Відкрити головне меню

Карбона́тна кислота́, також ву́гільна кислота́ — слабка двоосновна кислота з хімічною формулою H2CO3. У чистому вигляді нестійка[1]. Утворюється в малих кількостях при розчиненні вуглекислого газу у воді, в тому числі і вуглекислого газу з повітря. Утворює ряд стійких неорганічних та органічних похідних: солі (карбонати та гідрокарбонати), естери, аміди та ін

Карбонатна кислота
Carbonic-acid-2D.svg
Структурна формула
Carbonic-acid-3D-balls.png
Кулестрижнева модель
Назва за IUPAC Карбонатна кислота
Інші назви Вугільна кислота; дигідрогенкарбонат; гідроксиметанова кислота
Ідентифікатори
Номер CAS 463-79-6
Номер EINECS 610-295-3
KEGG C01353
ChEBI 28976
SMILES O=C(O)O
InChI 1/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)
Номер Гмеліна 25554
Властивості
Молекулярна формула H2CO3
Молярна маса 62,03 г/моль
Розчинність (вода) Існує лише в розчині
Кислотність (pKa) 6,367 (pKa1), 10,329 (pKa2)
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Зміст

Фізичні властивостіРедагувати

Молекула вугільної кислоти має плоску будову. Центральний вуглецевий атом має sp²-гібридизацію. У гідрокарбонат- карбонат-аніонів відбувається делокалізація π-зв'язку. Довжина зв'язку C—O в карбонат-іоні становить 129 пм.

Хімічні властивостіРедагувати

Рівновага у водних розчинах та кислотністьРедагувати

Вугільна кислота існує у водних розчинах в стані рівноваги з гідратом діоксиду вуглецю:

 , константа рівноваги при 25 °C  

Швидкість прямої реакції 0,039 з−1, зворотної — 23 з−1.

У свою чергу розчинений гідрат діоксиду вуглецю знаходиться в рівновазі з газоподібним діоксидом вуглецю:

  ​​]

Дана рівновагу при підвищенні температури зсувається вправо, а при підвищенні тиску — вліво (докладніше див. Абсорбція газів).

Вугільна кислота піддається оборотньому гідролізу, створюючи при цьому кисле середовище:

 , константа кислотної дисоціації при 25 °C  

Однак, для практичних розрахунків частіше використовують уявну константу кислотності, що враховує рівновагу вугільної кислоти з гідратом діоксиду вуглецю:

 

гідрокарбонат-іон піддається подальшому гідролізу по реакції

 , константа кислотності при 25 °C  

Таким чином, в розчинах, що містять вугільну кислоту, створюється складна рівноважна система, яку можна зобразити у загальному вигляді таким чином:

 

Значення pH в такій системі, яке відповідає насиченому розчину діоксиду вуглецю в воді при 25 °C і тиску 760 мм рт. ст., можна розрахувати по формулі:

 , где L = 0,034 моль/л — розчинність CO2 в воді при вказаних умовах.

РозкладанняРедагувати

При підвищенні температури розчину і/або пониженні парціального тиску діоксиду вуглецю рівновагу в системі   зміщується вліво, що призводить до розкладання частини вугільної кислоти на воду і діоксид вуглецю. При кипінні розчину вугільна кислота розкладається повністю:

 

Взаємодія з основами та солямиРедагувати

Вугільна кислота вступає в реакції нейтралізації з розчинами основ, утворюючи середні та кислі солі (хімія)карбонати та гідрокарбонати відповідно:

  (конц.)   ​​]
  (разб.)   ​​]
  ​​]
  ​​]

При взаємодії вугільної кислоти з карбонатами утворюються гідрокарбонати:

 
 

ОтриманняРедагувати

Вугільна кислота утворюється при розчиненні у воді діоксиду вуглецю:

 

Вміст вугільної кислоти в розчині збільшується при зниженні температури розчину та збільшенні тиску вуглекислого газу.

Також вугільна кислота утворюється при взаємодії її солей (карбонатів та гідрокарбонатів) з більш сильною кислотою. При цьому велика частина утворилася вугільної кислоти, як правило, розкладається на воду і діоксид вуглецю:

 
 

ЗастосуванняРедагувати

Вугільна кислота завжди присутня у водних розчинах вуглекислого газу (див. Газована вода).

В біохімії використовується властивість рівноважної системи змінювати тиск газу пропорційно зміні змісту іонів оксонію (кислотності) при постійній температурі. Це дозволяє реєструвати в реальному часі хід ферментативних реакцій, що протікають із зміною pH розчину.

Органічні похідніРедагувати

Вугільну кислоту формально можна розглядати як карбонову кислоту з гідроксильною групою замість вуглеводневої залишку. У цій якості вона може утворювати всі похідні, характерні для карбонових кислот[2].

Деякі представники подібних сполук перераховані в таблиці.

Клас сполук Приклад сполук
Естери полікарбонат
Хлороангідриди фосген
Аміди сечовина
Нітрили ціанові кислоти
Ангідриди піровуглецева кислота

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. Вугільна кислота тепер виявлена ​​і в газовій фазі — пора знову переписувати підручники
  2. Нейланд О. Я. Органічна хімія. — М. : Вища школа, 1990. — С. 640 — 652. — ISBN 5-06-001471-1.

ЛітератураРедагувати

  • Функціональні похідні карбонових та вугільної кислот : Навч. посіб. для студ. хім. спец. ун-тів / М. І. Ганущак, В. В. Карп'як; Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка. - Л., 2002. - 292 c. - Бібліогр.: 25 назв.
  • Лидин Р. А., Молочко В. А., Андрєєва Л. Л. Реакции неорганических соединений: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Дрофа, 2007. — 637 с. — ISBN 978-5-358-01303-2. (рос.)
  • Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических соединений: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Дрофа, 2006. — 685 с. — ISBN 5-7107-8085-5. (рос.)