Kyselina uhličitá

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 24. dubna 2021; ověření vyžaduje 31 úprav .

Kyselina uhličitá

Systematický název	Kyselina uhličitá
Chemický vzorec	H2CO3 _ _ _
Vzhled	bezbarvý roztok
Vlastnosti
Molární hmotnost	62,025 g / mol
Teplota tání	?
Teplota varu	?
Teplota sublimace	?
Teplota rozkladu	?
Teplota skelného přechodu	?
Hustota	1,668 g/cm³
Disociační konstanta p K a	skutečné: 1) 3,60; 2) 10,33 zdánlivé [1] : 6,37
Rozpustnost ve vodě	0,21 [1] g/100 ml
Termodynamické vlastnosti
Standardní entalpie tvorby	-700 kJ/mol
Standardní molární entropie	+187 J/(K mol)
Gibbsova standardní energie formování	-623 kJ/mol
Klasifikace
Registrační číslo CAS	463-79-6
PubChem	463-79-6
Kód SMILES	C(=O)(O)O
Bezpečnost
Výstražné symboly GHS
NFPA 704	0 0 jeden
Pokud není uvedeno, údaje jsou uvedeny za standardních podmínek (25 °C, 100 kPa).

Kyselina uhličitá ( chemický vzorec - H 2 CO 3 ) je slabá chemická anorganická kyselina . Vzniká v malých množstvích při rozpuštění oxidu uhličitého ve vodě [1] , včetně oxidu uhličitého ze vzduchu .

Za normálních podmínek je kyselina uhličitá nestabilní a rozkládá se na oxid uhličitý a vodu. Tvoří řadu stabilních anorganických a organických derivátů: soli ( uhličitany a hydrouhličitany ), estery , amidy atd.

Fyzikální vlastnosti

Kyselina uhličitá existuje ve vodných roztocích v rovnováze s oxidem uhličitým a za normálních podmínek je rovnováha silně posunuta směrem k rozkladu kyseliny.

Molekula kyseliny uhličité má planární strukturu. Centrální atom uhlíku má sp2 hybridizaci . V hydrogenuhličitanových a uhličitanových aniontech je π-vazba delokalizována . Délka vazby C–O v uhličitanovém iontu je 130 pm.

Bezvodá kyselina uhličitá jsou bezbarvé krystaly, stabilní při nízkých teplotách, sublimují při -30 °C a při dalším zahřívání se zcela rozkládají. Chování čisté kyseliny uhličité v plynné fázi zkoumali v roce 2011 rakouští chemici [2] .

Chemické vlastnosti

Rovnováha ve vodných roztocích a kyselost

Kyselina uhličitá existuje ve vodných roztocích v rovnováze s hydrátem oxidu uhličitého :

{\mathsf {CO_{2}\cdot H_{2}O_{{(p)}}\rightleftarrows H_{2}CO_{{3(p)))))

, rovnovážná konstanta při 25 °C

K_{p}={\frac {\mathsf {[H_{2}CO_{3}]}}{\mathsf {[CO_{2}\cdot H_{2}O]}}}=1{ ,}70\cdot 10^{-3}

Rychlost dopředné reakce je 0,039 s −1 , zpětná reakce je 23 s −1 .

Na druhé straně je rozpuštěný hydrát oxidu uhličitého v rovnováze s plynným oxidem uhličitým:

{\mathsf {CO_{2}\cdot H_{2}O_{{(p)}}\rightleftarrows CO_{2}\uparrow +\ H_{2}O}}

Tato rovnováha se posouvá doprava se zvýšením teploty a doleva se zvýšením tlaku (podrobněji viz Absorpce plynu ).

Kyselina uhličitá podléhá reverzibilní hydrolýze , čímž vzniká kyselé prostředí:

{\mathsf {H_{2}CO_{3}+\ H_{2}O\rightleftarrows HCO_{3}^{-}+\ H_{3}O^{+))}

, konstanta kyselosti při 25 °C

K_{a1}={\frac {\mathsf {[HCO_{3}^{-}]\cdot [H_{3}O^{+}]}}{\mathsf {[H_{2}CO_ {3}]}}}=2{,}5\cdot 10^{-4}

Pro praktické výpočty se však často používá zdánlivá konstanta kyselosti, která bere v úvahu rovnováhu kyseliny uhličité s hydrátem oxidu uhličitého:

K_{a}'={\frac {\mathsf {[HCO_{3}^{-}]\cdot [H_{3}O^{+}]}}{\mathsf {[CO_{2} \cdot H_{2}O]}}}=4{,}27\cdot 10^{-7}

Hydrogenuhličitanový iont podléhá další hydrolýze reakcí

{\mathsf {HCO_{3}^{-}+\ H_{2}O\rightleftarrows CO_{3}^{{2-}}+\ H_{3}O^{+}}}

, konstanta kyselosti při 25 °C

K_{a2}={\frac {\mathsf {[CO_{3}^{2-}]\cdot [H_{3}O^{+}]}}{\mathsf {[HCO_{3} ^{-}]}}}=4{,}68\cdot 10^{-11}

V roztocích obsahujících kyselinu uhličitou se tak vytváří komplexní rovnovážný systém, který lze obecně znázornit takto:

{\mathsf {CO_{2}{\stackrel {H_{2}O}{\rightleftarrows }}CO_{2}\cdot H_{2}O\rightleftarrows H_{2}CO_{3}{\stackrel {-H^{+}}{\rightleftarrows }}HCO_{3}^{-}{\stackrel {-H^{+}}{\rightleftarrows }}CO_{3}^{2-}(*)} }

Hodnota pH v takovém systému odpovídá nasycenému roztoku oxidu uhličitého ve vodě o teplotě 25 °C a tlaku 760 mm Hg. Umění. , lze vypočítat pomocí vzorce:

{\mathsf {pH=-lg\left({\frac {-K_{a}'+{\sqrt {(K_{a}')^{2}+4K_{a}'C_{0} }}}{2}}\right)=3{,}9}}

, kde C₀ \u003d 0,034 mol / l je rozpustnost CO 2 ve vodě za specifikovaných podmínek.

Rozklad

Se zvýšením teploty roztoku a/nebo snížením parciálního tlaku oxidu uhličitého se rovnováha posouvá směrem k rozkladu kyseliny uhličité na vodu a oxid uhličitý. Když se roztok vaří, kyselina uhličitá se úplně rozloží:

{\mathsf {H_{2}CO_{3}\longrightarrow H_{2}O+CO_{2}\uparrow ))

Interakce s bázemi a solemi

Kyselina uhličitá vstupuje do neutralizačních reakcí se zásaditými roztoky , tvoří médium a kyselé soli - uhličitany a hydrogenuhličitany :

{\mathsf {H_{2}CO_{3}+2NaOH))

(konc.)

{\mathsf {\longrightarrow Na_{2}CO_{3}+2H_{2}O))

{\mathsf {H_{2}CO_{3}+NaOH))

(razb.)

{\mathsf {\longrightarrow NaHCO_{3}+H_{2}O))

{\mathsf {H_{2}CO_{3}+\ Ca(OH)_{2}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +\ 2H_{2}O))

{\mathsf {H_{2}CO_{3}+\ NH_{3}\cdot H_{2}O\longrightarrow NH_{4}HCO_{3}+H_{2}O))

Když kyselina uhličitá reaguje s uhličitany, tvoří se uhlovodíky:

{\displaystyle {\mathsf {H_{2}CO_{3}+Na_{2}CO_{3}\longrightarrow 2NaHCO_{3))))

{\mathsf {H_{2}CO_{3}+\ CaCO_{3}\longrightarrow Ca(HCO_{3})_{2))}

Získání

Kyselina uhličitá vzniká rozpuštěním oxidu uhličitého ve vodě :

{\mathsf {CO_{2}+H_{2}O\rightleftarrows CO_{2}\cdot H_{2}O\rightleftarrows H_{2}CO_{3))}

Obsah kyseliny uhličité v roztoku se zvyšuje s poklesem teploty roztoku a zvýšením tlaku oxidu uhličitého.

Také kyselina uhličitá vzniká interakcí jejích solí (uhličitanů a hydrogenuhličitanů) se silnější kyselinou. V tomto případě se většina vytvořené kyseliny uhličité zpravidla rozkládá na vodu a oxid uhličitý:

{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}+2HCl\longrightarrow 2NaCl+H_{2}CO_{3))))

{\mathsf {H_{2}CO_{3}\rightarrow H_{2}O+CO_{2}\uparrow ))

Aplikace

Kyselina uhličitá je vždy přítomna ve vodných roztocích oxidu uhličitého (viz " Sycená voda ").

V biochemii se vlastnost rovnovážného systému využívá ke změně tlaku plynu v poměru ke změně obsahu oxoniových iontů (kyselosti) při konstantní teplotě. To umožňuje v reálném čase registrovat průběh enzymatických reakcí probíhajících se změnou pH roztoku. Používá se také pro výrobu chladiv, solárních generátorů a mrazniček.

Organické deriváty

Kyselinu uhličitou lze formálně považovat za karboxylovou kyselinu s hydroxylovou skupinou místo uhlovodíkového zbytku. Jako takový může tvořit všechny deriváty charakteristické pro karboxylové kyseliny [3] .

Někteří zástupci takových sloučenin jsou uvedeni v tabulce.

Třída připojení	Příklad připojení
Estery	polykarbonáty
Chloridy kyselin	fosgen
Amidy	močovina
Nitrily	kyselina kyanová
Anhydridy	kyselina pyrouhličitá

Poznámky

↑ 1 2 3 Ve vodném roztoku přechází většina kyseliny uhličité reverzibilně na hydrát oxidu uhličitého reakcí H 2 CO 3 ⇄ CO 2 H 2 O
↑ Mezinárodní prvenství: Izolovaná kyselina uhličitá v plynné fázi
↑ Neiland O. Ya. Organická chemie . - M . : Vyšší škola, 1990. - S. 640 -652. — 751 s. — ISBN 5-06-001471-1 .

Literatura

Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Reakce anorganických látek: referenční kniha / Ed. R. A. Lidina. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové - M . : Drop, 2007. - 637 s. - ISBN 978-5-358-01303-2 .
Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Konstanty anorganických látek: referenční kniha / Ed. R. A. Lidina. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové — M .: Drofa, 2006. — 685 s. — ISBN 5-7107-8085-5 .

Oxidy uhlíku
Obyčejné oxidy	CO2 _ CO
Exotické oxidy	C2O2 _ _ _ C2O3 _ _ _ C2O4 _ _ _ C3O2 _ _ _ C4O2 _ _ _ C4O6 _ _ _ C5O2 _ _ _ C2O _ _ CO3 _ CO4 _ C1209 _ _ _ C12O12 _ _ _
Polymery	oxid grafitu C3O2 _ _ _ CO CO2 _
Deriváty oxidů uhlíku	Karbonyly kovů Kyselina uhličitá Bikarbonáty Uhličitany Dikarbonáty Trikarbonáty