmasına neden olduğu tahmin edilmektedir.

Stabilite sabitleri veritabanı değerleri ile 136 girdileri içerir genel β protonasyon sabitlerinin, 1 ve β 2 karbonat iyonu,. Aşağıdaki ifadelerde [H + ], H + , vb. kimyasal türlerinin dengedeki konsantrasyonunu temsil eder .

Log değeri p 1 artan azalma iyonik kuvvet , . 25 °C'de:

 :
(SC-veritabanından seçilen veriler)

log β 2 değeri de artan iyonik güçle azalır.

 :

En = 0 ve 25 ° C aşamalı ayrılma sabitlerinin pKa değerleri

pK 1 = logβ 2 - logβ 1 = 6.77.
pK 2 = logβ 1 = 9,93 .

pH = pK olduğunda, birbiriyle dengede olan iki kimyasal tür aynı konsantrasyona sahiptir.

Not 1 : Literatürde pK a için açıkça çelişkili değerler vardır . Pines et al. "pK app " için yukarıda belirtilen 6.77 değeriyle tutarlı olarak 6.35'lik bir değer belirtin. Ayrıca "pK a " için 3,49 değerini verirler ve şunu belirtirler:

pK a = pK uygulaması − log K D (denk. 5)

burada K D = [CO 2 ] / [E 2 CO 3 ]. (denk. 3) Bu durum, Pines makalesinin metninde açıkça belirtilen, ancak özette belirtilmeyen, ayrışma sabitlerinin adlandırılma ve tanımlanma biçiminden kaynaklanmaktadır.

Not 2 : numaralandırma ayrışma sabitleri numaralandırma numaralandırılması ters olan bir ilişki pKa nedenle, sabitler 2 β log (ayrışma) = 1 (birlikte). Denge için kademeli sabitin değeri

tarafından verilir

pK 1 (ayrışma) 1 = log β 2 − log β 1 (birleşme)

Biyolojik olmayan çözümlerde

Hidrasyon denge sabiti 25 ° C'de K adı h karbonik asit durumunda [H, 2 CO 3 ] / [CO 2 ] ≈ 1.7 x 10 -3 saf su içinde ve ≈ 1.2 x 10 -3 olarak deniz suyu . Dolayısıyla, karbon dioksit çoğunluğu CO kalan, karbonik aside dönüştürülür değildir 2 molekülü. Katalizör yokluğunda dengeye oldukça yavaş ulaşılır. Oran sabitleri 0.039 s'den -1 ileri reaksiyon ve 23 s için -1 ters reaksiyon için.

Doğada, kireçtaşı yağmur suyu ile reaksiyona girerek bir kalsiyum bikarbonat çözeltisi oluşturabilir ; böyle bir çözeltinin buharlaşması, katı kalsiyum karbonatın yeniden oluşmasına neden olacaktır. Bu süreçler sarkıt ve dikitlerin oluşumunda meydana gelir .

Biyolojik çözümlerde

Çözeltide karbonik anhidraz enzimi de bulunduğunda, aşağıdaki reaksiyon öncelik kazanır.

İleri reaksiyon tarafından oluşturulan karbondioksit miktarı çözünürlüğünü aştığında, gaz oluşur ve üçüncü bir denge

da göz önünde bulundurulmalıdır. Bu reaksiyon için denge sabiti Henry kanunu ile tanımlanır . Çözeltideki denge için iki reaksiyon birleştirilebilir.

 :   

Paydadaki terimin değerini hesaplamak için Henry yasası kullanıldığında , boyutsallık açısından dikkatli olunması gerekir.

Olarak fizyoloji , akciğer tarafından salgılanan karbondioksit denebilir uçucu asit ya da solunum asit .

Karbonik asit teriminin kullanımı

Bir monoprotik asit için türleşme, pH'ın bir fonksiyonu olarak AH.

Açıkça söylemek gerekirse, "karbonik asit" terimi , formüle sahip kimyasal bileşiğe karşılık gelir .

pK a1 , ca değerine sahip olduğundan. 6.8, dengede karbonik asit, pH'ı yaklaşık 7.2 olan hücre dışı sıvıda ( sitozol ) neredeyse %50 oranında ayrışacaktır . Hücre dışı sıvıda çözünmüş karbon dioksitin, tarihsel nedenlerden dolayı biyokimya literatüründe genellikle "karbonik asit" olarak adlandırıldığını unutmayın. Üretildiği reaksiyon

HCO 3 + H + ⇌ CO 2 + H 2 O

biyolojik sistemlerde hızlıdır. Karbondioksit , karbonik asidin anhidriti olarak tanımlanabilir .

saf karbonik asit

Karbonik asit, H 2 CO 3 , sıkı çevre sıcaklıklarında stabildir , susuz koşullar. Herhangi bir su molekülünün varlığında karbondioksit oluşturmak üzere ayrışır.

CO, bir yan ürün olarak Karbonik asit formları 2 / H 2 karbon monoksit ve radikal türler (HCO ve CO yanında O ışınlama, 3 ). Karbonik asit oluşturmak için başka bir yol, bikarbonatlar protonasyon olan (HCO 3 - ), sulu HCI veya HBr'dir. Bu, en yapılmalıdır kriyojenik H hemen ayrışmasını önlemek için koşullar 2 CO 3 CO 2 ve H 2 O Amorf H 2 CO 3 formları 120 K izlenerek ve kristalizasyon β-H" vermek üzere 200 K Yukarıda yer alan 2 CO 3 ", kızılötesi spektroskopi ile belirlendiği gibi . Β-H spektrumu 2 CO 3 CO sonra yan ürün ile çok iyi bir uyum 2 / H 2 O ışınlama. β-H 2 CO 3 büyük ölçüde ayrışma olmadan 230-260 K süblime. Matris izolasyonu spektroskopisi H tek moleküllerin kaydedilmesini sağlar kızılötesi 2 CO 3 .

Karbonik asit, bir katı * H ışınlayarak oluşturabilir gerçeği 2 O + CO 2 karışımı ya da proton implantasyonu ile kuru buz , tek başına, H olduğu önerilere artış verdiği 2 CO 3 uzayda veya bulunabilir olabilir Mars , H dondurulmuş buzlar 2 O ve CO 2 bulunan, hem de vardır kozmik ışınlar . Süblime H şaşırtıcı sabitlik 2 CO 3 260 K oldukça yüksek sıcaklıklara kadar, hatta gaz-fazı 'H sağlar 2 CO 3 Mars kutup kapaklar üzerinde, örneğin,. Ab initio hesaplamaları, tek bir su molekülünün gaz fazlı bir karbonik asit molekülünün karbon dioksit ve suya ayrışmasını katalize ettiğini gösterdi. Suyun yokluğunda, gaz halindeki karbonik asidin ayrışmasının çok yavaş olacağı ve gaz fazında 300 K'de 180.000 yıllık bir yarılanma ömrü olacağı tahmin edilmektedir. Bu sadece moleküller az ve birbirinden uzaksa geçerlidir, çünkü gaz fazlı karbonik asidin dimerler oluşturarak kendi ayrışmasını katalize edeceği ve daha sonra her biri su ve karbondioksitten oluşan iki moleküle ayrılacağı da tahmin edilmiştir .

Katı "α-karbonik asit", bir ile üretilebilir iddia edilen kriyojenik reaksiyonu potasyum bikarbonat ve bir çözeltisine HCl içinde , metanol . Bu iddia, Ocak 2014'te sunulan bir doktora tezinde itiraz edildi. Bunun yerine, izotop etiketleme deneyleri, karbonik asit monometil esterin (CAME) katılımına işaret ediyor . Bundan başka, ORTAYA katı süblime içeren önerilmiştir monomerleri ve dimerleri, H değildir 2 CO 3 monomerleri ve dimerleri, daha önce belirtildiği gibi. Müteakip matris izolasyon kızılötesi spektrumları, gaz fazında "a-karbonik asit"in üzerindeki karbonik asit yerine CAME'nin bulunduğunu doğruladı. CAME olarak atama, gaz fazında hazırlanan maddenin piroliz yoluyla matris izolasyonu ile daha da doğrulanır.

Karmaşık geçmişine rağmen, karbonik asit hala farklı polimorflar olarak görünebilir . CO'nun OH-radikalleri ile oksitlenmesi üzerine karbonik asit oluşur. Bu şekilde hazırlanan karbonik asidin γ-H 2 CO 3 olarak değerlendirilmesi gerekip gerekmediği açık değildir . Β-H yapıları 2 CO 3 ve γ-H 2 CO 3 kristalografik karakterize edilmemiştir.

yüksek basınçta

H molekülleri, ancak 2 CO 3 ortam koşulları altında sulu "karbonik asit" içinde çözülmüş, karbon önemli bir kısmını oluşturmaz, moleküler H, önemli miktarlarda 2 CO 3 (onlarca bin birden gigapaskal üzerindeki basınçlara tabi sulu çözeltilerde mevcut olabilir atmosferler), örneğin gezegenlerin iç kısımlarında meydana gelebilir.

Karbonik asit , 100  K'de 0,6–1,6 GPa ve 300 K'da 0,75–1,75 GPa basınçları altında stabilize edilmelidir  . Bu basınçlar, su ve karbondioksitin bulunduğu Ganymede , Callisto ve Titan gibi büyük buzlu uyduların çekirdeklerinde elde edilir. mevcut. Daha yoğun olan saf karbonik asit, daha sonra buz tabakalarının altına batacak ve onları bu uyduların kayalık çekirdeklerinden ayıracaktır.

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar