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Proprietà, usi e importanza dell'acido carbonico (H2CO3)
il acido carbonico, precedentemente chiamato acido dell'aria o acido aereo, è l'unico acido inorganico di carbonio e ha la formula H2CO3.
I sali di acidi carbonici sono chiamati bicarbonati (o carbonati di idrogeno) e carbonati (Human Metabolome Database, 2017). La sua struttura è presentata nella Figura 1 (EMBL-EBI, 2016).
Si dice che l'acido carbonico sia formato da anidride carbonica e acqua. L'acido carbonico si verifica solo con sali (carbonati), sali di acidi (carbonati di idrogeno), ammine (acido carbammico) e cloruri di acidi (cloruro di carbonile) (mesh, 1991).
Il composto non può essere isolato come un liquido puro o solido, come prodotti di decomposizione, anidride carbonica e acqua, sono più stabili rispetto all'acido (Royal Society of Chemistry, 2015).
L'acido carbonico si trova nel corpo umano, la CO2 presente nel sangue si combina con l'acqua per formare l'acido carbonico, che viene poi espirato come un gas dai polmoni.
Si trova anche nelle rocce e nelle caverne dove è possibile dissolvere i calcari. L'H2CO3 si trova anche nel carbone, nelle meteoriti, nei vulcani, nelle piogge acide, nelle falde acquifere, negli oceani e nelle piante (Formula di acido carbonico, S.F.).
indice
- 1 acido carbonico e sali carbonati
- 2 diossido di carbonio "ipotetico" e acido dell'acqua
- 3 Proprietà fisiche e chimiche
- 4 usi
- 5 Importanza
- 6 riferimenti
Acido carbonico e sali di carbonato
L'acido carbonico si forma in piccole quantità quando la sua anidride, anidride carbonica (CO2), si dissolve in acqua.
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
Le specie predominanti sono molecole di CO2 semplicemente idratate. Si può considerare che l'acido carbonico è un acido diprotici che possono formare due serie di sali, vale a dire, carbonati, idrogeno o bicarbonati, contenente HCO 3, e carbonati contenenti CO32-.
H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-
HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-
Tuttavia, il comportamento acido-base dell'acido carbonico dipende dalle diverse velocità di alcune delle reazioni coinvolte, nonché dalla sua dipendenza dal pH del sistema. Ad esempio, a un pH inferiore a 8, le reazioni principali e la loro velocità relativa sono le seguenti:
- CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (lento)
- H2CO3 + OH- ⇌ HCO3- + H2O (veloce)
Sopra il pH 10, le seguenti reazioni sono importanti:
- CO2 + OH- ⇌ HCO3- (lento)
- HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (veloce)
Tra i valori di pH di 8 e 10, tutte le reazioni di equilibrio di cui sopra sono significative (Zumdahl, 2008).
"Ipotetico" diossido di carbonio e acido dell'acqua
Fino a poco tempo fa, gli scienziati erano convinti che l'acido carbonico non esistesse come una molecola stabile.
In Angewandte Chemie, ricercatori tedeschi hanno introdotto un semplice metodo pirolitico per la produzione di fase gas acido carbonico permesso caratterizzazione spettroscopica di acido carbonico fase gas e monometil estere (Angewandte Chemie International Edition, 2014).
L'acido carbonico esiste solo per una piccola frazione di secondo quando l'anidride carbonica si dissolve in acqua prima che diventi una miscela di protoni e anioni bicarbonato.
Nonostante la sua breve vita, tuttavia, l'acido carbonico ha un impatto duraturo sull'atmosfera e sulla geologia della Terra, oltre che sul corpo umano.
A causa della sua breve durata, la chimica dettagliata dell'acido carbonico è stata velata nel mistero. Ricercatori come Berkeley Lab. E l'Università della California (UC) Berkeley stanno aiutando a sollevare questo velo attraverso una serie di esperimenti unici.
In questo studio, hanno dimostrato come le molecole di anidride carbonica gassosa sono solvatato dall'acqua per avviare la chimica trasferimento protonica che produce acido carbonico e bicarbonato (Yarris, 2015).
Nel 1991 gli scienziati del Goddard Space Flight Center (USA) della NASA riuscirono a realizzare campioni solidi di H2CO3. Lo hanno fatto esponendo una miscela congelata di acqua e anidride carbonica a radiazioni di protoni ad alta energia, e quindi riscaldandolo per rimuovere l'acqua in eccesso.
L'acido carbonico rimasto è stato caratterizzato dalla spettroscopia a infrarossi. Il fatto che l'acido carbonico sia stato preparato mediante irradiazione di una miscela solida di H2O + CO2, o anche mediante irradiazione di ghiaccio secco da solo.
Ciò ha portato a suggerimenti che H2CO3 potrebbe essere trovato nello spazio esterno o su Marte, dove il ghiaccio è H2O e CO2, così come i raggi cosmici (Khanna, 1991).
Proprietà fisiche e chimiche
L'acido carbonico esiste solo in soluzione acquosa. Non è stato possibile isolare il composto puro. Tale soluzione è facilmente riconoscibile perché presenta un'effervescenza di anidride carbonica gassosa che fuoriesce dal mezzo acquoso.
Ha un peso molecolare di 62.024 g / mol e una densità di 1.668 g / ml.L'acido carbonico è un acido debole e instabile, che si dissocia parzialmente in acqua in ioni idrogeno (H +) e ioni bicarbonato (HCO3-) il cui pKa è 3,6.
Essendo un acido diprotico, può formare due tipi di sali, carbonati e bicarbonati. L'aggiunta della base a un eccesso di acido carbonico dà sali di bicarbonato, mentre l'aggiunta di una base in eccesso all'acido carbonico fornisce sali di carbonato (National Center for Biotechnology Information., 2017).
L'acido carbonico non è considerato tossico o pericoloso ed è presente nel corpo umano. Tuttavia, l'esposizione ad alte concentrazioni può irritare gli occhi e il tratto respiratorio.
applicazioni
Secondo Michelle McGuire in Scienze della nutrizione, eL'acido carbonico si trova negli alimenti fermentati sotto forma di rifiuti generati da batteri che si nutrono di cibo in decomposizione.
Le bolle di gas prodotte nel cibo sono solitamente l'anidride carbonica dell'acido carbonico e un segno che il cibo sta fermentando. Esempi di cibi fermentati comunemente ingeriti sono la salsa di soia, la zuppa di miso, i crauti, il kimchi coreano, il tempeh, il kefir e lo yogurt.
I cereali e le verdure fermentati contengono anche batteri benefici che possono controllare i microrganismi potenzialmente patogeni all'interno del tuo intestino e migliorare la produzione di vitamine B-12 e K.
Durante il processo di carbonatazione dell'acqua si forma acido carbonico, soluzione di anidride carbonica o diidrogeno carbonato. È responsabile dell'aspetto effervescente delle bevande analcoliche e delle bevande analcoliche, come indicato nel Dizionario della scienza e della tecnologia alimentare.
L'acido carbonico contribuisce all'elevata acidità della soda, ma il contenuto di zucchero raffinato e acido fosforico sono i principali responsabili di detta acidità (DUBOIS, 2016).
L'acido carbonico è anche usato in molti altri campi, come prodotti farmaceutici, cosmetici, fertilizzanti, prodotti alimentari, anestetici, ecc.
importanza
L'acido carbonico si trova comunemente nelle acque di oceani, mari, laghi, fiumi e piogge perché si forma quando il biossido di carbonio, che è diffuso nell'atmosfera, viene a contatto con l'acqua.
È persino presente nel ghiaccio dei ghiacciai, anche se in piccole quantità. L'acido carbonico è un acido molto debole, sebbene possa contribuire all'erosione nel tempo.
L'aumento di anidride carbonica nell'atmosfera ha causato la generazione di più di anidride carbonica negli oceani e, in parte, è responsabile del leggero aumento dell'acidità degli oceani negli ultimi cento anni.
L'anidride carbonica, un prodotto di scarto del metabolismo cellulare, si trova in una concentrazione relativamente alta nei tessuti. Si diffonde nel sangue e viene trasportato ai polmoni per essere eliminato con aria espirata.
L'anidride carbonica è molto più solubile dell'ossigeno e si diffonde facilmente nei globuli rossi. Reagisce con l'acqua per formare l'acido carbonico, che al pH alcalino del sangue appare principalmente come bicarbonato (Robert S. Schwartz, 2016).
L'anidride carbonica entra nel sangue e nei tessuti perché la sua pressione parziale locale è maggiore della sua pressione parziale nel sangue che scorre attraverso i tessuti. Quando il biossido di carbonio entra nel sangue, si unisce all'acqua per formare acido carbonico che si dissocia in ioni idrogeno (H +) e ioni bicarbonato (HCO3-).
La conversione naturale del biossido di carbonio in acido carbonico è un processo relativamente lento. Tuttavia, l'anidrasi carbonica, un enzima proteico presente all'interno dei globuli rossi, catalizza questa reazione abbastanza rapidamente da essere raggiunta in una frazione di secondo.
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
Poiché l'enzima è presente solo all'interno dei globuli rossi, il bicarbonato si accumula in misura molto maggiore all'interno dei globuli rossi rispetto al plasma.
La capacità del sangue di trasportare biossido di carbonio come bicarbonato è potenziata da un sistema di trasporto di ioni all'interno della membrana dei globuli rossi che simultaneamente muove uno ione bicarbonato dalla cellula e nel plasma in cambio di uno ione cloruro .
Lo scambio simultaneo di questi due ioni, noto come scambio di cloruro, consente al plasma di essere utilizzato come sito di stoccaggio del bicarbonato senza modificare la carica elettrica del plasma o dei globuli rossi.
Solo il 26 percento del contenuto totale di anidride carbonica nel sangue esiste come bicarbonato all'interno dei globuli rossi, mentre il 62 percento esiste come bicarbonato nel plasma; tuttavia, la maggior parte degli ioni bicarbonato viene prima prodotta all'interno della cellula, quindi trasportata nel plasma.
Una sequenza inversa di reazioni si verifica quando il sangue raggiunge il polmone, dove la pressione parziale dell'anidride carbonica è inferiore a quella del sangue. La reazione catalizzata dall'anidrasi carbonica è invertita nei polmoni, dove converte il bicarbonato in CO2 e ne consente l'espulsione (Neil S. Cherniack, 2015).
riferimenti
- Angewandte Chemie International Edition.(2014, 23 settembre). Acido carbonico - Eppure esiste! Estratto da chemistryviews.org.
- Formula di acido carbonico. (S.F.). Recuperato da softschools.com.
- DUBOIS, S. (2016, 11 gennaio). Acido carbonico negli alimenti. Estratto da livestrong.com.
- EMBL-EBI. (2016, 27 gennaio). acido carbonico. Estratto da ebi.ac.uk.
- Database del metabolismo umano. (2017, 2 marzo). Acido carbonico Estratto da hmdb.ca.
- Khanna, M. M. (1991). Studi a infrarossi e di spettro di massa di ghiaccio H2O + CO2 irraggiato con protoni: evidenza di acido carbonico. Spectrochimica Acta Part A: Spectroscopy Molecular Volume 47, Issue 2, 255-262. Estratto da science.gsfc.nasa.gov.
- (1991). Acido carbonico Estratto da ncbi.nlm.nih.
- Centro nazionale per informazioni biotecnologiche ... (2017, 11 marzo). Database composto di PubChem; CID = 767. Estratto da pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
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- Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29 aprile). Sangue. Recupero da britannica.com.
- Royal Society of Chemistry. (2015). Acido carbonico Estratto da: chemspider.com.
- Yarris, L. (2015, 16 giugno). Svelare i misteri dell'acido carbonico. Estratto da: newscenter.lbl.gov.
- Zumdahl, S. S. (2008, 15 agosto). Ossiacido. Estratto da: britannica.com.