탄산은 논쟁 실제로 유기되지만, 상기 화학식 H 무기 화합물 2 CO 3 . 따라서 그것은 두 개의 H + 이온 을 수성 매체에 제공하여 두 개의 분자 양이온 H 3 O + 를 생성 할 수있는 이양 자산 입니다. (HCO는 공지 된 중탄산 발생에서 3 - 탄산염 (CO) 3 2- ) 이온 .
이 독특한 산은 단순하지만 동시에 수많은 종이 액체-증기 평형에 참여하는 시스템에 관여하며 물과 이산화탄소라는 두 가지 기본 무기 분자로 형성됩니다. 의 존재 불용 CO 2 표면을 향해 상승하는, 물에 기포가있을 때마다 관찰된다.
탄산을 함유 한 가장 일반적인 음료 중 하나 인 탄산수가 들어간 유리. 출처 : Pxhere.
이 현상은 탄산 음료와 탄산수에서 매우 자주 나타납니다.
탄산 또는 기포 물 (상부 상)의 경우, CO 등의 양 (2)는 용해 될 증기압 이상의 이중 대기압이된다. 뚜껑을 열면 병 내부와 외부의 압력 차이로 인해 CO 2 의 용해도가 감소하므로 기포가 액체에서 빠져 나가게됩니다.
더 적은 정도의 경우에도 동일한 현상이 신선한 물이나 식염수 모두에서 발생합니다. 가열하면 용해 된 CO 2 함량이 방출됩니다 .
그러나 CO 2는 용해 될뿐만 아니라 분자에서 변형되어 H 2 CO 3 로 변합니다 . 수명이 너무 적지 만 수성 용매 매질의 pH에서 측정 가능한 변화를 표시하고 고유 한 탄산염 완충 시스템을 생성하기에 충분한 산.
구조
분자
구체 및 막대 모델로 표시되는 탄산 분자. 출처 : Wikipedia를 통한 Jynto 및 Ben Mills.
위에는 구체와 막대로 표시되는 H 2 CO 3 분자가 있습니다. 빨간색 구체는 산소 원자에 해당하고 검은 색은 탄소 원자에 해당하며 흰색은 수소 원자에 해당합니다.
이미지에서 시작하여이 산에 대한 또 다른 유효한 공식을 작성할 수 있습니다. CO (OH) 2 , 여기서 CO는 두 개의 수산기 OH에 연결된 카르보닐기 C = O가됩니다. 수소 원자를 기증 할 수있는 두 개의 OH 그룹이 있기 때문에 이제 환경으로 방출되는 H + 이온이 어디에서 오는지 이해 됩니다.
탄산의 분자 구조.
또한 공식 CO (OH) 2 는 OHCOOH로 쓸 수 있습니다. 즉, RCOOH 유형이며, 여기서 R은이 경우 OH 기입니다.
이러한 이유로 분자가 산소, 수소 및 탄소 원자로 구성되어 있다는 사실 외에도 유기 화학에서 너무 흔하며 일부 사람들은 탄산을 유기 화합물로 간주합니다. 그러나 합성 섹션에서는 다른 사람들이 그것이 본질적으로 무기 및 비 유기물이라고 생각하는 이유를 설명합니다.
분자 상호 작용
분자 H 2 CO 3 중에서 그 기하학은 삼각형의 중심에 탄소가있는 삼각형 평면이라고 말할 수 있습니다. 두 개의 꼭지점에는 수소 결합을 제공하는 OH 그룹이 있습니다. 나머지 나머지에는 C = O 그룹의 산소 원자, 수소 결합의 수용체가 있습니다.
따라서 H 2 CO 3 는 양성 자성 또는 산소화 (및 질소 함유) 용매와 상호 작용하는 강한 경향이 있습니다.
우연히도, 물이 두 특성 및 H의 선호도에 맞는 2 CO 3 거의 바로는 H 포기하도록이기 + 종은 HCO 포함한다는 및 가수 분해 평형이 성립되기 시작을 3 - 및 H 3 O를 + .
그렇기 때문에 물의 존재만으로 탄산이 분해되어 순수한 화합물로 분리하기가 너무 어렵습니다.
순수한 탄산
H 2 CO 3 분자로 돌아 가면 그것은 평평 할뿐만 아니라 수소 결합을 형성 할 수있을뿐만 아니라 시스-트랜스 이성질체를 나타낼 수도 있습니다. 이것은 이미지에서 두 개의 H가 같은 방향을 가리키는 시스 이성질체를 가지고있는 반면, 트랜스 이성질체에서는 반대 방향을 가리 킵니다.
cis 이성질체는 둘 중 더 안정적이며, 이것이 일반적으로 대표되는 유일한 것입니다.
순수한 H 2 CO 3 고체는 측면 수소 결합과 상호 작용하는 분자 층 또는 시트로 구성된 결정 구조로 구성됩니다. 이것은 예상되는 H 2 CO 3 분자는 평평하고 삼각형입니다. 승화되면 고리 형 이량 체 (H 2 CO 3 ) 2가 나타나며 두 개의 수소 결합 C = O-OH로 연결됩니다.
H 2 CO 3 결정의 대칭은 현재 정의되지 않았습니다. α-H 2 CO 3 및 β-H 2 CO 3의 두 가지 다 형체로 결정화되는 것으로 간주되었습니다 . 그러나, CH 3 COOH-CO 2 의 혼합물에서 합성 된 α-H 2 CO 3 는 실제로 탄산의 모노 메틸 에스테르 인 CH 3 OCOOH 인 것으로 나타났습니다 .
속성
H 2 CO 3 는 이양 자산이므로 두 개의 H + 이온 을 받아들이는 매체에 기부 할 수 있다고 언급되었습니다 . 이 매질이 물인 경우 해리 또는 가수 분해 방정식은 다음과 같습니다.
H 2 CO 3 (수성) + H 2 O (l) <=> HCO 3 - (수성) + H 3 O + (수성) (카 (1) = 2.5 × 10 -4 )
HCO 3 - (수성) + H 2 O (l) <=> CO 3 2- (수성) + H 3 O + (수성) (카 (2) = 4.69 × 10 -11 )
HCO 3 - 바이 카보네이트 또는 수소 카보네이트 음이온, 및 CO 3 2 - 탄산염 음이온. 각각의 평형 상수 인 Ka 1 및 Ka 2도 표시 됩니다. Ka 2가 Ka 1 보다 5 백만 배 작기 때문에 CO 3 2- 의 형성과 농도 는 무시할 수 있습니다.
따라서, 비록 이양 자산이지만, 두 번째 H + 는 그것을 눈에 띄게 방출 할 수 없습니다. 그러나, 존재 용해 CO 2 대량은 매체 산성화 충분하다; 이 경우 물, pH 값을 낮추십시오 (7 미만).
탄산 말하는 것은 종 HCO이 수용액에 실질적으로 참조하는 3 - 및 H 3 O + 우세 ; 이것은 CO 전환 할 사소한 시도로서, 종래의 방법에 의해 분리 할 수없는 두 용해도 평형 물에서 벗어날 것이다 기포 형성한다.
합성
용해
탄산은 합성하기 가장 쉬운 화합물 중 하나입니다. 어떻게? 가장 간단한 방법은 짚이나 짚의 도움으로 공기를 거품으로 내뿜는 것입니다. 우리는 본질적으로 CO 2를 내뿜기 때문에 물 속으로 거품을내어 소량을 용해시킵니다.
이렇게하면 다음과 같은 반응이 발생합니다.
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (수성)
그러나 차례로 물에서 CO 2 의 용해도를 고려해야합니다 .
CO 2 (g) <=> CO 2 (수성)
CO 2 와 H 2 O는 모두 무기 분자이므로 H 2 CO 3 는 이러한 관점에서 무기물입니다.
액체-증기 평형
결과적으로 우리는 액체의 온도뿐만 아니라 CO 2 의 분압에 크게 의존하는 평형 시스템을 갖게 되었습니다.
예를 들어, CO의 경우 압력 2 (우리가 빨대 이상의 힘으로 공기를 불어하는 경우에) 증가하고, 더 많은 H 2 CO 3가 형성 될 상기 pH가 산성으로 될 것이다; 왜냐하면 첫 번째 평형이 오른쪽으로 이동하기 때문입니다.
반면에 H 2 CO 3 용액을 가열하면 CO 2 의 물에 대한 용해도가 가스이기 때문에 감소 하고 평형이 왼쪽으로 이동합니다 (H 2 CO 3가 적어짐 ). 이산화탄소 : 우리가 진공 적용하려고하면 그것은 유사합니다 (2) 탈출 할뿐만 아니라, 다시 왼쪽으로 균형을 이동 것 물 분자를.
순수한 고체
위의 내용을 통해 결론에 도달 할 수 있습니다. H 2 CO 3 용액 에서는이 산을 기존의 방법으로 순수한 고체로 합성 할 방법이 없습니다. 그러나 지난 세기의 90 년대부터 CO 2 와 H 2 O 의 고체 혼합물에서 시작하여 이루어졌습니다 .
이 50 % 고체 CO 2 -H 2 O 혼합물 은 양성자 (우주 방사선의 일종)로 충격을 받아 어떤 성분도 빠져 나가지 않고 H 2 CO 3 형성이 발생합니다 . 이를 위해 CH 3 OH-CO 2 혼합물도 사용되었습니다 (α-H 2 CO 3 기억 ).
또 다른 방법은 동일한 작업을 수행하지만 드라이 아이스를 직접 사용하는 것입니다.
NASA 과학자들은 세 가지 방법을 통해 고체 또는 기체의 순수한 탄산이 목성의 얼음 위성, 화성의 빙하, 그리고 그러한 고체 혼합물이 지속적으로 조사되는 혜성에 존재할 수 있다는 한 가지 결론에 도달 할 수있었습니다. 우주선에 의해.
응용
탄산은 그 자체로 쓸모없는 화합물입니다. 쌍이 HCO 그들의 용액으로부터 그러나 기반 솔루션 버퍼 3 - / CO 3 2- 또는 H 2 CO 3 / HCO 3 - 제조 할 수있다 .
이러한 솔루션 및 적혈구의 탄산 탈수 효소 효소의 작용이 존재 덕분에, CO 2 호흡에서 생산 결국 우리의 몸 밖에서 호기 할 해제 폐에 혈액을 운반 할 수있다.
CO의 버블 링 (2)는 청량 음료를을 마시는 경우가 목에두고있는 쾌적하고 특성 감각을 제공하는 데 사용됩니다.
마찬가지로, H 2 CO 3 의 존재는 석회석 종유석의 형성에 지질 학적 중요성을 가지고 있는데, 종유석이 뾰족한 마감이 될 때까지 천천히 용해되기 때문입니다.
다른 한편으로, 그 용액은 일부 금속 중탄산염을 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 이를 위해 중탄산염 ( 예 : NaHCO 3) 을 직접 사용하는 것이 더 수익성이 높고 더 쉽습니다 .
위험
탄산은 정상적인 조건 (약 300 나노초로 추정)에서 수명이 매우 짧기 때문에 환경과 생명체에 실질적으로 무해합니다. 그러나 앞서 말했듯이, 그것이 해양 동물 군에 영향을 미치는 해수의 pH에 걱정스러운 변화를 일으킬 수 없다는 것을 의미하지는 않습니다.
CO의 양 때문에 다른 한편으로는, 진짜 "위험", 탄산수의 섭취에서 발견되는 이 그들에 용해가 일반 물에 비해 훨씬 높다. 그러나 탄산수를 마시는 것이 치명적 위험을 초래한다는 연구 결과는 없습니다. 금식하고 소화 불량과 싸우기 위해 권장하는 경우.
이 물을 마시는 사람들에게서 관찰되는 유일한 부정적인 영향은 배가 가스로 가득 차서 포만감입니다. 이 외에도 탄산 음료는 말할 것도없고 탄산 이상의 성분으로 구성되어 있기 때문에이 화합물은 전혀 독성이 없다고 말할 수 있습니다.
참고 문헌
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