Јаглеродна киселина

хемиско соединение

Јаглеродна киселинанеорганско соединение со хемиска формула H
2
CO
3
. Таа е многу широко распространета во воден раствор, но чистото соединение (безбоен гас) може да се добие на температура од −80 °C. Молекулата брзо се претвора во вода и јаглерод диоксид во присуство на вода, но во отсуство на вода таа е прилично стабилна на собна температура.[2][3] Меѓусебното претворање на јаглерод диоксидот и јаглеродната киселина е поврзано со дишниот циклус на животните и закиселувањето на водните површини.[4]

Јаглеродна киселина
Структурна формула
Структурна формула
Стапчест модел
Стапчест модел
Назнаки
463-79-6 Ок
ChEBI CHEBI:28976 Ок
ChEMBL ChEMBL1161632 Ок
ChemSpider 747 Ок
DrugBank DB14531
EC-број 610-295-3
25554
3Д-модел (Jmol) Слика
KEGG C01353 Ок
PubChem 767
UNII 142M471B3J Ок
Својства
Хемиска формула
Моларна маса 0 g mol−1
Изглед безбоен гас
Точка на топење
Точка на вриење
реагира образувајќи јаглерод диоксид и вода
Конјуг. база бикарбонат, карбонат
Опасност
NFPA 704
0
0
1
Структура
Кристална структура моноклинска
p21/c, бр. 14
Дополнителни податоци
 Ок(што е ова?)  (провери)
Освен ако не е поинаку укажано, податоците се однесуваат на материјалите во нивната стандардна состојба (25 °C, 100 kPa)
Наводи

Во биохемијата и физиологијата, името „јаглеродна киселина“ се користи за водни раствори на јаглерод диоксид, кои играат важна улога во бикарбонатниот пуферен систем кој ја одржува киселинско-базната рамнотежа.[5]

Хемиски рамнотежи уреди

Вредности на рамнотежната константа уреди

 
Бјерумов графикон на јаглеродната видообразба во морска вода (јонска jачина: 0,7 мол дм−3)

Во воден раствор, јаглеродната киселина се однесува како дијабазна киселина. Бјерумовиот графикон прикажува типични рамнотежни концентрации, во раствор, во морска вода, на јаглерод диоксид и разни видови изведени од него во зависност од pH-вредноста.[6][7] Закиселувањето на природните води се должи на од зголемената концентрација на јаглерод диоксид во атмосферата, кое пак се предизвикано од согорувањето на големи количества јаглен и јаглеводороди.[8][9]

Очекуваната промена се однесува на предвиден ефект од постојано закиселување на океаните.[10] Проценето е дека зголеменото присуство на растворен јаглерод диоксид предизвикало намалување на pH-вредноста на морските површини за 0,1 во однос на прединдустриско време.

Базата на рамнотежни константи содржи 136 ставки со вредности за севкупните протонациски константи, β1 и β2, на карбонатниот јон. Во следниве изрази [H+] ја означува концентрацијата, рамнотежата, на хемискиот вид H+ итн.

Вредноста на log β1 се намалува со зголеманата јонска јачина,  . При 25 °C:

  :  
  (избрани податоци од базата SC)

Вредноста на log β2 исто ткаа се намалува со зголемената јонска јачина.

  :  
 

При  =0 и 25 °C, pK-вредностите на константите на постепената дисоцијација се

pK1 = logβ2 - logβ1 = 6,77.
pK2 = logβ1 = 9,93.

Кога pH = pK, двата хемиски вида во меѓусебна рамнотежа имаат иста концентрација.

Напомена 1: Постои разногласие во лиературата во врска со вредноста на pKa. Pines et al. дава „pKпфп“ of 6,35, во склад со гореспоменатата вредност 6,77.[11] Ја даваат и вредноста за „pKa“ како 3,49 и велат дека

pKa = pKпфп − log KD (рвн. 5)

where KD=[CO2]/[H2CO3]. (рвн. 3) Ситуацијата настанува поради начинот на именување и дефинирање на константите на дисоцијација, што е јасно кажано во трудот на Pines, но не во извадокот.

Напомена 2: Бројното означување на константите на дисоцијација е обратно од означувањето на константите на асоцијација, па така pK2 (дисоцијација)= log β1 (асоцијација). Вредноста на постепената константа за рамнотежата

 

е дадена со

pK1(дисоцијација)1 = log β2 − log β1 (асоцијација)

Во небиолошки раствори уреди

Хидрациската рамнотежна константа при 25 °C се нарекува Kh, која во случај на јаглеродната киселина е [H2CO3]/[CO2] ≈ 1,7×10−3 во чиста вода,[12] а ≈ 1,2×10−3 во морска вода.[13] Оттука, најголемиот дел од јаглерод диоксидот не се претвора во јаглеродна киселина, туку останува како молекули на CO2. Во отсуство на катализатор, рамнотежата се постигнува прилично бавно. Брзинските константи на реакција се 0,039 s−1 за напредната и 23 s−1 за обратната реакција.

Во производството на пијалаци, газираната вода (сода-вода) се прави со растворање на јаглерод диоксид под мал притисок во вода. Тоа важи и за газираните пијалаци.

Постојат значајни количества на молекулски H2CO3 во водни раствори под притисок од повеќе гигапаскали (десетици илјади атмосфери), што се случува во внатрешноста на планетите.[14][15] Во јадрата на големите ледени месечини како Ганимед, Калиста и Титан кои содржат вода и јаглерод диоксид има притисок од 0,6–1,6 GPa при 100 K и 0,75–1,75 GPa при 300 K. Чистата јаглеродна киселина е погуста, и затоа тоне под ледените слоеви и ги двои од карпестите јадра на овие месечини.[16]

Во биолошки раствори уреди

Кога ензимот јаглеродна анхидраза е исто така присутен во растворот, предност добива следнава реакција.[17]

 

Кога количеството на создаден јаглерод диоксид ќе ја надмине растворливоста, тој се развива во гас и треба да се земе предвид трета рамнотежа

 

Рамнотежната константа за оваа рекација е определена со Хенриевиот закон. Двете реакции можат да се здружат за рамнотежата во раствор.

  :     

Кога ќе го примените Хенриевиот закон во пресметувањето на вредноста на членот во именителот треба да се внимава на димензионалноста.

Во физиологијата, јаглерод диоксидот што го испуштаат белите дробови може да се нарече испарлива киселина или дишна киселина.

Употреба на поимот јаглеродна киселина уреди

 
Видообразба за монопротичка киселина AH во зависност од pH.

Во строга смисла, поимот „јаглеродна киселина“ се однесува на хемиското соединение со формула  . Но сепак, во биохемиската литература растворениот јаглерод диоксид во вонклеточна течност се нарекува „јаглеродна киселина“ од од историски причини.

Бидејќи pKa1 има приближна вреднсот од 6,8, јаглеродната киселина во рамнотежа ќе биде речиси 50 % дисоцирана во вонклеточната течност (цитозол), која има pH од околу 7,2.

Реакцијата со која таа се добива

HCO3 + H+   CO2 + H2O

е брза во биолошките системи. Јаглерод диоксидот може да се опише како анхидрид на јаглеродната киселина.

Чиста јаглеродна киселина уреди

Јаглеродната киселина, H2CO3, е прилично стабилна на амбиентна температира како гас. Во прируство на вода се разложува, образувајќи јаглерод диоксид и вода, што уште повеќе го забрзува разложувањето.[3]

Чистата јаглеродна киселина се добива на два начина: протонско озрачување на чист цврст јаглерод диоксид или со реакција на хлороводород и калиум бикарбонат на 100 K во метанол.

Добиена е високопритисочна девтерирана верзија на јаглеродната киселина, D2CO3, во хибридна стегната ќелија (руска легура/бакар-берилиум) при 1,85 GPa и се одликува со неутронско расејување. Молекулите, кои се рамнински, образуваат димери поврзани со парови од водородни врски. Сите три врски C-O се речиси еднакво оддалечени на 1,34 Å. Потипични растојанија на C-O и C=O се 1,43 и 1,23  Å. Вообичаените должини на врските C-O му се припишуваат на делокализираното π-сврзување во молекулското средиште, покрај извонредно силние водородни врски, што се гледа од раздвоеноста на O---O од 2,13 Å. Краткоста на оваа раздвоеност делумно е последица на 136° O-H-O, наметнати врз двојно водородно врзаните осумчлени прстени.[4] Подолгите растојанија на O---O се забележуваат во силни внатремолекулски водородни врски, како на пр. во дикарбоксилната киселина, кои изнесуваат над 2,4 Å. Јаглеродната киселина добиена при амбиентен притисок не покажува Брегови зашилувања во рендгенското скршување и затоа мора да се смета за аморфна.[18]

Наводи уреди

  1. „Front Matter“. Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. стр. P001–P004. doi:10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2. изд.). Butterworth-Heinemann. стр. 310. ISBN 0080379419.
  3. 3,0 3,1 Loerting, Thomas; Tautermann, Christofer; Kroemer, Romano T.; Kohl, Ingrid; Hallbrucker, Andreas; Mayer, Erwin; Liedl, Klaus R.; Loerting, Thomas; Tautermann, Christofer; Kohl, Ingrid; Hallbrucker, Andreas; Erwin, Mayer; Liedl, Klaus R. (2000). „On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid (H2CO3)“. Angewandte Chemie International Edition. 39 (5): 891–894. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E. PMID 10760883.
  4. 4,0 4,1 Sebastian Benz, Da Chen,, Andreas Möller, Michael Hofmann, David Schnieders, Richard Dronskowski (2022). „The Crystal Structure of Carbonic Acid“. Inorganics. 10 (9): 132. doi:10.3390/inorganics10090132.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  5. Acid-Base Physiology 2.1 – Acid-Base Balance by Kerry Brandis.
  6. Pangotra, Dhananjai; Csepei, Lénárd-István; Roth, Arne; Ponce de León, Carlos; Sieber, Volker; Vieira, Luciana (2022). „Anodic production of hydrogen peroxide using commercial carbon materials“. Applied Catalysis B: Environmental. 303: 120848. doi:10.1016/j.apcatb.2021.120848. S2CID 240250750 Проверете ја вредноста |s2cid= (help).
  7. Andersen, C. B. (2002). „Understanding carbonate equilibria by measuring alkalinity in experimental and natural systems“. Journal of Geoscience Education. 50 (4): 389–403. Bibcode:2002JGeEd..50..389A. doi:10.5408/1089-9995-50.4.389. S2CID 17094010.
  8. Caldeira, K.; Wickett, M. E. (2003). „Anthropogenic carbon and ocean pH“. Nature. 425 (6956): 365. Bibcode:2001AGUFMOS11C0385C. doi:10.1038/425365a. PMID 14508477. S2CID 4417880.
  9. Sabine, C. L.; и др. (2004). „The Oceanic Sink for Anthropogenic CO2. Science. 305 (5682): 367–371. Bibcode:2004Sci...305..367S. doi:10.1126/science.1097403. hdl:10261/52596. PMID 15256665. S2CID 5607281. Архивирано од " изворникот на 6 јули 2008. Посетено на 22 јуни 2021.
  10. National Research Council. "Summary". Ocean Acidification: A National Strategy to Meet the Challenges of a Changing Ocean. Washington, DC: The National Academies Press, 2010. 1. Print.
  11. Pines, Dina; Ditkovich, Julia; Mukra, Tzach; Miller, Yifat; Kiefer, Philip M.; Daschakraborty, Snehasis; Hynes, James T.; Pines, Ehud (2016). „How Acidic Is Carbonic Acid?“. J Phys Chem B. 120 (9): 2440–2451. doi:10.1021/acs.jpcb.5b12428. PMC 5747581. PMID 26862781.
  12. Housecroft and Sharpe, Inorganic Chemistry, 2nd ed, Prentice-Pearson-Hall 2005, p. 368.
  13. Soli, A. L.; R. H. Byrne (2002). „CO2 system hydration and dehydration kinetics and the equilibrium CO2/H2CO3 ratio in aqueous NaCl solution“. Marine Chemistry. 78 (2–3): 65–73. doi:10.1016/S0304-4203(02)00010-5.
  14. Wang, Hongbo; Zeuschner, Janek; Eremets, Mikhail; Troyan, Ivan; Williams, Jonathon (27 јануари 2016). „Stable solid and aqueous H2CO3 from CO2 and H2O at high pressure and high temperature“. Scientific Reports. 6 (1): 19902. Bibcode:2016NatSR...619902W. doi:10.1038/srep19902. PMC 4728613. PMID 26813580.
  15. Stolte, Nore; Pan, Ding (4 јули 2019). „Large presence of carbonic acid in CO2-rich aqueous fluids under Earth's mantle conditions“ (PDF). The Journal of Physical Chemistry Letters. 10 (17): 5135–5141. arXiv:1907.01833. doi:10.1021/acs.jpclett.9b01919. PMID 31411889. S2CID 195791860. Посетено на 24 март 2021.
  16. G. Saleh; A. R. Oganov (2016). „Novel Stable Compounds in the C-H-O Ternary System at High Pressure“. Scientific Reports. 6: 32486. Bibcode:2016NatSR...632486S. doi:10.1038/srep32486. PMC 5007508. PMID 27580525.
  17. Lindskog S (1997). „Structure and mechanism of carbonic anhydrase“. Pharmacology & Therapeutics. 74 (1): 1–20. doi:10.1016/S0163-7258(96)00198-2. PMID 9336012.
  18. Winkel, Katrin; Hage, Wolfgang; Loerting, Thomas; Price, Sarah L.; Mayer, Erwin (2007). „Carbonic Acid: From Polyamorphism to Polymorphism“. Journal of the American Chemical Society. 129 (45): 13863–13871. doi:10.1021/ja073594f. PMID 17944463.

Надворешни врски уреди