Carbonic acid

Carbonic acid
Other names	Carbon dioxide solution
Identifiers
CAS number
SMILES	C(=O)(O)O
Properties
Molecular formula	H2CO3
Molar mass	62.,03 g/mol
densidad	1.0 g/cm3 (solución diluida)
Solubilidad en agua	solo existe en solución
acidez (pKa)	6.36 (ver texto) 10.25
excepto donde se indique lo contrario, los datos se dan para Materiales en su estado estándar (a 25 °c, 100 kPa)

el ácido carbónico (nombre antiguo ácido de aire o ácido aéreo) es un ácido débil con la fórmula H2CO3., Se forma en pequeñas cantidades cuando el dióxido de carbono se disuelve en agua, y generalmente se encuentra solo en solución. Las sales de los ácidos carbónicos se llaman bicarbonatos (o carbonatos de hidrógeno, cuando el anión es HCO3 -) y carbonatos (cuando el anión es CO32−).

la presencia de ácido carbónico en la sangre y otros fluidos corporales ayuda a controlar el nivel de pH (acidez) de esos fluidos.

solución en agua

El dióxido de carbono disuelto en agua está en equilibrio con el ácido carbónico:

CO2 + H2O H H2CO3

la constante de equilibrio a 25°C es Kh= 1.,70×10-3, lo que indica que la mayor parte del dióxido de carbono no se convierte en ácido carbónico y permanece como moléculas de CO2. En ausencia de un catalizador, el equilibrio se alcanza muy lentamente.

las constantes de velocidad son 0.039 s−1 para la reacción hacia adelante (CO2 + H2O → H2CO3) y 23 s-1 para la reacción inversa (H2CO3 → CO2 + H2O).

acidez del ácido carbónico

El ácido carbónico tiene dos hidrógenos ácidos y, por lo tanto, dos constantes de disociación:

H2CO3 H HCO3− + H+ Ka1 = 2.5×10-4 mol/L; pKa1 = 3.60 a 25 °C. HCO3− Co CO32− + H+ Ka2 = 5.61×10-11 mol/L; pKa2 = 10.25 a 25 °C.,

Se debe tener cuidado al citar y usar la primera constante de disociación del ácido carbónico. El valor citado anteriormente es correcto para la molécula H2CO3, y muestra que es un ácido más fuerte que el ácido acético o el ácido fórmico: esto podría esperarse de la influencia del sustituyente de oxígeno electronegativo. Sin embargo, el ácido carbónico solo existe en solución en equilibrio con el dióxido de carbono, por lo que la concentración de H2CO3 es mucho menor que la concentración de CO2, reduciendo la acidez medida. La ecuación puede ser reescrita como sigue (C. f., ácido sulfuroso):

CO2 + H2O H HCO3 – + H + Ka = 4,30×10-7 mol / L; pKa = 6,36.

esta figura se cita como la constante de disociación del ácido carbónico, aunque esto es ambiguo: mejor podría ser referido como la constante de acidez del dióxido de carbono, ya que es particularmente útil para calcular el pH de las soluciones de CO2.

papel del ácido carbónico en la sangre

El ácido carbónico desempeña un papel muy importante en la sangre de mamíferos. Es un intermediario durante la transferencia de dióxido de carbono de los pulmones a la sangre y viceversa., La conversión de dióxido de carbono en ácido carbónico es catalizada por una enzima (anhidrasa carbónica), que aumenta la velocidad de reacción en un factor de casi mil millones. El ácido carbónico se disocia en la sangre (como en otras soluciones), para producir principalmente iones H+ y HCO3- (bicarbonato). Esta disociación es una reacción de equilibrio y ayuda a controlar el nivel de pH de la sangre.

preparación de ácido carbónico puro

durante mucho tiempo, los investigadores encontraron imposible obtener bicarbonato de hidrógeno puro (H2CO3) a temperatura ambiente (aproximadamente 20 °C, o aproximadamente 70 °F)., Sin embargo, en 1991, los científicos del Goddard Space Flight Center de la NASA (EE.UU.) lograron hacer las primeras muestras de H2CO3 puro. Lo hicieron exponiendo una mezcla congelada de agua y dióxido de carbono a radiación de alta energía, y luego calentándose para eliminar el exceso de agua. El ácido carbónico que quedó se caracterizó por espectroscopia infrarroja.

la capacidad de producir ácido carbónico mediante la irradiación de una mezcla sólida de H2O y CO2 ha llevado a sugerir que el H2CO3 podría encontrarse en el espacio exterior, donde los hielos congelados de H2O y CO2 son comunes, al igual que los rayos cósmicos y la luz ultravioleta, para ayudarlos a reaccionar.,

el mismo polimorfo de ácido carbónico (denominado ácido beta-carbónico) fue preparado por una criotécnica en la Universidad de Innsbruck: se calentaron al vacío capas alternas de soluciones acuosas vítreas de bicarbonato y ácido, lo que provoca la protonación del bicarbonato, y posteriormente se eliminó el disolvente. Un segundo polimorfo (denominado ácido alfa-carbónico) fue preparado por la misma técnica en la Universidad de Innsbruck utilizando metanol en lugar de agua como disolvente.,

los investigadores de Innsbruck informaron que el ácido carbónico puro, libre de agua, es altamente estable en la fase gaseosa, con una vida media calculada de 180.000 años. Sin embargo, según sus cálculos, la presencia de una sola molécula de agua hace que una molécula de ácido carbónico se descomponga rápidamente en dióxido de carbono y agua.

pH y composición de una solución de ácido carbónico

CO2(gas) ↔ CO2(disuelto) con p C o 2 = 1 k h {\displaystyle \scriptstyle {\frac {}{p_{CO_{2}}}}={\frac {1}{k_{\mathrm {H} }}}}donde kH=29.,76 atm/(mol / L) a 25°C (constante de Henry)

• vemos que en el rango total de presión, el pH es siempre muy inferior al pKa2, por lo que la concentración de CO32 es siempre insignificante con respecto a la concentración de HCO3. De hecho, el CO32 no desempeña ningún papel cuantitativo en el presente cálculo (véase la observación más adelante).

• para una presión de CO2 típica de la de las botellas de refrescos (P C o 2 {\displaystyle \scriptstyle P_{CO_{2}}} ~ 2.5 atm), obtenemos un medio relativamente ácido (pH = 3.7) con una alta concentración de CO2 disuelto., Estas características son responsables del sabor amargo y chispeante de estas bebidas.

• entre 2,5 y 10 atm, el pH cruza el valor de pKa1 (3,60) dando una concentración dominante de H2CO3 (con respecto a HCO3−) a altas presiones.,

como se señaló anteriormente, se puede descuidar para este problema específico, lo que resulta en la siguiente expresión analítica muy precisa para :

≃ ( 10 − 14 + K h K A 1 k H p C O 2 ) 1 / 2 {\displaystyle \scriptstyle \simeq \left(10^{-14}+{\frac {K_{h}K_{A1}}{k_{\mathrm {H} }}}p_{CO_{2}}\right)^{1/2}}

see also

• Acid
• carbon
• carbon dioxide
• pH

all links retrieved January 10, 2017.

• ¿Por qué se dudó injustamente durante tanto tiempo de la existencia del ácido carbónico?,