Oglekļa skābe (H2CO3), īpašības un nozīme



The ogļskābe, agrāk saukta par gaisa skābi vai gaisa skābi, tā ir vienīgā neorganiskā oglekļa skābe, un tai ir formula H2CO3.

Ogļskābes sāļus sauc par bikarbonātiem (vai ūdeņraža karbonātiem) un karbonātiem (Human Metabolome Database, 2017). Tās struktūra ir parādīta 1. attēlā (EMBL-EBI, 2016).

Ir teikts, ka ogļskābi veido oglekļa dioksīds un ūdens. Oglekļa skābe notiek tikai ar sāļiem (karbonātiem), skābes sāļiem (ūdeņraža karbonātiem), amīniem (karbamīnskābi) un skābes hlorīdiem (karbonilhlorīds) (MeSH, 1991)..

Šo savienojumu nevar izolēt kā tīru vai cietu šķidrumu, jo tā sadalīšanās produkti, oglekļa dioksīds un ūdens ir daudz stabilāki nekā skābe (Royal Society of Chemistry, 2015).

Karbonskābe ir atrodama cilvēka organismā, CO2, kas atrodas asinīs, apvienojas ar ūdeni, lai veidotu ogļskābi, kuru pēc tam izelpo kā gāzi plaušās..

Tas ir atrodams arī akmeņos un alās, kur kaļķakmens var izšķīdināt. H2CO3 var atrasties arī oglēs, meteorītos, vulkānos, skābā lietū, gruntsūdeņos, okeānos un augos (karbonskābes formula, S.F.)..

Indekss

  • 1 Karbonskābes un karbonāta sāļi
  • 2 "Hipotētisks" oglekļa dioksīds un ūdens skābe
  • 3 Fizikālās un ķīmiskās īpašības
  • 4 Lietojumi
  • 5 Nozīme
  • 6 Atsauces

Karbonskābes un karbonāta sāļi

Oglekļa skābe tiek veidota nelielos daudzumos, kad tās anhidrīds, oglekļa dioksīds (CO2) izšķīst ūdenī.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Galvenās sugas ir vienkārši hidratētas CO2 molekulas. Var uzskatīt, ka ogļskābe ir diprotiskā skābe, no kuras var veidoties divas sāļu sērijas, proti, ūdeņraža karbonāti vai bikarbonāti, kas satur HCO3-, un karbonāti, kas satur CO32.-.

H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

Tomēr ogļskābes uzvedība skābē un bāzē ir atkarīga no dažu iesaistīto reakciju dažādiem ātrumiem, kā arī no tā atkarības no sistēmas pH. Piemēram, ja pH ir zemāks par 8, galvenās reakcijas un to relatīvais ātrums ir šādi:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (lēni)
  • H2CO3 + OH- CO HCO3- + H2O (ātri)

Virs pH 10 svarīgas ir šādas reakcijas:

  • CO2 + OH- CO HCO3- (lēns)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (ātri)

Starp pH vērtībām 8 un 10 visas iepriekš minētās līdzsvara reakcijas ir nozīmīgas (Zumdahl, 2008).

"Hipotētisks" oglekļa dioksīds un ūdens skābe

Līdz salīdzinoši nesenam zinātniekam bija pārliecība, ka ogļskābe nav stabila molekula.

Angewandte Chemie žurnālā vācu pētnieki ir ieviesuši vienkāršu pirolītisku metodi gāzu fāzes ogļskābes ražošanai, kas ļāva spektroskopiski raksturot gāzu fāzes ogļskābi un tās monometilesteri (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Oglekļa skābe pastāv tikai nelielai sekundes daļai, kad oglekļa dioksīds izšķīst ūdenī, pirms tas kļūst par protonu un bikarbonāta anjonu maisījumu..

Neskatoties uz īso kalpošanas laiku, ogļskābe rada ilgstošu ietekmi uz Zemes atmosfēru un ģeoloģiju, kā arī uz cilvēka ķermeni..

Sakarā ar īso kalpošanas laiku sērskābes detalizētā ķīmija ir noslēpumainā veidā. Pētnieki, piemēram, Berkelejas laboratorija un Kalifornijas Universitāte (Berkeley) palīdz novērst šo plīvuru, izmantojot virkni unikālu eksperimentu.

Savā jaunākajā pētījumā viņi ir parādījuši, kā gāzveida oglekļa dioksīda molekulas ūdenī tiek solvētas, lai uzsāktu protonu pārneses ķīmiju, kas rada ogļskābi un bikarbonātu (Yarris, 2015).

1991. gadā NASA Goddard kosmosa lidojumu centra (ASV) zinātnieki spēja izdarīt cietus H2CO3 paraugus. Viņi to izdarīja, pakļaujot saldētu ūdens un oglekļa dioksīda maisījumu augstas enerģijas protonu starojumam un pēc tam to uzsildot, lai noņemtu lieko ūdeni..

Atlikušo ogļskābi raksturo infrasarkanā spektroskopija. Fakts, ka ogļskābe tika sagatavota, apstarojot H2O + CO2 cietu maisījumu vai pat tikai sausa ledus apstarošana..

Tas ir novedis pie ierosinājumiem, ka H2CO3 var atrasties kosmosā vai uz Marsa, kur atrodami H2O un CO2 saldējumi, kā arī kosmiskie starojumi (Khanna, 1991)..

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Oglekļa skābe pastāv tikai ūdens šķīdumā. Tīru savienojumu nav iespējams izolēt. Šis risinājums ir viegli atpazīstams, jo tam piemīt gāzveida oglekļa dioksīda noplūde, kas izplūst no ūdens vides.

Tā molekulmasa ir 62,024 g / mol un blīvums ir 1668 g / ml. Oglekļa skābe ir vāja un nestabila skābe, kas daļēji šķīst ūdenī ūdeņraža jonos (H +) un bikarbonāta jonos (HCO3-), kuru pKa ir 3,6.

Tā ir diprotiskā skābe, tā var veidot divu veidu sāļus, karbonātus un bikarbonātus. Bāzes pievienošana ogļskābes pārpalikumam dod bikarbonāta sāļus, bet pārpalikuma bāzes pievienošana ogļskābei dod karbonāta sāļus (Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs, 2017)..

Oglekļa skābe netiek uzskatīta par toksisku vai bīstamu, un tā atrodas cilvēka organismā. Tomēr augsta koncentrācija var kairināt acis un elpceļus.

Lietojumi

Saskaņā ar Michelle McGuire Uztura zinātnes unOgļskābe ir atrodama fermentētajos pārtikas produktos tādu atkritumu veidā, ko rada baktērijas, kas barojas ar bojājošu pārtiku.

Gāzu burbuļi, ko ražo pārtikā, parasti ir ogļskābes oglekļa dioksīds un zīme, ka pārtika fermentējas. Parasti ēdamo fermentēto pārtikas produktu piemēri ir sojas mērce, miso zupa, kāposti, korejiešu kimchi, tempeh, kefīrs un jogurts.

Raudzētie graudi un dārzeņi satur arī labvēlīgas baktērijas, kas var kontrolēt potenciāli patogēnos mikroorganismus jūsu zarnās un uzlabot B-12 un K vitamīnu ražošanu..

Ūdens karbonizācijas procesā veidojas oglekļa skābe, oglekļa dioksīda šķīdums vai dihidrogēnkarbonāts. Tā ir atbildīga par bezalkoholisko dzērienu un bezalkoholisko dzērienu putojošo aspektu, kā norādīts Pārtikas zinātnes un tehnoloģijas vārdnīcā.

Oglekļa skābe veicina sodas augsto skābumu, bet rafinētā cukura un fosforskābes saturs ir galvenais atbildīgais par minēto skābumu (DUBOIS, 2016).

Ogļskābi izmanto arī daudzās citās jomās, piemēram, farmācijā, kosmētikā, mēslošanas līdzekļos, pārtikas pārstrādē, anestēzijā uc.

Nozīme

Oglekļa skābe parasti sastopama okeānu, jūru, ezeru, upju un lietus ūdenī, jo tā veidojas, kad atmosfērā izplatītais oglekļa dioksīds nonāk saskarē ar ūdeni..

Tas ir pat ledāju ledos, kaut arī mazākā daudzumā. Oglekļa skābe ir ļoti vāja skābe, lai gan laika gaitā tā var veicināt eroziju.

Oglekļa dioksīda pieaugums atmosfērā ir radījis okeānos vairāk oglekļa dioksīda un daļēji ir atbildīgs par nelielu okeānu skābuma pieaugumu pēdējo simts gadu laikā..

Oglekļa dioksīds, kas ir šūnu metabolisma atkritumi, ir atrodams salīdzinoši augstā koncentrācijā audos. Tas izkliedējas asinīs un tiek nogādāts plaušās, lai tās izvadītu ar izplūdušo gaisu.

Oglekļa dioksīds ir daudz šķīstošāks nekā skābeklis un viegli izkliedējas sarkanās asins šūnās. Reaģē ar ūdeni, veidojot ogļskābi, kas pie sārmaina pH asinīs galvenokārt parādās kā bikarbonāts (Robert S. Schwartz, 2016).

Oglekļa dioksīds nonāk asinīs un audos, jo tā lokālais daļējais spiediens ir lielāks par tā daļējo spiedienu asinīs, kas plūst caur audiem. Tā kā oglekļa dioksīds nonāk asinīs, tas apvienojas ar ūdeni, veidojot ogļskābi, kas disociējas ūdeņraža jonos (H +) un bikarbonāta jonos (HCO3-).

Oglekļa dioksīda dabiskā pārvēršanās ogļskābē ir salīdzinoši lēns process. Tomēr oglekļa anhidrāze, proteīnu enzīms, kas atrodas sarkano asins šūnu iekšienē, šo reakciju pietiekami ātri katalizē, lai to panāktu tikai dažās sekundēs..

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Tā kā enzīms atrodas tikai sarkano asins šūnu iekšpusē, bikarbonāts uzkrājas daudz vairāk sarkano asins šūnu vidū nekā plazmā..

Asins spēju transportēt oglekļa dioksīdu kā bikarbonātu pastiprina jonu transporta sistēma sarkano asins šūnu membrānā, kas vienlaikus pārvieto bikarbonāta jonu no šūnas un plazmā apmaiņā pret hlorīda jonu..

Šo divu jonu vienlaicīga apmaiņa, kas pazīstama kā hlorīda apmaiņa, ļauj plazmu izmantot kā bikarbonāta uzglabāšanas vietu, nemainot plazmas vai sarkano asins šūnu elektrisko lādiņu..

Tikai 26 procenti no kopējā oglekļa dioksīda satura asinīs ir sastopami kā bikarbonāts sarkano asins šūnu iekšienē, bet 62 procenti eksistē kā bikarbonāts plazmā; tomēr lielākā daļa bikarbonāta jonu vispirms tiek ražoti šūnā, pēc tam tiek transportēti uz plazmu.

Atgriezeniska reakciju secība notiek, kad asinis sasniedz plaušu, kur oglekļa dioksīda daļējais spiediens ir zemāks nekā asinīs. Reakcija, ko katalizē oglekļa anhidrāze, tiek atgriezta plaušās, kur tā pārvērš bikarbonātu atpakaļ CO2 un ļauj to izvadīt (Neil S. Cherniack, 2015).

Atsauces

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014. gada 23. septembris). Oglekļa skābe - un tomēr tā ir! Izgūti no chemistryviews.org.
  2. Karbonskābes formula. (S.F.). Atgūts no softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016. gada 11. janvāris). Karbonskābe pārtikas produktos. Izgūti no livestrong.com.
  4. EMBL-EBI (2016. gada 27. janvāris). ogļskābe. Atgūts no ebi.ac.uk.
  5. Cilvēka metabolisma datu bāze. (2017. gada 2. marts). Oglekļa skābe. Izgūti no hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Protonu apstarotā H2O + CO2 ledus infrasarkanais un masas spektra pētījums: pierādījumi par ogļskābi. Spectrochimica Acta A daļa: molekulārās spektroskopijas sējums 47, 2. izdevums, 255-262. Izgūti no science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Oglekļa skābe. Izgūti no ncbi.nlm.nih.
  8. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs ... (2017. gada 11. marts). PubChem Compound datu bāze; CID = 767. Izgūti no pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015. gada 20. marts). Cilvēka elpošana Atgūts no britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016. gada 29. aprīlis). Asinis. Atgūts no britannica.com.
  11. Karaliskā ķīmijas biedrība. (2015). Oglekļa skābe. Saturs iegūts no: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16. jūnijs). Karbonskābes noslēpumu atrašana. Saturs iegūts no: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, 15. augusts). Okskābe Saturs iegūts no: britannica.com.