שתף:
חומצה פחמן (H2CO3) מאפיינים, שימושים וחשיבות
ה חומצה פחמנית, שנקרא בעבר חומצת אוויר או חומצה אווירית, היא החומצה האורגנית היחידה של פחמן יש את הנוסחה H2CO3.
מלחים של חומצות פחמן נקראים bicarbonates (או מימן פחמתי) ו פחמתי (האדם Metabolome Database, 2017). המבנה שלה מוצג באיור 1 (EMBL-EBI, 2016).
הוא אמר כי חומצה פחמן נוצר על ידי פחמן דו חמצני ומים. פחמן דו חמצני מתרחשת רק באמצעות מלחים (קרבונטים), מלחי חומצה (קרבונטים מימן), אמינים (חומצה carbamic) ו כלורידים חומצה (כלוריד קרבוניל) (Mesh, 1991).
התרכובת לא יכולה להיות מבודדת כנוזל טהור או מוצק, שכן תוצרי הפירוק שלה, דו תחמוצת הפחמן והמים, יציבים הרבה יותר מחומצה (החברה המלכותית לכימיה, 2015).
חומצה פחמנית נמצא בגוף האדם, את נוכחות CO2 בדם משלב עם מים כדי ליצור חומצה פחמתי, אשר נשף אז כמו גז על ידי הריאות.
הוא נמצא גם סלעים ומערות שבו limestones ניתן להמיס. H2CO3 ניתן למצוא גם בפחם, מטאוריטים, הרי געש, גשם חומצי, מי תהום, אוקיינוסים וצמחים (Carbonic acid Formula, S.F.).
אינדקס
- 1 חומצה פחמנית ומלחי קרבונט
- 2 "היפותטי" דו תחמוצת הפחמן וחומצת מים
- 3 תכונות פיסיקליות וכימיות
- 4 שימושים
- 5 חשיבות
- 6 הפניות
חומצה פחמנית ומלחי קרבונט
חומצה פחמנית נוצר בכמויות קטנות כאשר anhydride, פחמן דו חמצני (CO2), מתמוסס במים.
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
המינים השולטים הם פשוט מולקולות פחמן CO2. זה יכול להיחשב כי חומצה פחמתית הינה חומצת diprotic שיכולים להיווצר שתי סדרות של מלחים, כלומר, קרבונטים מימן, או bicarbonates, המכיל HCO3-, ו קרבונטים המכיל CO32-.
H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-
HCO3- H2O ⇌ H3O + + CO32 -
עם זאת, התנהגות חומצה בסיס של חומצה פחמנית תלוי במהירויות שונות של חלק מהתגובות המעורבות, כמו גם התלות שלה pH של המערכת. לדוגמה, ב pH נמוך מ 8, את התגובות העיקריות ואת מהירות יחסית הם כדלקמן:
- CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (איטי)
- H2CO3 + OH- ⇌ HCO3- + H2O (מהיר)
מעל pH 10, התגובות הבאות הן חשובות:
- CO2 + OH- ⇌ HCO3- (איטי)
- HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (מהיר)
בין ערכי ה- pH של 8 ו -10, כל התגובות שיווי משקל לעיל הם משמעותיים (Zumdahl, 2008).
"היפותטי" דו תחמוצת הפחמן וחומצת מים
עד לאחרונה, המדענים היו משוכנעים שחומצה פחמנית אינה קיימת כמולקולה יציבה.
בשנת Angewandte Chemie, חוקרים גרמנים הציג שיטה פירוליטי פשוט לייצור שלב גז חומצה פחמתית מאפשרות אפיון ספקטרוסקופיות של חומצה פחמתית שלב גז ואסתר monomethyl (מהדורה בינלאומית Angewandte Chemie, 2014).
חומצה פחמנית קיימת רק עבור חלק קטן של השני כאשר דו תחמוצת הפחמן מתמוסס במים לפני שהוא הופך לתערובת של פרוטונים ו אניונים ביקרבונט.
למרות החיים הקצרים שלה, עם זאת, חומצה פחמן מקנה השפעה מתמשכת על האטמוספירה של כדור הארץ ואת הגיאולוגיה, כמו גם על גוף האדם.
בשל החיים הקצרים שלה, הכימיה המפורטת של חומצה פחמנית כבר מוסווה במסתורין. חוקרים כמו ברקלי לאב ואוניברסיטת קליפורניה בברקלי עוזרים להרים את הצעיף באמצעות סדרה של ניסויים ייחודיים.
במחקר האחרון שלהם, הם הראו כיצד פחמן דו חמצני גזי פחמן הם solvated על ידי מים כדי ליזום את העברת פרוטון כימיה שמייצרת חומצה פחמן bicarbonate (Yarris, 2015).
ב -1991 הצליחו מדעני מרכז טיסות החלל גודארד (USA) של נאס"א לייצר דוגמאות מוצקות של H2CO3. הם עשו זאת על ידי חשיפת תערובת קפואה של מים ופחמן דו חמצני לקרינת הפרוטון באנרגיה גבוהה, ולאחר מכן חימום אותה כדי להסיר את המים העודפים.
חומצת פחמן שנותרה התאפיין ספקטרוסקופיה אינפרא אדום. העובדה שהחומצה הפחמנית הוכנה על ידי הקרנה של תערובת מוצקה של H2O + CO2, או אפילו על ידי הקרנה של קרח יבש בלבד.
זה הוביל להצעות כי H2CO3 ניתן למצוא בחלל החיצון או על מאדים, שבו נמצאו גלידות H2O ו- CO2, כמו גם קרניים קוסמיות (Khanna, 1991)..
תכונות פיסיקליות וכימיות
חומצה פחמנית קיימת רק בתמיסה מימית. לא היה אפשר לבודד את המתחם הטהור. פתרון זה הוא זיהה בקלות כי יש לו זיקוק של דו תחמוצת הפחמן הגזי אשר בורח מן המדיום מימית.
יש לו משקל מולקולרי של 62,024 גרם / מול וצפיפות של 1,668 גרם / מ"ל. חומצה פחמנית היא חומצה חלשה ולא יציבה, אשר באופן חלקי disociates במים יונים מימן (H +) ו יונים ביקרבונט (HCO3-) אשר pKa הוא 3.6.
בהיותו חומצה diprotic, זה יכול ליצור שני סוגים של מלחים, פחמתי ו bicarbonates. תוספת הבסיס עודף של חומצה פחמן נותן מלחי ביקרבונט, בעוד תוספת של בסיס עודף לחומצה פחמתי נותן מלחי פחמתי (המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה, 2017).
חומצה פחמנית אינו נחשב רעיל או מסוכן, והוא נוכח בגוף האדם. עם זאת, חשיפה ריכוז גבוה יכול לגרות את העיניים ואת דרכי הנשימה.
שימושים
לדברי מישל מקגוויר ב מדעי התזונהחומצה פחמנית נמצא במזונות מותססים בצורת פסולת שנוצרת על ידי חיידקים המזינים מזון מתפורר.
בועות גז המיוצרות במזון הן בדרך כלל פחמן דו חמצני של חומצה פחמנית וסימן שהאוכל מתסיס. דוגמאות של מאכלים תוססים נפוץ הם רוטב סויה, מרק מיסו, כרוב כבוש, קימצ'י קוריאנית, טמפה, קפיר ויוגורט.
דגנים מותססים וירקות מכילים גם חיידקים מועילים שיכולים לשלוט במיקרואורגניזמים שעלולים להיות פתוגניים בתוך המעיים שלכם ולשפר את ייצור ויטמינים B-12 ו- K.
חומצה פחמן, פחמן דו חמצני פתרון או פחמן דידהיד נוצרת במהלך תהליך של פחמן של מים. הוא אחראי על ההיבט התוסס של משקאות קלים ומשקאות קלים, כפי שצוין במילון מדעי המזון והטכנולוגיה.
חומצה פחמנית תורמת לחומציות גבוהה של סודה, אך התוכן של סוכר מזוקק וחומצה זרחתית הם האחראים העיקריים לחומציות האמורה (DUBOIS, 2016).
חומצה פחמנית משמש גם בתחומים רבים אחרים, כגון תרופות, קוסמטיקה, דשנים, עיבוד מזון, הרדמה, וכו '.
משמעות
פחמן דו חמצני הוא נפוץ למצוא מים מן האוקיינוסים והימים, אגמים, נהרות וגשם כי צורות כאשר פחמן דו חמצני, אשר נפוץ באטמוספרה, במגע עם מים.
הוא קיים גם בקרח של הקרחונים, אם כי בכמויות קטנות יותר. חומצת פחמן היא חומצה חלשה מאוד, למרות שזה יכול לתרום שחיקה לאורך זמן.
הגידול של פחמן דו חמצני באטמוספרה גרם חומצה פחמתית יותר מופקת באוקיינוסים והוא חלק חלק, אחראי העלייה הקלה חומציות האוקיינוסים במשך מאות השנים האחרונות.
פחמן דו חמצני, מוצר פסולת של חילוף החומרים הסלולרי, נמצא בריכוז גבוה יחסית ברקמות. זה מתפזר בדם נלקח לריאות כדי לחסל עם האוויר פג.
פחמן דו חמצני הוא מסיס הרבה יותר מאשר חמצן ו מתפזרת בקלות לתוך כדוריות דם אדומות. מגיב עם מים כדי ליצור חומצה פחמנית, אשר ב pH אלקליין של הדם מופיע בעיקר כמו bicarbonate (רוברט ס שוורץ, 2016).
דו תחמוצת הפחמן נכנסת לדם ולרקמות משום שהלחץ החלקי המקומי גדול יותר מהלחץ החלקי בדם הזורם דרך הרקמות. כמו דו תחמוצת הפחמן נכנס הדם, הוא משלב עם מים כדי ליצור חומצה פחמן כי dissociates לתוך יונים מימן (H +) ו bicarbonate יונים (HCO3-).
ההמרה הטבעית של פחמן דו חמצני לחומצה פחמנית היא תהליך איטי יחסית. עם זאת, פחמן anhydrase, אנזים חלבון נוכח בתוך כדוריות דם אדומות, מזרז תגובה זו במהירות מספקת, כי היא מושגת רק שבריר של שנייה..
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
בגלל האנזים נמצא רק בתוך תאי הדם האדומים, bicarbonate מצטבר במידה הרבה יותר גבוהה בתוך כדוריות הדם האדומות מאשר בפלזמה.
היכולת של הדם להעביר פחמן דו חמצני ביקרבונט מוגברת על ידי מערכת התחבורה יון לתוך קרום תאי הדם האדומים כי במקביל מעביר יון ביקרבונט מתוך התא אל הפלזמה תמורת וכלוריד.
חילופי סימולטני של שני יונים אלה, המכונה חילופי כלוריד, מאפשר פלזמה לשמש אתר אחסון ביקרבונט מבלי לשנות את המטען החשמלי של פלזמה או כדוריות דם אדומות.
רק 26 אחוזים מכלל התוכן דו תחמוצת הפחמן של הדם קיים כמו ביקרבונט בתוך תאי הדם האדומים, בעוד 62 אחוזים קיים כמו ביקרבונט בפלסמה; עם זאת, רוב יוני ביקרבונט מיוצרים לראשונה בתוך התא, ולאחר מכן מועבר פלזמה.
רצף הפוך של תגובות מתרחשת כאשר הדם מגיע לריאה, שם הלחץ החלקי של פחמן דו חמצני נמוך יותר מאשר בדם. התגובה המושתקת על ידי פחמן אנהידראס מתהפכת בריאות, שם היא ממירה את הבייקרבונט בחזרה ל- CO2 ומאפשרת את גירושו (ניל ס. צ'רניאק, 2015).
הפניות
- אנגוונדט Chemie מהדורה בינלאומית. (2014, 23 בספטמבר). חומצה פחמנית - ובכל זאת זה קיים! נאסף מתוך chemistryviews.org.
- חומצה פחמנית. (S.F.). משוחזר מ softschools.com.
- DUBOIS, S. (2016, 11 בינואר). חומצה פחמנית במזון. מקור: livestrong.com.
- EMBL-EBI (2016, 27 בינואר). חומצה פחמנית. שוחזר מ ebi.ac.uk.
- מאגר המטבוליזם האנושי. (2017, 2 במרץ). חומצה פחמנית. נלקח מתוך hmdb.ca.
- חנא, מ '(1991). אינפרא אדום ומחקרים ספקטרליים המוניים של פרוטון מוקרן H2O + CO2 קרח: עדות לחומצה פחמן. Spectrochimica Acta חלק א ': ספקטרוסקופיה מולקולרית כרך 47, גליון 2, 255-262. מקורו ב- science.gsfc.nasa.gov.
- (1991). חומצה פחמנית. נאסף מ- ncbi.nlm.nih.
- המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי ... (2017, 11 במרץ). מסד הנתונים PubChem Compound; CID = 767. מקור: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- ניל ס. צ'רניאק, ה. א. (2015, 20 במרץ). הנשימה האנושית שחזר מ britannica.com.
- רוברט ס. שוורץ, C. ל. (2016, 29 באפריל). דם. שחזר מ britannica.com.
- החברה המלכותית לכימיה. (2015). חומצה פחמנית. מאוחזר מ: chemspider.com.
- Yarris, L. (2015, 16 ביוני). להתיר את המסתורין של חומצה פחמן. מקור: newscenter.lbl.gov.
- זומדהל, ש '(2008, 15 באוגוסט). אוקסיאצי מקור: britannica.com.