카본산

화학에서 탄소산은 화학적 공식 HCO를₂₃ 가진 디 베이직 산이다. 순수한 화합물은 ca보다 높은 온도에서 분해된다. -80°C.^[2]

생화학에서 '탄산'이라는 명칭은 산-기초동방사능을 유지하기 위해 사용되는 중탄산 완충 시스템에서 중요한 역할을 하는 이산화탄소의 수용액에 종종 적용된다.^[3]

화학 평형증

평형 상수 값

수용액에서 탄산은 디 베이직 산으로 작용한다. Bjerrum 플롯은 pH의 함수로서 용해, 해수, 이산화탄소 및 그로부터 파생된 다양한 종의 전형적인 평형 농도를 보여준다.^[4] 자연수의 산성화는 대기 중의 이산화탄소 농도가 높아짐에 따라 발생하는데, 이는 석탄과 탄화수소의 양이 증가하면서 발생한다.^[5][6]

예상되는 변화는 지속적인 해양 산성화의 예측 효과를 가리킨다.^[7] 용해된 이산화탄소의 증가로 인해 해양의 평균 표면 pH가 산업화 이전 수준보다 약 0.1 감소하는 것으로 추정되었다.

안정성 상수 데이터베이스는 탄산염 이온의 전체 양성 상수인 β₁ 및 β₂ 값을 가진 136개의 항목을 포함한다. 다음 표현에서 [H⁺]는 화학종 H 등의⁺ 농도 평형상태에서 농도를 나타낸다.

로그 β₁ 값은 이온 강도가 증가함에 따라 감소한다. $I{\displaystyle }$ ${\$ 25°C에서:

${\displaystyle {\ce {CO3^{2-}{+ H+}<=> HCO3^-}}}$ : ${\displaystyle \beta _{1}={\frac {[{\text{$$HCO}}_{3}^{-}]}{{{\text{$$H}}^{+}][{\text{$$CO}}_{3}^{2-}}}}}$

$(\displaystyle \log \beta _{1}=0.54$$I^{2}-0.96I+9.93}($SC-데이터베이스에서 선택한 데이터)

또한 로그 β₂ 값은 이온 강도가 증가함에 따라 감소한다.

${\displaystyle {\ce {CO3^{2-}{+ 2H+}<=> H2CO3}}}$ : ${\displaystyle \beta _{2}={\frac {[{\text{$$H}_{2}{\text{$$CO}}_{3}]}{{{\text{$$H}}^{+}]^{2}[{\text{$$CO}}_{3}^{2-}}}}}$

${\displaystyle \log \log _{2}=-2.5I^{2}-0.043I+16.07}$

$I{\displaystyle }$ ${\$=0 및 25°C에서 단계적 분산 상수의 pK 값은

pK₁ = logβ₂ - logβ₁ = 6.77.

pK₂ = logβ₁ = 9.93.

pH = pK일 때 서로 평형을 이루는 두 화학종은 농도가 같다.

참고 1: pK에_a 대한 문헌에는 분명히 상반된 가치가 있다. 파인즈 외 연구진은 위에서 언급한 값 6.77과 일치하는 6.35의 "pK_app" 값을 인용한다.^[8] 그들은 또한 3.49의 "pK_a" 값을 부여하고 다음과 같이 명시한다.

pK_a = pK_app - 로그 K_D(eqn. 5)

여기서_D K=[CO₂]/[HCO₂₃] (eqn. 3) 이러한 상황은 분리 상수를 명명하고 정의하는 방식에서 발생하는데, 이것은 파인즈 논문의 본문에는 분명히 명시되어 있지만 추상에는 명시되어 있지 않다.

주 2: 분리 상수의 수는 연관 상수의 번호 매기기의 역순이므로, pK₂(분산)= 로그 β₁(관련)이다. 평형에 대한 단계적 상수의 값

${\displaystyle {\ce {HCO3- <=> CO3^{2-}{+H+}}}}}}$

에 의해 주어지다

pK₁(분산)₁ = 로그 β₂ - 로그 β₁(관련)

비생물학적 해결책에서

25 °C에서의 수화 평형 상수를 K라고_h 하는데, 탄산의 경우 순수에서는^[9] [HCO₂₃]/[CO₂] ≈ 1.7×10⁻³, 바닷물에서는 ≈ 1.2×10이다⁻³.^[10] 따라서 이산화탄소의 대부분은 CO₂ 분자로 남아 있는 탄산으로 변환되지 않는다. 촉매가 없을 때는 평형에 꽤 느리게 도달한다. 속도 상수는 전방 반응의 경우 0.039초⁻¹, 역반응의 경우 23초이다⁻¹.

자연에서 석회암은 빗물과 반응하여 중탄산칼슘 용액을 형성할 수 있다; 그러한 용액의 증발은 고체 탄산칼슘의 재형성을 초래할 것이다. 이러한 과정은 종유석과 종유석이 형성되는 과정에서 발생한다.

생물학적 해결책에서

용액에 탄산 무수효소도 있을 때는 다음과 같은 반응이 우선한다.^[11]

${\displaystyle {\ce {HCO3^-- {+}H^+ <=> CO2 {+}H2O}}$

전방반응에 의해 생성되는 이산화탄소의 양이 용해도를 초과하면 가스가 진화하여 제3의 평형을 이루게 된다.

${\displaystyle {\ce {CO_2 (soln) <=> CO_2 (g)}}$

또한 고려해야 한다. 이 반응에 대한 평형 상수는 헨리의 법칙에 의해 정의된다. 그 두 반응은 용액의 평형을 위해 결합될 수 있다.

${\displaystyle {\ce {HCO3^- {+}H^{+}<=> CO_2(soln) {+}H2O}}}$ : ${\displaystyle {\ce {K_3 = {\frac {[$$H^+][HCO_3^{-}]}{{[CO_2(soln)]]$$}}}}}$

Henry의 법칙을 사용하여 분모 치료에서 용어의 가치를 계산할 때 차원성과 관련하여 필요하다.

생리학에서 폐에 의해 배설되는 이산화탄소를 휘발성산 또는 호흡산이라고 할 수 있다.

탄산이라는 용어의 사용

엄밀히 말하면 "탄산"이라는 용어는 H ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {CO\mathrm{}}_{}^{}}$ 3 $displaystyle {\ce {H2CO3}}$이라는 공식의 화학 화합물을 가리킨다$.$

pK의_a1 값은 ca. 6.8이므로 평형탄산에서는 pH가 ca.7.2인 세포외액(cytosol)에서 거의 50%가 분리된다. 세포외액에 녹아있는 이산화탄소를 흔히 생화학 문헌에서는 역사적 이유로 "탄산"이라고 부른다. 그것이 생성되는 반응

HCO₃⁻ + H⁺ ⇌ CO₂ + H₂O

생물학적 체계가 빠르다. 이산화탄소는 탄산의 무수화물이라고 말할 수 있다.

순수탄산

탄소산, HCO는₂₃ 엄격히 무수 조건의 주위 온도에서 안정적이다. 그것은 어떤 물 분자가 있는 곳에서 이산화탄소를 형성하기 위해 분해된다.^[12]

탄산은 일산화탄소 및 과격한 종(HCO 및 CO₃) 외에 CO₂/HO₂ 조사의 부산물로 형성된다.^[2] 탄산을 형성하는 또 다른 방법은 수용성 HCl 또는 HBr로 중탄산염(HCO₃⁻)의 양성이다. 이는 HCO가₂₃ CO와₂ HO로₂ 즉시 분해되지 않도록 극저온 조건에서 수행해야 한다.^[13] 120K 이상의 아모르퍼스₂₃ HCO를 형성하며, 적외선 분광법에 의해 결정되는 "β-HCO₂₃"를 주기 위해 200K 이상에서 결정화가 일어난다. β-HCO의₂₃ 스펙트럼은 CO₂/HO₂ 조사 후 부산물과 매우 잘 일치한다.^[2] β-HCO는₂₃ 대부분 분해되지 않고 230–260 K에서 서브라임. 매트릭스-이솔레이션(Matrix-Isolation informed Spectroscopy)은 HCO의₂₃ 단일 분자를 기록할 수 있다.^[14]

고체 HO₂ + CO₂ 혼합물을 조사하거나 드라이아이스의^[15] 양성자 이식만으로 탄산이 형성될 수 있다는 사실은 HCO가₂₃ 우주 광선뿐만 아니라 HO와₂₂ CO의 냉동 아이스가 발견되는 우주 공간이나 화성에서 발견될 수 있다는 암시를 낳았다.^[12] HCO를₂₃ 260K의 다소 높은 온도까지 승화시키는 놀라운 안정성은 화성의 폴 캡 위와 같은 가스 위상₂₃ HCO를 가능하게 한다.^[14] 아비니티오 계산은 단 하나의 물 분자가 가스 위상 탄소산 분자의 분자를 이산화탄소와 물로 분해하는 데 촉매작용을 한다는 것을 보여주었다. 물이 없을 때 기체 탄산의 분리는 매우 느릴 것으로 예측되며, 기체 위상은 300K에서 18만 년의 반감기가 일어난다.^[12] 이것은 가스 위상 탄소산이 조광기를 형성하여 자체의 분해에 촉매 작용을 일으켜 물과 이산화탄소의 두 개의 분자로 분해될 것이라는 예측도 나왔기 때문에 분자가 적고 멀리 떨어져 있는 경우에만 적용된다.^[16]

고체 "α-탄소산"은 중탄산칼륨의 극저온 반응과 메탄올의 HCl 용액에 의해 발생한다고 주장되었다.^[17][18] 이 주장은 2014년 1월 박사학위 논문에서 논란이 됐다.^[19] 대신 동위원소 라벨링 실험은 탄소산 모노메틸 에스테르(CAME)의 관여를 지적한다. 또한 승화된 고체는 이전에 주장했던 HCO₂₃ 단조기와 다이머가 아닌 COME 단조기와 다이머를 포함하는 것이 제안되었다.^[20] 후속 매트릭스 절연 적외선 스펙트럼을 통해 "α-카본산" 위의 기체 위상에서 탄산이 아닌 COME이 발견된다는 것을 확인했다.^[21] COME으로서의 임무는 열분해에 의해 기체 상으로 준비된 물질의 행렬 절연에 의해 더욱 확증된다.^[22]

복잡한 역사에도 불구하고, 탄산은 여전히 뚜렷한 다형체로 나타날 수 있다. 탄산은 OH-라디칼로 CO를 산화시키면 형성된다.^[23] 이런 식으로 준비된 탄산을 γ-HCO로₂₃ 고려할 필요가 있는지는 명확하지 않다. β-HCO와₂₃ β-HCO의₂₃ 구조는 결정적으로 특징지어지지 않았다.

고압에서

HCO의₂₃ 분자가 주변 조건에서 수용성 "탄소산"의 용해된 탄소의 상당 부분을 구성하지는 않지만, 상당한 양의 분자 HCO가₂₃ 여러 기가파스칼(수천 개의 대기)의 압력에 따른 수용액에 존재할 수 있다. 예를 들어 행성 내부에서도 발생할 수 있다.^[24][25]

탄산은 100K에서는 0.6–1.6 GPA, 300K에서는 0.75–1.75 GPA의 압력 하에서 안정화되어야 한다. 이러한 압력은 물과 이산화탄소가 존재하는 가니메데, 칼리스토, 타이탄과 같은 거대한 얼음 위성의 중심부에서 얻어진다. 그리고 나서, 더 밀도가 높은 순수한 탄산은 얼음 층 아래에 가라앉아서 달의 바위 중심부에서 분리될 것이다.^[26]

참조

추가 읽기

• 1901년 7월 인기 과학 월간 59권의 "기후와 탄소산"
• Welch, M. J.; Lifton, J. F.; Seck, J. A. (1969). "Tracer studies with radioactive oxygen-15. Exchange between carbon dioxide and water". J. Phys. Chem. 73 (335): 3351. doi:10.1021/j100844a033.
• Jolly, W. L. (1991). Modern Inorganic Chemistry (2nd Edn.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-112651-9.
• Moore, M. H.; Khanna, R. (1991). "Infrared and Mass Spectral Studies of Proton Irradiated H2O+Co2 Ice: Evidence for Carbonic Acid Ice: Evidence for Carbonic Acid". Spectrochimica Acta. 47A (2): 255–262. Bibcode:1991AcSpA..47..255M. doi:10.1016/0584-8539(91)80097-3.
• W. Hage, K. R. Liedl; Liedl, E.; Hallbrucker, A; Mayer, E (1998). "Carbonic Acid in the Gas Phase and Its Astrophysical Relevance". Science. 279 (5355): 1332–1335. Bibcode:1998Sci...279.1332H. doi:10.1126/science.279.5355.1332. PMID 9478889.
• Hage, W.; Hallbrucker, A.; Mayer, E. (1995). "A Polymorph of Carbonic Acid and Its Possible Astrophysical Relevance". J. Chem. Soc. Faraday Trans. 91 (17): 2823–2826. Bibcode:1995JCSFT..91.2823H. doi:10.1039/ft9959102823.

외부 링크

• 물속의 탄산/탄산염/탄산탄산염 평형: 용액의 pH, 완충 용량, 적정화 및 종 분포 대 무료 스프레드시트로 계산된 pH
• 물 속의 탄산가스의 농도 계산 방법