Hiilihappo (H2CO3) Ominaisuudet, käyttö ja merkitys



hiilihappo, aikaisemmin nimeltään happohappo tai ilmahappo, se on ainoa epäorgaaninen happohappo ja sen kaava on H2CO3.

Hiilihappojen suoloja kutsutaan bikarbonaateiksi (tai vetykarbonaateiksi) ja karbonaateiksi (Human Metabolome Database, 2017). Sen rakenne on esitetty kuvassa 1 (EMBL-EBI, 2016).

Sanotaan, että hiilihappo muodostuu hiilidioksidista ja vedestä. Hiilihappoa esiintyy vain suolojen (karbonaattien), happojen suolojen (vetykarbonaattien), amiinien (karbamiinihappo) ja happokloridien (karbonyylikloridi) (MeSH, 1991) kautta..

Yhdistettä ei voida eristää puhtaaksi tai kiinteäksi nesteeksi, koska sen hajoamistuotteet, hiilidioksidi ja vesi ovat paljon vakaampia kuin happo (Royal Society of Chemistry, 2015).

Hiilihappoa esiintyy ihmiskehossa, veressä oleva hiilidioksidi yhdistyy veteen muodostaen hiilihappoa, joka sitten uloshengitetään kaasuna keuhkoihin.

Sitä löytyy myös kivistä ja luolista, joissa kalkkikivet voidaan liuottaa. H2CO3: ta löytyy myös hiilestä, meteoriiteista, tulivuorista, happosateesta, pohjavedestä, valtameristä ja kasveista (hiilihappo, S.F.)..

indeksi

  • 1 Hiilihappo- ja karbonaattisuolat
  • 2 "Hypoteettinen" hiilidioksidi ja vesihappo
  • 3 Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
  • 4 Käyttö
  • 5 Tärkeys
  • 6 Viitteet

Hiilihappo- ja karbonaattisuolat

Hiilihappo muodostuu pieninä määrinä, kun sen anhydridi, hiilidioksidi (CO2) liukenee veteen.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Vallitsevat lajit ovat yksinkertaisesti hydratoituja CO2-molekyylejä. Voidaan katsoa, ​​että hiilihappo on diprotiinihappo, josta voidaan muodostaa kaksi suolasarjaa, nimittäin vety- karbonaatteja tai bikarbonaatteja, jotka sisältävät HCO3-, ja karbonaatteja, jotka sisältävät CO32: a.-.

H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

Hiilihapon hapon ja emäksen käyttäytyminen riippuu kuitenkin eräiden mukana olevien reaktioiden erilaisista nopeuksista sekä sen riippuvuudesta järjestelmän pH: sta. Esimerkiksi pH: ssa, joka on alle 8, tärkeimmät reaktiot ja niiden suhteellinen nopeus ovat seuraavat:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (hidas)
  • H2CO3 + OH- CO HCO3- + H2O (nopea)

PH-arvon 10 yläpuolella seuraavat reaktiot ovat tärkeitä:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (hidas)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (nopea)

PH-arvojen 8 ja 10 välillä kaikki edellä mainitut tasapainoreaktiot ovat merkittäviä (Zumdahl, 2008).

"Hypoteettinen" hiilidioksidi ja vesihappo

Vielä suhteellisen äskettäin tutkijat olivat vakuuttuneita siitä, että hiilihappoa ei ollut stabiilina molekyylinä.

Lehtikirjassa Angewandte Chemie saksalaiset tutkijat ovat ottaneet käyttöön yksinkertaisen pyrolyyttisen menetelmän kaasufaasihiilihapon valmistamiseksi, joka sallii kaasufaasihapon ja sen monometyyliesterin spektroskopisen karakterisoinnin (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Hiilihappoa esiintyy vain pienellä sekunnin murto-osalla, kun hiilidioksidi liukenee veteen ennen kuin siitä tulee seos protoneista ja bikarbonaattianioneista.

Lyhyestä elämästään huolimatta hiilihappo antaa kestävän vaikutuksen maan ilmakehään ja geologiaan sekä ihmiskehoon.

Lyhyen elinkaarensa vuoksi hiilihapon yksityiskohtainen kemia on peitetty salassa. Tutkijat kuten Berkeley Lab ja Kalifornian yliopisto (UC) Berkeley auttavat nostamaan tämän verhon sarjan ainutlaatuisia kokeita.

Viimeisimmässä tutkimuksessaan he ovat osoittaneet, miten kaasumaiset hiilidioksidimolekyylit solvatoituvat veden avulla aloittamaan hiilihappoa ja bikarbonaattia tuottavan protoninsiirtokemian (Yarris, 2015).

Vuonna 1991 NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksen (USA) tutkijat onnistuivat tekemään kiinteitä näytteitä H2CO3: sta. He tekivät tämän altistamalla jäädytetyn veden ja hiilidioksidin seoksen korkean energian protonisäteilylle ja sitten lämmittämällä sen ylimääräisen veden poistamiseksi.

Jäljelle jäänyt hiilihappo karakterisoitiin infrapunaspektroskopialla. Se, että hiilihappo valmistettiin säteilyttämällä kiinteää H2O + CO2-seosta, tai jopa säteilyttämällä yksinomaan kuivajäätä.

Tämä on johtanut ehdotuksiin, että H2CO3 löytyy ulkoavaruudesta tai Marsista, jossa löytyy H2O- ja CO2-jäätelöjä sekä kosmisia säteitä (Khanna, 1991)..

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Hiilihappo on vain vesiliuoksessa. Puhdasta yhdistettä ei ole voitu eristää. Tämä liuos on helposti tunnistettavissa, koska sillä on kaasumaisen hiilidioksidin haihtumista, joka poistuu vesipitoisesta väliaineesta.

Sen molekyylipaino on 62,024 g / mol ja tiheys 1,668 g / ml. Hiilihappo on heikko ja epävakaa happo, joka hajoaa osittain veteen vetyionien (H +) ja bikarbonaatti-ionien (HCO3-), joiden pKa on 3,6.

Diprotiinihappona se voi muodostaa kahdenlaisia ​​suoloja, karbonaatteja ja bikarbonaatteja. Emäksen lisääminen hiilihapon ylimäärään antaa bikarbonaattisuoloja, kun taas ylimääräisen emäksen lisääminen hiilihappoon antaa karbonaattisuoloja (National Center for Biotechnology Information., 2017).

Hiilihappoa ei pidetä myrkyllisenä tai vaarallisena, ja sitä esiintyy ihmiskehossa. Korkea pitoisuus voi kuitenkin ärsyttää silmiä ja hengitysteitä.

sovellukset

Michelle McGuiren mukaan Ravitsemustieteet jaHiilihappoa esiintyy fermentoiduissa elintarvikkeissa sellaisten bakteerien muodostaman jätteen muodossa, jotka ruokkivat hajoavasta ruoasta.

Elintarvikkeissa tuotetut kaasukuplat ovat yleensä hiilihapon hiilidioksidi ja merkki siitä, että ruoka käyy. Esimerkkejä yleisesti nautittavista fermentoiduista elintarvikkeista ovat soijakastike, miso-keitto, hapankaali, korealainen kimchi, tempeh, kefiiri ja jogurtti.

Fermentoidut jyvät ja kasvikset sisältävät myös hyödyllisiä bakteereja, jotka voivat hallita suolistossa mahdollisesti olevia patogeenisia mikro-organismeja ja parantaa B-12- ja K-vitamiinien tuotantoa..

Hiilihappoa, hiilidioksidiliuosta tai dihydrokarbonaattia muodostuu veden hiilihappoprosessin aikana. Se vastaa virvoitusjuomien ja virvoitusjuomien kieltävästä näkökulmasta, kuten elintarviketeknologian ja -teknologian sanakirjassa mainitaan.

Hiilihappo edistää soodan korkeaa happamuutta, mutta puhdistetun sokerin ja fosforihapon pitoisuus on pääasiallinen vastuussa mainitusta happamuudesta (DUBOIS, 2016).

Hiilihappoa käytetään myös monilla muilla aloilla, kuten lääkkeissä, kosmetiikassa, lannoitteissa, elintarvikkeiden jalostuksessa, anestesioissa jne..

tärkeys

Hiilihappoa esiintyy yleisesti valtamerien, merien, järvien, jokien ja sateen vesissä, koska se muodostuu, kun ilmakehässä laajalle levinnyt hiilidioksidi joutuu kosketuksiin veden kanssa..

Se esiintyy jopa jäätiköiden jäässä, vaikkakin pienempinä määrinä. Hiilihappo on hyvin heikko happo, vaikka se voi vaikuttaa eroosioon ajan kuluessa.

Hiilidioksidin lisääntyminen ilmakehässä on aiheuttanut enemmän hiilidioksidia valtamerissä ja on osittain vastuussa valtamerien happamuuden vähäisestä kasvusta viimeisten sadan vuoden aikana..

Hiilidioksidia, joka on solujen aineenvaihdunnan jätetuote, esiintyy suhteellisen suuressa konsentraatiossa kudoksissa. Se diffundoituu veriin ja viedään keuhkoihin poistettavaksi poistuneen ilman kanssa.

Hiilidioksidi on paljon liukenevampi kuin happi ja diffundoituu helposti punasoluihin. Reagoi veden kanssa muodostaen hiilihappoa, joka veren emäksisessä pH: ssa esiintyy pääasiassa bikarbonaattina (Robert S. Schwartz, 2016).

Hiilidioksidi tulee veriin ja kudoksiin, koska sen paikallinen osapaine on suurempi kuin sen osittainen paine veressä, joka virtaa kudosten läpi. Kun hiilidioksidi tulee veriin, se yhdistyy veteen muodostaen hiilihappoa, joka hajoaa vetyioneihin (H +) ja bikarbonaatti-ioneihin (HCO3-).

Hiilidioksidin luonnollinen muuttuminen hiilihapoksi on suhteellisen hidas prosessi. Hiilihappoanhydraasi, joka on punasolujen sisällä oleva proteiinientsyymi, kuitenkin katalysoi tämän reaktion riittävän nopeasti, jotta se saavutetaan vain murto-osassa sekuntia..

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Koska entsyymi on läsnä vain punasoluissa, bikarbonaatti kerääntyy paljon enemmän punasoluissa kuin plasmassa.

Veren kyky kuljettaa hiilidioksidia bikarbonaattina tehostuu punaisten verisolujen membraanissa olevan ionikuljetusjärjestelmän avulla, joka samanaikaisesti siirtää bikarbonaatti-ionin solusta ja plasmaan vasten kloridi-ionin..

Näiden kahden ionin, joka tunnetaan kloridinvaihtona, samanaikainen vaihto mahdollistaa plasman käytön bikarbonaattivarastona muuttamatta plasman tai punasolujen sähköistä varausta.

Vain 26 prosenttia veren kokonaishiilidioksidipitoisuudesta esiintyy punaisten verisolujen sisällä bikarbonaattina, kun taas plasmassa on 62 prosenttia bikarbonaattina; kuitenkin useimmat bikarbonaatti-ionit tuotetaan ensin solun sisällä ja kuljetetaan sitten plasmaan.

Käänteinen reaktiosekvenssi tapahtuu, kun veri saavuttaa keuhkoon, jossa hiilidioksidin osapaine on pienempi kuin veressä. Karbonianhydraasin katalysoimaa reaktiota käännetään keuhkoihin, jolloin se muuntaa bikarbonaatin takaisin CO2: ksi ja sallii sen karkottamisen (Neil S. Cherniack, 2015).

viittaukset

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23. syyskuuta). Hiilihappo - ja silti se on! Haettu osoitteesta chemistryviews.org.
  2. Hiilihappokaava. (S.F.). Palautettu softschools.comista.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11. tammikuuta). Hiilihappo elintarvikkeissa. Haettu osoitteesta livestrong.com.
  4. EMBL-EBI. (2016, 27. tammikuuta). hiilihappo. Palautettu osoitteesta ebi.ac.uk.
  5. Human Metabolome Database. (2017, maaliskuu 2). Hiilihappo. Haettu osoitteesta hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Protonin säteilytetyn H2O + CO2-jään infrapuna- ja massaspektritutkimukset: Todisteet hiilihaposta. Spectrochimica Acta Osa A: Molecular Spectroscopy Volume 47, Issue 2, 255-262. Haettu osoitteesta science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Hiilihappo. Haettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.
  8. Kansallinen bioteknologian tiedotuskeskus ... (2017, maaliskuu 11). PubChem-yhdistelmätietokanta; CID = 767. Haettu osoitteesta pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, maaliskuu 20). Ihmisen hengitys Palautettu britannica.comista.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29. huhtikuuta). Verta. Palautettu britannica.comista.
  11. Royal Society of Chemistry. (2015). Hiilihappo. Haettu osoitteesta: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16. kesäkuuta). Hiilihapon salaisuuksien purkaminen. Haettu osoitteesta newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, elokuu 15). Oksihappo-. Haettu osoitteesta: britannica.com.