Kolsyra

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 24 april 2021; verifiering kräver 31 redigeringar .

Kolsyra

Systematiskt namn	Kolsyra
Kemisk formel	H2CO3 _ _ _
Utseende	färglös lösning
Egenskaper
Molar massa	62,025 g / mol
Smält temperatur	?
Koktemperatur	?
Sublimeringstemperatur	?
Nedbrytningstemperatur	?
Glasövergångstemperatur	?
Densitet	1,668 g/cm³
Dissociationskonstant p K a	verklig: 1) 3,60; 2) 10,33 skenbar [1] : 6,37
Löslighet i vatten	0,21 [1] g/100 ml
Termodynamiska egenskaper
Standardentalpi för bildning	-700 kJ/mol
Standard molär entropi	+187 J/(K mol)
Gibbs standardenergi för bildning	−623 kJ/mol
Klassificering
CAS registreringsnummer	463-79-6
PubChem	463-79-6
Kod LEENDE	C(=O)(O)O
Säkerhet
GHS-faropiktogram
NFPA 704	0 0 ett
Där det inte anges ges data under standardförhållanden (25 °C, 100 kPa).

Kolsyra ( kemisk formel - H 2 CO 3 ) är en svag kemisk oorganisk syra . Det bildas i små mängder när koldioxid löses i vatten [1] , inklusive koldioxid från luften .

Under normala förhållanden är kolsyra instabil och sönderdelas till koldioxid och vatten. Det bildar ett antal stabila oorganiska och organiska derivat: salter ( karbonater och kolkarbonater ), estrar , amider , etc.

Fysiska egenskaper

Kolsyra finns i vattenlösningar i jämvikt med koldioxid , och under normala förhållanden förskjuts jämvikten kraftigt mot syranedbrytning.

Kolsyramolekylen har en plan struktur. Den centrala kolatomen har sp2 - hybridisering . I bikarbonat- och karbonatanjoner är π-bindningen delokaliserad . C–O-bindningslängden i karbonatjonen är 130 pm.

Vattenfri kolsyra är färglösa kristaller, stabila vid låga temperaturer, sublimeras vid -30 °C och sönderdelas helt vid ytterligare uppvärmning. Beteendet hos ren kolsyra i gasfasen studerades 2011 av österrikiska kemister [2] .

Kemiska egenskaper

Jämvikt i vattenlösningar och surhet

Kolsyra finns i vattenhaltiga lösningar i jämvikt med koldioxidhydrat :

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

, jämviktskonstant vid 25 °C

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

Hastigheten för framåtreaktionen är 0,039 s −1 , den omvända reaktionen är 23 s −1 .

I sin tur är det lösta koldioxidhydratet i jämvikt med gasformig koldioxid:

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

Denna jämvikt skiftar till höger med en ökning av temperaturen och till vänster med en ökning av trycket (för mer information, se Gasabsorption ).

Kolsyra genomgår reversibel hydrolys , vilket skapar en sur miljö:

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

, surhetskonstant vid 25 °C

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

Men för praktiska beräkningar används ofta den skenbara surhetskonstanten, som tar hänsyn till jämvikten mellan kolsyra och koldioxidhydrat:

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

Bikarbonatjonen genomgår ytterligare hydrolys genom reaktionen

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

, surhetskonstant vid 25 °C

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

Sålunda, i lösningar som innehåller kolsyra, skapas ett komplext jämviktssystem, som kan representeras i allmänna termer enligt följande:

{\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-}(*)} }

Värdet på pH-värdet i ett sådant system, motsvarande en mättad lösning av koldioxid i vatten vid 25 ° C och ett tryck på 760 mm Hg. Konst. , kan beräknas med formeln:

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

, där C₀ \u003d 0,034 mol/l är lösligheten av CO 2 i vatten under de angivna förhållandena.

Nedbrytning

Med en ökning av lösningens temperatur och/eller en minskning av partialtrycket av koldioxid skiftar jämvikten mot nedbrytning av kolsyra till vatten och koldioxid. När lösningen kokar, sönderfaller kolsyra fullständigt:

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

Interaktion med baser och salter

Kolsyra går in i neutraliseringsreaktioner med baslösningar och bildar medium och sura salter - karbonater respektive bikarbonater :

{\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))

När kolsyra reagerar med karbonater bildas kolväten:

{\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}}}

Får

Kolsyra bildas när koldioxid löses i vatten :

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

Innehållet av kolsyra i lösningen ökar när temperaturen på lösningen minskar och trycket av koldioxid ökar.

Dessutom bildas kolsyra genom växelverkan mellan dess salter (karbonater och bikarbonater) med en starkare syra. I det här fallet sönderdelas det mesta av den bildade kolsyran i regel till vatten och koldioxid:

{\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 ))

Applikation

Kolsyra finns alltid i vattenhaltiga lösningar av koldioxid (se " Kolsyrat vatten ").

Inom biokemi används egenskapen hos ett jämviktssystem för att ändra gastrycket i proportion till förändringen i innehållet av oxoniumjoner (surhet) vid en konstant temperatur. Detta gör att du i realtid kan registrera förloppet av enzymatiska reaktioner som inträffar med en förändring av lösningens pH . Används även för produktion av köldmedier, solgeneratorer och frysar.

Organiska derivat

Kolsyra kan formellt betraktas som en karboxylsyra med en hydroxylgrupp istället för en kolväterest. Som sådan kan den bilda alla derivat som är karakteristiska för karboxylsyror [3] .

Vissa representanter för sådana föreningar är listade i tabellen.

Anslutningsklass	Exempel på anslutning
Estrar	polykarbonater
Syraklorider	fosgen
Amider	urea
Nitriler	cyansyra
Anhydrider	pyrokarbonsyra

Anteckningar

↑ 1 2 3 I en vattenlösning övergår det mesta av kolsyran reversibelt till koldioxidhydrat genom reaktionen H 2 CO 3 ⇄ CO 2 H 2 O
↑ Internationellt först: Kolsyra i gasfas isolerad
↑ Neiland O. Ya. Organisk kemi . - M . : Högre skola, 1990. - S. 640 -652. — 751 sid. — ISBN 5-06-001471-1 .

Litteratur

Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Reaktioner av oorganiska ämnen: en referensbok / Ed. R. A. Lidina. - 2:a uppl., reviderad. och ytterligare - M . : Bustard, 2007. - 637 sid. - ISBN 978-5-358-01303-2 .
Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Konstanter av oorganiska ämnen: en referensbok / Ed. R. A. Lidina. - 2:a uppl., reviderad. och ytterligare — M .: Drofa, 2006. — 685 sid. — ISBN 5-7107-8085-5 .

Oxider av kol
Vanliga oxider	CO2 _ CO
Exotiska oxider	C2O2 _ _ _ C2O3 _ _ _ C2O4 _ _ _ C3O2 _ _ _ C4O2 _ _ _ C4O6 _ _ _ C5O2 _ _ _ C2O _ _ CO3 _ CO4 _ C12O9 _ _ _ C12O12 _ _ _
Polymerer	grafitoxid C3O2 _ _ _ CO CO2 _
Derivat av koloxider	Metallkarbonyler Kolsyra Bikarbonater Karbonater Dikarbonater Trikarbonater