У́гольная кислота́ (лат. Acidum carbonicum, химическая формула — H2CO3) — слабая химическая неорганическая кислота. Образуется в малых количествах при растворении углекислого газа в воде, в том числе и углекислого газа из воздуха.
Угольная кислота | |
---|---|
![]() ![]() | |
Систематическое название | Угольная кислота |
Химическая формула | H2CO3 |
Внешний вид | Бесцветный раствор |
Свойства | |
Молярная масса | 62,025 г/моль |
Температура плавления | -80°C |
Температура кипения | 333,6°C |
Температура возгонки | ? |
Температура разложения | ? |
(Температура стеклования) | ? |
Плотность | 1,668 г/см³ |
Константа диссоциации pKa | реальные: 1) 3,60; 2) 10,33 кажущаяся: 6,37 |
Растворимость в воде | 0,21 г/100 мл |
Термодинамические свойства | |
(Стандартная энтальпия образования) | −700 кДж/моль |
+187 Дж/(К·моль) | |
−623 кДж/моль | |
Классификация | |
Регистрационный номер CAS | 463-79-6 |
PubChem | 463-79-6 |
Код SMILES | C(=O)(O)O |
Безопасность | |
Пиктограммы опасности СГС | ![]() |
NFPA 704 | |
Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа). |
При нормальных условиях, угольная кислота неустойчива и разлагается на углекислый газ и воду. Образует ряд устойчивых неорганических и органических производных: соли (карбонаты и (гидрокарбонаты)), сложные эфиры, амиды и др.
Физические свойства
Угольная кислота существует в водных растворах в равновесии с диоксидом углерода, причём при нормальных условиях равновесие сильно сдвинуто в сторону разложения кислоты.
Молекула угольной кислоты имеет плоское строение. Центральный углеродный атом имеет sp2-(гибридизацию). В (гидрокарбонат)- и (карбонат)-анионах происходит π-связи. Длина связи C—O в карбонат-ионе составляет 130 пм.
Безводная угольная кислота представляет собой бесцветные кристаллы, устойчивые при низких температурах, сублимирующиеся при температуре –30 °C, а при дальнейшем нагревании полностью разлагающиеся. Поведение чистой угольной кислоты в газовой фазе исследовано в 2011 г. австрийскими химиками.
Химические свойства
Равновесие в водных растворах и кислотность
Угольная кислота существует в водных растворах в состоянии равновесия с (гидратом) диоксида углерода:
, константа равновесия при 25 °C
Скорость прямой реакции 0,039 с−1, обратной — 23 с−1.
В свою очередь растворённый гидрат диоксида углерода находится в равновесии с газообразным диоксидом углерода:
Данное равновесие при повышении температуры сдвигается вправо, а при повышении давления — влево (подробнее см. ).
Угольная кислота подвергается обратимому гидролизу, создавая при этом кислую среду:
, (константа кислотности) при 25 °C
Однако, для практических расчётов чаще используют кажущуюся константу кислотности, учитывающую равновесие угольной кислоты с гидратом диоксида углерода:
(Гидрокарбонат)-ион подвергается дальнейшему гидролизу по реакции
, константа кислотности при 25 °C
Таким образом, в растворах, содержащих угольную кислоту, создается сложная равновесная система, которую можно изобразить в общем виде следующим образом:
Значение водородного показателя pH в такой системе, соответствующего (насыщенному раствору) диоксида углерода в воде при 25 °C и давлении 760 (мм рт. ст.), можно рассчитать по формуле:
, где C₀ = 0,034 моль/л — растворимость CO2 в воде при указанных условиях.
Разложение
При повышении температуры раствора и/или понижении парциального давления диоксида углерода равновесие смещается в сторону разложения угольной кислоты на воду и диоксид углерода. При кипении раствора угольная кислота разлагается полностью:
Взаимодействие с основаниями и солями
Угольная кислота вступает в реакции (нейтрализации) с растворами оснований, образуя средние и кислые соли — карбонаты и (гидрокарбонаты) соответственно:
(конц.)
(разб.)
При взаимодействии угольной кислоты с карбонатами образуются гидрокарбонаты:
Получение
Угольная кислота образуется при растворении в воде диоксида углерода:
Содержание угольной кислоты в растворе увеличивается при понижении температуры раствора и увеличении давления углекислого газа.
Также угольная кислота образуется при взаимодействии её солей (карбонатов и гидрокарбонатов) с более сильной кислотой. При этом бо́льшая часть образовавшейся угольной кислоты, как правило, разлагается на воду и диоксид углерода:
Применение
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOHhMekZtTDFOdlpHRmZZblZpWW14bGMxOXRZV055Ynk1cWNHY3ZNakl3Y0hndFUyOWtZVjlpZFdKaWJHVnpYMjFoWTNKdkxtcHdadz09LmpwZw==.jpg)
Угольная кислота всегда присутствует в водных растворах углекислого газа (см. «Газированная вода»).
В биохимии используется свойство равновесной системы изменять давление газа пропорционально изменению содержания ионов (оксония) (кислотности) при постоянной температуре. Это позволяет регистрировать в реальном времени ход ферментативных реакций, протекающих с изменением pH раствора. Также применяется для производства хладагента, солнечных генераторов и морозильников.
Органические производные
Угольную кислоту формально можно рассматривать как карбоновую кислоту с (гидроксильной) группой вместо углеводородного остатка. В этом качестве она может образовывать все производные, характерные для карбоновых кислот.
Некоторые представители подобных соединений перечислены в таблице.
Класс соединений | Пример соединения |
---|---|
Сложные эфиры | (поликарбонаты) |
(Хлорангидриды) | фосген |
Амиды | (мочевина) |
(Нитрилы) | (циановая кислота) |
(Ангидриды) |
Примечания
- В водном растворе бо́льшая часть угольной кислоты обратимо переходит в гидрат диоксида углерода по реакции H2CO3 ⇄ CO2·H2O
- International first: Gas-phase carbonic acid isolated . Дата обращения: 5 июля 2015. 23 июня 2015 года.
- Нейланд О. Я. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 640—652. — 751 с. — .
Литература
- Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2007. — 637 с. — .
- Лидин Р.А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических веществ: справочник / Под ред. Р. А. Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2006. — 685 с. — .
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер