Carbonic acid (Italiano)

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
Densità	1.0 g/cm3 (soluzione diluita)
Solubilità in acqua	esiste solo in soluzione
Acidità (pKa)	6.36 (vedi testo) 10.25
Eccetto dove diversamente specificato, i dati sono forniti per materiali nel loro stato standard (a 25 °C, 100 kPa)

l’acido Carbonico (antico nome di acido di aria aeree o acido) è un acido debole con la formula H2CO3., Si forma in piccole quantità quando l’anidride carbonica viene sciolta in acqua e di solito si trova solo in soluzione. I sali degli acidi carbonici sono chiamati bicarbonati (o carbonati di idrogeno, quando l’anione è HCO3−) e carbonati (quando l’anione è CO32−).

La presenza di acido carbonico nel sangue e in altri fluidi corporei aiuta a controllare il livello di pH (acidità) di tali fluidi.

Soluzione in acqua

L’anidride carbonica disciolta in acqua è in equilibrio con l’acido carbonico:

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

La costante di equilibrio a 25°C è Kh= 1.,70×10-3, che indica che la maggior parte dell’anidride carbonica non viene convertita in acido carbonico e rimane come molecole di CO2. In assenza di un catalizzatore, l’equilibrio viene raggiunto abbastanza lentamente.

Le costanti di velocità sono 0,039 s−1 per la reazione diretta (CO2 + H2O → H2CO3) e 23 s−1 per la reazione inversa (H2CO3 → CO2 + H2O).

Acidità dell’acido carbonico

L’acido carbonico ha due idrogeni acidi e quindi due costanti di dissociazione:

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

Bisogna fare attenzione quando si cita e si utilizza la prima costante di dissociazione dell’acido carbonico. Il valore sopra citato è corretto per la molecola H2CO3 e mostra che è un acido più forte dell’acido acetico o dell’acido formico: ciò potrebbe essere previsto dall’influenza del sostituente dell’ossigeno elettronegativo. Tuttavia, l’acido carbonico esiste sempre e solo in soluzione in equilibrio con l’anidride carbonica, e quindi la concentrazione di H2CO3 è molto più bassa della concentrazione di CO2, riducendo l’acidità misurata. L’equazione può essere riscritta come segue (c. f., acido solforoso):

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

Questa figura è citata come costante di dissociazione dell’acido carbonico, anche se questa è ambigua: potrebbe essere meglio indicata come costante di acidità dell’anidride carbonica, in quanto è particolarmente utile per calcolare il pH delle soluzioni di CO2.

Ruolo dell’acido carbonico nel sangue

L’acido carbonico svolge un ruolo molto importante nel sangue dei mammiferi. È un intermedio durante il trasferimento di anidride carbonica dai polmoni al sangue e viceversa., La conversione dell’anidride carbonica in acido carbonico è catalizzata da un enzima (anidrasi carbonica), che aumenta la velocità di reazione di un fattore di quasi un miliardo. L’acido carbonico si dissocia nel sangue (come in altre soluzioni), per produrre principalmente ioni H+ e HCO3 – (bicarbonato). Questa dissociazione è una reazione di equilibrio e aiuta a controllare il livello di pH del sangue.

Preparazione di acido carbonico puro

Per lungo tempo, i ricercatori hanno trovato impossibile ottenere bicarbonato di idrogeno puro (H2CO3) a temperatura ambiente (circa 20 °C, o circa 70 °F)., Tuttavia, nel 1991, gli scienziati del Goddard Space Flight Center (USA) della NASA sono riusciti a realizzare i primi campioni puri di H2CO3. Lo hanno fatto esponendo una miscela congelata di acqua e anidride carbonica a radiazioni ad alta energia, e quindi riscaldando per rimuovere l’acqua in eccesso. L’acido carbonico rimasto era caratterizzato dalla spettroscopia infrarossa.

La capacità di produrre acido carbonico irradiando una miscela solida di H2O e CO2 ha portato a suggerimenti che H2CO3 potrebbe essere trovato nello spazio esterno, dove ghiacci congelati di H2O e CO2 sono comuni, così come i raggi cosmici e la luce ultravioletta, per aiutarli a reagire.,

Lo stesso polimorfo acido carbonico (indicato come acido beta-carbonico) è stato preparato da una criotecnica presso l’Università di Innsbruck: strati alternati di soluzioni acquose vetrose di bicarbonato e acido sono stati riscaldati nel vuoto, che causa la protonazione del bicarbonato e il solvente è stato successivamente rimosso. Un secondo polimorfo (indicato acido alfa-carbonico) è stato preparato con la stessa tecnica presso l’Università di Innsbruck utilizzando metanolo piuttosto che acqua come solvente.,

I ricercatori di Innsbruck hanno riferito che l’acido carbonico puro e privo di acqua è altamente stabile nella fase gassosa, con un’emivita calcolata di 180.000 anni. Tuttavia, secondo i loro calcoli, la presenza di una singola molecola di acqua fa sì che una molecola di acido carbonico si decomponga rapidamente in anidride carbonica e acqua.

pH e composizione di una soluzione di acido carbonico

CO2(gas) ↔ CO2(disciolto) con p C O 2 = 1 k H {\displaystyle \scriptstyle {\frac {}{p_{CO_{2}}}}={\frac {1}{k_{\mathrm {H}}}}}dove kH=29.,76 atm / (mol / L) a 25°C (costante di Henry)

• Vediamo che nell’intervallo di pressione totale, il pH è sempre ampiamente inferiore a pKa2, quindi la concentrazione di CO32 è sempre trascurabile rispetto alla concentrazione di HCO3. Infatti CO32-non gioca alcun ruolo quantitativo nel presente calcolo (vedi osservazione sotto).

• Per una pressione di CO2 tipica di quella in bibite gassate ( P C O 2 {\displaystyle \scriptstyle P_{CO_{2}}} ~ 2.5 atm), otteniamo un mezzo relativamente acido (pH = 3.7) con un’alta concentrazione di CO2 disciolta., Queste caratteristiche sono responsabili del gusto aspro e frizzante di queste bevande.

• Tra 2,5 e 10 atm, il pH attraversa il valore pKa1 (3,60) dando una concentrazione dominante di H2CO3 (rispetto a HCO3−) ad alte pressioni.,

Come notato sopra, possono essere trascurate per questo problema specifico, con le seguenti molto precisa espressione analitica per :

≃ ( 10 − 14 + K h K 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}}

Vedi anche

• Acido
• Carbonio
• biossido di Carbonio
• pH

Tutti i link url consultato il 10 gennaio 2017.

• Perché l’esistenza dell’acido carbonico è stata ingiustamente messa in dubbio per così tanto tempo?,