Carbonic acid (Français)

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
Densité	1,0 g/cm3 (solution diluée)
Solubilité dans l’eau	n’existe que dans la solution
Acidité (pKa)	6.36 (voir le texte) 10.25
Sauf indication contraire, les données sont donné pour matériaux dans leur état standard (à 25 °C, 100 kPa)

l’acide Carbonique (ancien nom de l’acide de l’air ou de l’antenne de l’acide) est un acide faible avec la formule H2CO3., Il se forme en petites quantités lorsque le dioxyde de carbone est dissous dans l’eau, et il ne se trouve généralement qu’en solution. Les sels des acides carboniques sont appelés bicarbonates (ou carbonates d’hydrogène, lorsque L’anion est HCO3−) et carbonates (lorsque L’anion est CO32 -).

la présence d’acide carbonique dans le sang et d’autres fluides corporels aide à contrôler le niveau de pH (acidité) de ces fluides.

Solution dans l’eau

Le dioxyde de carbone dissous dans l’eau est en équilibre avec l’acide carbonique:

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

la constante d’équilibre à 25°c est Kh= 1.,70×10-3, ce qui indique que la majeure partie du dioxyde de carbone n’est pas convertie en acide carbonique et reste sous forme de molécules de CO2. En l’absence de catalyseur, l’équilibre est atteint assez lentement.

Les constantes de vitesse sont de 0,039 s−1 pour la réaction directe (CO2 + H2O → H2CO3) et de 23 s−1 pour la réaction inverse (H2CO3 → CO2 + H2O).

acidité de l’acide carbonique

l’acide carbonique a deux hydrogènes acides et donc deux constantes de dissociation:

H2CO3 ⇌ HCO3− + H+ Ka1 = 2,5×10-4 mol/L; pKa1 = 3,60 à 25 °C. HCO3− Co CO32− + H+ Ka2 = 5,61×10-11 mol/L; pKa2 = 10,25 à 25 °C.,

Il faut prendre soin de citer et d’utiliser la première constante de dissociation de l’acide carbonique. La valeur citée ci-dessus est correcte pour la molécule H2CO3, et montre qu’il s’agit d’un acide plus fort que l’acide acétique ou l’acide formique: cela pourrait être attendu de l’influence du substituant de l’oxygène électronégatif. Cependant, l’acide carbonique n’existe jamais en solution en équilibre avec le dioxyde de carbone, et donc la concentration de H2CO3 est beaucoup plus faible que la concentration deco2, ce qui réduit l’acidité mesurée. L’équation peut être réécrite comme suit (c.f., acide sulfureux):

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

Ce chiffre est cité comme la constante de dissociation de l’acide carbonique, bien que cela soit ambigu: il pourrait mieux être appelé la constante d’acidité du dioxyde de carbone, car il est particulièrement utile pour calculer le pH des solutions de CO2.

le Rôle de l’acide carbonique dans le sang

l’acide Carbonique joue un rôle très important dans le sang chez les mammifères. C’est un intermédiaire lors du transfert du dioxyde de carbone des poumons vers le sang et vice versa., La conversion du dioxyde de carbone en acide carbonique est catalysée par une enzyme (anhydrase carbonique), qui augmente la vitesse de réaction d’un facteur de près d’un milliard. L’acide carbonique se dissocie dans le sang (comme dans d’autres solutions), pour produire principalement des ions H+ et HCO3- (bicarbonate). Cette dissociation est une réaction d’équilibre et aide à contrôler le pH du sang.

préparation d’acide carbonique pur

pendant longtemps, les chercheurs ont constaté qu’il était impossible d’obtenir du bicarbonate d’hydrogène pur (H2CO3) à température ambiante (environ 20 °C, ou environ 70 °F)., Cependant, en 1991, des scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA (États-Unis) ont réussi à fabriquer les premiers échantillons purs de H2CO3. Ils l’ont fait en exposant un mélange congelé d’eau et de dioxyde de carbone à un rayonnement de haute énergie, puis en chauffant pour éliminer l’excès d’eau. L’acide carbonique restant a été caractérisé par spectroscopie infrarouge.

la capacité de produire de l’acide carbonique en irradiant un mélange solide de H2O et de CO2 a conduit à suggérer que le H2CO3 pourrait être trouvé dans l’espace extra-atmosphérique, où les glaces congelées de H2O et de CO2 sont courantes, tout comme les rayons cosmiques et la lumière ultraviolette, pour les aider à réagir.,

le même polymorphe d’acide carbonique (noté acide bêta-carbonique) a été préparé par une cryotechnique de l’Université D’Innsbruck: des couches alternées de solutions aqueuses vitreuses de bicarbonate et d’acide ont été chauffées sous vide, ce qui provoque une protonation du bicarbonate, et le solvant a ensuite été éliminé. Un deuxième polymorphe (noté acide alpha-carbonique) a été préparé par la même technique à L’Université D’Innsbruck en utilisant du méthanol plutôt que de l’eau comme solvant.,

Les chercheurs D’Innsbruck ont rapporté que l’acide carbonique pur et sans eau est très stable en phase gazeuse, avec une demi-vie calculée de 180 000 ans. Pourtant, selon leurs calculs, la présence d’une seule molécule d’eau provoque la décomposition rapide d’une molécule d’acide carbonique en dioxyde de carbone et en eau.

pH et composition d’une solution d’acide carbonique

CO2(gaz) ↔ CO2(dissous) avec p C O 2 = 1 k H {\displaystyle \scriptstyle {\frac {}{p_{CO_{2}}}}={\frac {1}{k_{\mathrm {h}}}}}où kH=29.,76 atm/(mol/L) à 25°C (constante de Henry)

• nous voyons que dans la gamme totale de pression, le pH est toujours largement inférieur à pKa2 de sorte que la concentration en CO32 est toujours négligeable par rapport à la concentration en HCO3. En fait, le CO32-ne joue aucun rôle quantitatif dans le présent calcul (voir remarque ci-dessous).

• Pour une pression de CO2 typique de celle des bouteilles de boissons gazeuses (P C O 2 {\displaystyle \ scriptstyle P_{CO_{2}}} ~ 2.5 atm), on obtient un milieu relativement acide (pH = 3.7) avec une forte concentration de CO2 dissous., Ces caractéristiques sont responsables du goût aigre et pétillant de ces boissons.

• entre 2,5 et 10 atm, le pH croise la valeur pKa1 (3,60) donnant une concentration dominante de H2CO3 (par rapport à HCO3−) à des pressions élevées.,

comme indiqué ci − dessus, peut être négligé pour ce problème spécifique, résultant en l’expression analytique très précise suivante pour :

≃ ( 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}}

voir aussi

• acide
• carbone
• dioxyde de carbone
• pH

tous les liens récupérés le 10 janvier 2017.

• Pourquoi l’existence de l’acide carbonique injustement doute depuis si longtemps?,