Ácido carbônico (H2CO3): propriedades, usos e importância

O ácido carbónico , ácido anteriormente chamado ar ou ar ácido, um ácido inorgânico é o único de carbono e tem a fórmula H2CO3.

Os sais de ácidos carbônicos são chamados bicarbonatos (ou hidrogenocarbonatos) e carbonatos (Human Metabolome Database, 2017). Sua estrutura é apresentada na Figura 1 (EMBL-EBI, 2016).

Ácido carbônico (H2CO3): propriedades, usos e importância 1

Figura 1: Estrutura do ácido carbônico.

Diz-se que o ácido carbônico é formado por dióxido de carbono e água. O ácido carbônico ocorre apenas através de sais (carbonatos), sais ácidos (carbonatos de hidrogênio), aminas (ácido carbâmico) e cloretos ácidos (cloreto de carbonila) (MeSH, 1991).

O composto não pode ser isolado como um líquido puro ou sólido, pois seus produtos de decomposição, dióxido de carbono e água, são muito mais estáveis ​​que o ácido (Royal Society of Chemistry, 2015).

O ácido carbônico é encontrado no corpo humano, o CO2 presente no sangue se combina com a água para formar o ácido carbônico, que é então exalado como um gás pelos pulmões.

Também é encontrado em rochas e cavernas onde os calcários podem ser dissolvidos. O H2CO3 também pode ser encontrado no carvão, meteoritos, vulcões, chuva ácida, água subterrânea, oceanos e plantas (Fórmula de ácido carbônico, SF).

Sais de ácido carbônico e carbonato

O ácido carbônico é formado em pequenas quantidades quando seu anidrido , dióxido de carbono (CO2), se dissolve na água.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

As espécies predominantes são simplesmente moléculas de CO2 hidratadas. O ácido carbônico pode ser considerado um ácido diprótico a partir do qual duas séries de sais podem ser formados, a saber, hidrogênio carbonatos ou bicarbonatos, que contêm HCO3-, e carbonatos, que contêm CO32-.

H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3−

HCO3− + H2O ⇌ H3O + + CO32−

No entanto, o comportamento ácido-base do ácido carbônico depende das diferentes taxas de algumas das reações envolvidas, bem como de sua dependência do pH do sistema. Por exemplo, em um pH abaixo de 8, as principais reações e sua velocidade relativa são as seguintes:

  • CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (lento)
  • H2CO3 + OH- ⇌ HCO3- + H2O (rápido)

Acima de pH 10, as seguintes reações são importantes:

  • CO2 + OH- ⇌ HCO3- (lento)
  • HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (rápido)

Entre os valores de pH de 8 e 10, todas as reações de equilíbrio anteriores são significativas (Zumdahl, 2008).

Ácido “hipotético” de dióxido de carbono e água

Até relativamente recentemente, os cientistas estavam convencidos de que o ácido carbônico não existia como uma molécula estável.

Na revista Angewandte Chemie, pesquisadores alemães introduziram um método pirolítico simples para a produção de ácido carbônico na fase gasosa que permitiu a caracterização espectroscópica do ácido carbônico na fase gasosa e seu éster monometílico (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

O ácido carbônico existe apenas por uma pequena fração de segundo quando o dióxido de carbono se dissolve na água antes de se tornar uma mistura de prótons e ânions de bicarbonato.

Apesar de sua curta vida, no entanto, o ácido carbônico confere um impacto duradouro na atmosfera e na geologia da Terra, bem como no corpo humano.

Devido à sua curta vida útil, a química detalhada do ácido carbônico foi ocultada em mistério. Pesquisadores como o Berkeley Lab. E a Universidade da Califórnia (UC) em Berkeley estão ajudando a levantar esse véu através de uma série de experimentos únicos.

Em seu último estudo, eles mostraram como as moléculas gasosas de dióxido de carbono são solvatadas pela água para iniciar a química da transferência de prótons que produz ácido carbônico e bicarbonato (Yarris, 2015).

Em 1991, cientistas do Goddard Space Flight Center (EUA) da NASA conseguiram fazer amostras sólidas de H2CO3. Eles o fizeram expondo uma mistura congelada de água e dióxido de carbono à radiação de prótons de alta energia e depois aquecendo para remover o excesso de água.

O ácido carbônico que permaneceu foi caracterizado por espectroscopia no infravermelho. O fato de o ácido carbônico ter sido preparado por irradiação de uma mistura sólida de H2O + CO2 ou mesmo por irradiação de gelo seco sozinho.

Isso levou a sugestões de que o H2CO3 poderia ser encontrado no espaço sideral ou em Marte, onde são encontrados sorvetes de H2O e CO2, além de raios cósmicos (Khanna, 1991).

Propriedades físicas e químicas

O ácido carbônico existe apenas em solução aquosa. O composto puro não pôde ser isolado. A referida solução é facilmente reconhecida porque possui uma efervescência de dióxido de carbono gasoso que escapa do meio aquoso.

Tem um peso molecular de 62.024 g / mol e uma densidade de 1.668 g / ml. O ácido carbônico é um ácido fraco e instável, que se dissocia parcialmente na água em íons hidrogênio (H +) e íons bicarbonato (HCO3-) cujo pKa é 3,6.

Sendo um ácido diprótico, pode formar dois tipos de sais, carbonatos e bicarbonatos. A adição da base a um excesso de ácido carbônico fornece sais de bicarbonato, enquanto a adição do excesso de base ao ácido carbônico fornece sais de carbonato (National Center for Biotechnology Information., 2017).

O ácido carbônico não é considerado tóxico ou perigoso e está presente no corpo humano. No entanto, a exposição a altas concentrações pode irritar os olhos e o trato respiratório.

Usos

De acordo com Michelle McGuire em Ciências da Nutrição, o ácido carbônico é encontrado em alimentos fermentados na forma de resíduos gerados por bactérias que se alimentam de alimentos em decomposição.

As bolhas de gás produzidas nos alimentos são geralmente dióxido de carbono do ácido carbônico e um sinal de que o alimento está fermentando. Exemplos de alimentos fermentados comumente ingeridos são molho de soja, sopa de missô, chucrute, kimchi coreano, tempeh, kefir e iogurte.

grãos e legumes fermentados também conter bactérias benéficas que podem controlar microorganismos potencialmente patogénicos nos seus intestinos e aumentam a produção de vitamina B-12 e K .

Ácido carbônico, solução de dióxido de carbono ou carbonato de di-hidrogênio são formados durante o processo de carbonatação da água . É responsável pelo aspecto efervescente de refrigerantes e refrigerantes, conforme observado no Dicionário de Ciência e Tecnologia de Alimentos.

O ácido carbônico contribui para a alta acidez do refrigerante, mas o teor de açúcar refinado e ácido fosfórico são os principais responsáveis ​​por essa acidez (DUBOIS, 2016).

O ácido carbônico também é usado em muitos outros campos, como produtos farmacêuticos, cosméticos, fertilizantes, processamento de alimentos, anestésicos, etc.

Importância

O ácido carbônico é comumente encontrado nas águas dos oceanos, mares, lagos, rios e chuvas porque se forma quando o dióxido de carbono, que é difundido na atmosfera, entra em contato com a água.

Está até presente no gelo das geleiras, embora em quantidades menores. O ácido carbônico é um ácido muito fraco, embora possa contribuir para a erosão ao longo do tempo.

O aumento do dióxido de carbono na atmosfera fez com que mais ácido carbônico fosse gerado nos oceanos e é, em parte, responsável pelo ligeiro aumento na acidez dos oceanos durante os últimos cem anos.

O dióxido de carbono, um produto residual do metabolismo celular, é encontrado em uma concentração relativamente alta nos tecidos. Ele se espalha no sangue e é levado para os pulmões para ser removido com o ar expirado.

O dióxido de carbono é muito mais solúvel que o oxigênio e difunde-se facilmente nos glóbulos vermelhos. Reage com a água para formar ácido carbônico, que no pH alcalino do sangue aparece principalmente como bicarbonato (Robert S. Schwartz, 2016).

O dióxido de carbono entra no sangue e nos tecidos porque sua pressão parcial local é maior que a pressão parcial no sangue que flui através dos tecidos. À medida que o dióxido de carbono entra no sangue, ele se combina com a água para formar o ácido carbônico que se dissocia em íons hidrogênio (H +) e íons bicarbonato (HCO3-).

A conversão natural de dióxido de carbono em ácido carbônico é um processo relativamente lento. No entanto, a anidrase carbônica, uma enzima protéica presente no interior dos glóbulos vermelhos, catalisa essa reação com rapidez suficiente para que seja alcançada em apenas uma fração de segundo.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Como a enzima está presente apenas nas células vermelhas do sangue, o bicarbonato se acumula em uma extensão muito maior nas células vermelhas do que no plasma.

A capacidade do sangue de transportar dióxido de carbono como bicarbonato é reforçada por um sistema de transporte de íons dentro da membrana dos glóbulos vermelhos que simultaneamente move um íon de bicarbonato para fora da célula e para o plasma em troca de um íon cloreto .

A troca simultânea desses dois íons, conhecida como troca de cloretos, permite que o plasma seja usado como local de armazenamento de bicarbonato sem alterar a carga elétrica do plasma ou dos glóbulos vermelhos.

Apenas 26% do conteúdo total de dióxido de carbono no sangue existe como bicarbonato dentro dos glóbulos vermelhos, enquanto 62% existe como bicarbonato no plasma; no entanto, a maioria dos íons bicarbonato é produzida primeiro dentro da célula e depois transportada para o plasma.

Uma sequência inversa de reações ocorre quando o sangue atinge o pulmão, onde a pressão parcial do dióxido de carbono é mais baixa do que no sangue. A reação catalisada pela anidrase carbônica é revertida nos pulmões, onde converte o bicarbonato novamente em CO2 e permite sua expulsão (Neil S. Cherniack, 2015).

Referências

  1. Edição Internacional da Angewandte Chemie. (23 de setembro de 2014). Ácido carbônico – e ainda existe! Recuperado de chemistryviews.org.
  2. Fórmula de ácido carbônico. (SF). Recuperado de softschools.com.
  3. DUBOIS, S. (2016, 11 de janeiro). Ácido carbônico em alimentos. Recuperado de livestrong.com.
  4. EMBL-EBI. (27 de janeiro de 2016). ácido carbônico Recuperado de ebi.ac.uk.
  5. Banco de Dados de Metaboloma Humano. (2 de março de 2017). Ácido carbônico Recuperado de hmdb.ca.
  6. Khanna, MM (1991). Estudos infravermelhos e espectrais de massa de H2O + gelo CO2 irradiado por prótons: evidências de ácido carbônico. Spectrochimica Acta Part A: Spectroscopy Molecular Volume 47, Edição 2, 255-262. Recuperado de science.gsfc.nasa.gov.
  7. (1991). Ácido carbônico Recuperado de ncbi.nlm.nih.
  8. Centro Nacional de Informação Biotecnológica. . (11 de março de 2017). Banco de Dados Composto PubChem; CID = 767. Recuperado de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Neil S. Cherniack, e a (20 de março de 2015). Respiratório humano Recuperado de britannica.com.
  10. Robert S. Schwartz, CL (2016, 29 de abril). Sangue. Recuperado de britannica.com.
  11. Sociedade Real de Química. (2015). Ácido carbônico Recuperado de: chemspider.com.
  12. Yarris, L. (2015, 16 de junho). Desvendando os mistérios do ácido carbônico. Recuperado de: newscenter.lbl.gov.
  13. Zumdahl, SS (2008, 15 de agosto). Oxiácido Recuperado de: britannica.com.

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