Süsinikhape (H2CO3) Omadused, kasutusviisid ja tähtsus



The süsinikhape, varem nimetati õhu hapet või õhust hapet, see on ainus anorgaaniline hape süsinikust ja selle valem on H2CO3.

Süsivesinike soolasid nimetatakse bikarbonaatideks (või vesinikkarbonaatideks) ja karbonaatideks (Human Metabolome Database, 2017). Selle struktuur on esitatud joonisel 1 (EMBL-EBI, 2016).

On öeldud, et süsinikhape moodustub süsinikdioksiidist ja veest. Süsinikhape esineb ainult soolade (karbonaatide), happesoolade (vesinikkarbonaadid), amiinide (karbaamhappe) ja happekloriidide (karbonüülkloriid) (MeSH, 1991) kaudu..

Ühendit ei saa eraldada puhta või tahke vedelikuna, kuna selle lagunemise saadused, süsinikdioksiid ja vesi on palju stabiilsemad kui happed (Royal Society of Chemistry, 2015).

Inimkehas leidub süsinikhapet, veres sisalduv CO2 ühendub veega, moodustades süsinikhapet, mis seejärel väljahingatuna gaasina kopsudes..

Seda leidub ka kivimites ja koobastes, kus lubjakivid võivad olla lahustunud. H2CO3 leidub ka söes, meteoriidides, vulkaanides, happevihmades, põhjavees, ookeanides ja taimedes (süsinikhape valem, S.F.)..

Indeks

  • 1 Soolhappe ja karbonaadi soolad
  • 2 "Hüpoteetiline" süsinikdioksiid ja vee hape
  • 3 Füüsikalised ja keemilised omadused
  • 4 Kasutamine
  • 5 Tähtsus
  • 6 Viited

Süsinikhappe ja karbonaatsoolad

Süsinikhape moodustub väikestes kogustes, kui selle anhüdriid, süsinikdioksiid (CO2) lahustub vees.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Valdavad liigid on lihtsalt hüdraatunud CO2 molekulid. Võib arvata, et süsinikhape on diprootiline hape, millest võib moodustada kaks rida soolasid, nimelt vesinikkarbonaadid või vesinikkarbonaadid, mis sisaldavad HCO3- ja karbonaate, mis sisaldavad CO32.-.

H2CO3 + H2O, H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

Süsinikhappe happe-aluse käitumine sõltub siiski teatud reaktsioonide erinevatest kiirustest, samuti selle sõltuvusest süsteemi pH-st. Näiteks kui pH on madalam kui 8, on peamised reaktsioonid ja nende suhteline kiirus järgmised:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (aeglane)
  • H2CO3 + OH- CO HCO3- + H2O (kiire)

Üle pH 10 on olulised järgmised reaktsioonid:

  • CO2 + OH- CO HCO3- (aeglane)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (kiire)

PH väärtuste 8 ja 10 vahel on kõik eespool nimetatud tasakaalulised reaktsioonid märkimisväärsed (Zumdahl, 2008).

"Hüpoteetiline" süsinikdioksiid ja vee hape

Kuni suhteliselt hiljuti olid teadlased veendunud, et süsinikhape ei ole stabiilne molekul.

Ajakirjas Angewandte Chemie on Saksa teadlased kasutusele võtnud gaasifaasilise süsinikhappe tootmiseks lihtsa pürolüütilise meetodi, mis võimaldas gaasifaasi ja selle monometüülestri spektroskoopilist iseloomustamist (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Süsinikhape esineb ainult väikese sekundi murdosa puhul, kui süsinikdioksiid lahustub vees enne, kui see muutub prootonite ja bikarbonaat-anioonide seguks.

Vaatamata oma lühikesele elueale annab süsinikhape siiski püsiva mõju Maa atmosfäärile ja geoloogiale ning samuti inimkehale..

Oma lühikese eluea tõttu on süsinikhappe üksikasjalik keemiline müsteerium peidetud. Uurijad nagu Berkeley Lab ja California ülikool (UC) Berkeley aitavad tõsta selle loori unikaalsete katsete abil.

Oma viimases uuringus on nad näidanud, kuidas gaasilised süsinikdioksiidi molekulid veega solvaaditakse, et algatada prootoni ülekandekemia, mis toodab süsinikhapet ja bikarbonaati (Yarris, 2015).

1991. aastal suutsid NASA Goddardi kosmoselennukeskuse (USA) teadlased teha H2CO3 tahkeid proove. Nad tegid seda, paljastades külmutatud vee ja süsinikdioksiidi segu suure energiatarbega prootonkiirgusele ja seejärel kuumutades, et eemaldada liigne vesi.

Jäägitud süsinikhapet iseloomustati infrapunaspektroskoopiaga. Asjaolu, et süsinikhape valmistati H2O + CO2 tahke segu kiiritamisel või isegi kuiva jää kiiritamise teel üksi.

See on viinud ettepanekuteni, et H2CO3 leidub kosmoses või Marsil, kus leidub H2O ja CO2 jäätisid, samuti kosmilised kiirgused (Khanna, 1991)..

Füüsikalised ja keemilised omadused

Süsinikhape esineb ainult vesilahuses. Puhast ühendit ei ole võimalik eraldada. See lahendus on kergesti äratuntav, kuna sellel on gaasiline süsinikdioksiid, mis väljub vesikeskkonnast.

Selle molekulmass on 62,024 g / mol ja tihedus 1,668 g / ml. Süsinikhape on nõrk ja ebastabiilne hape, mis dissotsieerub vees osaliselt vesinikioonide (H +) ja bikarbonaadi ioonides (HCO3-), mille pKa on 3,6.

Diprootilise happena võib see moodustada kahte tüüpi sooli, karbonaate ja bikarbonaate. Aluse lisamine süsinikhappe liigile annab bikarbonaatsoolad, samas kui liigse aluse lisamine süsinikhappele annab karbonaatsoolad (National Biotechnology Information., 2017)..

Süsinikhapet ei peeta mürgiseks ega ohtlikuks ning see esineb inimkehas. Suure kontsentratsiooniga kokkupuude võib siiski ärritada silmi ja hingamisteid.

Kasutamine

Michelle McGuire'i sõnul Toitumisteadused jaKääritatud toiduainetes leidub süsinikhapet jäätmete kujul, mida tekitavad lagunev toit.

Toidus toodetud gaasimullid on tavaliselt süsinikhappe süsinikdioksiid ja märk sellest, et toit on käärinud. Tavaliselt allaneelatud kääritatud toiduainete näideteks on sojakaste, miso supp, hapukapsas, Korea kimchi, tempeh, kefiir ja jogurt.

Kääritatud terad ja köögiviljad sisaldavad ka kasulikke baktereid, mis võivad kontrollida teie patogeenide potentsiaalselt patogeenseid mikroorganisme ja parandada vitamiinide B-12 ja K tootmist..

Vee karboniseerimise protsessi käigus moodustub süsinikhape, süsinikdioksiidi lahus või dihüdrokarbonaat. See vastutab karastusjookide ja karastusjookide kihiseva aspekti eest, nagu on märgitud toidu teaduse ja tehnoloogia sõnaraamatus.

Soolhape aitab kaasa sooda suurele happesusele, kuid rafineeritud suhkru ja fosforhappe sisaldus on peamine vastutus nimetatud happesuse eest (DUBOIS, 2016).

Süsinikhapet kasutatakse ka paljudes teistes valdkondades, nagu ravimid, kosmeetika, väetised, toidu töötlemine, anesteetikumid jne..

Olulisus

Süsinikhapet leidub tavaliselt ookeanide, merede, järvede, jõgede ja vihma vees, sest see tekib siis, kui atmosfääris levinud süsinikdioksiid puutub kokku veega..

See on isegi liustike jääl, kuigi väiksemates kogustes. Süsinikhape on väga nõrk hape, kuigi see võib aja jooksul kaasa aidata erosioonile.

Süsinikdioksiidi suurenemine atmosfääris on tekitanud ookeanides rohkem süsinikdioksiidi ja osaliselt vastutab ookeanide happesuse kerge suurenemise eest viimase saja aasta jooksul..

Süsinikdioksiid, mis on raku ainevahetuse jäätmed, leitakse suhteliselt kõrge kontsentratsiooniga kudedes. See difundeerub veres ja viiakse kopsudesse, et need väljutataks õhku.

Süsinikdioksiid on hapnikust palju lahustuvam ja difundeerub kergesti punastesse vererakkudesse. Reageerib koos veega, moodustades süsinikhappe, mis verepõhjalises pH juures esineb peamiselt bikarbonaadina (Robert S. Schwartz, 2016).

Süsinikdioksiid siseneb vere ja kudedesse, sest selle kohalik osaline rõhk on suurem kui selle osaline rõhk veres, mis voolab läbi kudede. Süsinikdioksiidi sisenemisel vere ühendab see veega, moodustades süsinikhappe, mis dissotsieerub vesinikioonideks (H +) ja bikarbonaadi ioonideks (HCO3-)..

Süsinikdioksiidi loomulik muundumine süsinikhappeks on suhteliselt aeglane protsess. Karboanhüdraas, valguensüüm, mis esineb punaste vereliblede sees, katalüüsib seda reaktsiooni piisavalt kiiresti, et see saavutatakse vaid murdosa sekundis..

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Kuna ensüüm esineb ainult punaste vereliblede sees, koguneb bikarbonaat punasel verelibledel palju suuremal määral kui plasmas.

Vere võimet süsinikdioksiidi transportida bikarbonaadina võimendab ioonide transpordisüsteem punaste vereliblede membraanis, mis üheaegselt liigutab bikarbonaadi iooni rakust ja plasmasse kloriidiooni vastu..

Nende kahe ioonide, tuntud kui kloriidivahetus, üheaegne vahetamine võimaldab plasmat kasutada bikarbonaadi säilitamiskohana, muutmata plasma või punaste vereliblede elektrilist laengut.

Ainult 26 protsenti veres sisalduvast süsinikdioksiidi sisaldusest on punaste vereliblede sees bikarbonaadina, samas kui plasmas on 62 protsenti bikarbonaadina; kuid enamik bikarbonaadi ioone toodetakse esmalt rakus, seejärel transporditakse plasmasse.

Reaktsioonide vastupidine järjekord tekib siis, kui veri jõuab kopsu, kus süsinikdioksiidi osaline rõhk on madalam kui veres. Karboanhüdraasi poolt katalüüsitud reaktsioon pööratakse kopsudesse, kus see muundab bikarbonaadi tagasi CO2-ks ja võimaldab selle väljaheitmist (Neil S. Cherniack, 2015).

Viited

  1. Angewandte Chemie International Edition. (2014, 23. september). Süsinikhape - ja veel see on! Välja otsitud keemiaviews.org.
  2. Süsinikhappe valem. (S.F.). Taastatud softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11. jaanuar). Süsinikhape toidus. Välja otsitud aadressilt livestrong.com.
  4. EMBL-EBI (2016, 27. jaanuar). süsinikhape. Taastatud ebi.ac.uk.
  5. Inimese metaboolide andmebaas. (2017, 2. märts). Süsinikhape. Välja otsitud aadressilt hmdb.ca. 
  6. Khanna, M. M. (1991). Prootoni kiiritatud H2O + CO2 jää infrapuna- ja massispektri uuringud: tõendid süsinikhappe kohta. Spectrochimica Acta Osa A: Molekulaarne spektroskoopia, köide 47, väljaanne 2, 255-262. Välja otsitud Science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Süsinikhape. Välja otsitud aadressilt ncbi.nlm.nih.
  8. Riiklik biotehnoloogia teabe keskus ... (2017, 11. märts). PubChem Compound andmebaas; CID = 767. Välja otsitud aadressilt pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, 20. märts). Inimese hingamisteed Taastati britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29. aprill). Veri. Taastati britannica.com.
  11. Royal Society of Chemistry. (2015). Süsinikhape. Välja otsitud: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16. juuni). Süsinikhappe saladuste lahtivõtmine. Välja otsitud andmebaasist: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, 15. august). Oksihape Välja otsitud: britannica.com.