Acido carbonico (H2CO3) Struttura, proprietà, sintesi, usi

Lui acido carbonico È un composto inorganico, sebbene ci siano quelli che discutono di essere in realtà organico, la cui formula chimica è h₂Co₃. È quindi un acido diprotico, in grado di donare due ioni H⁺ all'ambiente acquoso per generare due cationi molecolari h₃O⁺. Da lui si presentano gli ioni di bicarbonato ben noti (HCO₃^-) e carbonato (CO₃^2-).

Questo acido peculiare, semplice, ma allo stesso tempo coinvolto nei sistemi in cui numerose specie partecipano a un equilibrio a vapore liquido, è formato da due molecole inorganiche fondamentali: acqua e anidride carbonica. La presenza di co₂ Si osserva sempre che c'è una bolla nell'acqua, che sale in superficie.

Vetro con acqua gassificata, una delle bevande più comuni contenenti acido carbonico. Fonte: pxhere.

Questo fenomeno è regolarmente visto in bevande analcoliche e acqua gassata.

Nel caso di acqua carbonificata o gassificata (immagine superiore), tale quantità è stata sciolta₂ che la tua pressione del vapore è più della doppia pressione atmosferica. Scoprendolo, la differenza di pressione all'interno della bottiglia e l'esterno riduce la solubilità del CO₂, Quindi le bolle che finiscono per sfuggire al liquido appaiono.

In misura minore, la stessa cosa accade in qualsiasi massa di acqua fresca o salina: quando li riscaldano rilascerà il loro contenuto disciolto di CO₂.

Tuttavia, il CO₂ Non è solo sciolto, ma soffre di trasformazioni nella sua molecola che la rendono H₂Co₃; Un acido che ha una vita molto piccola, ma abbastanza per contrassegnare un cambiamento mesurabile nel pH del suo ambiente acquoso di solvente e generare anche un sistema di tampone carbonato unico.

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Struttura

Molecola

Molecola di acido carbonico rappresentato con un modello di sfere e barre. Fonte: Jynto e Ben Mills via Wikipedia.

Up abbiamo la molecola H₂Co₃, rappresentato con sfere e barre. Le sfere rosse corrispondono agli atomi di ossigeno, all'atomo di carbonio da nero a carbonio e agli atomi di idrogeno bianco.

Nota che a partire dall'immagine puoi scrivere un'altra formula valida per questo acido: CO (OH)₂, dove CO diventa il gruppo carbonilico, c = o, collegato a due gruppi idrossilici, OH. Quando ci sono due gruppi OH, in grado di donare i loro atomi di idrogeno, ora è inteso da dove provengono gli ioni h⁺ rilasciato nel mezzo.

Struttura molecolare dell'acido carbonico.

Si noti che la formula co (OH)₂ Può essere scritto come Ohcooh; cioè, del tipo rcooh, dove r diventa in questo caso un gruppo OH.

È per questo motivo, oltre al fatto che la molecola è costituita da ossigeno, idrogeno e atomi di carbonio, troppo comuni nella chimica organica, che l'acido carbonico è considerato da alcuni come un composto organico. Tuttavia, nella sezione della sua sintesi verrà spiegato perché gli altri lo considerano di natura inorganica e non organica.

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Interazioni molecolari

Della molecola H₂Co₃ Si può commentare che la sua geometria è trigonale, con il carbonio situato al centro del triangolo. In due dei suoi vertici ha i gruppi OH, che sono donatori di idrogeno bridge; E nell'altro rimanente, un atomo di ossigeno del gruppo C = O, accettatore del ponte idrogeno.

Quindi, h₂Co₃ Ha una forte tendenza a interagire con protici o solventi ossigenati (e anche azoto).

E per coincidenza, l'acqua incontra queste due caratteristiche e l'affinità di H è tale₂Co₃ per lei che quasi immediatamente le dà una H⁺ E un equilibrio di idrolisi che coinvolge le specie HCO inizia a essere stabilito₃^- e h₃O⁺.

Ecco perché la semplice presenza di acqua decompone l'acido carbonico e rende il suo isolamento come composto puro troppo complicato.

Acido carbonico puro

Tornando alla molecola H₂Co₃, Non solo è piatto, in grado di stabilire ponti di idrogeno, ma può anche presentare Cis-Trans Isomeía; Questo è, nell'immagine che abbiamo l'isomero cis, con le due h che puntano nella stessa direzione, mentre nel trans isomero punterebbero in direzioni opposte.

L'isomero cis è il più stabile di entrambi, ed è per questo che è l'unico che di solito è rappresentato.

Un solido puro di H₂Co₃ È costituito da una struttura cristallina composta da strati o foglie di molecole che interagiscono con ponti idrogeno laterali. Questo è previsto, essendo la molecola h₂Co₃ Piatto e triangolare. Quando appaiono sublimali, appaiono i crepuscoli ciclici (h₂Co₃)₂, che sono uniti da due ponti idrogeno C = O - OH.

La simmetria delle risorse umane₂Co₃ Non è stato in grado di essere definito dai momenti. È stato considerato cristallizzato come due polimorfi: α-H₂Co₃ e β-h₂Co₃. Tuttavia, α-H₂Co₃, sintetizzato in base a una miscela di Cho₃COOH-CO₂, È stato dimostrato che era in realtà Cho₃Oroh: un acido carbonico monometria ster.

Proprietà

È stato detto che h₂Co₃ È un acido diprotico, quindi puoi donare due ioni H⁺ su un mezzo che li accetta. Quando questo mezzo è acqua, le equazioni della sua dissociazione o idrolisi sono:

H₂Co₃(AC) + H₂O (l) HCO₃^-(AC) + H₃O⁺(AC) (KA₁ = 2,5 × 10⁻⁴)

HCO₃^-(AC) + H₂O (l) co₃^2-(AC) + H₃O⁺(AC) (KA₂ = 4.69 × 10⁻¹¹)

L'HCO₃^- È l'anione bicarbonato o idrogenocarbonato e il CO₃^2- L'anione carbonato. Indicano anche le loro rispettive costanti di equilibrio, KA₁ e ka₂. Essere ka₂ cinque milioni di volte più piccolo di KA₁, La formazione e la concentrazione di CO₃^2- Sono spregevoli.

Quindi, anche se è un acido diprotico, la seconda h⁺ Puoi appena rilasciarlo apprezzabile. Tuttavia, la presenza di CO₂ sciolto in grandi quantità abbastanza per acidificare il mezzo; In questo caso, acqua, abbassando i suoi valori di pH (sotto 7).

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Parlare di acido carbonico si riferisce praticamente a una soluzione acquosa in cui predominano le specie HCO₃^- e h₃O⁺; Non può essere isolato con metodi convenzionali, poiché i minimi tentativi sposterebbero l'equilibrio di solubilità del CO₂ alla formazione di bolle che sarebbero sfuggite dall'acqua.

Sintesi

Dissoluzione

L'acido carbonico è uno dei composti più semplici da sintetizzare. COME? Il metodo più semplice è bolle, con l'aiuto di una cannuccia o un sorbetto, l'aria che espiriamo all'interno di un volume d'acqua. Perché espiriamo in Essence co₂, Questa bolla nell'acqua, dissolvendo una piccola parte dello stesso.

Quando lo facciamo si verifica la seguente reazione:

Co₂(g) + H₂O (l) h₂Co₃(AC)

Ma a sua volta, la solubilità del CO deve essere considerata₂ in acqua:

Co₂(g) co₂(AC)

Entrambi co₂ Come H₂O sono molecole inorganiche, quindi h₂Co₃ È inorganico da questo punto visto.

Equilibrio di vapore liquido

Di conseguenza abbiamo un sistema in equilibrio che dipende notevolmente dalle pressioni parziali del CO₂, così come la temperatura liquida.

Ad esempio, se la pressione del CO₂ Aumenta (nel caso in cui soffiamo l'aria con più forza attraverso il sorbetto), si formerà più h₂Co₃ E il pH diventerà più acido; Da allora, il primo equilibrio si sposta a destra.

D'altra parte, se riscaldiamo la dissoluzione di H₂Co₃, La solubilità del CO diminuirà₂ Nell'acqua perché è un gas e l'equilibrio si sposterà quindi a sinistra (ci sarà meno H₂Co₃). Simile sarà se proviamo ad applicare un vuoto: il CO₂ Scherrà così come le molecole d'acqua, che sposterebbero di nuovo l'equilibrio a sinistra.

Puro solido

Quanto sopra consente di raggiungere una conclusione: da una soluzione di H₂Co₃ Non c'è modo di sintetizzare questo acido come solido puro attraverso un metodo convenzionale. Tuttavia, è stato fatto, dagli anni '90 del secolo scorso, a partire da solide miscele di CO₂ e h₂O.

A questa solida miscela co₂-H₂O al 50% è bombardata con protoni (un tipo di radiazione cosmica), in modo che nessuno dei due componenti fuggerà e si verifica la formazione di H₂Co₃. A tale scopo, è stata utilizzata anche una miscela CHO₃Oh-co₂ (Ricorda α-H₂Co₃).

Un altro metodo è fare lo stesso ma usando direttamente il ghiaccio secco, niente di più.

Dei tre metodi gli scienziati della NASA potrebbero raggiungere una conclusione: acido carbonico puro, solido o gassoso, può esistere nel gelato di Giove, nei ghiacciai marziani e nelle comete, dove tali miscele solide sono costantemente irradiate per i raggi cosmici.

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Applicazioni

L'acido carbonico stesso è un composto senza alcuna utilità. Delle sue soluzioni, tuttavia, puoi preparare soluzioni di smorzamento basate sui coetanei HCO₃^-/Co₃^2- o h₂Co₃/HCO₃^-.

Grazie a queste soluzioni e all'azione dell'enzima anidrasi carbonica, presente nei globuli rossi, il CO₂ Prodotto nella respirazione può essere trasportato nel sangue ai polmoni, dove viene finalmente rilasciato per essere espirato fuori dal nostro corpo.

Il bubjueo del co₂ Approfitta di elaborare le bevande la sensazione piacevole e caratteristica che lasciano in gola quando li bevono.

Inoltre, la presenza di H₂Co₃ Ha un'importanza geologica nella formazione di stalattiti calcare.

E d'altra parte, le loro soluzioni possono essere utilizzate per preparare alcuni bicarbonati metallici; Sebbene sia più redditizio e facile da usare un sale bicarbonato (Nahco₃, Per esempio).

Rischi

L'acido carbonico ha una vita così piccola in condizioni normali (stimano che circa 300 nanosecondi), che è praticamente innocuo per l'ambiente e gli esseri viventi. Tuttavia, come affermato in precedenza, ciò non implica che non può generare un cambiamento preoccupante nel pH dell'acqua oceanica, colpendo la fauna marina.

D'altra parte, il vero "rischio" è nell'assunzione di acqua gassificata, poiché la quantità di CO₂ sciolto in essi è molto maggiore che nell'acqua normale. Tuttavia, e ancora, non ci sono studi che hanno dimostrato che bere acqua gassificata rappresenta un rischio mortale; Se lo consigli anche per digiunare e combattere l'indigestione.

L'unico effetto negativo osservato su coloro che bevono quest'acqua è la sensazione di pienezza, poiché i loro stomaci sono pieni di gas. Fuori da questo (per non parlare delle bevande analcoliche, poiché sono composte da molto più che solo acido carbonico), si può dire che questo composto non è affatto tossico.

Riferimenti

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