- Szerkezet
- Molekula
- Molekuláris kölcsönhatások
- Tiszta szénsav
- Tulajdonságok
- Szintézis
- Pusztulás
- Folyadék-gőz egyensúly
- Tiszta szilárd anyag
- Alkalmazások
- kockázatok
- Irodalom
A szénsav egy olyan szervetlen vegyület, bár némi vita valójában szerves, kémiai képlete H 2 CO 3. Ezért kétbázisú savból, adására képes két H + ionokat a vizes közeghez, hogy két molekuláris kationok H 3 O +. Belőle merülnek fel a jól ismert hidrogén-karbonát (HCO 3 -) és karbonát (CO 3 2-) ionok.
Ez a különös sav, amely egyszerű, de ugyanakkor olyan rendszerekben is részt vesz, ahol számos faj vesz részt a folyadék-gőz egyensúlyában, két alapvető szervetlen molekulaból áll: vízből és szén-dioxidból. A jelenléte nem oldott CO 2 figyelhető ha van egy buborékolás a vízben, az emelkedő a felszín felé.
Üveg szénsavas vízzel, az egyik leggyakoribb szénsavat tartalmazó itallal. Forrás: Pxhere.
Ez a jelenség nagyon rendszeresen megfigyelhető a szénsavas italokban és a szénsavas vízben.
Abban az esetben, szénsavas vagy szénsavas vizet (felső kép), olyan mennyiségű CO 2 feloldódott, hogy a gőznyomás több mint kétszerese, hogy a légköri nyomást. A kupak visszacsomagolásakor a palack belsejében és kívül levő nyomáskülönbség csökkenti a CO 2 oldhatóságát, ezért buborékok jelennek meg, amelyek a folyadékból kiszabadulnak.
Kisebb mértékben, azonos fordul elő bármely szerv friss vagy a sós oldattal: hevítve felszabadítja saját oldott CO 2 -tartalom.
Azonban, a CO 2 nem csak oldott, hanem átmegy transzformációk a molekulában, hogy átalakítsuk azt H 2 CO 3; egy sav, amelynek túl kevés élettartama van, de elegendő ahhoz, hogy vizes oldószeres közegének pH-értékét mérhető módon megváltoztassuk, és egyedülálló karbonát-pufferrendszert állítunk elő.
Szerkezet
Molekula
Szénsav-molekula, amelyet egy gömb- és rúdmodell képvisel. Forrás: Jynto és Ben Mills a Wikipedia segítségével.
Felett van a H 2 CO 3 -molekula, gömbök reprezentálják és rudak. A piros gömb az oxigénatomoknak felel meg, a fekete a szénatomnak, a fehér a fehér a hidrogén atomoknak.
Vegye figyelembe, hogy a képtől kezdve megírhat egy másik érvényes formulát erre a savra: CO (OH) 2, ahol a CO karbonilcsoporttá válik, C = O, amely két hidroxilcsoporthoz kapcsolódik, OH. Mivel két OH csoport létezik, amelyek képesek hidrogénatomjaik adományozására, ezért megértjük, hogy honnan kerülnek a környezetbe kibocsátott H + -ionok.
A szénsav molekuláris szerkezete.
Azt is vegye figyelembe, hogy a CO (OH) 2 képlet OHCOOH formátumú lehet; vagyis RCOOH típusú, ahol R ebben az esetben OH csoport.
Ez az oka annak, hogy a molekula oxigénből, hidrogénből és szénatomokból áll, amelyek a szerves kémiában túlságosan általánosak, ezért a szénsavat egyesek szerves vegyületnek tekintik. A szintézis szakaszában azonban elmagyarázza, hogy mások miért tekintik szervetlen és nem szerves természetűnek.
Molekuláris kölcsönhatások
A H 2 CO 3 molekula megjegyezhető, hogy geometriája trigonális sík, a szén a háromszög közepén helyezkedik el. Két csúcsában OH csoportokkal rendelkezik, amelyek hidrogénkötés-donorok; és a másik fennmaradó csoportban a C = O csoport oxigénatomja, a hidrogénkötések akceptora.
Így, H 2 CO 3 egy erős tendencia, hogy kölcsönhatásba lépnek a protikus vagy oxigénezett (és a nitrogéntartalmú) oldószerek.
És véletlenszerűen, a víz teljesíti ezt a két tulajdonságot, és a H 2 CO 3 affinitása olyan, hogy szinte azonnal feladja a H + -ot, és megkezdődik egy hidrolízis egyensúly kialakulása, amely magában foglalja a HCO 3 - és H 3 O fajokat. +.
Ezért pusztán a víz jelenléte lebontja a szénsavat, és megnehezíti a tiszta vegyületként történő izolálását.
Tiszta szénsav
Visszatérve a H 2 CO 3 molekulához, nem csak lapos, képes hidrogénkötéseket létrehozni, hanem cisz-transz izomerizmust is mutathat; Ez azt jelenti, hogy a képen a cisz-izomer van, a két H azonos irányba mutat, míg a transz-izomer ellenkező irányba mutat.
A cisz-izomer a kettő közül stabilabb, és ezért ez az egyetlen, amelyet általában képviselnek.
Egy tiszta, szilárd H 2 CO 3 áll kristályos álló struktúra rétegek vagy lapok a kölcsönhatásba lépő molekulákat oldalirányú hidrogénkötések. Ez várható, mivel a H 2 CO 3 molekula lapos és háromszög alakú. Amikor szublimál, gyűrűs dimerek (H 2 CO 3) 2 megjelennek, amelyek egymáshoz vannak rögzítve a két hidrogénkötések C = O-OH.
A H 2 CO 3 kristályok szimmetriáját egyelőre nem határozták meg. Úgy ítélték meg, hogy kristályosodni, mint két polimorf: α-H 2 CO 3 és β-H 2 CO 3. Azonban, α-H 2 CO 3, szintetizált keverékéből CH 3 COOH-CO 2, kimutatták, hogy ténylegesen CH 3 OCOOH: egy-monometil-észtert a szénsav.
Tulajdonságok
Megemlítették, hogy H 2 CO 3 egy kétbázisú savból, így adományozni két H + ionok egy adathordozón, amely elfogadja őket. Ha ez a közeg víz, akkor disszociációjának vagy hidrolízisének egyenletei a következők:
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 - a hidrogén-karbonát vagy hidrogén-karbonát anion, és a CO 3 2- a karbonát anion. A megfelelő egyensúlyi állandókat, Ka 1 és Ka 2, szintén megjelöltük. Mivel a Ka 2 ötszörösebben kisebb, mint a Ka 1, a CO 3 2- képződés és koncentráció elhanyagolható.
Így, bár ez egy diprotikus sav, a második H + alig képes felszabadítani azt észrevehetően. Ugyanakkor nagy mennyiségben oldott CO 2 jelenléte elegendő a táptalaj savanyításához; ebben az esetben a víz, csökkenti annak pH-értékét (7 alatt).
A szénsavról gyakorlatilag olyan vizes oldatra kell utalni, ahol a HCO 3 - és H 3 O + fajok dominálnak; ezt nem lehet szokásos módszerekkel elkülöníteni, mivel a legkisebb kísérlet megváltoztatja a CO 2 oldhatóságának egyensúlyát a vízbõl elbõvõ buborékok képzõdésében.
Szintézis
Pusztulás
A szénsav az egyik legkönnyebben szintetizálható vegyület. Hogyan? A legegyszerűbb módszer az, hogy egy szalma vagy szalma segítségével buborékoltatunk levegőt, amelyet egy mennyiségű vízbe kilégzünk. Mivel lényegében kilégzést CO 2, akkor buborék a vízbe, feloldjuk egy kis részét.
Amikor ezt megtesszük, a következő reakció fordul elő:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
De viszont a CO 2 vízben való oldhatóságát figyelembe kell venni:
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Mind a CO 2, mind a H 2 O szervetlen molekulák, tehát a H 2 CO 3 ebből a szempontból szervetlen.
Folyadék-gőz egyensúly
Ennek eredményeként egy egyensúlyi rendszerünk van, amely nagymértékben függ a CO 2 parciális nyomásaitól, valamint a folyadék hőmérséklettől.
Például, ha növekszik a CO 2 nyomása (abban az esetben, ha nagyobb erővel fújjuk a levegőt a szalmán keresztül), több H 2 CO 3 képződik és a pH savasabb lesz; mivel az első egyensúly jobbra tolódik el.
Másrészt, ha melegítjük a H 2 CO 3 oldatot, akkor a CO 2 vízben való oldhatósága csökken, mert ez egy gáz, és az egyensúly ezután balra tolódik (kevesebb H 2 CO 3 lesz). Ez hasonló lesz, ha megpróbáljuk alkalmazni vákuum: a CO 2 távozik, valamint a vízmolekulák, amelyek eltolják az egyensúlyt, hogy a ismét balra.
Tiszta szilárd anyag
A fentiek lehetővé teszik a következtetés levonását: egy H 2 CO 3 oldatból nincs mód arra, hogy ezt a savat tiszta szilárd anyagként szintetizáljuk egy szokásos módszerrel. Azonban, ez megtörtént, mivel a 90-es évek a múlt század, kiindulva szilárd keverékei CO 2 és H 2 O.
Ezt a szilárdanyag keveréket 50% CO 2 -H 2 O bombázzuk protonok (egyfajta kozmikus sugárzás), úgy, hogy se a két komponens a menekülés és a képződő H 2 CO 3 bekövetkezik. Erre a célra, a CH 3 OH-CO 2 keveréket is használják (emlékezni α-H 2 CO 3).
Egy másik módszer az, ha ugyanezt csináljuk, de közvetlenül a szárazjég felhasználásával semmi több.
A három módszer közül a NASA tudósai egy következtetésre jutottak: tiszta, szilárd vagy gáznemű szénsav létezhet a Jupiter jeges műholdaiban, a marsi gleccserekben és a üstökösökben, ahol az ilyen szilárd keverékeket állandóan besugárzzák. a kozmikus sugarak által.
Alkalmazások
A szénsav önmagában egy haszontalan vegyület. Az ő oldatok azonban, puffer alapuló megoldásokat a párokat HCO 3 - / CO 3 2- vagy H 2 CO 3 / HCO 3 - állíthatók elő.
Köszönhetően ezek a megoldások, és az intézkedés a karboanhidráz enzim, jelen vörösvértestek, a CO 2 termelt légzés lehet szállítani a vérben, hogy a tüdőbe, ahol végre megjelent, hogy kilélegzett kívül testünk.
A fortyogó CO 2 használják, hogy üdítőitalok kellemes és jellegzetes érzés, hogy elhagyják a torokban, amikor ivott velük.
Hasonlóképpen, a H 2 CO 3 jelenléte geológiai jelentőséggel bír a mészkő sztalaktitok képződésében, mivel lassan oldja őket, amíg a hegyes felületük meg nem alakul.
Másrészt megoldásai felhasználhatók bizonyos fém-hidrogén-karbonátok előállítására; Bár ehhez az jövedelmezőbb és könnyebben közvetlenül használni egy karbonát-só (NaHCO 3, például).
kockázatok
A szénsav élettartama normál körülmények között olyan elhanyagolható (körülbelül 300 nanosekundumot becsülnek meg), hogy gyakorlatilag ártalmatlan a környezetre és az élőlényekre. Amint azt korábban már említettük, ez nem jelenti azt, hogy nem okozhat aggasztó változást az óceánvíz pH-jában, amely befolyásolja a tengeri állatvilágot.
Másrészt, az igazi „kockázat” található a beszívott karbonizált víz, mivel a CO mennyiségének 2 feloldjuk őket sokkal magasabb, mint a normál víz. Ugyanakkor, és ismét, nincs olyan tanulmány, amely kimutatta volna, hogy a szénsavas víz ivása halálos veszélyt jelent; ha még azt is javasolják, hogy böjtölje és legyőzze az emésztési zavarokat.
Az egyetlen negatív hatás, amelyet a vizet iszókban tapasztaltak, a teljesség érzése, mivel gyomoruk feltöltődik gázokkal. Ezen kívül (nem is beszélve az ízesítésről, mivel ezek nemcsak szénsavból állnak), azt mondhatjuk, hogy ez a vegyület egyáltalán nem mérgező.
Irodalom
- Day, R. és Underwood, A. (1989). Kvantitatív analitikai kémia (ötödik kiadás). PEARSON Prentice Hall.
- Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Szénsav. Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Szénsav: képződés, szerkezet és kémiai egyenlet videó. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
- Götz Bucher és Wolfram Sander. (2014). A szénsav szerkezetének tisztázása. 346. kötet, 6209. szám, p. 544-545. DOI: 10.1126 / science.1260117
- Lynn Yarris. (2014. október 22.). Új betekintés a vízben lévő szénsavba. Berkeley Lab. Helyreállítva: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammond. (2015, szeptember 14). A szénsavas víz valóban káros? Helyreállítva: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Szilárd és gáznemű szénsav. Fizikai Kémiai Intézet. Innsbrucki Egyetem.