Carbonic Acid (H2CO3) Eigenschappen, Gebruik en Belang



de koolzuur, voorheen luchtzuur of luchtzuur genoemd, het is het enige anorganische zuur van koolstof en heeft de formule H2CO3.

De zouten van koolzuur worden bicarbonaten (of waterstofcarbonaten) en carbonaten genoemd (Human Metabolome Database, 2017). De structuur is weergegeven in figuur 1 (EMBL-EBI, 2016).

Er wordt gezegd dat koolzuur wordt gevormd door koolstofdioxide en water. Koolzuur komt alleen voor door zouten (carbonaten), zure zouten (waterstofcarbonaten), aminen (carbamidezuur) en zuurchloriden (carbonylchloride) (MeSH, 1991).

De verbinding kan worden geïsoleerd als een zuivere vloeistof of vast, zoals afbraakproducten, kooldioxide en water, zijn stabieler dan de zuurgroep (Royal Society of Chemistry, 2015).

Koolzuur wordt gevonden in het menselijk lichaam, het in het bloed aanwezige CO2 wordt gecombineerd met water tot koolzuur, dat vervolgens wordt uitgeademd als een gas door de longen.

Het wordt ook gevonden in rotsen en grotten waar de kalkstenen kunnen worden opgelost. H2CO3 kan ook worden gevonden in steenkool, meteorieten, vulkanen, zure regen, grondwater, oceanen en planten (Carbonic acid Formula, S.F.).

index

  • 1 Koolzuur en carbonaatzouten
  • 2 "Hypothetisch" koolstofdioxide en waterzuur
  • 3 Fysische en chemische eigenschappen
  • 4 Gebruik
  • 5 Belang
  • 6 Referenties

Koolzuur en carbonaatzouten

Koolzuur wordt in kleine hoeveelheden gevormd wanneer het anhydride, koolstofdioxide (CO2) ervan in water oplost.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

De belangrijkste soorten zijn eenvoudig gehydrateerd CO2 moleculen. Het kan worden beschouwd dat de koolzuur is diprotisch zuur dat twee reeksen zouten, namelijk waterstofcarbonaten of -bicarbonaten, bevattende HCO3 kunnen vormen en carbonaten bevattende CO32-.

H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

Het zuur-base gedrag van koolzuur hangt echter af van de verschillende snelheden van sommige van de betrokken reacties, evenals de afhankelijkheid van de pH van het systeem. Bij een pH lager dan 8 zijn de hoofdreacties en hun relatieve snelheid bijvoorbeeld de volgende:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (langzaam)
  • H2CO3 + OH- ⇌ HCO3- + H2O (snel)

Boven pH 10 zijn de volgende reacties belangrijk:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (langzaam)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (snel)

Tussen pH-waarden van 8 en 10 zijn alle bovenstaande evenwichtsreacties significant (Zumdahl, 2008).

"Hypothetisch" kooldioxide en waterzuur

Tot relatief recent waren wetenschappers ervan overtuigd dat koolzuur niet bestond als een stabiel molecuul.

In Angewandte Chemie, hebben Duitse onderzoekers een eenvoudige pyrolytische werkwijze voor de bereiding van koolzuur gasfase ingebracht toegestaan ​​spectroscopische karakterisering van gasfase koolzuur en monomethylester (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Koolzuur bestaat slechts een fractie van een seconde wanneer kooldioxide oplost in water voordat het een mengsel van protonen en bicarbonaatanionen wordt.

Ondanks zijn korte levensduur geeft koolzuur echter een blijvend effect op de aardatmosfeer en de geologie, evenals op het menselijk lichaam..

Vanwege de korte levensduur is de gedetailleerde chemie van koolzuur verborgen in mysterie. Onderzoekers zoals Berkeley Lab en de University of California (UC) Berkeley helpen deze sluier op te lossen door middel van een reeks unieke experimenten.

In hun nieuwste onderzoek hebben ze aangetoond hoe gasvormige kooldioxidemoleculen worden gesolvateerd door water om de protonoverdrachtschemie te starten die koolzuur en bicarbonaat produceert (Yarris, 2015).

In 1991 slaagden wetenschappers van het Goddard Space Flight Center (VS) van NASA er in om vaste monsters van H2CO3 te maken. Ze deden dit door een bevroren mengsel van water en kooldioxide bloot te stellen aan de hoogenergetische protonenstraling en het vervolgens te verwarmen om het overtollige water te verwijderen.

Het resterende koolzuur werd gekenmerkt door infraroodspectroscopie. Het feit dat het koolzuur werd bereid door bestraling met een vast mengsel van H2O + CO2 of zelfs door bestraling met alleen droog ijs.

Dit heeft geleid tot suggesties dat H2CO3 te vinden in de ruimte of op Mars, waarbij ijs H2O en CO2 en kosmische stralen (Khanna, 1991).

Fysische en chemische eigenschappen

Koolzuur bestaat alleen in waterige oplossing. Het is niet mogelijk geweest om de zuivere verbinding te isoleren. Deze oplossing is gemakkelijk te herkennen omdat deze een bruisen van gasvormig koolstofdioxide heeft dat uit het waterige medium ontsnapt.

Het heeft een molecuulgewicht van 62,024 g / mol en een dichtheid van 1,668 g / ml. Koolzuur is een zwak en onstabiel zuur, dat gedeeltelijk dissocieert in water in waterstofionen (H +) en bicarbonaat-ionen (HCO3-) waarvan de pKa 3,6 is.

Omdat het een diprotic zuur is, kan het twee soorten zouten, carbonaten en bicarbonaten vormen. De toevoeging van de base aan een overmaat aan koolzuur geeft bicarbonaatzouten, terwijl de toevoeging van overmaat base aan koolzuur carbonaatzouten oplevert (National Center for Biotechnology Information., 2017).

Koolzuur wordt niet als giftig of gevaarlijk beschouwd en is aanwezig in het menselijk lichaam. Blootstelling aan hoge concentraties kan echter de ogen en de luchtwegen irriteren.

toepassingen

Volgens Michelle McGuire in Nutrition Sciences, enKoolzuur wordt gevonden in gefermenteerd voedsel in de vorm van afval geproduceerd door bacteriën die zich voeden met rottend voedsel.

Gasbellen geproduceerd in voedsel zijn meestal kooldioxide van koolzuur en een teken dat het voedsel vergist. Voorbeelden van veel ingenomen gefermenteerd voedsel zijn sojasaus, miso-soep, zuurkool, Koreaanse kimchi, tempeh, kefir en yoghurt.

Gefermenteerde granen en groenten bevatten ook nuttige bacteriën die potentieel pathogene micro-organismen in uw darmen kunnen bestrijden en de productie van vitamine B-12 en K kunnen verbeteren..

Koolzuur, koolstofdioxide-oplossing of diwaterstofcarbonaat wordt gevormd tijdens het proces van carbonatatie van water. Het is verantwoordelijk voor het bruisende aspect van frisdranken en frisdranken, zoals aangegeven in de Dictionary of Food Science and Technology.

Koolzuur draagt ​​bij aan de hoge zuurgraad van frisdrank, maar de inhoud van geraffineerde suiker en fosforzuur zijn de belangrijkste verantwoordelijke voor deze zuurgraad (Dubois, 2016).

Koolzuur wordt ook op veel andere gebieden gebruikt, zoals geneesmiddelen, cosmetica, meststoffen, voedselverwerking, anesthetica, enz..

belang

Koolzuur aangetroffen in water uit oceanen, zeeën, meren, rivieren en regen vormen omdat als kooldioxide die gangbaar in de atmosfeer, contact met water.

Het is zelfs aanwezig in het ijs van de gletsjers, hoewel in kleinere hoeveelheden. Koolzuur is een zeer zwak zuur, hoewel het in de loop van de tijd kan bijdragen aan erosie.

De toename van koolstofdioxide in de atmosfeer heeft ertoe geleid dat er meer kooldioxide in de oceanen wordt gegenereerd en is gedeeltelijk verantwoordelijk voor de lichte toename van de zuurgraad van de oceanen gedurende de laatste honderd jaar.

Koolstofdioxide, een afvalproduct van cellulair metabolisme, wordt gevonden in een relatief hoge concentratie in weefsels. Het diffundeert in het bloed en wordt naar de longen gebracht om te worden geëlimineerd met vervallen lucht.

Kooldioxide is veel beter oplosbaar dan zuurstof en diffundeert gemakkelijk in rode bloedcellen. Reageert met water tot koolzuur, dat bij de alkalische pH van het bloed voornamelijk als bicarbonaat verschijnt (Robert S. Schwartz, 2016).

Koolstofdioxide komt het bloed en de weefsels binnen omdat de lokale partiële druk groter is dan de partiële druk in het bloed die door de weefsels stroomt. Kooldioxide in het bloed wordt gecombineerd met water (HCO 3) koolzuur die dissocieert in waterstofionen (H +) en bicarbonaat ionen.

De natuurlijke omzetting van koolstofdioxide in koolzuur is een relatief langzaam proces. Koolzuuranhydrase, een proteïne-enzym dat in de rode bloedcellen aanwezig is, katalyseert deze reactie echter snel genoeg zodat het slechts in een fractie van een seconde wordt bereikt..

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Omdat het enzym alleen in rode bloedcellen aanwezig is, accumuleert bicarbonaat in veel grotere hoeveelheden in de rode bloedcellen dan in het plasma.

Het vermogen van het bloed om kooldioxide en bicarbonaat transport wordt versterkt door een stelsel van ionentransport in het membraan van rode bloedcellen die tegelijkertijd beweegt bicarbonaationen uit de cel en in het plasma in ruil voor chlorideionen.

De gelijktijdige uitwisseling van deze twee ionen, bekend als chloride-uitwisseling, maakt het mogelijk dat het plasma wordt gebruikt als opslagplaats voor bicarbonaten zonder de elektrische lading van plasma of rode bloedcellen te veranderen.

Slechts 26 procent van het totale koolstofdioxidegehalte van het bloed bestaat als bicarbonaat in de rode bloedcellen, terwijl 62 procent als bicarbonaat in het plasma voorkomt; de meeste bicarbonaat-ionen worden echter eerst in de cel geproduceerd en vervolgens naar het plasma getransporteerd.

Een omgekeerde volgorde van reacties treedt op wanneer het bloed de long bereikt, waar de partiële druk van koolstofdioxide lager is dan in het bloed. De reactie gekatalyseerd door koolzuuranhydrase omgekeerd in de longen, waar het opnieuw wordt bicarbonaat in CO2 en laat uitzetting (Neil S. Cherniack 2015).

referenties

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23 september). Koolzuur - en toch bestaat het! Opgehaald van chemistryviews.org.
  2. Koolzuur Formule. (S.F.). Hersteld van softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11 januari). Koolzuur in voedingsmiddelen. Opgehaald van livestrong.com.
  4. EMBL-EBI. (2016, 27 januari). koolzuur. Hersteld van ebi.ac.uk.
  5. Menselijke Metabolome-database. (2017, 2 maart). Koolzuur. Opgehaald van hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Infrarood- en massaspectraalonderzoek van met protonen bestraalde H2O + CO2-ijs: aanwijzingen voor koolzuur. Spectrochimica Acta Deel A: Molecular Spectroscopy Volume 47, Issue 2, 255-262. Opgehaald van science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Koolzuur. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.
  8. Nationaal centrum voor biotechnologische informatie ... (2017, 11 maart). PubChem Compound-database; CID = 767. Teruggeplaatst van pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, 20 maart). Menselijke luchtwegen Hersteld van britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29 april). Blood. Hersteld van britannica.com.
  11. Royal Society of Chemistry. (2015). Koolzuur. Teruggeplaatst van: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16 juni). Ontrafelen van de mysteries van koolzuur. Teruggeplaatst van: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S.S. (2008, 15 augustus). Oxyzuur. Teruggeplaatst van: britannica.com.