Карбонатна кислота

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Карбонатна кислота
Carbonic-acid-2D.svg
Структурна формула
Carbonic-acid-3D-balls.png
Кулестрижнева модель
Назва за IUPAC Карбонатна кислота
Інші назви Вугільна кислота; дигідрогенкарбонат; гідроксиметанова кислота
Ідентифікатори
Номер CAS 463-79-6
KEGG C01353
ChEBI CHEBI:28976
SMILES
InChI
Властивості
Молекулярна формула H2CO3
Молярна маса 62.03 г/моль
Розчинність (вода) Існує лише в розчині
Кислотність (pKa) 6.367 (pKa1), 10.329 (pKa2)
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Вугільна кислота — слабка двоосновна кислота з хімічною формулою \ \mathsf{H_2CO_3}. У чистому вигляді нестійка[1]. Утворюється в малих кількостях при розчиненні вуглекислого газу у воді[2], в тому числі і вуглекислого газу з повітря. Утворює ряд стійких неорганічних та органічних похідних: солі (карбонати та гідрокарбонати), естери, аміди та ін

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Молекула вугільної кислоти має плоску будову. Центральний вуглецевий атом має sp ²-гібридизацію. У гідрокарбонат- карбонат-аніонів відбувається делокалізація π-зв'язку. Довжина зв'язку C — O в карбонат-іоні становить 129 пм.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Рівновага у водних розчинах та кислотність[ред.ред. код]

Вугільна кислота існує у водних розчинах в стані рівноваги з гідратом діоксиду вуглецю:

\ \mathsf{CO_2 \ \cdot H_2O_{ (p) } \ \rightleftarrows H_2CO_{3 (p) } }, константа рівноваги при 25 °C K_p = \ \frac{\ \mathsf{[H_2CO_3]}}{\ \mathsf{[CO_2 \ \cdot H_2O]}} = 1,70\ \cdot 10^{-3}

Швидкість прямої реакції 0,039 з-1, зворотної — 23 з-1.

У свою чергу розчинений гідрат діоксиду вуглецю знаходиться в рівновазі з газоподібним діоксидом вуглецю:

\ \mathsf{CO_2 \ \cdot H_2O_{ (p) } \ \rightleftarrows CO_2 \ \uparrow +\ \  H_2O} ​​]

Дана рівновагу при підвищенні температури зсувається вправо, а при підвищенні тиску — вліво (докладніше див. Абсорбція газів).

Вугільна кислота піддається оборньому гідролізу, створюючи при цьому кисле середовище:

\ \mathsf{H_2CO_3 + \ \ H_2O \ \rightleftarrows HCO_3^-+ \ \ H_3O^+}, константа кислотної дисоціації при 25 °C K_{a1} = \ \frac{\ \mathsf{[HCO_3^-] \ \cdot [H_3O^+]}}{\ \mathsf{[H_2CO_3]}} = 2,5 \ \cdot 10^{-4}

Однак, для практичних розрахунків частіше використовують уявну константу кислотності, що враховує рівновагу вугільної кислоти з гідратом діоксиду вуглецю:

K_a' = \ \frac{\ \mathsf{[HCO_3^-] \ \cdot [H_3O ^+]}}{\ \mathsf{[CO_2 \ \cdot H_2O]}} = 4,27 \ \cdot 10^{-7}

гідрокарбонат-іон піддається подальшому гідролізу по реакції

\ \mathsf{HCO_3^-+ \ \ H_2O \ \rightleftarrows CO_3^{2-} +\ \ H_3O^+}, константа кислотності при 25 °C K_{a2} = \ \frac{\ \mathsf{[CO_3^{2-}] \ \cdot [H_3O^+]}}{\ \mathsf{[HCO_3^-]}} = 4,68 \ \cdot 10^{-11}

Таким чином, в розчинах, що містять вугільну кислоту, створюється складна рівноважна система, яку можна зобразити у загальному вигляді таким чином:

\ \mathsf{CO_2 \ \uparrow \ \stackrel{H_2O}{\ \rightleftarrows} CO_2 \ \cdot H_2O \ \rightleftarrows H_2CO_3 \ \stackrel{-H^ + } { \ \rightleftarrows} HCO_3^-\ \stackrel{-H^ + } { \ \rightleftarrows} CO_3^{2-} (*) }

Значення pH в такій системі, яке відповідає насиченому розчину діоксиду вуглецю в воді при 25 °C і тиску 760 мм рт. ст., можна розрахувати по формулі:

\mathsf{pH} \approx - \frac{1}{2} \lg (K_a' \cdot L) = 3,9, где L = 0,034 моль/л — розчинність CO2 в воді при вказаних умовах.


Розкладання[ред.ред. код]

При підвищенні температури розчину і/або пониженні парціального тиску діоксиду вуглецю рівновагу в системі \ \mathsf{ (\ \ast) } зміщується вліво, що призводить до розкладання частини вугільної кислоти на воду і діоксид вуглецю. При кипінні розчину вугільна кислота розкладається повністю:

\ \mathsf{H_2CO_3 \ \longrightarrow H_2O +\ \ CO_2 \ \uparrow}

Взаємодія з основами та солями[ред.ред. код]

Вугільна кислота вступає в реакції нейтралізації з розчинами основ, утворюючи середні та кислі солі (хімія)карбонати та гідрокарбонати відповідно:

\ \mathsf{H_2CO_3 + 2\ \ NaOH} (конц.) \ \mathsf{\ \longrightarrow Na_2CO_3 + 2\ \  H_2O} ​​]
 \ \mathsf{H_2CO_3 +\ \ NaOH} (разб.) \ \mathsf{\ \longrightarrow NaHCO_3 +\ \  H_2O} ​​]
\ \mathsf{H_2CO_3 +\ \ Ca(OH)_2 \ \longrightarrow CaCO_3 \ \downarrow + 2\ \  H_2O} ​​]
\ \mathsf{H_2CO_3 +\ \ NH_3 \ \cdot H_2O \ \longrightarrow NH_4HCO_3 +\ \  H_2O} ​​]

При взаємодії вугільної кислоти з карбонатами утворюються гідрокарбонати:

\ \mathsf{H_2CO_3 +\ \ Na_2CO_3 \ \longrightarrow 2\ \ NaHCO_3}
\ \mathsf{H_2CO_3 +\ \ CaCO_3 \ \longrightarrow Ca(HCO_3)_2}

Отримання[ред.ред. код]

Вугільна кислота утворюється при розчиненні у воді діоксиду вуглецю:

\ \mathsf{CO_2 + H_2O \ \rightleftarrows CO_2 \ \cdot H_2O \ \rightleftarrows H_2CO_3}

Вміст вугільної кислоти в розчині збільшується при зниженні температури розчину та збільшенні тиску вуглекислого газу.

Також вугільна кислота утворюється при взаємодії її солей (карбонатів та гідрокарбонатів) з більш сильною кислотою. При цьому велика частина утворилася вугільної кислоти, як правило, розкладається на воду і діоксид вуглецю:

\ \mathsf{Na_2CO_3 + 2\ \ HCl \ \longrightarrow 2\ \ NaCl +\ \ H_2CO_3}
\ \mathsf{H_2CO_3 \ \longrightarrow H_2O +\ \ CO_2 \ \uparrow}

Застосування[ред.ред. код]

Вугільна кислота завжди присутня у водних розчинах вуглекислого газу (см. Газована вода).

В біохімії використовується властивість рівноважної системи змінювати тиск газу пропорційно зміні змісту іонів оксонія (кислотності) при постійній температурі. Це дозволяє реєструвати в реальному часі хід ферментативних реакцій, що протікають із зміною pH розчину.

Органічні похідні[ред.ред. код]

Вугільну кислоту формально можна розглядати як карбонову кислоту з гідроксильної групою замість вуглеводневої залишку. У цій якості вона може утворювати всі похідні, характерні для карбонових кислот[3].

Деякі представники подібних з'єднань перераховані в таблиці.

Клас з'єднань Приклад з'єднання
Естери полікарбонат
хлорангідриди фосген
Аміди сечовина
Нітрили ціанові кислоти
Ангідрид піровуглецева кислота

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Вугільна кислота тепер виявлена ​​і в газовій фазі — пора знову переписувати підручники
  2. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок eq не вказаний текст
  3. Нейланд О. Я. Органічна хімія. — М.: Вища школа, 1990. — С. 640 — 652. — ISBN 5-06-001471-1

Література[ред.ред. код]

  • Лідин Р. А., Молочко В. А., Андрєєва Л. Л. Реакції неорганічних сполук: довідник / Под ред. Р. А. Лідині. — 2-е изд., перераб. і доп. — М.: Дрофа, 2007. — 637 с. — ISBN 978-5-358-01303-2
  • Лідин Р.А., Андрєєва Л. Л., Молочко В. А. Константи неорганічних сполук: довідник / Под ред. Р. А. Лідині. — 2-е изд., перераб. і доп. — М.: Дрофа, 2006. — 685 с. — ISBN 5-7107-8085-5


Аміак Це незавершена стаття про неорганічну сполуку.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.