Kolsyra

Ej att förväxla med karbolsyra .

Kolsyra

Namn
IUPAC-namn Kolsyra
Andra namn Hydroximyrsyra Hydroxymetansyra Dihydroxikarbonyl
Identifierare
CAS-nummer	463-79-6   Y
3D-modell ( JSmol )	Interaktiv bild
ChEBI	CHEBI:28976   Y
ChEMBL	ChEMBL1161632   Y
ChemSpider	747   Y
DrugBank	DB14531
ECHA InfoCard	100.133.015
EG-nummer	610-295-3
Gmelin Referens	25554
KEGG	C01353   Y
PubChem CID	767
UNII	142M471B3J   Y
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID9043801
InChI InChI=1S/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)   Y Nyckel: BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N   Y InChI=1/H2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4) Nyckel: BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYAU
LEDER O=C(O)O
Egenskaper
Kemisk formel	H 2 CO 3
Utseende	Färglös gas
Smältpunkt	−53 °C (−63 °F; 220 K) (sublimer)
Kokpunkt	127 °C (261 °F; 400 K) (sönderdelas)
Vattenlöslighet	Reagerar och bildar koldioxid och vatten
Konjugerad bas	Bikarbonat , Karbonat
Faror
NFPA 704 (branddiamant)	0 0 1
Strukturera
Kristallstruktur	monoklinisk
Rymdgrupp	p21/c, nr 14
Punktgrupp	-
Gitterkonstant	a = 5,392 Å, b = 6,661 Å, c = 5,690 Å α = 90°, β = 92,66°, γ = 90° ( D2CO3 vid 1,85 GPa , 298 K )
Gittervolym ( V )	204.12 Å3
Formelenheter ( Z )	4 formler per cell
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).   Y ( vad är Y N ?) Infobox referenser

Inom kemin är kolsyra en oorganisk förening med den kemiska formeln H ₂ C O ₃ . Som en utspädd lösning i vatten är den genomträngande, men den rena föreningen, en färglös gas, kan endast erhållas vid temperaturer runt -80 °C. Molekylen omvandlas snabbt till vatten och koldioxid i närvaro av vatten, men i frånvaro av vatten, i motsats till vad många tror, ​​är den ganska stabil vid rumstemperatur. Omvandlingen av koldioxid och kolsyra är relaterad till djurens andningscykel och surheten i naturliga vatten .

Inom biokemi och fysiologi appliceras namnet "kolsyra" ofta på vattenhaltiga lösningar av koldioxid , som spelar en viktig roll i bikarbonatbuffertsystemet , som används för att upprätthålla syra-bas-homeostas .

Kemisk jämvikt

Jämviktskonstantvärden

Bjerrum plot för karbonatspeciering i havsvatten (jonstyrka 0,7 mol dm ⁻³ )

I vattenlösning uppträder kolsyra som en tvåbasisk syra . Bjerrumsdiagrammet visar typiska jämviktskoncentrationer, i lösning, i havsvatten , av koldioxid och de olika arterna som härrör från den, som en funktion av pH . Försurningen av naturliga vatten orsakas av den ökande koncentrationen av koldioxid i atmosfären, som orsakas av förbränning av ökande mängder kol och kolväten .

Förväntad förändring avser förutspådd effekt av fortsatt havsförsurning . Det har uppskattats att ökningen av löst koldioxid har gjort att havets genomsnittliga pH-värde har minskat med cirka 0,1 från förindustriella nivåer.

Stabilitetskonstantdatabasen innehåller 136 poster med värden för de totala protonationskonstanterna, β 1 _och β ₂ , för karbonatjonen. I följande uttryck representerar [H ⁺ ] koncentrationen, vid jämvikt, av den kemiska arten H ⁺ , etc.

Värdet på log β ₁ minskar med ökande jonstyrka , ${\ce {I}}$ . Vid 25 °C:

${\ce {CO3^{2-}{+ H+}<=> HCO3^-}}$ : $\beta _{1}={\frac {[{\text{HCO}}_{3}^{-}]}{[{\text{H}} ^{+}][{\text{CO}}_{3}^{2-}]}}$

$\log \beta _{1} =0,54I^{2}-0,96I+9,93$ (valda data från SC-databasen)

Värdet på log β ₂ minskar också med ökande jonstyrka.

${\ce {CO3^{2-}{+ 2H+}<=> H2CO3}}$ : $\beta _{2}={\frac {[{\text{H}}_{2}{\text{CO}}_{3}]} {[{\text{H}}^{+}]^{2}[{\text{CO}}_{3}^{2-}]}}$

$\log \beta _{2}=-2.5I^{2}-0.043I+16.07$

Vid ${\ce {I}}$ =0 och 25 °C är pK-värdena för de stegvisa dissociationskonstanterna

pKi = logp2 _- logpi ₌ 6,77 _.

pK2 = logpi ₌ 9,93 _.

När pH = pK har de två kemiska arterna i jämvikt med varandra samma koncentration.

Not 1 : Det finns tydligen motstridiga värden i litteraturen för _pKa . Pines et al. ange ett värde för "pK _app " på 6,35, i överensstämmelse med värdet 6,77, som nämns ovan. De ger också ett värde för "pK _a " på 3,49 och anger det

pK _a = pK _app − log K _D (ekv. 5)

där _KD = [CO2 _{] /} [ _H2CO3 ] . (eqn. 3) Situationen uppstår från det sätt som dissociationskonstanterna namnges och definieras, vilket tydligt anges i texten i Pines uppsats, men inte i abstraktet.

Note 2 : Numreringen av dissociationskonstanter är den omvända numreringen av numreringen av associationskonstanter , så pK ₂ (dissociation)= log β ₁ (association). Värdet på den stegvisa konstanten för jämvikten

${\ce {HCO3- <=> CO3^{2-}{+ H+}}}$

ges av

pK ₁ (dissociation) ₁ = log β ₂ − log β ₁ (association)

I icke-biologiska lösningar

Hydratiseringsjämviktskonstanten vid 25 °C kallas K _h , vilket i fallet med kolsyra är [H ₂ CO _{3 ]} / [ CO ₂ ] ≈ 1,7×10 ⁻³ i rent vatten och ≈ 1,2×10 ⁻³ i havsvatten . Därför omvandlas inte huvuddelen av koldioxiden till kolsyra, utan blir kvar som CO ₂ -molekyler. I frånvaro av en katalysator uppnås jämvikten ganska långsamt. Hastighetskonstanterna är 0,039 s ⁻¹ för framåtreaktionen och 23 s ⁻¹ för den omvända reaktionen .

Inom dryckesindustrin brukar mousserande eller "kolsyrat vatten" kallas kolsyrat vatten . Det görs genom att lösa upp koldioxid under ett litet övertryck i vatten. Många läskedrycker behandlade på samma sätt gör dem brusande .

Betydande mängder molekylär H ₂ CO ₃ finns i vattenlösningar som utsätts för tryck av flera gigapascal (tiotusentals atmosfärer), såsom kan förekomma i planetariska interiörer. Tryck på 0,6–1,6 GPa vid 100 K och 0,75–1,75 GPa vid 300 K uppnås i kärnorna av stora isiga satelliter som Ganymede , Callisto och Titan , där vatten och koldioxid finns. Ren kolsyra, som är tätare, skulle sedan sjunka under islagren och separera dem från dessa månars steniga kärnor.

I biologiska lösningar

När enzymet kolsyraanhydras också är närvarande i lösningen har följande reaktion företräde.

${\ce {HCO3^- {+}H^+ <=> CO2 {+}H2O}}$

När mängden koldioxid som skapas av framåtreaktionen överstiger dess löslighet, utvecklas gas och en tredje jämvikt

${\ce {CO_2 (soln) <=> CO_2 (g)}}$

måste också beaktas. Jämviktskonstanten för denna reaktion definieras av Henrys lag . De två reaktionerna kan kombineras för jämvikt i lösning.

${\ce {HCO3^- {+}H^{+}<=> CO_2(soln) {+}H2O}}$ : ${\ce {K_3 = {\frac {[H^+][HCO_3^{-}]}{[CO_2 (soln)]}}}}$

När Henrys lag används för att beräkna termens värde i nämnaren behövs omsorg med hänsyn till dimensionalitet.

Inom fysiologi kan koldioxid som utsöndras av lungorna kallas flyktig syra eller respiratorisk syra .

Användning av termen kolsyra

Speciation för en monoprotisk syra, AH som funktion av pH.

Strängt taget hänvisar termen "kolsyra" till den kemiska föreningen med formeln ${\displaystyle {\ce {H2CO3}}} ,$ men av historiska skäl hänvisas ofta till löst koldioxid i extracellulär vätska som " kolsyra" i biokemilitteraturen.

Eftersom pK _al har ett värde på ca. 6.8, vid jämvikt kommer kolsyra att vara nästan 50% dissocierad i den extracellulära vätskan ( cytosol ) som har ett pH på ca. 7.2.

Reaktionen i vilken det produceras

HCO ₃ ⁻ + H ⁺ ⇌ CO ₂ + H ₂ O

är snabb i biologiska system. Koldioxid kan beskrivas som anhydriden av kolsyra.

Ren kolsyra

Kolsyra, H ₂ CO ₃ , är ganska stabil vid omgivningstemperaturer som en gas. I närvaro av vatten sönderdelas det och bildar koldioxid och vatten, vilket ytterligare påskyndar nedbrytningen.

Ren kolsyra framställs huvudsakligen på två sätt, protonbestrålning av ren fast koldioxid eller genom reaktion av väteklorid och kaliumbikarbonat vid 100 K i metanol .

     En högtrycksdeutererad version av kolsyra, dvs D ₂ CO ₃ , har producerats i en hybridcell (rysk legering/koppar-beryllium) vid 1,85 GPa och kännetecknad av neutrondiffraktion . Molekylerna, som är plana, bildar dimerer sammanfogade av par av vätebindningar . Alla tre CO-bindningarna är nästan lika långt vid 1,34 Å. Mer typiska CO- och C=O-avstånd är 1,43 respektive 1,23 Å. De ovanliga CO-bindningslängderna tillskrivs delokaliserad π-bindning i molekylens centrum, förutom utomordentligt starka vätebindningar, vilket indikeras av O---O-separationen på 2,13 Å. O---O-separationens korthet är delvis en konsekvens av 136° OHO, som åstadkommes av de dubbelvätebundna 8-ledade ringarna. Längre O---O-avstånd observeras i starka, intramolekylära vätebindningar, t.ex. i dikarboxylsyra , som är över 2,4 Å. Kolsyra framställd vid omgivande tryck visar inte Bragg-toppar i röntgendiffraktion och måste därför betraktas som amorf.

Vidare läsning

• " Klimat och kolsyra " i Popular Science Monthly Volume 59, juli 1901
• Welch, MJ; Lifton, JF; Seck, JA (1969). "Spårstudier med radioaktivt syre-15. Utbyte mellan koldioxid och vatten". J. Phys. Chem. 73 (335): 3351. doi : 10.1021/j100844a033 .
•   Jolly, WL (1991). Modern oorganisk kemi (2nd Edn.) . New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-112651-9 .
• Moore, MH; Khanna, R. (1991). "Infraröda och masspektrala studier av protonbestrålad H2O+Co2-is: bevis för kolsyrais: bevis för kolsyra" . Spectrochimica Acta . 47A (2): 255-262. Bibcode : 1991AcSpA..47..255M . doi : 10.1016/0584-8539(91)80097-3 .
•   W. Hage, KR Liedl; Liedl, E.; Hallbrucker, A; Mayer, E (1998). "Kolsyra i gasfasen och dess astrofysiska relevans". Vetenskap . 279 (5355): 1332–1335. Bibcode : 1998Sci...279.1332H . doi : 10.1126/science.279.5355.1332 . PMID 9478889 .
• Hage, W.; Hallbrucker, A.; Mayer, E. (1995). "En polymorf av kolsyra och dess möjliga astrofysiska relevans". J. Chem. Soc. Faraday Trans. 91 (17): 2823–2826. Bibcode : 1995JCSFT..91.2823H . doi : 10.1039/ft9959102823 .

externa länkar

• Kolsyra/bikarbonat/karbonatjämvikt i vatten: pH i lösningar, buffertkapacitet, titrering och artfördelning kontra pH beräknat med ett gratis kalkylblad
• Hur man beräknar koncentrationen av kolsyra i vatten