คุณสมบัติของ Carbonic Acid (H2CO3) การใช้และความสำคัญ



กรดคาร์บอนิก, เดิมชื่อกรดอากาศหรือกรดอากาศเป็นกรดอนินทรีย์เดียวของคาร์บอนและมีสูตร H2CO3.

เกลือของกรดคาร์บอนิกเรียกว่าไบคาร์บอเนต (หรือไฮโดรเจนคาร์บอเนต) และคาร์บอเนต (ฐานข้อมูลมนุษย์เมตาโบโลเม 2017) โครงสร้างของมันถูกนำเสนอในรูปที่ 1 (EMBL-EBI, 2016).

ได้มีการกล่าวว่ากรดคาร์บอนิกเกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ กรดคาร์บอนิกเกิดได้จากเกลือ (คาร์บอเนต), เกลือของกรด (ไฮโดรเจนคาร์บอเนต), เอมีน (กรดคาร์บามิก) และกรดคลอไรด์ (คาร์บอนิลคลอไรด์) (MeSH, 1991).

สารประกอบไม่สามารถแยกได้เป็นของเหลวบริสุทธิ์หรือของแข็งเนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวคือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำมีความเสถียรมากกว่ากรด (Royal Society of Chemistry, 2015).

กรดคาร์บอนิกพบได้ในร่างกายมนุษย์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ในกระแสเลือดรวมกับน้ำกลายเป็นกรดคาร์บอนิกซึ่งจะถูกหายใจออกเป็นก๊าซจากปอด.

มันถูกพบในหินและถ้ำที่สามารถละลายหินปูนได้ H2CO3 ยังสามารถพบได้ในถ่านหินอุกกาบาตภูเขาไฟฝนกรดน้ำใต้ดินมหาสมุทรและพืช (Carbonic acid Formula, S.F. ).

ดัชนี

  • 1 กรดคาร์บอนิกและเกลือคาร์บอเนต
  • 2 "สมมติฐาน" ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และกรดน้ำ
  • 3 คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
  • 4 ใช้
  • 5 ความสำคัญ
  • 6 อ้างอิง

กรดคาร์บอนิกและเกลือคาร์บอเนต

กรดคาร์บอนิกเกิดขึ้นในปริมาณเล็กน้อยเมื่อแอนไฮไดด์คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ละลายในน้ำ.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

สปีชี่เด่นเป็นโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ สามารถพิจารณาได้ว่ากรดคาร์บอนิกเป็นกรดจิตัลซึ่งสามารถเกิดเกลือได้สองแบบคือไฮโดรเจนคาร์บอเนตหรือไบคาร์บอเนตที่ประกอบด้วย HCO3- และคาร์บอเนตที่มี CO32-.

H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

อย่างไรก็ตามพฤติกรรมที่เป็นกรดเบสของกรดคาร์บอนิกขึ้นอยู่กับความเร็วที่แตกต่างกันของปฏิกิริยาบางอย่างที่เกี่ยวข้องรวมถึงการพึ่งพาค่า pH ของระบบ ตัวอย่างเช่นที่ค่า pH ต่ำกว่า 8 ปฏิกิริยาหลักและความเร็วสัมพัทธ์ของพวกมันคือ:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (ช้า)
  • H2CO3 + OH- ⇌ HCO3- + H2O (เร็ว)

เหนือค่า pH 10 ปฏิกิริยาต่อไปนี้มีความสำคัญ:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (ช้า)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (เร็ว)

ระหว่างค่า pH 8 และ 10 ปฏิกิริยาสมดุลข้างต้นทั้งหมดมีความสำคัญ (Zumdahl, 2008).

"สมมุติฐาน" ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และกรดน้ำ

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ากรดคาร์บอนิกไม่มีอยู่ในโมเลกุลที่เสถียร.

ในวารสาร Angewandte Chemie นักวิจัยชาวเยอรมันได้นำเสนอวิธีการไพโรไลติกอย่างง่ายสำหรับการผลิตกรดคาร์บอนิกแก๊สที่ให้คุณสมบัติทางสเปกโตรสโกปีของกรดคาร์บอนิกแก๊สและ monomethyl ester (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

กรดคาร์บอนิกจะมีอยู่เพียงเสี้ยววินาทีเท่านั้นเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ละลายในน้ำก่อนที่มันจะกลายเป็นส่วนผสมของโปรตอนและแอนไอออนไบคาร์บอเนต.

แม้จะมีอายุสั้น แต่กรดคาร์บอนิกจะส่งผลกระทบยาวนานต่อชั้นบรรยากาศและธรณีวิทยาของโลกเช่นเดียวกับในร่างกายมนุษย์.

เนื่องจากอายุการใช้งานที่สั้นทำให้เคมีละเอียดของกรดคาร์บอนิกถูกปกคลุมไปด้วยความลึกลับ นักวิจัยเช่น Berkeley Lab และมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย (UC) Berkeley กำลังช่วยยกม่านนี้ผ่านชุดการทดลองที่เป็นเอกลักษณ์.

ในการศึกษาล่าสุดของพวกเขาพวกเขาแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกละลายด้วยน้ำเพื่อเริ่มต้นเคมีการถ่ายโอนโปรตอนที่ผลิตกรดคาร์บอนิกและไบคาร์บอเนต (Yarris, 2015).

ในปี 1991 นักวิทยาศาสตร์ที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่า (สหรัฐอเมริกา) สามารถสร้างตัวอย่างที่เป็นของแข็งของ H2CO3 ได้ พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการเปิดเผยส่วนผสมที่แช่แข็งของน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์กับการแผ่รังสีโปรตอนพลังงานสูงจากนั้นให้ความร้อนเพื่อกำจัดน้ำส่วนเกิน.

กรดคาร์บอนิกที่เหลืออยู่นั้นมีลักษณะเป็นอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ความจริงที่ว่ากรดคาร์บอนิกถูกเตรียมโดยการฉายรังสีของส่วนผสมที่เป็นของแข็งของ H2O + CO2 หรือแม้กระทั่งจากการฉายรังสีของน้ำแข็งแห้งเพียงอย่างเดียว.

สิ่งนี้นำไปสู่ข้อเสนอแนะที่ H2CO3 สามารถพบได้ในอวกาศหรือบนดาวอังคารที่ซึ่งมีไอศครีม H2O และ CO2 รวมถึงรังสีคอสมิค (คันนา, 1991).

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

กรดคาร์บอนิกมีอยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้น ไม่สามารถแยกสารประกอบบริสุทธิ์ได้ วิธีการแก้ปัญหานี้เป็นที่รู้จักได้ง่ายเพราะมันมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากสื่อที่เป็นน้ำ.

มีน้ำหนักโมเลกุล 62,024 g / mol และความหนาแน่น 1,668 g / ml กรดคาร์บอนิกเป็นกรดอ่อนและไม่เสถียรซึ่งแยกส่วนในน้ำในไฮโดรเจนไอออน (H +) และไบคาร์บอเนตไอออน (HCO3-) ซึ่ง pKa คือ 3.6.

เป็นกรด diprotic มันสามารถสร้างสองชนิดของเกลือคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนต การเพิ่มฐานไปยังกรดคาร์บอนิกเกินจะให้เกลือไบคาร์บอเนตในขณะที่การเพิ่มเบสส่วนเกินไปยังกรดคาร์บอนิกจะให้เกลือคาร์บอเนต (ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ, 2017).

กรดคาร์บอนิกไม่ถือว่าเป็นพิษหรือเป็นอันตรายและมีอยู่ในร่างกายมนุษย์ อย่างไรก็ตามการสัมผัสกับความเข้มข้นสูงสามารถระคายเคืองตาและทางเดินหายใจ.

การใช้งาน

อ้างอิงจากมิเชลแมคไกวร์ใน วิทยาศาสตร์โภชนาการและกรดคาร์บอนิกพบได้ในอาหารหมักในรูปของของเสียที่เกิดจากแบคทีเรียที่กินอาหารที่เน่าเปื่อย.

ฟองแก๊สที่ผลิตในอาหารมักจะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ของกรดคาร์บอนิกและเป็นสัญญาณว่าอาหารหมักดอง ตัวอย่างของอาหารหมักดองที่พบได้ทั่วไปคือซอสถั่วเหลืองซุปมิโซะกะหล่ำปลีดองกิมจิเกาหลีเทมเป้เคเฟอร์และโยเกิร์ต.

ธัญพืชและผักหมักยังมีแบคทีเรียที่มีประโยชน์ที่สามารถควบคุมจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคภายในลำไส้ของคุณและปรับปรุงการผลิตวิตามิน B-12 และ K.

กรดคาร์บอนิก, คาร์บอนไดออกไซด์หรือไดไฮโดรคาร์บอนคาร์บอเนตเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการคาร์บอเนตของน้ำ มันอยู่ในความดูแลของด้านน้ำอัดลมและน้ำอัดลมตามที่ระบุไว้ในพจนานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการอาหาร.

กรดคาร์บอนิกมีส่วนทำให้กรดโซดาสูง แต่เนื้อหาของน้ำตาลทรายขาวบริสุทธิ์และกรดฟอสฟอริกเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดความเป็นกรดดังกล่าว (DUBOIS, 2016).

กรดคาร์บอนิกยังใช้ในด้านอื่น ๆ อีกมากมายเช่นเภสัชภัณฑ์เครื่องสำอางปุ๋ยการแปรรูปอาหารยาชา ฯลฯ.

ความสำคัญ

กรดคาร์บอนิกมักพบในน้ำในมหาสมุทรทะเลทะเลสาบแม่น้ำและฝนเพราะมันเกิดขึ้นเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งแพร่กระจายอยู่ในชั้นบรรยากาศสัมผัสกับน้ำ.

มันยังปรากฏอยู่ในน้ำแข็งของธารน้ำแข็งแม้ว่าจะมีปริมาณน้อยกว่าก็ตาม กรดคาร์บอนิกเป็นกรดที่อ่อนแอมากถึงแม้ว่ามันจะมีส่วนทำให้เกิดการกัดเซาะเมื่อเวลาผ่านไป.

การเพิ่มขึ้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้นในมหาสมุทรและเป็นส่วนที่รับผิดชอบในการเพิ่มความเป็นกรดของมหาสมุทรในช่วงร้อยปีที่ผ่านมา.

คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นของเสียจากการเผาผลาญของเซลล์พบได้ในเนื้อเยื่อที่มีความเข้มข้นค่อนข้างสูง มันกระจายในเลือดและถูกนำไปที่ปอดเพื่อกำจัดด้วยอากาศที่หมดอายุ.

คาร์บอนไดออกไซด์ละลายได้ดีกว่าออกซิเจนและกระจายเข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดแดงได้ง่าย ทำปฏิกิริยากับน้ำในรูปแบบกรดคาร์บอนิกซึ่งค่าความเป็นกรดด่างของเลือดส่วนใหญ่จะเป็นไบคาร์บอเนต (Robert S. Schwartz, 2016).

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่เลือดและเนื้อเยื่อเนื่องจากความดันบางส่วนในท้องถิ่นมีค่ามากกว่าความดันบางส่วนในเลือดที่ไหลผ่านเนื้อเยื่อ เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่กระแสเลือดมันจะรวมกับน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิกที่แยกตัวออกเป็นไฮโดรเจนไอออน (H +) และไอออนของไบคาร์บอเนต (HCO3-).

การเปลี่ยนตามธรรมชาติของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นกรดคาร์บอนิกเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างช้า อย่างไรก็ตาม carbonic anhydrase ซึ่งเป็นเอนไซม์ของโปรตีนอยู่ในเซลล์เม็ดเลือดแดงเร่งปฏิกิริยานี้ให้เร็วพอที่จะทำได้ในเวลาเพียงเสี้ยววินาที.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

เนื่องจากเอนไซม์มีอยู่ในเซลล์เม็ดเลือดแดงไบคาร์บอเนตจึงสะสมในเซลล์เม็ดเลือดแดงมากกว่าระดับพลาสมา.

ความสามารถของเลือดในการขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในขณะที่ไบคาร์บอเนตได้รับการปรับปรุงโดยระบบการขนส่งไอออนภายในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ย้ายไอออนไบคาร์บอเนตออกจากเซลล์และเข้าสู่พลาสมาในเวลาเดียวกันเพื่อแลกกับคลอไรด์ไอออน.

การแลกเปลี่ยนไอออนสองตัวพร้อมกันนี้เรียกว่าการแลกเปลี่ยนคลอไรด์ช่วยให้พลาสมาสามารถใช้เป็นสถานที่เก็บไบคาร์บอเนตได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนประจุไฟฟ้าของพลาสมาหรือเซลล์เม็ดเลือดแดง.

มีเพียง 26 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดทั้งหมดที่มีอยู่ในรูปของไบคาร์บอเนตในเซลล์เม็ดเลือดแดงในขณะที่ 62 เปอร์เซ็นต์มีอยู่ในพลาสมาไบคาร์บอเนต อย่างไรก็ตามไอออนของไบคาร์บอเนตส่วนใหญ่จะถูกผลิตครั้งแรกภายในเซลล์จากนั้นส่งไปยังพลาสมา.

ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นเมื่อเลือดไปถึงปอดซึ่งความดันบางส่วนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่ำกว่าในเลือด ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยคาร์บอนิกแอนไฮไดเรสจะถูกย้อนกลับในปอดซึ่งมันจะเปลี่ยนไบคาร์บอเนตกลับไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และอนุญาตให้ขับออกได้ (Neil S. Cherniack, 2015).

การอ้างอิง

  1. Angewandte Chemie International Edition (2014, 23 กันยายน) กรดคาร์บอนิก - และยังมีอยู่! ดึงมาจาก chemistryviews.org.
  2. สูตรกรดคาร์บอนิก ( S.F. ) กู้คืนจาก softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11 มกราคม) กรดคาร์บอนิกในอาหาร ดึงมาจาก livestrong.com.
  4. EMBL-EBI (2016, 27 มกราคม) กรดคาร์บอนิก กู้คืนจาก ebi.ac.uk.
  5. ฐานข้อมูลเมตาโบโลเมของมนุษย์ (2017, 2 มีนาคม) กรดคาร์บอนิก เรียกดูจาก hmdb.ca. 
  6. คันนา, M. M. (1991) การศึกษาสเปกตรัมแบบอินฟาเรดและมวลของน้ำแข็ง H2O + CO2 ที่ได้รับรังสีโปรตอน: หลักฐานของกรดคาร์บอนิก Spectrochimica Acta ส่วนที่ A: โมเลกุลสเปคโทรสโคปีเล่ม 47, ฉบับที่ 2, 255-262 สืบค้นจาก science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991) กรดคาร์บอนิก สืบค้นจาก ncbi.nlm.nih.
  8. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ ... (2017, 11 มีนาคม) PubChem ฐานข้อมูลแบบผสม; CID = 767 สืบค้นจาก pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e.(2015, 20 มีนาคม) ระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ กู้คืนจาก britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29 เมษายน) เลือด กู้คืนจาก britannica.com.
  11. ราชสมาคมเคมี (2015) กรดคาร์บอนิก ดึงมาจาก: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16 มิถุนายน) ไขปริศนาของกรดคาร์บอนิก ดึงจาก: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, S. S. (2008, 15 สิงหาคม) Oxyacid ดึงมาจาก: britannica.com.