Szénsav

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. április 24-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 31 szerkesztés szükséges .

Szénsav

Szisztematikus név	Szénsav
Kémiai formula	H2CO3 _ _ _
Megjelenés	színtelen oldat
Tulajdonságok
Moláris tömeg	62,025 g / mol
Olvadási hőmérséklet	?
Forráshőmérséklet	?
Szublimációs hőmérséklet	?
Bomlási hőmérséklet	?
Üvegesedési hőmérséklet	?
Sűrűség	1,668 g/cm³
Disszociációs állandó p K a	valós: 1) 3,60; 2) 10,33 látszólagos [1] : 6,37
Vízben való oldhatóság	0,21 [1] g/100 ml
Termodinamikai tulajdonságok
Szabványos képződésentalpia	−700 kJ/mol
Szabványos moláris entrópia	+187 J/(K mol)
Gibbs standard képződési energia	−623 kJ/mol
Osztályozás
CAS regisztrációs szám	463-79-6
PubChem	463-79-6
Kód SMILES	C(=O)(O)O
Biztonság
GHS veszélyt jelző piktogramok
NFPA 704	0 0 egy
Ahol nincs feltüntetve, az adatokat standard körülmények között (25 °C, 100 kPa) adják meg.

A szénsav ( kémiai képlete - H 2 CO 3 ) egy gyenge kémiai szervetlen sav . Kis mennyiségben képződik, amikor a szén-dioxidot vízben oldják [1] , beleértve a levegőből származó szén-dioxidot is .

Normál körülmények között a szénsav instabil, és szén-dioxidra és vízre bomlik. Számos stabil szervetlen és szerves származékot képez: sók ( karbonátok és szénhidrogének ), észterek , amidok stb.

Fizikai tulajdonságok

A szénsav vizes oldatokban szén-dioxiddal egyensúlyban van , és normál körülmények között az egyensúly erősen eltolódik a savas bomlás felé.

A szénsavmolekula sík szerkezetű. A központi szénatom sp 2 hibridizációval rendelkezik . A bikarbonát és karbonát anionokban a π-kötés delokalizálódik . A C–O kötés hossza a karbonátionban 130 pm.

A vízmentes szénsav színtelen kristályok, alacsony hőmérsékleten stabilak, -30 °C-on szublimálódnak, és további melegítés hatására teljesen lebomlik. A tiszta szénsav gázfázisban való viselkedését 2011-ben tanulmányozták osztrák vegyészek [2] .

Kémiai tulajdonságok

Egyensúly vizes oldatokban és savasság

A szénsav vizes oldatokban szén-dioxid - hidráttal egyensúlyban van :

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

, egyensúlyi állandó 25 °C-on

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

Az előre irányuló reakció sebessége 0,039 s −1 , a fordított reakcióé 23 s −1 .

Az oldott szén-dioxid-hidrát viszont egyensúlyban van a gáznemű szén-dioxiddal:

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

Ez az egyensúly a hőmérséklet növekedésével jobbra, a nyomás növekedésével balra tolódik el (további részletekért lásd: Gázabszorpció ).

A szénsav reverzibilis hidrolízisen megy keresztül , így savas környezet jön létre:

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

, savasság állandó 25 °C-on

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

A gyakorlati számításokhoz azonban gyakran használják a látszólagos savassági állandót, amely figyelembe veszi a szénsav és a szén-dioxid-hidrát egyensúlyát:

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

A reakció során a bikarbonátion további hidrolízisen megy keresztül

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

, savasság állandó 25 °C-on

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

Így a szénsavat tartalmazó oldatokban összetett egyensúlyi rendszer jön létre, amelyet általánosságban a következőképpen ábrázolhatunk:

{\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-}(*)} }

A pH-érték értéke egy ilyen rendszerben, amely telített szén-dioxid-oldatnak felel meg vízben 25 ° C-on és 760 Hgmm nyomáson. Művészet. , a következő képlettel számítható ki:

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

, ahol C₀ \u003d 0,034 mol/l a CO 2 vízoldhatósága a jelzett körülmények között.

Dekompozíció

Az oldat hőmérsékletének emelkedésével és/vagy a szén-dioxid parciális nyomásának csökkenésével az egyensúly a szénsav vízzé és szén-dioxiddá történő bomlása felé tolódik el. Amikor az oldat felforr, a szénsav teljesen lebomlik:

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

Kölcsönhatás bázisokkal és sókkal

A szénsav bázisoldatokkal semlegesítési reakcióba lép , közepes és savas sókat képezve - karbonátokat és bikarbonátokat :

{\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))

Amikor a szénsav reagál karbonátokkal, szénhidrogének képződnek:

{\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}}}

Getting

Szénsav keletkezik, amikor a szén-dioxidot vízben oldják :

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

Az oldat szénsavtartalma az oldat hőmérsékletének csökkenésével és a szén-dioxid nyomásának növekedésével nő.

Szintén szénsav keletkezik sóinak (karbonátok és bikarbonátok) erősebb savval való kölcsönhatása révén. Ebben az esetben a képződött szénsav nagy része általában vízre és szén-dioxidra bomlik:

{\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 ))

Alkalmazás

A szénsav mindig jelen van a szén-dioxid vizes oldatában (lásd a „ Szenes víz ”).

A biokémiában az egyensúlyi rendszer tulajdonságát arra használják, hogy a gáznyomást az oxóniumion -tartalom (savasság) változásával arányosan változtassa állandó hőmérsékleten. Ez lehetővé teszi, hogy valós időben regisztrálja az oldat pH -jának változásával fellépő enzimreakciók lefolyását . Hűtőközegek, napkollektorok és fagyasztók gyártásához is használják.

Szerves származékok

A szénsav formálisan olyan karbonsavnak tekinthető, amely szénhidrogén-maradék helyett hidroxilcsoportot tartalmaz . Mint ilyen, valamennyi, a karbonsavakra jellemző származékot képezhet [3] .

Az ilyen vegyületek néhány képviselőjét a táblázat tartalmazza.

Csatlakozási osztály	Csatlakozási példa
Esters	polikarbonátok
Savkloridok	foszgén
Amidok	karbamid
Nitrilek	ciánsav
Anhidridek	pirokarbonsav

Jegyzetek

↑ 1 2 3 Vizes oldatban a szénsav nagy része reverzibilisen szén-dioxid-hidráttá alakul a H 2 CO 3 ⇄ CO 2 H 2 O reakció során
↑ Első a nemzetközi: gázfázisú szénsav izolálása
↑ Neiland O. Ya. Szerves kémia . - M . : Felsőiskola, 1990. - S. 640 -652. — 751 p. — ISBN 5-06-001471-1 .

Irodalom

Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Szervetlen anyagok reakciói: kézikönyv / Szerk. R. A. Lidina. - 2. kiadás, átdolgozva. és további - M . : Túzok, 2007. - 637 p. - ISBN 978-5-358-01303-2 .
Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Szervetlen anyagok állandói: kézikönyv / Szerk. R. A. Lidina. - 2. kiadás, átdolgozva. és további — M .: Drofa, 2006. — 685 p. — ISBN 5-7107-8085-5 .

A szén oxidjai
Közönséges oxidok	CO2_ _ CO
Egzotikus oxidok	C2O2 _ _ _ C2O3 _ _ _ C2O4 _ _ _ C3O2 _ _ _ C4O2 _ _ _ C4O6 _ _ _ C5O2 _ _ _ C2O _ _ CO3_ _ CO4_ _ C 12 O 9 C 12 O 12
Polimerek	grafit-oxid C3O2 _ _ _ CO CO2_ _
Szén-oxidok származékai	Fém-karbonilok Szénsav Bikarbonátok Karbonátok Dikarbonátok Trikarbonátok