Kohlensäure (H2CO3) Eigenschaften, Anwendungen und Bedeutung

Die Kohlensäure, früher Luft-Säure oder Luft-Säure genannt, ist die einzige anorganische Säure von Kohlenstoff und hat die Formel H2CO3.

Die Salze von Carbonsäuren werden Bicarbonate (oder Hydrogencarbonate) und Carbonate (Human Metabolome Database, 2017) genannt. Seine Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt (EMBL-EBI, 2016).

Es wird gesagt, dass Kohlensäure durch Kohlendioxid und Wasser gebildet wird. Kohlensäure erfolgt nur über Salze (Carbonate), saure Salze (Hydrogencarbonate), Amine (Carbamidsäure) und Säurechloride (carbonylchlorid) (MeSH, 1991).

Die Verbindung kann nicht als reine Flüssigkeit oder Feststoff, als Zersetzungsprodukte, Kohlendioxid und Wasser getrennt wird, sind stabiler als die Säure (Royal Society of Chemistry, 2015).

Kohlensäure kommt im menschlichen Körper vor, das im Blut vorhandene CO2 verbindet sich mit Wasser zu Kohlensäure, die dann von den Lungen als Gas ausgeatmet wird.

Es ist auch in Felsen und Höhlen, wo es möglich ist, die Kalksteine ​​aufzulösen. H2CO3 kann auch in Kohle, Meteoriten, Vulkan, saurer regen, Grundwasser, Ozeane und Pflanzen (Kohlensäure-Formula, S. F.) ermittelt werden.

Index

• 1 Kohlensäure und Carbonatsalze
• 2 "Hypothetische" Kohlendioxid und Wasser Säure
• 3 Physikalische und chemische Eigenschaften
• 4 Verwendet
• 5 Bedeutung
• 6 Referenzen

Kohlensäure und Carbonatsalze

Kohlensäure wird in kleinen Mengen gebildet, wenn sich ihr Anhydrid Kohlendioxid (CO2) in Wasser löst.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Die vorherrschenden Spezies sind einfach hydratisierte CO2-Moleküle. Es kann angenommen werden, dass die Carbonsäure eine zweibasige Säure ist, die zwei Reihen von Salzen bilden können, nämlich -hydrogencarbonate, oder -hydrogencarbonate, enthaltend HCO3-, CO32- und Carbonate enthalten.

H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

Das Säure-Base-Verhalten von Kohlensäure hängt jedoch von den unterschiedlichen Geschwindigkeiten einiger der beteiligten Reaktionen sowie von ihrer Abhängigkeit vom pH-Wert des Systems ab. Zum Beispiel sind bei einem pH-Wert unter 8 die Hauptreaktionen und ihre relative Geschwindigkeit wie folgt:

• CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (langsam)
• H2CO3 + OH- ⇌ HCO3- + H2O (schnell)

Oberhalb von pH 10 sind die folgenden Reaktionen wichtig:

• CO2 + OH- ⇌ HCO3- (langsam)
• HCO3- + OH- ≡ CO32- + H2O (schnell)

Zwischen den pH-Werten von 8 und 10 sind alle obigen Gleichgewichtsreaktionen signifikant (Zumdahl, 2008).

"Hypothetische" Kohlendioxid und Wasser Säure

Bis vor kurzem waren Wissenschaftler überzeugt, dass Kohlensäure nicht als stabiles Molekül existiert.

In der Angewandten Chemie haben deutsche Forscher ein einfaches pyrolytische Verfahren zur Herstellung von Kohlensäuregasphase eingeführt erlaubt spektroskopische Charakterisierung von Gasphase Kohlensäure und Monomethylester (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

Kohlensäure existiert nur für einen kleinen Bruchteil einer Sekunde, wenn sich Kohlendioxid in Wasser auflöst, bevor es zu einer Mischung aus Protonen und Bicarbonatanionen wird.

Trotz seiner kurzen Lebensdauer hat Kohlensäure einen bleibenden Einfluss auf die Erdatmosphäre und -geologie sowie auf den menschlichen Körper.

Aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer ist die detaillierte Chemie der Kohlensäure unergründlich. Forscher wie Berkeley Lab und die Universität von Kalifornien (UC) Berkeley helfen, diesen Schleier durch eine Reihe von einzigartigen Experimenten zu heben.

In der letzteren Studie, sie haben gezeigt, wie die Moleküle von gasförmigem Kohlendioxid durch Wasser solvatisiert werden, um den Protonentransfers Chemie zu starten, die Kohlensäure und Bicarbonat (Yarris, 2015) produziert.

1991 gelang es Wissenschaftlern des NASA Goddard Space Flight Center (USA), feste Proben von H2CO3 herzustellen. Sie taten dies, indem sie eine gefrorene Mischung aus Wasser und Kohlendioxid einer energiereichen Protonenstrahlung aussetzten und sie dann erhitzten, um überschüssiges Wasser zu entfernen.

Die verbleibende Kohlensäure wurde durch Infrarotspektroskopie charakterisiert. Die Tatsache, dass die Kohlensäure durch Bestrahlung einer festen Mischung aus H2O + CO2 oder sogar durch Bestrahlung mit Trockeneis allein hergestellt wurde.

Dies hat zu Vorschlägen geführt, dass H2CO3 im Weltraum oder auf dem Mars gefunden werden könnte, wo H2O- und CO2-Eis sowie kosmische Strahlen gefunden werden (Khanna, 1991).

Physikalische und chemische Eigenschaften

Kohlensäure existiert nur in wässriger Lösung. Es war nicht möglich, die reine Verbindung zu isolieren. Diese Lösung ist leicht zu erkennen, da sie ein Aufschäumen von aus dem wässrigen Medium entweichendem gasförmigem Kohlendioxid hervorruft.

Es hat ein Molekulargewicht von 62.024 g / mol und eine Dichte von 1.668 g / ml.Kohlensäure ist eine schwache und instabile Säure, die in Wasser in Wasserstoffionen (H +) und Bicarbonationen (HCO3-), deren pKa 3,6 beträgt, teilweise dissoziiert.

Da es eine zweiphasige Säure ist, kann es zwei Arten von Salzen, Carbonaten und Bicarbonaten, bilden. Die Zugabe der Base zu einem Überschuss an Kohlensäure ergibt Bicarbonatsalze, während die Zugabe von überschüssiger Base zu Kohlensäure Carbonatsalze ergibt (National Center for Biotechnology Information, 2017).

Kohlensäure gilt nicht als giftig oder gefährlich und ist im menschlichen Körper vorhanden. Eine Exposition in hohen Konzentrationen kann jedoch die Augen und die Atemwege reizen.

Verwendet

Laut Michelle McGuire in Ernährungswissenschaften undKohlensäure wird in fermentierten Lebensmitteln in Form von Abfällen gefunden, die von Bakterien erzeugt werden, die sich von faulen Lebensmitteln ernähren.

Die Gasbläschen, die in Lebensmitteln entstehen, sind in der Regel Kohlendioxid aus Kohlensäure und ein Zeichen dafür, dass das Lebensmittel fermentiert. Beispiele für fermentierte Nahrungsmittel, die üblicherweise eingenommen werden, sind Sojasauce, Misosuppe, Sauerkraut, koreanisches Kimchi, Tempeh, Kefir und Joghurt.

Fermentiertes Getreide und Gemüse enthalten auch nützliche Bakterien, die potentiell pathogene Mikroorganismen in Ihrem Darm kontrollieren und die Produktion der Vitamine B-12 und K verbessern können.

Bei der Carbonatisierung von Wasser entsteht Kohlensäure, Kohlendioxidlösung oder Dihydrogencarbonat. Es ist verantwortlich für den Brauseteil von Erfrischungsgetränken und Erfrischungsgetränken, wie im Lexikon der Lebensmittelwissenschaft und -technologie angegeben.

Kohlensäure trägt zu der hohen Acidität von Soda bei, aber der Gehalt an raffiniertem Zucker und Phosphorsäure sind die Hauptverantwortlichen für diese Säure (DUBOIS, 2016).

Kohlensäure wird auch in vielen anderen Bereichen verwendet, wie beispielsweise in der Pharmazie, Kosmetik, Düngung, Lebensmittelverarbeitung, Anästhesie usw.

Bedeutung

Kohlensäure kommt häufig im Wasser von Ozeanen, Meeren, Seen, Flüssen und Regen vor, weil sie entsteht, wenn Kohlendioxid, das in der Atmosphäre weit verbreitet ist, mit Wasser in Kontakt kommt.

Es ist sogar im Eis der Gletscher vorhanden, wenn auch in kleineren Mengen. Kohlensäure ist eine sehr schwache Säure, obwohl sie mit der Zeit zur Erosion beitragen kann.

Der Anstieg des Kohlendioxids in der Atmosphäre hat zu mehr Kohlendioxid in den Ozeanen geführt und ist zum Teil verantwortlich für den leichten Anstieg der Acidität der Ozeane während der letzten hundert Jahre.

Kohlendioxid, ein Abfallprodukt des Zellstoffwechsels, findet sich in relativ hoher Konzentration in Geweben. Es diffundiert im Blut und wird zur Lunge transportiert, um mit der Ausatemluft eliminiert zu werden.

Kohlendioxid ist viel löslicher als Sauerstoff und diffundiert leicht in rote Blutkörperchen. Reagiert mit Wasser zu Kohlensäure, die bei alkalischem pH-Wert hauptsächlich als Bikarbonat auftritt (Robert S. Schwartz, 2016).

Kohlendioxid dringt in das Blut und die Gewebe ein, weil sein lokaler Partialdruck größer ist als sein Partialdruck im Blut, das durch die Gewebe fließt. Wenn Kohlendioxid in das Blut eindringt, verbindet es sich mit Wasser zu Kohlensäure, die in Wasserstoffionen (H +) und Bicarbonationen (HCO3-) dissoziiert.

Die natürliche Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlensäure ist ein relativ langsamer Prozess. Die Carboanhydrase, ein Proteinenzym innerhalb der roten Blutkörperchen, katalysiert diese Reaktion jedoch schnell genug, sodass sie in nur einem Bruchteil einer Sekunde erreicht wird.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Da das Enzym nur in den roten Blutkörperchen vorhanden ist, akkumuliert das Hydrogencarbonat in den roten Blutzellen viel stärker als im Plasma.

Die Fähigkeit von Blut, Kohlendioxid als Bicarbonat zu transportieren, wird durch ein Ionentransportsystem innerhalb der Membran von roten Blutzellen verstärkt, das gleichzeitig ein Bicarbonat-Ion aus der Zelle heraus und in das Plasma im Austausch gegen ein Chlorid-Ion bewegt .

Der gleichzeitige Austausch dieser zwei Ionen, bekannt als Chloridaustausch, erlaubt es, das Plasma als eine Bicarbonatspeicherstelle zu verwenden, ohne die elektrische Ladung des Plasmas oder der roten Blutzellen zu verändern.

Nur 26 Prozent des Gesamtkohlendioxidgehaltes des Blutes liegen als Bicarbonat in den roten Blutzellen vor, während 62 Prozent als Bicarbonat im Plasma vorliegen; Die meisten Bicarbonationen werden jedoch zuerst in der Zelle produziert und dann zum Plasma transportiert.

Eine umgekehrte Abfolge von Reaktionen tritt auf, wenn das Blut die Lunge erreicht, wo der Partialdruck von Kohlendioxid niedriger ist als im Blut. Die durch Carboanhydrase katalysierte Reaktion kehrt sich in der Lunge um, wo sie das Bicarbonat wieder in CO2 umwandelt und es ausstößt (Neil S. Cherniack, 2015).

Referenzen

1. Angewandte Chemie Internationale Ausgabe.(2014, 23. September). Kohlensäure - und doch existiert es! Von chemistryviews.org abgerufen.
2. Kohlensäure Formel. (S.F.) Von softsschools.com wiederhergestellt.
3. DUBOIS, S. (2016, 11. Januar). Kohlensäure in Lebensmitteln. Von livestrong.com abgerufen.
4. EMBL-EBI (2016, 27. Januar). Kohlensäure. Von ebi.ac.uk abgerufen.
5. Humane Metabolom-Datenbank. (2017, 2. März). Kohlensäure. Von hmdb.ca abgerufen.
6. Khanna, M.M. (1991). Infrarot- und Massenspektraluntersuchungen von protonenbestrahltem H2O + CO2-Eis: Beweise für Kohlensäure. Spectrochimica Acta Teil A: Molekülspektroskopie Band 47, Ausgabe 2, 255-262. Von science.gsfc.nasa.gov abgerufen.
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9. Neil S. Cherniack, e. a. (2015, 20. März). Menschliche Atemwege Wiederhergestellt von britannica.com.
10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29. April). Blut. Wiederhergestellt von britannica.com.
11. Royal Society of Chemistry. (2015). Kohlensäure. Von: chemspider.com.
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13. Zumdahl, S. S. (2008, 15. August). Oxysäure Von: britannica.com.