Tính chất, công dụng và tầm quan trọng của axit cacbonic (H2CO3)

các axit carbonic, trước đây gọi là axit không khí hoặc axit khí, nó là axit vô cơ duy nhất của cacbon và có công thức H2CO3.

Các muối của axit carbonic được gọi là bicarbonat (hoặc hydro cacbonat) và cacbonat (Cơ sở dữ liệu chuyển hóa của con người, 2017). Cấu trúc của nó được trình bày trong Hình 1 (EMBL-EBI, 2016).

Người ta nói rằng axit carbonic được hình thành bởi carbon dioxide và nước. Axit carbonic chỉ xảy ra thông qua muối (cacbonat), muối axit (hydro cacbonat), amin (axit carbamic) và axit clorua (carbonyl clorua) (MeSH, 1991).

Hợp chất không thể được phân lập dưới dạng chất lỏng nguyên chất hoặc rắn, vì các sản phẩm phân hủy, carbon dioxide và nước, ổn định hơn nhiều so với axit (Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, 2015).

Axit carbonic được tìm thấy trong cơ thể con người, CO2 có trong máu kết hợp với nước tạo thành axit carbonic, sau đó được thở ra dưới dạng khí của phổi.

Nó cũng được tìm thấy trong đá và hang động nơi đá vôi có thể bị hòa tan. H2CO3 cũng có thể được tìm thấy trong than đá, thiên thạch, núi lửa, mưa axit, nước ngầm, đại dương và thực vật (Công thức axit carbonic, S.F.).

Chỉ số

• 1 Axit cacbonic và muối cacbonat
• 2 carbon "giả thuyết" và axit nước
• 3 Tính chất lý hóa
• 4 công dụng
• 5 Tầm quan trọng
• 6 tài liệu tham khảo

Axit cacbonic và muối cacbonat

Axit carbonic được hình thành với số lượng nhỏ khi anhydrid, carbon dioxide (CO2), hòa tan trong nước.

CO2 + H2O H2CO3

Các loài chiếm ưu thế chỉ đơn giản là các phân tử CO2 ngậm nước. Có thể coi axit cacbonic là một axit lưỡng cực mà từ đó hai loạt muối có thể được tạo thành, đó là hydro cacbonat, hoặc bicacbonat, chứa HCO3- và cacbonat, chứa CO32.-.

H2CO3 + H 2O 3 H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O H3O + + CO32-

Tuy nhiên, hoạt động axit-bazơ của axit cacbonic phụ thuộc vào tốc độ khác nhau của một số phản ứng có liên quan, cũng như sự phụ thuộc của nó vào độ pH của hệ thống. Ví dụ, ở độ pH thấp hơn 8, các phản ứng chính và vận tốc tương đối của chúng là như sau:

• CO2 + H2O H2CO3 (chậm)
• H2CO3 + OH- HCO3- + H2O (nhanh)

Trên pH 10, các phản ứng sau rất quan trọng:

• CO2 + OH- HCO3- (chậm)
• HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (nhanh)

Giữa các giá trị pH từ 8 đến 10, tất cả các phản ứng cân bằng ở trên đều có ý nghĩa (Zumdahl, 2008).

Carbon dioxide "giả thuyết" và axit nước

Cho đến gần đây, các nhà khoa học đã tin rằng axit carbonic không tồn tại như một phân tử ổn định.

Trong tạp chí Angewandte Chemie, các nhà nghiên cứu Đức đã giới thiệu một phương pháp nhiệt phân đơn giản để sản xuất axit carbonic pha khí cho phép đặc tính quang phổ của axit carbonic pha khí và este monomethyl của nó (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Axit carbonic chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của giây khi carbon dioxide hòa tan trong nước trước khi nó trở thành hỗn hợp của các proton và anion bicarbonate.

Mặc dù có tuổi thọ ngắn, tuy nhiên, axit carbonic tạo ra tác động lâu dài đến bầu khí quyển và địa chất của Trái đất, cũng như đối với cơ thể con người.

Do thời gian tồn tại ngắn, hóa học chi tiết của axit carbonic đã bị che giấu trong bí ẩn. Các nhà nghiên cứu như Phòng thí nghiệm Berkeley và Đại học California (UC) Berkeley đang giúp nâng bức màn này thông qua một loạt các thí nghiệm độc đáo.

Trong nghiên cứu mới nhất của họ, họ đã chỉ ra cách các phân tử carbon dioxide dạng khí được hòa tan trong nước để bắt đầu hóa học chuyển proton tạo ra axit carbonic và bicarbonate (Yarris, 2015).

Năm 1991, các nhà khoa học tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA (Hoa Kỳ) đã chế tạo được các mẫu H2CO3 rắn. Họ đã làm điều này bằng cách cho một hỗn hợp đông lạnh của nước và carbon dioxide vào bức xạ proton năng lượng cao, và sau đó làm nóng nó để loại bỏ lượng nước dư thừa.

Axit carbonic còn lại được đặc trưng bởi quang phổ hồng ngoại. Thực tế là axit carbonic được điều chế bằng cách chiếu xạ hỗn hợp rắn H2O + CO2, hoặc thậm chí chỉ bằng chiếu xạ băng khô.

Điều này đã dẫn đến những gợi ý rằng H2CO3 có thể được tìm thấy ở ngoài vũ trụ hoặc trên Sao Hỏa, nơi tìm thấy kem H2O và CO2, cũng như các tia vũ trụ (Khanna, 1991)..

Tính chất hóa lý

Axit carbonic chỉ tồn tại trong dung dịch nước. Nó đã không thể cô lập các hợp chất tinh khiết. Giải pháp này dễ dàng được nhận ra vì nó có sự phát sinh của khí carbon dioxide dạng khí thoát ra từ môi trường nước.

Nó có trọng lượng phân tử là 62.024 g / mol và mật độ 1.668 g / ml. Axit carbonic là một axit yếu và không ổn định, nó phân ly một phần trong nước ở các ion hydro (H +) và các ion bicarbonate (HCO3-) có pKa là 3,6.

Là một axit lưỡng cực, nó có thể tạo thành hai loại muối, cacbonat và bicacbonat. Việc bổ sung bazơ vào một lượng dư axit cacbonic sẽ tạo ra muối bicarbonate, trong khi việc bổ sung bazơ dư thừa vào axit cacbonic sẽ tạo ra muối cacbonat (Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia., 2017).

Axit carbonic không được coi là độc hại hoặc nguy hiểm, và có trong cơ thể con người. Tuy nhiên, tiếp xúc với nồng độ cao có thể gây kích ứng mắt và đường hô hấp.

Công dụng

Theo Michelle McGuire trong Khoa học dinh dưỡng, vàAxit carbonic được tìm thấy trong thực phẩm lên men dưới dạng chất thải được tạo ra bởi vi khuẩn ăn thức ăn mục nát.

Bong bóng khí được sản xuất trong thực phẩm thường là carbon dioxide của axit carbonic và là dấu hiệu cho thấy thực phẩm đang lên men. Ví dụ về các loại thực phẩm lên men thường ăn là nước tương, súp miso, dưa cải bắp, kim chi Hàn Quốc, tempeh, kefir và sữa chua.

Các loại ngũ cốc và rau quả lên men cũng chứa vi khuẩn có lợi có thể kiểm soát các vi sinh vật có khả năng gây bệnh trong ruột của bạn và cải thiện việc sản xuất vitamin B-12 và K.

Axit carbonic, dung dịch carbon dioxide hoặc dihydrogen carbonate được hình thành trong quá trình cacbon hóa nước. Nó chịu trách nhiệm về khía cạnh sủi bọt của nước ngọt và nước ngọt, như được nêu trong Từ điển Khoa học và Công nghệ Thực phẩm.

Axit carbonic đóng góp vào tính axit cao của soda, nhưng hàm lượng đường tinh luyện và axit photphoric là nguyên nhân chính gây ra tính axit nói trên (DUBOIS, 2016).

Axit carbonic cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác, như dược phẩm, mỹ phẩm, phân bón, chế biến thực phẩm, thuốc gây mê, v.v..

Ý nghĩa

Axit carbonic thường được tìm thấy trong nước của đại dương, biển, hồ, sông và mưa vì nó được hình thành khi carbon dioxide, phổ biến trong khí quyển, tiếp xúc với nước..

Nó thậm chí còn hiện diện trong băng của sông băng, mặc dù với số lượng nhỏ hơn. Axit carbonic là một axit rất yếu, mặc dù nó có thể góp phần xói mòn theo thời gian.

Sự gia tăng carbon dioxide trong khí quyển đã khiến cho carbon dioxide được tạo ra nhiều hơn trong các đại dương và một phần là nguyên nhân dẫn đến sự gia tăng nhẹ độ axit của các đại dương trong hàng trăm năm qua.

Carbon dioxide, một sản phẩm thải của quá trình chuyển hóa tế bào, được tìm thấy ở nồng độ tương đối cao trong các mô. Nó khuếch tán trong máu và được đưa đến phổi để được loại bỏ với không khí hết hạn.

Carbon dioxide hòa tan hơn nhiều so với oxy và dễ dàng khuếch tán vào các tế bào hồng cầu. Phản ứng với nước tạo thành axit carbonic, ở pH kiềm của máu xuất hiện chủ yếu dưới dạng bicarbonate (Robert S. Schwartz, 2016).

Carbon dioxide đi vào máu và các mô vì áp suất cục bộ của nó lớn hơn áp suất riêng phần của nó trong máu chảy qua các mô. Khi carbon dioxide vào máu, nó kết hợp với nước tạo thành axit carbonic phân tách thành các ion hydro (H +) và ion bicarbonate (HCO3-).

Sự chuyển đổi tự nhiên của carbon dioxide thành axit carbonic là một quá trình tương đối chậm. Tuy nhiên, carbonic anhydrase, một loại enzyme protein có trong tế bào hồng cầu, xúc tác phản ứng này đủ nhanh để nó đạt được chỉ trong một phần của giây..

CO2 + H2O H2CO3

Do enzyme chỉ có trong các tế bào hồng cầu, bicarbonate tích lũy ở mức độ lớn hơn nhiều trong các tế bào hồng cầu so với trong huyết tương.

Khả năng vận chuyển carbon dioxide của máu khi bicarbonate được tăng cường nhờ hệ thống vận chuyển ion trong màng tế bào hồng cầu đồng thời di chuyển ion bicarbonate ra khỏi tế bào và vào plasma để đổi lấy ion clorua.

Sự trao đổi đồng thời của hai ion này, được gọi là trao đổi clorua, cho phép plasma được sử dụng làm nơi lưu trữ bicarbonate mà không làm thay đổi điện tích của huyết tương hoặc hồng cầu.

Chỉ có 26% tổng lượng carbon dioxide trong máu tồn tại dưới dạng bicarbonate bên trong các tế bào hồng cầu, trong khi 62% tồn tại dưới dạng bicarbonate trong huyết tương; tuy nhiên, hầu hết các ion bicarbonate được sản xuất đầu tiên bên trong tế bào, sau đó được vận chuyển đến plasma.

Một chuỗi phản ứng ngược xảy ra khi máu đến phổi, trong đó áp suất riêng phần của carbon dioxide thấp hơn trong máu. Phản ứng được xúc tác bởi anhydrase carbonic được đảo ngược trong phổi, nơi nó chuyển đổi bicarbonate trở lại CO2 và cho phép trục xuất nó (Neil S. Cherniack, 2015).

Tài liệu tham khảo

1. Phiên bản quốc tế Angewandte Chemie. (2014, ngày 23 tháng 9). Axit Carbonic - Nhưng nó vẫn tồn tại! Lấy từ chemview.org.
2. Công thức axit cacbonic. (S.F.). Phục hồi từ softschools.com.
3. DUBOIS, S. (2016, ngày 11 tháng 1). Axit carbonic trong thực phẩm. Lấy từ livestrong.com.
4. EMBL-EBI (2016, ngày 27 tháng 1). axit cacbonic. Phục hồi từ ebi.ac.uk.
5. Cơ sở dữ liệu trao đổi chất của con người. (2017, ngày 2 tháng 3). Axit cacbonic. Lấy từ hmdb.ca. 
6. Khanna, M. M. (1991). Các nghiên cứu quang phổ hồng ngoại và khối lượng của đá H2O + CO2 đã chiếu xạ proton: Bằng chứng về axit carbonic. Spectrochimica Acta Phần A: Quang phổ phân tử Tập 47, Số 2, 255-262. Lấy từ khoa học.gsfc.nasa.gov.
7. (1991). Axit cacbonic. Lấy từ ncbi.nlm.nih.
8. Trung tâm thông tin công nghệ sinh học quốc gia ... (2017, ngày 11 tháng 3). Cơ sở dữ liệu hợp chất PubChem; CID = 767. Lấy từ pubool.ncbi.nlm.nih.gov.
9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, ngày 20 tháng 3). Hô hấp của con người Phục hồi từ britannica.com.
10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, ngày 29 tháng 4). Máu. Phục hồi từ britannica.com.
11. Hội hóa học hoàng gia. (2015). Axit cacbonic. Lấy từ: chemspider.com.
12. Yarris, L. (2015, ngày 16 tháng 6). Làm sáng tỏ những bí ẩn của axit carbonic. Lấy từ: newscenter.lbl.gov.
13. Zumdahl, S. S. (2008, ngày 15 tháng 8). Oxyacid Lấy từ: britannica.com.