Kulsyre

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 24. april 2021; verifikation kræver 31 redigeringer .

Kulsyre

Systematisk navn	Kulsyre
Kemisk formel	H2CO3 _ _ _
Udseende	farveløs opløsning
Ejendomme
Molar masse	62,025 g / mol
Smeltetemperatur	?
Kogetemperatur	?
Sublimationstemperatur	?
Nedbrydningstemperatur	?
Glasovergangstemperatur	?
Massefylde	1,668 g/cm³
Dissociationskonstant p K a	reel: 1) 3,60; 2) 10,33 tilsyneladende [1] : 6,37
Opløselighed i vand	0,21 [1] g/100 ml
Termodynamiske egenskaber
Standard dannelsesentalpi	-700 kJ/mol
Standard molær entropi	+187 J/(K mol)
Gibbs standard dannelsesenergi	-623 kJ/mol
Klassifikation
CAS registreringsnummer	463-79-6
PubChem	463-79-6
Kode SMIL	C(=O)(O)O
Sikkerhed
GHS-farepiktogrammer
NFPA 704	0 0 en
Hvor det ikke er angivet, er data givet under standardbetingelser (25 °C, 100 kPa).

Kulsyre ( kemisk formel - H 2 CO 3 ) er en svag kemisk uorganisk syre . Det dannes i små mængder, når kuldioxid opløses i vand [1] , herunder kuldioxid fra luften .

Under normale forhold er kulsyre ustabil og nedbrydes til kuldioxid og vand. Det danner en række stabile uorganiske og organiske derivater: salte ( carbonater og hydrocarbonater ), estere , amider osv.

Fysiske egenskaber

Kulsyre findes i vandige opløsninger i ligevægt med kuldioxid , og under normale forhold er ligevægten stærkt forskudt mod syrenedbrydning.

Kulsyremolekylet har en plan struktur. Det centrale carbonatom har sp2 - hybridisering . I bicarbonat- og carbonatanioner er π-bindingen delokaliseret . C-O-bindingslængden i carbonation er 130 pm.

Vandfri kulsyre er farveløse krystaller, stabile ved lave temperaturer, sublimerer ved -30 °C og nedbrydes fuldstændigt ved yderligere opvarmning. Opførsel af ren kulsyre i gasfasen blev undersøgt i 2011 af østrigske kemikere [2] .

Kemiske egenskaber

Ligevægt i vandige opløsninger og surhedsgrad

Kulsyre findes i vandige opløsninger i ligevægt med kuldioxidhydrat :

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

, ligevægtskonstant ved 25 °C

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

Hastigheden af den fremadrettede reaktion er 0,039 s− 1 , den omvendte reaktion er 23 s −1 .

Til gengæld er det opløste kuldioxidhydrat i ligevægt med gasformig kuldioxid:

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

Denne ligevægt skifter til højre med en stigning i temperaturen og til venstre med en stigning i trykket (for flere detaljer, se Gasabsorption ).

Kulsyre gennemgår reversibel hydrolyse , hvilket skaber et surt miljø:

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

, surhedskonstant ved 25 °C

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

Men til praktiske beregninger bruges den tilsyneladende surhedskonstant ofte, som tager højde for ligevægten mellem kulsyre og kuldioxidhydrat:

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

Bicarbonationen undergår yderligere hydrolyse ved reaktionen

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

, surhedskonstant ved 25 °C

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

I opløsninger, der indeholder kulsyre, skabes et komplekst ligevægtssystem, som kan repræsenteres i generelle vendinger som følger:

{\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-}(*)} }

Værdien af pH-værdien i et sådant system, svarende til en mættet opløsning af kuldioxid i vand ved 25 ° C og et tryk på 760 mm Hg. Kunst. , kan beregnes ved hjælp af formlen:

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

, hvor C₀ \u003d 0,034 mol/l er opløseligheden af CO 2 i vand under de angivne betingelser.

Dekomponering

Med en stigning i opløsningens temperatur og/eller et fald i partialtrykket af kuldioxid skifter ligevægten mod nedbrydning af kulsyre til vand og kuldioxid. Når opløsningen koger, nedbrydes kulsyre fuldstændigt:

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

Interaktion med baser og salte

Kulsyre indgår i neutraliseringsreaktioner med baseopløsninger og danner mellemstore og sure salte - henholdsvis carbonater og bicarbonater :

{\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))

Når kulsyre reagerer med carbonater, dannes kulbrinter:

{\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))}

Henter

Kulsyre dannes, når kuldioxid opløses i vand :

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

Indholdet af kulsyre i opløsningen stiger, når opløsningens temperatur falder, og trykket af kuldioxid stiger.

Kulsyre dannes også ved vekselvirkningen mellem dens salte (carbonater og bicarbonater) med en stærkere syre. I dette tilfælde nedbrydes det meste af den dannede kulsyre som regel til vand og kuldioxid:

{\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 ))

Ansøgning

Kulsyre er altid til stede i vandige opløsninger af kuldioxid (se " Kulsyreholdigt vand ").

I biokemi bruges et ligevægtssystems egenskab til at ændre gastrykket i forhold til ændringen i indholdet af oxoniumioner (surhed) ved en konstant temperatur. Dette giver dig mulighed for i realtid at registrere forløbet af enzymatiske reaktioner, der forekommer med en ændring i opløsningens pH . Anvendes også til produktion af kølemidler, solcellegeneratorer og frysere.

Organiske derivater

Kulsyre kan formelt betragtes som en carboxylsyre med en hydroxylgruppe i stedet for en kulbrinterest. Som sådan kan det danne alle derivater, der er karakteristiske for carboxylsyrer [3] .

Nogle repræsentanter for sådanne forbindelser er anført i tabellen.

Tilslutningsklasse	Eksempel på forbindelse
Estere	polycarbonater
Syreklorider	fosgen
Amider	urinstof
Nitriler	cyansyre
Anhydrider	pyrocarbonsyre

Noter

↑ 1 2 3 I en vandig opløsning går det meste af kulsyren reversibelt over i kuldioxidhydrat ved reaktionen H 2 CO 3 ⇄ CO 2 H 2 O
↑ International først: Gasfase kulsyre isoleret
↑ Neiland O. Ya. Organisk kemi . - M . : Højere skole, 1990. - S. 640 -652. — 751 s. — ISBN 5-06-001471-1 .

Litteratur

Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Reaktioner af uorganiske stoffer: en opslagsbog / Ed. R. A. Lidina. - 2. udg., revideret. og yderligere - M . : Bustard, 2007. - 637 s. - ISBN 978-5-358-01303-2 .
Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Konstanter af uorganiske stoffer: en opslagsbog / Ed. R. A. Lidina. - 2. udg., revideret. og yderligere — M .: Drofa, 2006. — 685 s. — ISBN 5-7107-8085-5 .

Oxider af kulstof
Almindelige oxider	CO2 _ CO
Eksotiske oxider	C2O2 _ _ _ C2O3 _ _ _ C2O4 _ _ _ C3O2 _ _ _ C4O2 _ _ _ C4O6 _ _ _ C5O2 _ _ _ C2O _ _ CO3 _ CO4 _ C12O9 _ _ _ C12O12 _ _ _
Polymerer	grafitoxid C3O2 _ _ _ CO CO2 _
Derivater af carbonoxider	Metalcarbonyler Kulsyre Bikarbonater Karbonater Dicarbonater Tricarbonater