Il acido carbonico È un composto inorganico, anche se c'è chi discute sul fatto che sia effettivamente organico, la cui formula chimica è H.DueCO3. Si tratta quindi di un acido diprotico, in grado di donare due ioni H.+ al mezzo acquoso per generare due cationi molecolari H3O+. Da esso derivano i ben noti ioni bicarbonato (HCO3-) e carbonato (CO3Due-).
Questo acido peculiare, semplice, ma allo stesso tempo coinvolto in sistemi in cui numerose specie partecipano ad un equilibrio liquido-vapore, è formato da due molecole inorganiche fondamentali: l'acqua e l'anidride carbonica. La presenza di CODue indisciolto si osserva ogni volta che c'è un gorgoglio nell'acqua, che sale verso la superficie.
Questo fenomeno si osserva molto regolarmente nelle bevande gassate e nell'acqua gassata..
Nel caso di acqua gassata o gassata (immagine sopra), tale quantità di CO è stata scioltaDue che la sua pressione di vapore è più del doppio di quella atmosferica. Quando è aperto, la differenza di pressione all'interno della bottiglia e all'esterno diminuisce la solubilità della CODue, così compaiono le bolle che finiscono per fuoriuscire dal liquido.
In misura minore, lo stesso accade in qualsiasi corpo di acqua dolce o salina: quando riscaldati rilasceranno il loro contenuto di CO disciolto.Due.
Tuttavia, il CODue Non solo si dissolve, ma subisce trasformazioni nella sua molecola che lo rendono H.DueCO3; un acido che ha una durata troppo breve, ma sufficiente per contrassegnare un cambiamento misurabile nel pH del suo mezzo solvente acquoso e generare anche un sistema tampone carbonato unico.
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Sopra abbiamo la molecola H.DueCO3, rappresentato con sfere e barre. Le sfere rosse corrispondono agli atomi di ossigeno, il nero all'atomo di carbonio e il bianco agli atomi di idrogeno.
Nota che partendo dall'immagine puoi scrivere un'altra formula valida per questo acido: CO (OH)Due, dove CO diventa il gruppo carbonile, C = O, legato a due gruppi idrossilici, OH. Poiché ci sono due gruppi OH, in grado di donare i loro atomi di idrogeno, ora si capisce da dove provengono gli ioni H+ rilasciato al centro.
Si noti inoltre che la formula CO (OH)Due può essere scritto come OHCOOH; cioè del tipo RCOOH, dove R è in questo caso un gruppo OH.
È per questo motivo, oltre al fatto che la molecola è composta da ossigeno, idrogeno e atomi di carbonio, fin troppo comuni in chimica organica, che l'acido carbonico è considerato da alcuni un composto organico. Tuttavia, nella sezione sulla sua sintesi, verrà spiegato perché altri lo considerano di natura inorganica e non organica..
Della molecola H.DueCO3 Si può commentare che la sua geometria è un piano trigonale, con il carbonio situato al centro del triangolo. In due dei suoi vertici ha gruppi OH, che sono donatori di legami idrogeno; e nell'altro rimanente, un atomo di ossigeno del gruppo C = O, accettore di legami idrogeno.
Pertanto, l'HDueCO3 ha una forte tendenza ad interagire con solventi protici o ossigenati (e azotati).
E per coincidenza, l'acqua soddisfa queste due caratteristiche, e tale è l'affinità di H.DueCO3 per lei che quasi immediatamente le dà una H+ e inizia a stabilirsi un equilibrio di idrolisi che coinvolge le specie HCO3- e H.3O+.
Ecco perché la sola presenza di acqua decompone l'acido carbonico e rende troppo complicato il suo isolamento come composto puro..
Tornando alla molecola H.DueCO3, non solo è piatto, capace di legami idrogeno, ma può anche presentare isomeria cis-trans; Questo è, nell'immagine abbiamo l'isomero cis, con le due H che puntano nella stessa direzione, mentre nell'isomero trans punterebbero in direzioni opposte.
L'isomero cis è il più stabile dei due, ed è per questo che è l'unico solitamente rappresentato.
Un solido puro di H.DueCO3 Consiste in una struttura cristallina composta da strati o fogli di molecole che interagiscono con legami idrogeno laterali. C'è da aspettarselo, con la molecola HDueCO3 piatto e triangolare. Quando sublimati, i dimeri ciclici (H.DueCO3)Due, che sono uniti da due legami idrogeno C = O - OH.
La simmetria dei cristalli H.DueCO3 non ha saputo definire per il momento. È stato considerato cristallizzare come due polimorfi: α-HDueCO3 e β- HDueCO3. Tuttavia, α-HDueCO3, sintetizzato a partire da una miscela di CH3COOH-CODue, è stato dimostrato che in realtà era CH3OCOOH: un estere monometilico dell'acido carbonico.
È stato menzionato che l'HDueCO3 è un acido diprotico, quindi può donare due ioni H.+ a un mezzo che li accetti. Quando questo mezzo è l'acqua, le equazioni della sua dissociazione o idrolisi sono:
HDueCO3(ac) + HDueO (l) <=> HCO3-(ac) + H3O+(ac) (Ka1 = 2,5 × 10−4)
HCO3-(ac) + HDueO (l) <=> CO3Due-(ac) + H3O+(ac) (KaDue = 4,69 × 10−11)
L'HCO3- è l'anione bicarbonato o idrogenocarbonato e il CO3Due- l'anione carbonato. Sono anche indicate le rispettive costanti di equilibrio, Ka1 e KaDue. Essere KaDue cinque milioni di volte più piccolo di Ka1, la formazione e la concentrazione di CO3Due- sono spregevoli.
Quindi, anche se è un acido diprotico, il secondo H+ riesce a malapena a rilasciarlo in modo apprezzabile. Tuttavia, la presenza di CODue sciolto in grandi quantità è sufficiente acidificare il mezzo; in questo caso l'acqua, abbassando i suoi valori di pH (inferiori a 7).
Parlare di acido carbonico significa riferirsi praticamente a una soluzione acquosa dove predominano le specie HCO3- e H.3O+; non può essere isolato con metodi convenzionali, poiché il minimo tentativo sposterebbe l'equilibrio della solubilità della CODue alla formazione di bolle che fuoriuscirebbero dall'acqua.
L'acido carbonico è uno dei composti più facili da sintetizzare. Come? Il metodo più semplice è far bollire, con l'aiuto di una cannuccia o di una cannuccia, l'aria che espiriamo in un volume d'acqua. Perché essenzialmente espiriamo CODue, Questo bolle nell'acqua, dissolvendone una piccola frazione.
Quando lo facciamo, si verifica la seguente reazione:
CODue(g) + HDueO (l) <=> HDueCO3(AC)
Ma a sua volta, deve essere considerata la solubilità della CO.Due in acqua:
CODue(g) <=> CODue(AC)
Sia il CODue come l'HDueO sono molecole inorganiche, quindi HDueCO3 è inorganico da questo punto di vista.
Di conseguenza abbiamo un sistema in equilibrio che è fortemente dipendente dalle pressioni parziali di CODue, così come la temperatura del liquido.
Ad esempio, se la pressione di CODue aumenta (nel caso in cui soffiamo l'aria con più forza attraverso la paglia), si formerà più H.DueCO3 e il pH diventerà più acido; poiché il primo equilibrio si sposta a destra.
D'altra parte, se riscaldiamo la soluzione di HDueCO3, diminuirà la solubilità della CODue in acqua perché è un gas e l'equilibrio si sposterà quindi a sinistra (ci sarà meno HDueCO3). Sarà simile se proviamo ad applicare un vuoto: il CODue sfuggirà così come le molecole d'acqua, che sposterebbero nuovamente l'equilibrio a sinistra.
Quanto sopra ci permette di giungere ad una conclusione: da una soluzione di H.DueCO3 non c'è modo di sintetizzare questo acido come solido puro con un metodo convenzionale. Tuttavia, è stato fatto, dagli anni '90 del secolo scorso, a partire da miscele solide di CODue e H.DueO.
A questa miscela solida CODue-HDueOppure al 50% viene bombardato da protoni (un tipo di radiazione cosmica), in modo che nessuno dei due componenti possa sfuggire e si verifichi la formazione di HDueCO3. A questo scopo è stata utilizzata anche una miscela di CH.3OH-CODue (ricorda α-HDueCO3).
Un altro metodo è fare lo stesso ma usando direttamente il ghiaccio secco, niente di più..
Dei tre metodi, gli scienziati della NASA sono stati in grado di giungere a una conclusione: l'acido carbonico puro, solido o gassoso, può esistere nei gelidi satelliti di Giove, nei ghiacciai marziani e nelle comete, dove tali miscele solide sono costantemente irradiate dai raggi cosmici..
L'acido carbonico di per sé è un composto inutile. Dalle sue soluzioni, tuttavia, possono essere preparati buffer basati sulle coppie HCO.3-/ CO3Due- o HDueCO3/ HCO3-.
Grazie a queste soluzioni e all'azione dell'enzima anidrasi carbonica, presente nei globuli rossi, CODue prodotto nella respirazione può essere trasportato nel sangue ai polmoni, dove viene infine rilasciato per essere espirato fuori dal nostro corpo.
Il ribollire di CODue serve per dare alle bibite quella piacevole e caratteristica sensazione che lasciano in gola bevendole.
Allo stesso modo, la presenza di H.DueCO3 Ha importanza geologica nella formazione delle stalattiti calcaree, in quanto le dissolve lentamente fino a dare origine alle loro rifiniture appuntite.
E d'altra parte, le sue soluzioni possono essere utilizzate per preparare dei bicarbonati metallici; sebbene per questo sia più vantaggioso e più facile utilizzare direttamente un sale bicarbonato (NaHCO3, per esempio).
L'acido carbonico ha una durata di vita così bassa in condizioni normali (si stima intorno ai 300 nanosecondi) che è praticamente innocuo per l'ambiente e gli esseri viventi. Tuttavia, come detto prima, ciò non implica che non possa generare un preoccupante cambiamento del pH dell'acqua oceanica, interessando la fauna marina..
D'altra parte, il vero "rischio" si trova nell'assunzione di acqua gassata, poiché la quantità di CODue disciolto in essi è molto più alto che nell'acqua normale. Tuttavia, e ancora, non ci sono studi che hanno dimostrato che bere acqua gassata rappresenta un rischio di pericolo di vita; se addirittura lo consigliano per digiunare e combattere l'indigestione.
L'unico effetto negativo osservato in chi beve quest'acqua è la sensazione di pienezza, poiché il loro stomaco si riempie di gas. Al di fuori di questo (per non parlare delle bibite, poiché sono costituite da molto più del semplice acido carbonico), si può dire che questo composto non è affatto tossico.
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