- Struktur
- Molekul
- Interaksi molekul
- Asid karbonik tulen
- Hartanah
- Sintesis
- Pembubaran
- Keseimbangan wap-cecair
- Pepejal tulen
- Permohonan
- Risiko
- Rujukan
The asid karbonik adalah sebatian bukan organik, walaupun beberapa perdebatan sebenarnya adalah organik, formula kimia H 2 CO 3 . Oleh itu, ia adalah asid diprotik, mampu menyumbangkan dua ion H + ke medium berair untuk menghasilkan dua kation molekul H 3 O + . Daripadanya timbul ion bikarbonat (HCO 3 - ) dan karbonat (CO 3 2- ) yang terkenal.
Asid pelik ini, sederhana, tetapi pada masa yang sama terlibat dalam sistem di mana banyak spesies mengambil bahagian dalam keseimbangan wap-cecair, terbentuk daripada dua molekul anorganik asas: air dan karbon dioksida. Kehadiran CO 2 yang tidak larut diperhatikan setiap kali ada gelembung di dalam air, naik ke permukaan.
Gelas dengan air berkarbonat, salah satu minuman paling biasa yang mengandungi asid karbonik. Sumber: Pxhere.
Fenomena ini dilihat dengan kerap dalam minuman berkarbonat dan air berkarbonat.
Sekiranya air berkarbonat atau berudara (gambar atas), jumlah CO 2 telah larut sehingga tekanan wapnya lebih dari dua kali ganda daripada tekanan atmosfera. Semasa melepaskannya, perbezaan tekanan di dalam botol dan bahagian luar mengurangkan kelarutan CO 2 , itulah sebabnya gelembung muncul yang akhirnya keluar dari cecair.
Pada tahap yang lebih rendah, perkara yang sama berlaku di mana-mana badan air tawar atau masin: apabila dipanaskan, mereka akan melepaskan kandungan CO 2 terlarut mereka .
Walau bagaimanapun, CO 2 tidak hanya larut, tetapi mengalami transformasi dalam molekulnya yang mengubahnya menjadi H 2 CO 3 ; asid yang mempunyai masa hidup yang terlalu sedikit, tetapi cukup untuk menandakan perubahan yang dapat diukur dalam pH medium pelarut berairnya, dan juga menghasilkan sistem penyangga karbonat yang unik.
Struktur
Molekul
Molekul asid karbonik diwakili oleh model sfera dan palang. Sumber: Jynto dan Ben Mills melalui Wikipedia.
Di atas kita mempunyai molekul H 2 CO 3 , yang diwakili oleh sfera dan palang. Sfera merah sesuai dengan atom oksigen, hitam ke atom karbon, dan putih ke atom hidrogen.
Perhatikan bahawa bermula dari gambar, anda boleh menulis formula lain yang sah untuk asid ini: CO (OH) 2 , di mana CO menjadi kumpulan karbonil, C = O, dihubungkan dengan dua kumpulan hidroksil, OH. Oleh kerana terdapat dua kumpulan OH, yang mampu menyumbangkan atom hidrogen mereka, kini difahami dari mana ion H + yang dilepaskan ke persekitaran berasal.
Struktur molekul asid karbonik.
Perhatikan juga bahawa formula CO (OH) 2 boleh ditulis sebagai OHCOOH; iaitu, dari jenis RCOOH, di mana R dalam kes ini adalah kumpulan OH.
Oleh sebab itu, selain fakta bahawa molekul itu terdiri daripada atom oksigen, hidrogen dan karbon, yang terlalu umum dalam kimia organik, bahawa asid karbonik dianggap oleh sebilangan organik sebagai sebatian organik. Walau bagaimanapun, dalam bahagian sintesisnya akan dijelaskan mengapa orang lain menganggapnya bersifat organik dan bukan organik.
Interaksi molekul
Dari molekul H 2 CO 3 dapat dikomentari bahawa geometri adalah satah segitiga, dengan karbon terletak di tengah segitiga. Di dua bucunya mempunyai kumpulan OH, yang merupakan penderma ikatan hidrogen; dan selebihnya, atom oksigen kumpulan C = O, akseptor ikatan hidrogen.
Oleh itu, H 2 CO 3 mempunyai kecenderungan kuat untuk berinteraksi dengan pelarut protik atau oksigen (dan nitrogen).
Dan secara kebetulan, air memenuhi dua ciri ini, dan pertalian H 2 CO 3 sedemikian rupa sehingga hampir seketika ia melepaskan H + dan keseimbangan hidrolisis mula terbentuk yang melibatkan spesies HCO 3 - dan H 3 O + .
Itulah sebabnya kehadiran air hanya memecah asid karbonik dan menjadikannya sukar untuk mengasingkannya sebagai sebatian murni.
Asid karbonik tulen
Kembali ke molekul H 2 CO 3 , ia tidak hanya rata, mampu membentuk ikatan hidrogen, tetapi juga dapat menunjukkan isomerisme cis-trans; Ini, dalam gambar kita mempunyai isomer cis, dengan dua titik H menunjuk ke arah yang sama, sementara di isomer trans mereka akan menunjukkan arah yang berlawanan.
Isomer cis adalah yang lebih stabil dari keduanya, dan itulah sebabnya satu-satunya yang biasanya diwakili.
Pepejal tulen H 2 CO 3 terdiri daripada struktur kristal yang terdiri daripada lapisan atau kepingan molekul yang berinteraksi dengan ikatan hidrogen lateral. Ini dijangka, molekul H 2 CO 3 rata dan segitiga. Apabila ia menyulut, dimer siklik (H 2 CO 3 ) 2 muncul , yang disatukan oleh dua ikatan hidrogen C = O-OH.
Simetri kristal H 2 CO 3 belum ditentukan untuk masa ini. Ia dianggap mengkristal sebagai dua polimorf: α-H 2 CO 3 dan β-H 2 CO 3 . Walau bagaimanapun, α-H 2 CO 3 , disintesis daripada campuran CH 3 COOH-CO 2 , telah ditunjukkan untuk menjadi sebenarnya CH 3 OCOOH: a ester monomethyl asid karbonik.
Hartanah
Telah disebutkan bahawa H 2 CO 3 adalah asid diprotik, sehingga dapat menyumbangkan dua ion H + ke media yang menerimanya. Apabila medium ini adalah air, persamaan pemisahan atau hidrolisisnya adalah:
H 2 CO 3 (aq) + H 2 O (l) <=> HCO 3 - (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 1 = 2.5 × 10 −4 )
HCO 3 - (aq) + H 2 O (l) <=> CO 3 2- (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 2 = 4.69 × 10 −11 )
HCO 3 - adalah anion bikarbonat atau hidrogen karbonat, dan CO 3 2 - anion karbonat. Pemalar keseimbangan masing-masing, Ka 1 dan Ka 2, juga ditunjukkan . Oleh kerana Ka 2 adalah lima juta kali lebih kecil daripada Ka 1 , pembentukan dan kepekatan CO 3 2- diabaikan.
Oleh itu, walaupun ia adalah asid diprotik, H + kedua hampir tidak dapat melepaskannya dengan ketara. Walau bagaimanapun, kehadiran CO 2 terlarut dalam jumlah besar cukup untuk mengasamkan medium; dalam kes ini, air, menurunkan nilai pHnya (di bawah 7).
Untuk berbicara mengenai asid karbonik adalah merujuk kepada larutan berair di mana spesies HCO 3 - dan H 3 O + mendominasi ; ia tidak dapat diasingkan dengan kaedah konvensional, kerana usaha sedikit pun akan mengubah keseimbangan keterlarutan CO 2 ke pembentukan gelembung yang akan melarikan diri dari air.
Sintesis
Pembubaran
Asid karbonik adalah salah satu sebatian termudah untuk mensintesis. Bagaimana? Kaedah paling mudah adalah dengan menggelegak, dengan bantuan jerami atau jerami, udara yang kita hembuskan menjadi isipadu air. Kerana pada dasarnya kita menghembuskan CO 2 , ia akan menggelegak ke dalam air, melarutkan sebahagian kecilnya.
Apabila kita melakukan ini reaksi berikut berlaku:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Tetapi pada gilirannya, kelarutan CO 2 dalam air mesti dipertimbangkan :
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Kedua-dua CO 2 dan H 2 O adalah molekul bukan organik, jadi H 2 CO 3 tidak organik dari sudut pandangan ini.
Keseimbangan wap-cecair
Hasilnya, kita mempunyai sistem keseimbangan yang sangat bergantung pada tekanan separa CO 2 , dan juga suhu cecair.
Sebagai contoh, jika tekanan CO 2 meningkat (sekiranya kita meniup udara dengan lebih kuat melalui jerami), lebih banyak H 2 CO 3 akan terbentuk dan pH akan menjadi lebih berasid; sejak itu, keseimbangan pertama beralih ke kanan.
Sebaliknya, jika kita memanaskan larutan H 2 CO 3 , kelarutan CO 2 di dalam air akan berkurang kerana ia adalah gas, dan keseimbangan kemudian akan beralih ke kiri (akan ada lebih sedikit H 2 CO 3 ). Ia akan serupa jika kita berusaha memberikan kekosongan: CO 2 akan melarikan diri begitu juga molekul air, yang akan mengembalikan keseimbangan ke kiri lagi.
Pepejal tulen
Perkara di atas membolehkan kita membuat kesimpulan: dari larutan H 2 CO 3 tidak ada cara untuk mensintesiskan asid ini sebagai pepejal tulen dengan kaedah konvensional. Namun, ia telah dilakukan, sejak tahun 90-an abad yang lalu, bermula dari campuran pepejal CO 2 dan H 2 O.
Campuran pepejal 50% CO 2 -H 2 O ini dihujani proton (sejenis sinaran kosmik), sehingga kedua-dua komponen tersebut tidak akan terlepas dan pembentukan H 2 CO 3 berlaku . Untuk tujuan ini, campuran CH 3 OH-CO 2 juga telah digunakan (ingat α-H 2 CO 3 ).
Kaedah lain adalah melakukan perkara yang sama tetapi menggunakan ais kering secara langsung, tidak lebih dari itu.
Dari ketiga kaedah tersebut, para saintis NASA dapat mencapai satu kesimpulan: asid karbonik tulen, pepejal atau gas, boleh wujud di satelit es Musytari, es glasier, dan komet, di mana campuran pepejal seperti itu sentiasa disinari. oleh sinar kosmik.
Permohonan
Asid karbonik dengan sendirinya adalah sebatian yang tidak berguna. Namun, dari penyelesaian mereka, penyelesaian penyangga berdasarkan pasangan HCO 3 - / CO 3 2- atau H 2 CO 3 / HCO 3 - dapat disediakan .
Berkat penyelesaian ini dan tindakan enzim anhidrasa karbonik, yang terdapat dalam sel darah merah, CO 2 yang dihasilkan dalam pernafasan dapat diangkut dalam darah ke paru-paru, di mana ia akhirnya dilepaskan untuk dihembuskan ke luar tubuh kita.
Gelembung CO 2 digunakan untuk memberi minuman ringan sensasi yang menyenangkan dan khas yang mereka tinggalkan di kerongkong ketika meminumnya.
Begitu juga, kehadiran H 2 CO 3 mempunyai kepentingan geologi dalam pembentukan stalaktit batu kapur, kerana ia perlahan-lahan melarutkannya sehingga mereka menghasilkan kemasan runcing mereka.
Sebaliknya, penyelesaiannya boleh digunakan untuk menyediakan beberapa bikarbonat logam; walaupun untuk ini lebih menguntungkan dan lebih mudah menggunakan garam bikarbonat secara langsung ( contohnya NaHCO 3 ).
Risiko
Asid karbonik mempunyai jangka hayat yang dapat diabaikan dalam keadaan normal (mereka menganggarkan sekitar 300 nanodetik) sehingga praktiknya tidak berbahaya bagi alam sekitar dan makhluk hidup. Namun, seperti yang dikatakan sebelumnya, itu tidak menunjukkan bahwa tidak dapat menghasilkan perubahan yang mengkhawatirkan dalam pH air laut, yang mempengaruhi fauna laut.
Sebaliknya, "risiko" sebenar terdapat dalam pengambilan air berkarbonat, kerana jumlah CO 2 yang larut di dalamnya jauh lebih tinggi daripada air biasa. Namun, dan sekali lagi, tidak ada kajian yang menunjukkan bahawa meminum air berkarbonat berisiko membawa maut; sekiranya mereka mengesyorkannya untuk berpuasa dan melawan gangguan pencernaan.
Satu-satunya kesan negatif yang dapat dilihat pada mereka yang minum air ini adalah rasa kenyang, kerana perut mereka dipenuhi gas. Di luar ini (belum lagi soda, kerana mereka terdiri daripada lebih daripada sekadar asam karbonat), boleh dikatakan bahawa sebatian ini sama sekali tidak beracun.
Rujukan
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Kimia Analitik Kuantitatif (edisi kelima). Dewan Prentice PEARSON.
- Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
- Wikipedia. (2019). Asid karbonik. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Asid Karbonat: Pembentukan, Struktur & Video Persamaan Kimia. Kaji. Dipulihkan dari: study.com
- Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Menjelaskan struktur asid karbonik. Jilid 346, Isu 6209, hlm. 544-545. DOI: 10.1126 / sains.1260117
- Lynn Yarris. (22 Oktober 2014). Wawasan Baru mengenai Asid Karbonat di Air. Makmal Berkeley. Dipulihkan dari: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammond. (2015, 14 September). Adakah air berkilau benar-benar buruk untuk anda? Dipulihkan dari: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Asid karbonik pepejal dan gas. Institut Kimia Fizikal. Universiti Innsbruck.