В крови: Бикарбонат, форма соли угольной кислоты, действует как промежуточное звено для транспортировки CO ₂ из организма посредством дыхательного газообмена.

Он также играет жизненно важную роль в протонировании многих азотистых оснований в сыворотке крови. Углекислота является основным буферным элементом в организме человека и расщепляется на углекислый газ ферментом, называемым карбоангидразой.

Углекислота – Энциклопедия Нового Света

Материал из Энциклопедии Нового Света

Перейти к:навигация, поиск

Предыдущий (Карбонатит)

Следующий (Углеугольный)

Другие названия	Раствор диоксида углерода
Идентификаторы
CAS-номер	[463-79-6]
УЛЫБКИ	С(=О)(О)О
Недвижимость
Молекулярная формула	H ​​ 2 CO 3
Молярная масса	62,03 г/моль
Плотность	1,0 г/см 3 (разбавленный раствор)
Растворимость в воде	существует только в растворе
Кислотность (p K a )	6,36 (см. текст) 10,25
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 °C, 100 кПа)

Угольная кислота (древнее название кислота воздуха или воздушная кислота ) является слабой кислотой с формулой H ₂ CO ₃ . Он образуется в небольших количествах при растворении углекислого газа в воде и обычно находится только в растворе. Соли угольных кислот называются бикарбонатами (или гидрокарбонатами, когда анион HCO ₃ ⁻ ) и карбонаты (когда анионом является CO ₃ ²⁻ ).

Содержимое

• 1 Раствор в воде
• 2 Кислотность угольной кислоты
• 3 Роль угольной кислоты в крови
• 4 Получение чистой угольной кислоты
• 5 pH и состав раствора угольной кислоты
• 6 См. также
• 7 Каталожные номера
• 8 Внешние ссылки
• 9 кредитов

Присутствие угольной кислоты в крови и других жидкостях организма помогает контролировать уровень pH (кислотность) этих жидкостей.

Раствор в воде

Диоксид углерода, растворенный в воде, находится в равновесии с угольной кислотой:

CO ₂ + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃

Констагистрация равновесия при 25 ° C IS K _H = 1,7067707707.707.707.707.707.707.707.707.707.707.707.707.707.707

7

. что указывает на то, что большая часть углекислого газа не превращается в угольную кислоту и остается в виде CO ₂ молекул. В отсутствие катализатора равновесие достигается довольно медленно.

Константы скорости составляют 0,039 с ^-1 для прямой реакции (CO ₂  + H ₂ O → H ₂ CO ₃ ) и 23 с ^{-1 для обратной реакции (0 -1 ₂ CO ₃  → CO ₂  + H ₂ O).}

Кислотность угольной кислоты

Угольная кислота имеет два кислых атома водорода и, следовательно, две константы диссоциации:

H ₂ CO ₃ ⇌ HCO ₃ ^– + H ⁺

K _A1 = 2. 5.920920 _{.920.920.920.920.920.920.920.920.}

. p K _a1 = 3,60 при 25 °C.

HCO ₃ ⁻ ⇌ CO ₃ ²⁻ + H ⁺

K _a2 = 5.61×10 ⁻¹¹ mol/L ; стр К _а2 = 10,25 при 25 °С.

Следует соблюдать осторожность при указании и использовании первой константы диссоциации угольной кислоты. Приведенное выше значение верно для молекулы H ₂ CO ₃ и показывает, что это более сильная кислота, чем уксусная кислота или муравьиная кислота: этого можно было ожидать из-за влияния электроотрицательного кислородного заместителя. Однако, угольная кислота существует только в растворе в равновесии с двуокисью углерода, поэтому концентрация H ₂ CO ₃ значительно ниже концентрации CO ₂ , снижающий измеренную кислотность. Уравнение можно переписать следующим образом ( ср. сернистая кислота ):

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ⁻ + H ⁺

K _a = 4.30×10 ⁻⁷ mol/L; р К _а = 6,36.

Эта цифра цитируется как константа диссоциации угольной кислоты, хотя это двусмысленно: ее лучше было бы назвать константой кислотности диоксида углерода, поскольку она особенно полезна для расчета pH CO ₂ растворы.

Роль угольной кислоты в крови

Углекислота играет очень важную роль в крови млекопитающих. Является промежуточным звеном при переносе углекислого газа из легких в кровь и обратно. Превращение диоксида углерода в угольную кислоту катализируется ферментом (карбоангидраза), который увеличивает скорость реакции почти в миллиард раз. Углекислота диссоциирует в крови (как и в других растворах) с образованием в основном H ⁺ и HCO ₃ ^– (бикарбонат) ионы. Эта диссоциация является равновесной реакцией и помогает контролировать уровень рН крови.

Получение чистой угольной кислоты

Долгое время исследователи считали невозможным получение чистого бикарбоната водорода (H ₂ CO ₃ ) при комнатной температуре (около 20 °C или около 70 °F). Однако в 1991 году ученым из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА (США) удалось получить первый чистый H ₂ CO ₃ проб. Они сделали это, подвергнув замороженную смесь воды и углекислого газа высокоэнергетическому излучению, а затем нагрев, чтобы удалить избыток воды. Оставшуюся угольную кислоту охарактеризовали с помощью инфракрасной спектроскопии.

Способность производить угольную кислоту путем облучения твердой смеси H ₂ O и CO ₂ привела к предположению, что H ₂ CO ₃ можно найти в космическом пространстве, где замерзшие льды H ₂ О и СО ₂ распространены, как и космические лучи и ультрафиолетовый свет, чтобы помочь им реагировать.

Такой же полиморф угольной кислоты (обозначается бета-угольной кислотой) был получен криотехнологией в Университете Инсбрука: чередующиеся слои стеклообразных водных растворов бикарбоната и кислоты нагревали в вакууме, что вызывает протонирование бикарбоната, и растворитель впоследствии удалены. Второй полиморф (обозначенный альфа-угольной кислотой) был получен по той же методике в Университете Инсбрука с использованием в качестве растворителя метанола, а не воды.

Исследователи из Инсбрука сообщили, что чистая, не содержащая воды угольная кислота очень стабильна в газовой фазе с рассчитанным периодом полураспада 180 000 лет. Тем не менее, согласно их расчетам, присутствие одной молекулы воды заставляет молекулу угольной кислоты быстро разлагаться на углекислый газ и воду.

pH и состав раствора угольной кислоты

При данной температуре состав чистого раствора угольной кислоты (или чистого CO _{2 9раствор 0008) полностью определяется парциальным давлением двуокиси углерода над раствором pCO2{\displaystyle \scriptstyle p_{CO_{2}}}. Для расчета этого состава необходимо принять во внимание указанные выше равновесия между тремя различными карбонатными формами (H 2 CO 3 , HCO 3 ⁻ и CO 3 ²⁻ ), а также равновесие между растворенным CO 2 и H 2 CO 3 с константой Kh = [h3CO3] [CO2] {\ displaystyle \ scriptstyle K_ {h} = {\ frac {[H_ {2} CO_ {3} ]}{[CO_{2}]}}} (см. выше) и следующего равновесия между растворенным CO 9{2-}]} дают шесть уравнений для шести неизвестных [CO 2 ], [H 2 CO 3 ], [H ⁺ ], [OH ⁻ ], [HCO 3 ^– ] и [CO 3 ²⁻ ], показывая, что состав раствора полностью определяется pCO2 {\ displaystyle \ scriptstyle p_ {CO_ {2}}}. Уравнение, полученное для [H ⁺ ], представляет собой кубическую форму, численное решение которой дает следующие значения pH и различных концентраций частиц:}

PCO2 {\ displaystyle \ scriptstyle P_ {CO_ {2}}} (атм. )	рН	[CO 2 ] (моль/л)	[H 2 CO 3 ] (моль/л)	[HCO 3 − ] (моль/л)	[CO 3 2− ] (моль/л)
10 −8	7,00	3,36 × 10 -10	5,71 × 10 −13	1,42 × 10 −9	7,90 × 10 −13
10 −6	6,81	3,36 × 10 −8	5,71 × 10 −11	9,16 × 10 −8	3,30 × 10 −11
10 −4	5,92	3,36 × 10 −6	5,71 × 10 −9	1,19 × 10 −6	5,57 × 10 −11
3,5 × 10 −4	5,65	1,18 × 10 −5	2,00 × 10 −8	2,23 × 10 −6	5,60 × 10 −11
10 −3	5,42	3,36 × 10 −5	5,71 × 10 −8	3,78 × 10 −6	5,61 × 10 −11
10 −2	4,92	3,36 × 10 −4	5,71 × 10 −7	1,19 × 10 −5	5,61 × 10 −11
10 −1	4,42	3,36 × 10 −3	5,71 × 10 −6	3,78 × 10 −5	5,61 × 10 −11
1	3,92	3,36 × 10 −2	5,71 × 10 −5	1,20 × 10 −4	5,61 × 10 −11
2,5	3,72	8,40 × 10 −2	1,43 × 10 −4	1,89 × 10 −4	5,61 × 10 −11
10	3,42	0,336	5,71 × 10 −4	3,78 × 10 −4	5. 61 × 10 −11

• Мы видим, что во всем диапазоне давлений pH всегда значительно ниже pKa ₂ , так что концентрация CO ₃ 1−7 g − по концентрации HCO ₃ ⁻ . Фактически CO _{3 9{-4}} атм), мы получаем слабокислый раствор (р Н = 5,7) и растворенный углерод теперь находится в основном в форме СО 2 . Начиная с этого давления, [OH ^– ] также становится незначительным, так что ионизированная часть раствора теперь представляет собой эквимолярную смесь H ⁺ и HCO 3 ^– .}

• При давлении CO ₂ , типичном для бутылок с газировкой (PCO2{\displaystyle \scriptstyle P_{CO_{2}}} ~ 2,5 атм), мы получаем относительно кислую среду (стр. H = 3,7) с высокой концентрацией растворенного СО ₂ . Эти особенности обуславливают кисловатый и игристый вкус этих напитков.

• В диапазоне от 2,5 до 10 атм pH пересекает значение pKa ₁ (3,60), что дает преобладающую концентрацию H ₂ CO ₃ (по отношению к HCO ₃ ^{− − − − − − −}

Как отмечалось выше, [CO ₃ ²⁻ ] можно пренебречь для этой конкретной задачи, что приводит к следующему очень точному аналитическому выражению для [H 9{1/2}}

См.

• Кислота
• Углерод
• Углекислый газ
• pH

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Hage, W., K.R. Liedl, A. Hallbrucker и E. Mayer. 1998. «Углекислота в газовой фазе и ее астрофизическое значение». Наука , 279:1332-1335.
• Hage, W., A. Hallbrucker, and E. Mayer. 1993. «Угольная кислота: синтез путем протонирования бикарбоната и спектроскопическая характеристика FTIR с помощью нового криогенного метода». Дж. Ам. хим. соц. 115:8427-8431.
• Hage, W., A. Hallbrucker, and E. Mayer. 1995. Полиморф угольной кислоты и его возможное астрофизическое значение. J. Chem. соц. Фарада. Транс. 91:2823-2826.
• Jolly, WL 1991. Современная неорганическая химия , 2-е изд. Нью-Йорк: MgGraw-Hill. ISBN 0-07-112651-1
• Лёртинг, Т., К. Таутерманн, Р.Т. Кремер, И. Коль, Э. Майер, А. Халльбрукер и К. Р. Лидл. 2001. «Об удивительной кинетической стабильности угольной кислоты». Анжю. хим. Междунар. Эд. 39:891-895.
• Мур, М. Х. и Р. Ханна. 1991. «Инфракрасные и масс-спектральные исследования льда, облученного протонами h3O+CO2: доказательства существования угольной кислоты». Spectrochimica Acta , 47A:255-262.
• Welch, M.J., J.F. Lipton, and J.A. Seck. 1969. . J. Phys. хим. 73:3351.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 10 января 2017 г.

• Почему так долго несправедливо сомневались в существовании угольной кислоты?

Авторы

Энциклопедия Нового Света автора и редактора переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа.