Estrutura de ácido carbônico (H2CO3), propriedades, síntese, usos

Ele ácido carbónico É um composto inorgânico, embora haja aqueles que debatem que é realmente orgânico, cuja fórmula química é h₂Co₃. É, portanto, um ácido dirótico, capaz de doar dois íons H⁺ ao ambiente aquoso para gerar dois cátions moleculares h₃QUALQUER⁺. Dele os íons bicarbonato bem conhecidos (HCO₃^-) e carbonato (CO₃^2-).

Esse ácido peculiar, simples, mas ao mesmo tempo envolvido em sistemas em que numerosas espécies participam de um equilíbrio de vapor líquido, é formado a partir de duas moléculas inorgânicas fundamentais: água e dióxido de carbono. A presença de CO₂ Sempre é observado que há uma bolha na água, ascendendo à superfície.

Vidro com água gaseificada, uma das bebidas mais comuns contendo ácido carbônico. Fonte: pxhere.

Este fenômeno é visto regularmente em refrigerantes e água carbonatada.

No caso de água carbonatada ou gasificada (imagem superior), essa quantidade foi dissolvida₂ que sua pressão de vapor é mais do que dupla pressão atmosférica. Ao descobrir, a diferença de pressão dentro da garrafa e o exterior diminui a solubilidade do CO₂, Então as bolhas que acabam escapando do líquido aparecem.

Em menor grau₂.

No entanto, o CO₂ Não é apenas dissolvido, mas sofre transformações em sua molécula que o tornam o H₂Co₃; Um ácido que tem uma vida muito minúscula, mas o suficiente para marcar uma mudança persistente no pH de seu ambiente de solvente aquoso e também gerar um sistema de tampão de carbonato exclusivo.

[TOC]

Estrutura

Molécula

Molécula de ácido carbônico representado com um modelo de esferas e barras. Fonte: Jynto e Ben Mills via Wikipedia.

Up, temos a molécula H₂Co₃, representado com esferas e bares. As esferas vermelhas correspondem a átomos de oxigênio, átomos de preto para carbono e átomos de hidrogênio branco.

Observe que, a partir da imagem, você pode escrever outra fórmula válida para este ácido: CO (OH)₂, onde Co se torna o grupo carbonil, c = O, ligado a dois grupos hidroxila, oh. Quando há dois grupos de OH, capazes de doar seus átomos de hidrogênio, agora é entendido de onde vêm os íons h⁺ lançado no meio.

Estrutura molecular do ácido carbônico.

Observe que a fórmula Co (OH)₂ Pode ser escrito como Ohcooh; isto é, do tipo rcooh, onde r se torna neste caso um grupo OH.

É por esse motivo, além do fato de que a molécula consiste em oxigênio, hidrogênio e átomos de carbono, muito comum na química orgânica, que o ácido carbônico é considerado por alguns como um composto orgânico. No entanto, na seção de sua síntese, será explicado por que outros consideram isso de natureza inorgânica e não orgânica.

Pode atendê -lo: di -hidroxiacetona: estrutura, propriedades, obtenção, usos

Interações moleculares

Da molécula H₂Co₃ Pode -se comentar que sua geometria é trigonal, com o carbono localizado no centro do triângulo. Em dois de seus vértices, possui os grupos OH, que são doadores de pontes de hidrogênio; E no outro restante, um átomo de oxigênio do grupo C = O, aceitador de ponte de hidrogênio.

Assim, h₂Co₃ Tem uma forte tendência a interagir com protestos ou solventes oxigenados (e também nitrogênio).

E coincidentemente, a água atende a essas duas características, e a afinidade de H é tal₂Co₃ para ela que quase imediatamente lhe dá um h⁺ E um equilíbrio de hidrólise que envolve espécies de HCO começa a ser estabelecido₃^- e h₃QUALQUER⁺.

É por isso que a mera presença de água decompõe o ácido carbônico e torna seu isolamento como composto puro muito complicado.

Ácido carbônico puro

Retornando à molécula H₂Co₃, Não é apenas plana, capaz de estabelecer pontes de hidrogênio, mas também pode apresentar cis-trans-isomeía; Esta é, na imagem, temos o isômero cis, com os dois H apontando na mesma direção, enquanto no isômer trans apoiariam em direções opostas.

O isômero cis é o mais estável de ambos, e é por isso que é o único que geralmente é representado.

Um sólido puro de H₂Co₃ Consiste em uma estrutura cristalina composta por camadas ou moléculas folhas interagindo com pontes laterais de hidrogênio. Isso é esperado, sendo a molécula H₂Co₃ Plano e triangular. Quando Subblimal, Crepúsculo cíclico aparece (H₂Co₃)₂, que são unidos por duas pontes de hidrogênio c = o - oh.

A simetria do RH₂Co₃ Não foi capaz de ser definido pelos momentos. Foi considerado cristalizado como dois polimorfos: α-h₂Co₃ e β-h₂Co₃. No entanto, α-h₂Co₃, sintetizado com base em uma mistura de CHO₃COOH-CO₂, Foi demonstrado que era realmente CHO₃OROH: uma monometria de ácido carbônico STER.

Propriedades

Foi mencionado que h₂Co₃ É um ácido dirótico, para que você possa doar dois íons H⁺ para um meio que os aceita. Quando este meio é água, as equações de sua dissociação ou hidrólise são:

H₂Co₃(AC) + H₂Ou (l) HCO₃^-(AC) + H₃QUALQUER⁺(AC) (KA₁ = 2,5 × 10^-4)

HCO₃^-(AC) + H₂Ou (l) CO₃^2-(AC) + H₃QUALQUER⁺(AC) (KA₂ = 4,69 × 10^-11)

O HCO₃^- É o ânion bicarbonato ou hidrogenocarbonato, e o CO₃^2- O ânion carbonato. Eles também indicam suas respectivas constantes de equilíbrio, ka₁ e ka₂. Sendo ka₂ cinco milhões de vezes menor que o ka₁, A formação e concentração de CO₃^2- Eles são desprezíveis.

Então, mesmo que seja um ácido dirótico, o segundo H⁺ Você mal pode liberá -lo apreciável. No entanto, a presença de CO₂ dissolvido em grandes quantidades suficientes para acidificar o meio; Nesse caso, a água, diminuindo seus valores de pH (abaixo de 7).

Pode servir você: fusão

Falar sobre ácido carbônico está praticamente se referindo a uma solução aquosa em que as espécies de HCO predominam₃^- e h₃QUALQUER⁺; Não pode ser isolado pelos métodos convencionais, uma vez que as menores tentativas substituiriam o equilíbrio da solubilidade do CO₂ para a formação de bolhas que escapariam da água.

Síntese

Dissolução

O ácido carbônico é um dos compostos mais fáceis de sintetizar. Como? O método mais simples é borbulhar, com a ajuda de uma palha ou sorvete, o ar que exalamos dentro de um volume de água. Porque nós expiramos em Essence Co₂, Esta bolha na água, dissolvendo uma pequena fração do mesmo.

Quando fazemos isso, ocorre a seguinte reação:

Co₂(g) + h₂Ou (l) h₂Co₃(AC)

Mas, por sua vez, a solubilidade do CO deve ser considerada₂ na água:

Co₂(G) CO₂(AC)

Ambos co₂ como h₂Ou são moléculas inorgânicas, então H₂Co₃ É inorgânico desde esse ponto visto.

Equilíbrio de vapor líquido

Como resultado, temos um sistema em equilíbrio que depende muito das pressões parciais do CO₂, bem como temperatura líquida.

Por exemplo, se a pressão do CO₂ Aumenta (no caso de soprarmos o ar com mais força através do sorvete), mais H formará₂Co₃ e o pH se tornará mais ácido; Desde então, o primeiro equilíbrio se move para a direita.

Por outro lado, se aquecermos a dissolução de H₂Co₃, A solubilidade do CO diminuirá₂ Na água porque é um gás, e o equilíbrio se moverá para a esquerda (haverá menos h₂Co₃). Semelhante será se tentarmos aplicar um vácuo: o CO₂ Ele escapará, bem como as moléculas de água, que moveriam o equilíbrio para a esquerda novamente.

Sólido puro

O exposto acima permite chegar a uma conclusão: de uma solução de H₂Co₃ Não há como sintetizar esse ácido como um sólido puro através de um método convencional. No entanto, isso foi feito desde os anos 90 do século passado, começando por misturas sólidas de CO₂ e h₂QUALQUER.

Para esta mistura sólida co₂-H₂Ou a 50% é bombardeado com prótons (um tipo de radiação cósmica), de modo que nenhum dos dois componentes escape e a formação de H ocorre₂Co₃. Para esse fim, uma mistura de CHO também foi usada₃OH-CO₂ (Lembre-se de α-h₂Co₃).

Outro método é fazer o mesmo, mas diretamente usando gelo seco, nada mais.

Dos três métodos, os cientistas da NASA poderiam chegar a uma conclusão: o ácido carbônico puro, sólido ou gasoso, pode existir no sorvete de Júpiter, nas geleiras marcianas e nos cometas, onde essas misturas sólidas são constantemente irradiadas para raios cósmicos.

Pode servir a você: pipeta volumétrica: características, usos, calibração e erros

Formulários

O próprio ácido carbônico é um composto sem qualquer utilidade. De suas soluções, no entanto, você pode preparar soluções de amortecimento com base nos pares da HCO₃^-/Co₃^2- ou h₂Co₃/HCO₃^-.

Graças a essas soluções e à ação da enzima carbônica de anidrase, presente nos glóbulos vermelhos, o CO₂ Produzido em respiração pode ser transportado no sangue para os pulmões, onde finalmente é liberado para ser exalado fora do nosso corpo.

O bubjueo do co₂ Aproveite a sensação de bebidas da sensação agradável e característica que eles deixam na garganta ao beber.

Além disso, a presença de H₂Co₃ Tem importância geológica na formação de estalactites de calcário, pois os dissolve lentamente até que eles originem seus acabamentos pontiagudos.

E, por outro lado, suas soluções podem ser usadas para preparar alguns bicarbonatos de metal; Embora seja mais lucrativo e fácil de usar um sal de bicarbonato (Nahco₃, por exemplo).

Riscos

O ácido carbônico tem uma vida tão pequena em condições normais (eles estimam que cerca de 300 nanossegundos), o que é praticamente inofensivo ao meio ambiente e aos seres vivos. No entanto, como afirmado anteriormente, isso não implica que não possa gerar uma mudança preocupante no pH da água do oceano, afetando a fauna marinha.

Por outro lado, o verdadeiro "risco" está na ingestão de água gasificada, já que a quantidade de CO₂ dissolvido neles é muito maior do que na água normal. No entanto, e novamente, não há estudos que demonstraram que a bebida gastificada representa um risco mortal; Se você o recomendar para rapidamente e combate a indigestão.

O único efeito negativo observado naqueles que bebem essa água é a sensação de plenitude, já que seus estômagos estão cheios de gases. Fora disso (para não mencionar os refrigerantes, pois eles são compostos por muito mais do que apenas ácido carbônico), pode -se dizer que esse composto não é tóxico.

Referências

1. Dia, r., & Underwood, um. (1989). Química analítica quantitativa (quinta ed.). Pearson Prentice Hall.
2. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). ÁCIDO CARBÓNICO. Recuperado de: em.Wikipedia.org
4. Danielle Reid. (2019). Ácido carbônico: Formação, estrutura e vídeo da equação química. Estudar. Recuperado de: estudo.com
5. Götz Bucher e Wolfram Sander. (2014). Esclarecendo a estrutura do ácido carbônico. Vol. 346, edição 6209, pp. 544-545. Doi: 10.1126/ciência.1260117
6. Lynn Yarris. (22 de outubro de 2014). Novas idéias sobre ácido carbônico na água. Laboratório de Berkeley. Recuperado de: NewsCenter.lbl.Gov
7. Claudia Hammond. (14 de setembro de 2015). A água com gás é muito ruim para você? Recuperado de: BBC.com
8. Jürgen Bernard. (2014). Ácido carbônico sólido e gasoso. Instituto de Química Física.  Universidade de Innsbruck.