- Struktur
- Molekul
- Interaksi molekuler
- Asam karbonat murni
- Properti
- Perpaduan
- Pembubaran
- Kesetimbangan uap cair
- Padat murni
- Aplikasi
- Resiko
- Referensi
The asam karbonat merupakan senyawa anorganik, meskipun beberapa perdebatan sebenarnya organik, rumus kimia H 2 CO 3 . Oleh karena itu, asam diprotik, mampu mendonasikan dua ion H + ke media berair untuk menghasilkan dua kation molekul H 3 O + . Dari situ muncul ion bikarbonat (HCO 3 - ) dan karbonat (CO 3 2- ) yang terkenal.
Asam aneh ini, sederhana, tetapi pada saat yang sama terlibat dalam sistem di mana banyak spesies berpartisipasi dalam keseimbangan uap-cair, terbentuk dari dua molekul anorganik dasar: air dan karbon dioksida. Keberadaan CO 2 yang tidak larut diamati setiap kali ada gelembung di air, naik ke permukaan.
Gelas dengan air berkarbonasi, salah satu minuman paling umum yang mengandung asam karbonat. Sumber: Pxhere.
Fenomena ini terlihat sangat teratur pada minuman berkarbonasi dan air berkarbonasi.
Dalam kasus air berkarbonasi atau aerasi (gambar atas), sejumlah CO 2 telah terlarut sehingga tekanan uapnya lebih dari dua kali lipat tekanan atmosfer. Saat membuka tutupnya, perbedaan tekanan di dalam botol dan di luar mengurangi kelarutan CO 2 , itulah sebabnya muncul gelembung yang akhirnya keluar dari cairan.
Pada tingkat yang lebih rendah, hal yang sama terjadi di setiap badan air tawar atau air asin: ketika dipanaskan mereka akan melepaskan kandungan CO 2 terlarutnya .
Akan tetapi, CO 2 tidak hanya larut, tetapi juga mengalami transformasi dalam molekulnya yang mengubahnya menjadi H 2 CO 3 ; asam yang memiliki waktu hidup terlalu sedikit, tetapi cukup untuk menandai perubahan terukur pada pH media pelarut berairnya, dan juga menghasilkan sistem penyangga karbonat yang unik.
Struktur
Molekul
Molekul asam karbonat diwakili oleh model bola dan batang. Sumber: Jynto dan Ben Mills melalui Wikipedia.
Di atas kita memiliki molekul H 2 CO 3 , yang diwakili oleh bola dan batang. Bola merah berhubungan dengan atom oksigen, hitam dengan atom karbon, dan putih berhubungan dengan atom hidrogen.
Perhatikan bahwa mulai dari gambar, Anda dapat menulis rumus valid lain untuk asam ini: CO (OH) 2 , di mana CO menjadi gugus karbonil, C = O, terkait dengan dua gugus hidroksil, OH. Karena ada dua gugus OH, yang mampu mendonasikan atom hidrogennya, sekarang diketahui dari mana asal ion H + yang dilepaskan ke lingkungan.
Struktur molekul asam karbonat.
Perhatikan juga bahwa rumus CO (OH) 2 dapat ditulis sebagai OHCOOH; yaitu, dari jenis RCOOH, di mana R dalam hal ini menjadi gugus OH.
Karena alasan inilah, selain fakta bahwa molekul tersebut terdiri dari oksigen, hidrogen, dan atom karbon, yang terlalu umum dalam kimia organik, asam karbonat dianggap oleh beberapa orang sebagai senyawa organik. Namun pada bagian sintesisnya akan dijelaskan mengapa orang lain menganggapnya bersifat anorganik dan non-organik.
Interaksi molekuler
Dari molekul H 2 CO 3 dapat dikomentari bahwa geometrinya adalah bidang trigonal, dengan karbon terletak di tengah-tengah segitiga. Dalam dua simpulnya ia memiliki gugus OH, yang merupakan donor ikatan hidrogen; dan sisa lainnya, atom oksigen dari golongan C = O, akseptor ikatan hidrogen.
Jadi, H 2 CO 3 memiliki kecenderungan kuat untuk berinteraksi dengan pelarut protik atau beroksigen (dan nitrogen).
Dan secara kebetulan, air memenuhi kedua karakteristik ini, dan afinitas H 2 CO 3 sedemikian rupa sehingga segera melepaskan H + dan kesetimbangan hidrolisis mulai terbentuk yang melibatkan spesies HCO 3 - dan H 3 O. + .
Itulah sebabnya keberadaan air dapat memecah asam karbonat dan membuatnya terlalu sulit untuk diisolasi sebagai senyawa murni.
Asam karbonat murni
Kembali ke molekul H 2 CO 3 , ia tidak hanya datar, mampu membentuk ikatan hidrogen, tetapi juga dapat menghadirkan isomerisme cis-trans; Artinya, pada gambar kita memiliki isomer cis, dengan dua H menunjuk ke arah yang sama, sedangkan dalam isomer trans mereka akan menunjuk ke arah yang berlawanan.
Isomer cis lebih stabil dari keduanya, dan itulah mengapa hanya satu yang biasanya terwakili.
Padatan H 2 CO 3 murni terdiri dari struktur kristal yang terdiri dari lapisan atau lembaran molekul yang berinteraksi dengan ikatan hidrogen lateral. Ini diharapkan, molekul H 2 CO 3 berbentuk datar dan segitiga. Ketika disublimasikan, dimer siklik (H 2 CO 3 ) 2 muncul , yang bergabung dengan dua ikatan hidrogen C = O-OH.
Simetri kristal H 2 CO 3 belum ditentukan untuk saat ini. Itu dianggap mengkristal sebagai dua polimorf: α-H 2 CO 3 dan β-H 2 CO 3 . Namun, α-H 2 CO 3 , yang disintesis dari campuran CH 3 COOH-CO 2 , ternyata sebenarnya adalah CH 3 OCOOH: ester monometil dari asam karbonat.
Properti
Disebutkan bahwa H 2 CO 3 adalah asam diprotat, sehingga dapat mendonasikan dua ion H + ke media yang menerimanya. Jika media ini adalah air, persamaan disosiasi atau hidrolisinya adalah:
H 2 CO 3 (aq) + H 2 O (l) <=> HCO 3 - (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 1 = 2,5 × 10 −4 )
HCO 3 - (aq) + H 2 O (l) <=> CO 3 2- (aq) + H 3 O + (aq) (Ka 2 = 4,69 × 10 −11 )
HCO 3 - adalah anion bikarbonat atau hidrogen karbonat, dan CO 3 2- anion karbonat. Konstanta kesetimbangan masing-masing, Ka 1 dan Ka 2, juga diindikasikan . Karena Ka 2 lima juta kali lebih kecil dari Ka 1 , pembentukan dan konsentrasi CO 3 2- dapat diabaikan.
Jadi, meskipun ini adalah asam diprotik, H + kedua hampir tidak bisa melepaskannya. Namun, keberadaan CO 2 terlarut dalam jumlah besar sudah cukup untuk mengasamkan medium; dalam hal ini, air, menurunkan nilai pH-nya (di bawah 7).
Berbicara tentang asam karbonat berarti merujuk secara praktis ke larutan berair di mana spesies HCO 3 - dan H 3 O + mendominasi ; ia tidak dapat diisolasi dengan metode konvensional, karena upaya sekecil apapun akan menggeser keseimbangan kelarutan CO 2 menjadi pembentukan gelembung yang akan lepas dari air.
Perpaduan
Pembubaran
Asam karbonat adalah salah satu senyawa yang paling mudah untuk disintesis. Bagaimana? Cara paling sederhana adalah dengan membuat gelembung, dengan bantuan sedotan atau sedotan, udara yang kita embuskan menjadi volume air. Karena pada dasarnya kita menghembuskan CO 2 , ia akan menggelembung ke dalam air, melarutkan sebagian kecil darinya.
Ketika kita melakukan ini, reaksi berikut terjadi:
CO 2 (g) + H 2 O (l) <=> H 2 CO 3 (aq)
Namun pada gilirannya kelarutan CO 2 dalam air harus diperhatikan :
CO 2 (g) <=> CO 2 (aq)
Baik CO 2 dan H 2 O adalah molekul anorganik, jadi H 2 CO 3 adalah anorganik dari sudut pandang ini.
Kesetimbangan uap cair
Hasilnya, kami memiliki sistem kesetimbangan yang sangat bergantung pada tekanan parsial CO 2 , serta suhu cairan.
Misalnya, jika tekanan CO 2 meningkat (dalam hal kita menghembuskan udara dengan lebih kuat melalui jerami), lebih banyak H 2 CO 3 akan terbentuk dan pH akan menjadi lebih asam; karena, keseimbangan pertama bergeser ke kanan.
Sebaliknya, jika kita memanaskan larutan H 2 CO 3 , kelarutan CO 2 dalam air akan berkurang karena merupakan gas, dan kesetimbangan akan bergeser ke kiri (H 2 CO 3 akan berkurang ). Ini akan serupa jika kita mencoba menerapkan ruang hampa: CO 2 akan keluar seperti molekul air, yang akan menggeser keseimbangan ke kiri lagi.
Padat murni
Hal di atas memungkinkan kita untuk mencapai kesimpulan: dari larutan H 2 CO 3 tidak ada cara untuk mensintesis asam ini sebagai padatan murni dengan metode konvensional. Namun hal itu sudah dilakukan, sejak tahun 90-an abad terakhir, dimulai dari campuran padat CO 2 dan H 2 O.
Campuran padat 50% CO 2 -H 2 O ini dibombardir dengan proton (sejenis radiasi kosmik), sehingga tidak satupun dari kedua komponen tersebut akan lepas dan terjadi pembentukan H 2 CO 3 . Untuk tujuan ini, campuran CH 3 OH-CO 2 juga telah digunakan (ingat α-H 2 CO 3 ).
Cara lain adalah melakukan hal yang sama tetapi menggunakan es kering secara langsung, tidak lebih.
Dari ketiga metode tersebut, para ilmuwan NASA dapat mencapai satu kesimpulan: asam karbonat murni, padat atau gas, dapat ada di satelit es Jupiter, di gletser Mars, dan di komet, di mana campuran padat semacam itu terus-menerus diiradiasi. oleh sinar kosmik.
Aplikasi
Asam karbonat dengan sendirinya merupakan senyawa yang tidak berguna. Namun, dari solusinya, solusi buffer berdasarkan pasangan HCO 3 - / CO 3 2- atau H 2 CO 3 / HCO 3 - dapat disiapkan .
Berkat larutan ini dan aksi enzim karbonat anhidrase, yang ada dalam sel darah merah, CO 2 yang diproduksi dalam respirasi dapat diangkut dalam darah ke paru-paru, di mana ia akhirnya dilepaskan untuk dihembuskan ke luar tubuh kita.
Gelembung CO 2 digunakan untuk memberikan minuman ringan sensasi menyenangkan dan khas yang mereka tinggalkan di tenggorokan saat meminumnya.
Demikian pula, keberadaan H 2 CO 3 memiliki kepentingan geologis dalam pembentukan stalaktit batugamping, karena ia perlahan-lahan melarutkannya hingga membentuk ujung runcingnya.
Dan di sisi lain, solusinya dapat digunakan untuk menyiapkan beberapa bikarbonat logam; walaupun untuk ini lebih menguntungkan dan lebih mudah langsung menggunakan garam bikarbonat (misalnya NaHCO 3 ).
Resiko
Asam karbonat memiliki masa hidup yang dapat diabaikan dalam kondisi normal (mereka memperkirakan sekitar 300 nanodetik) sehingga praktis tidak berbahaya bagi lingkungan dan makhluk hidup. Namun, seperti yang dikatakan sebelumnya, itu tidak berarti bahwa itu tidak dapat menghasilkan perubahan yang mengkhawatirkan pada pH air laut, yang mempengaruhi fauna laut.
Di sisi lain, "risiko" yang sebenarnya ditemukan dalam asupan air berkarbonasi, karena jumlah CO 2 yang terlarut di dalamnya jauh lebih tinggi daripada di air biasa. Namun, dan sekali lagi, tidak ada penelitian yang menunjukkan bahwa meminum air berkarbonasi menimbulkan risiko yang fatal; bahkan jika mereka merekomendasikannya untuk berpuasa dan melawan gangguan pencernaan.
Satu-satunya efek negatif yang diamati pada mereka yang meminum air ini adalah perasaan kenyang, karena perut mereka dipenuhi gas. Di luar ini (belum lagi soda, karena terbuat dari lebih dari sekedar asam karbonat), dapat dikatakan bahwa senyawa ini sama sekali tidak beracun.
Referensi
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Quantitative Analytical Chemistry (edisi ke-5). PEARSON Prentice Hall.
- Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Asam karbonat. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
- Danielle Reid. (2019). Asam Karbonat: Video Pembentukan, Struktur & Persamaan Kimia. Belajar. Diperoleh dari: study.com
- Götz Bucher & Wolfram Sander. (2014). Memperjelas struktur asam karbonat. Vol. 346, Masalah 6209, hal. 544-545. DOI: 10.1126 / science.1260117
- Lynn Yarris. (22 Oktober 2014). Wawasan Baru tentang Asam Karbonat dalam Air. Lab Berkeley. Diperoleh dari: newscenter.lbl.gov
- Claudia Hammond. (2015, 14 September). Apakah air soda sangat buruk untuk Anda? Diperoleh dari: bbc.com
- Jurgen Bernard. (2014). Asam karbonat padat dan gas. Institut Kimia Fisik. Universitas Innsbruck.