De koolzuur Het is een anorganische verbinding, hoewel er mensen zijn die debatteren dat het eigenlijk organisch is, waarvan de chemische formule H istweeCO3. Het is daarom een diprotisch zuur dat twee H-ionen kan afgeven+ naar het waterige medium om twee moleculaire kationen H te genereren3OF+. Hieruit ontstaan de bekende bicarbonaationen (HCO3-) en carbonaat (CO3twee-.
Dit eigenaardige zuur, eenvoudig, maar tegelijkertijd betrokken in systemen waar talrijke soorten deelnemen aan een vloeistof-damp-evenwicht, wordt gevormd uit twee fundamentele anorganische moleculen: water en kooldioxide. De aanwezigheid van COtwee onopgelost wordt waargenomen wanneer er een borrel in het water is, stijgend naar de oppervlakte.
Dit fenomeen komt zeer regelmatig voor bij koolzuurhoudende dranken en koolzuurhoudend water..
Bij koolzuurhoudend of koolzuurhoudend water (afbeelding hierboven) is een dergelijke hoeveelheid CO opgelosttwee dat de dampspanning meer dan het dubbele is van die van de atmosferische druk. Zonder dop, vermindert het verschil in druk binnen en buiten de fles de oplosbaarheid van COtwee, zodat de bellen verschijnen die uit de vloeistof ontsnappen.
In mindere mate gebeurt hetzelfde in elke hoeveelheid zoet of zout water: bij verhitting zullen ze hun opgeloste CO-gehalte vrijgeven.twee.
De COtwee Het wordt niet alleen opgelost, maar ondergaat transformaties in zijn molecuul waardoor het H wordttweeCO3een zuur dat een te korte levensduur heeft, maar voldoende om een meetbare verandering in de pH van het waterige oplosmiddelmedium te merken, en ook een uniek carbonaatbuffersysteem genereert.
Artikel index
Hierboven hebben we het H-molecuultweeCO3, vertegenwoordigd met bollen en balken. De rode bollen komen overeen met de zuurstofatomen, de zwarte met het koolstofatoom en de witte met de waterstofatomen.
Merk op dat u uitgaande van de afbeelding een andere geldige formule voor dit zuur kunt schrijven: CO (OH)twee, waarbij CO de carbonylgroep wordt, C = O, gekoppeld aan twee hydroxylgroepen, OH. Aangezien er twee OH-groepen zijn die hun waterstofatomen kunnen afstaan, wordt nu duidelijk waar de H-ionen vandaan komen+ losgelaten naar het midden.
Merk ook op dat de formule CO (OH)twee kan worden geschreven als OHCOOH; dat wil zeggen van het RCOOH-type, waarbij R in dit geval een OH-groep is.
Het is om deze reden, naast het feit dat het molecuul bestaat uit zuurstof-, waterstof- en koolstofatomen, maar al te vaak in de organische chemie, dat koolzuur door sommigen wordt beschouwd als een organische verbinding. In de sectie over de synthese zal echter worden uitgelegd waarom anderen het als anorganisch en niet-organisch van aard beschouwen..
Van het H-molecuultweeCO3 Er kan worden opgemerkt dat de geometrie een trigonaal vlak is, met de koolstof in het midden van de driehoek. In twee van zijn hoekpunten heeft het OH-groepen, die waterstofbruggen zijn; en in de andere overblijvende, een zuurstofatoom van de groep C = O, acceptor van waterstofbindingen.
Dus de HtweeCO3 heeft een sterke neiging tot interactie met protische of geoxygeneerde (en stikstofhoudende) oplosmiddelen.
En toevallig voldoet water aan deze twee kenmerken, en dat is ook de affiniteit van HtweeCO3 voor haar geeft dat haar bijna onmiddellijk een H+ en er begint een hydrolyse-evenwicht tot stand te komen waarbij de HCO-soort betrokken is3- en H3OF+.
Dat is de reden waarom de loutere aanwezigheid van water koolzuur ontleedt en de isolatie ervan als een zuivere verbinding te gecompliceerd maakt..
We gaan terug naar het H-molecuultweeCO3, het is niet alleen vlak, in staat tot waterstofbinding, maar het kan ook cis-trans-isomerie vertonen; Dit wil zeggen, in de afbeelding hebben we de cis-isomeer, waarbij de twee H's in dezelfde richting wijzen, terwijl ze in de trans-isomeer in tegengestelde richtingen zouden wijzen.
De cis-isomeer is de meest stabiele van de twee, en daarom is het de enige die gewoonlijk wordt weergegeven.
Een pure vaste stof van HtweeCO3 Het bestaat uit een kristallijne structuur die is samengesteld uit lagen of vellen van moleculen die in wisselwerking staan met laterale waterstofbruggen. Dit is te verwachten met het molecuul HtweeCO3 plat en driehoekig. Wanneer gesublimeerd, cyclische dimeren (H.tweeCO3twee, die zijn verbonden door twee waterstofbruggen C = O - OH.
De symmetrie van de H-kristallentweeCO3 heeft op dit moment niet kunnen definiëren. Er werd aangenomen dat het kristalliseerde als twee polymorfen: α-HtweeCO3 en β-HtweeCO3. Echter, α-HtweeCO3, gesynthetiseerd uitgaande van een mengsel van CH3COOH-COtwee, het bleek eigenlijk CH te zijn3OCOOH: een monomethylester van koolzuur.
Er werd vermeld dat de HtweeCO3 het is een diprotisch zuur, dus het kan twee H-ionen afgeven+ naar een medium dat ze accepteert. Wanneer dit medium water is, zijn de vergelijkingen van zijn dissociatie of hydrolyse:
H.tweeCO3(ac) + HtweeO (l) <=> HCO3-(ac) + H3OF+(ac) (Ka1 = 2,5 x 10-4
HCO3-(ac) + HtweeO (l) <=> CO3twee-(ac) + H3OF+(ac) (Katwee = 4,69 × 10-11
Het HCO3- is het bicarbonaat- of waterstofcarbonaatanion, en de CO3twee- het carbonaatanion. Ook aangegeven zijn hun respectievelijke evenwichtsconstanten, Ka1 en Katwee. Ka zijntwee vijf miljoen keer kleiner dan Ka1, de vorming en concentratie van CO3twee- ze zijn verachtelijk.
Dus, ook al is het een diprotisch zuur, de tweede H+ het kan het nauwelijks merkbaar loslaten. De aanwezigheid van COtwee opgelost in grote hoeveelheden is het voldoende om het medium aan te zuren; in dit geval het water, waardoor de pH-waarden worden verlaagd (onder 7).
Spreken van koolzuur is praktisch verwijzen naar een waterige oplossing waar de HCO-soorten overheersen3- en H3OF+het kan niet worden geïsoleerd met conventionele methoden, aangezien de minste poging het evenwicht van de CO-oplosbaarheid zou verschuiventwee tot de vorming van bellen die uit het water zouden ontsnappen.
Koolzuur is een van de gemakkelijkst te synthetiseren verbindingen. Hoe? De eenvoudigste methode is om met behulp van een rietje of rietje de lucht die we uitademen in een volume water te laten borrelen. Omdat we in wezen CO uitadementwee, Dit zal in het water borrelen en een klein deel ervan oplossen.
Wanneer we dit doen, treedt de volgende reactie op:
COtwee(g) + HtweeO (l) <=> H.tweeCO3(ac)
Maar op zijn beurt moet de oplosbaarheid van CO in overweging worden genomen.twee in water:
COtwee(g) <=> COtwee(ac)
Zowel de COtwee zoals de HtweeO zijn anorganische moleculen, dus de HtweeCO3 vanuit dit oogpunt is het anorganisch.
Als resultaat hebben we een systeem in evenwicht dat sterk afhankelijk is van de partiële drukken van COtwee, evenals de temperatuur van de vloeistof.
Als de druk van COtwee stijgt (in het geval dat we de lucht met meer kracht door het rietje blazen), zal er meer H worden gevormdtweeCO3 en de pH zal zuurder worden; sinds het eerste evenwicht naar rechts verschuift.
Aan de andere kant, als we de oplossing van H verwarmentweeCO3, het vermindert de oplosbaarheid van COtwee in water omdat het een gas is, en het evenwicht zal dan naar links verschuiven (er zal minder H zijntweeCO3Het zal vergelijkbaar zijn als we proberen een vacuüm aan te leggen: de COtwee het zal ontsnappen evenals de watermoleculen, die het evenwicht weer naar links zouden verschuiven.
Het bovenstaande stelt ons in staat om tot een conclusie te komen: uit een oplossing van HtweeCO3 er is geen manier om dit zuur met een conventionele methode als een zuivere vaste stof te synthetiseren. Het is echter gedaan, sinds de jaren 90 van de vorige eeuw, uitgaande van vaste mengsels van COtwee en HtweeOF.
Aan dit vaste mengsel COtwee-H.tweeOf bij 50% wordt het gebombardeerd met protonen (een soort kosmische straling), zodat geen van de twee componenten zal ontsnappen en de vorming van H optreedttweeCO3. Voor dit doel is ook een mengsel van CH gebruikt.3OH-COtwee (onthoud α-HtweeCO3.
Een andere methode is om hetzelfde te doen, maar direct droogijs te gebruiken, meer niet..
Van de drie methoden konden NASA-wetenschappers tot één conclusie komen: zuiver koolzuur, vast of gasvormig, kan voorkomen in de ijzige satellieten van Jupiter, in gletsjers op Mars en in kometen, waar zulke vaste mengsels constant worden bestraald door kosmische straling..
Koolzuur is op zichzelf een nutteloze verbinding. Vanuit zijn oplossingen kunnen echter buffers op basis van de HCO-paren worden bereid.3-/CO3twee- of HtweeCO3/ HCO3-.
Dankzij deze oplossingen en de werking van het koolzuuranhydrase-enzym, aanwezig in rode bloedcellen, COtwee geproduceerd tijdens de ademhaling kan in het bloed naar de longen worden getransporteerd, waar het uiteindelijk wordt vrijgegeven om buiten ons lichaam te worden uitgeademd.
Het borrelen van COtwee het wordt gebruikt om frisdranken het aangename en karakteristieke gevoel te geven dat ze in de keel achterlaten bij het drinken ervan.
Evenzo is de aanwezigheid van HtweeCO3 Het is van geologisch belang bij de vorming van kalksteenstalactieten, omdat het ze langzaam oplost totdat ze hun puntige afwerkingen krijgen..
En aan de andere kant kunnen de oplossingen ervan worden gebruikt om sommige metallische bicarbonaten te bereiden; hoewel het hiervoor winstgevender en gemakkelijker is om direct een bicarbonaatzout (NaHCO3, bijvoorbeeld).
Koolzuur heeft onder normale omstandigheden zo'n korte levensduur (ze schatten ongeveer 300 nanoseconden) dat het praktisch onschadelijk is voor het milieu en voor levende wezens. Zoals eerder gezegd, betekent dit echter niet dat het geen verontrustende verandering in de pH van het oceaanwater kan veroorzaken, met gevolgen voor de mariene fauna..
Aan de andere kant zit het echte “risico” in de opname van koolzuurhoudend water, aangezien de hoeveelheid COtwee opgelost in hen is veel hoger dan in normaal water. Maar nogmaals, er zijn geen studies die hebben aangetoond dat het drinken van koolzuurhoudend water een levensbedreigend risico vormt; als ze het zelfs aanbevelen om te vasten en indigestie te bestrijden.
Het enige negatieve effect dat wordt waargenomen bij degenen die dit water drinken, is het gevoel van volheid, omdat hun maag zich met gassen vult. Buiten dit (om nog maar te zwijgen van frisdrank, omdat ze uit veel meer dan alleen koolzuur bestaan), kan worden gezegd dat deze verbinding helemaal niet giftig is.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.