Угольная кислота: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
м откат правок 46.250.21.243 (обс.) к версии Vlad2000Plus Метка: откат |
|||
Строка 1:
{{Химкарточка
| название = Угольная кислота
| изображение = [[Файл:Carbonic-acid-2D.png|200px]] <br />[[Файл:Carbonic-acid-3D-vdW.png|200px]]
| подпись = <!-- Подпись под изображениями -->
| систематическое название = Угольная кислота
| другие названия = <!-- Названия соединения, принятое с давних времён -->
| химическая формула = H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
| эмпирическая формула = <!-- Формула, помогающая выделить какое кол-во хим. элемента присутствует больше всех в соединении. Указывается по убывающей -->
| внешний вид = бесцветный раствор
| CAS = 463-79-6
| EINECS = <!-- -->
| EC = <!-- -->
| PubChem = <!-- -->
| ChEBI = <!-- -->
| UN код = <!-- -->
| SMILES = C(=O)(O)O
| InChI = <!-- -->
| молярная масса = 62,03
| относительная молекулярная масса = <!-- Указать значение -->
| молярная концентрация = <!-- Указать значение -->
| температура плавления = ?
| температура кипения = ?
| температура возгонки = ?
| температура разложения = ?
| фазовые переходы = <!-- -->
| температура стеклования = ?
| плотность = 1,668
| вязкость = <!-- -->
| коэффициент динамической вязкости = <!-- Указать значение -->
| коэффициент кинематической вязкости = <!-- Указать значение -->
| показатель преломления = <!-- Указать значение -->
| твёрдость = <!-- Указать значение по шкале Мооса -->
| критическая температура = <!-- Указать значение -->
| критическое давление = <!-- Указать значение -->
| критическая плотность = <!-- Указать значение -->
| pKa = реальные: 1) 3,60;<br />2) 10,33<br />кажущаяся<ref name=eq />: 6,37
| pKb = <!-- Указать значение -->
| растворимость = 0,21<ref name="eq">В водном растворе бо́льшая часть угольной кислоты обратимо переходит в гидрат диоксида углерода по реакции H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> ⇄ CO<sub>2</sub>·H<sub>2</sub>O</ref>
| растворимость полярная = <!-- Указать значение и единицу измерения -->
| растворимость неполярная = <!-- Указать значение и единицу измерения -->
| температура горения = ?
| предел взрываемости = <!-- -->
| относительная диэлектрическая проницаемость = <!-- -->
| давление пара = <!-- -->
| константа Ван дер Ваальса = <!-- -->
| изоэлектрическая точка = <!-- -->
| электрический коэффициент теплопроводности = <!-- -->
| теплопроводность = <!-- -->
| коэффициент электрического сопротивления = <!-- -->
| коэффициент линейного расширения = <!-- -->
| коэффициент объёмного расширения = <!-- -->
| проводимость = <!-- -->
| удельное электрическое сопротивление = <!-- -->
| энергия ионизации = <!-- -->
| поверхностное натяжение = <!-- -->
| произведение растворимости = <!-- -->
| скорость звука = <!-- -->
| лд50 = <!-- указать цифру и ед. измерения -->
| пдк = <!-- указать в какой зоне, цифру и ед. измерения -->
| кристаллическая структура = <!-- -->
| координационное число = <!-- Указать цифру -->
| структура молекулы = <!-- -->
| дипольный момент = <!-- -->
| термодинамические свойства = <!-- -->
| стандартная энтальпия образования = −700
| энтальпия плавления = <!-- -->
| энтальпия кипения = <!-- -->
| энтальпия растворения = <!-- -->
| энтальпия возгонки = <!-- -->
| стандартная молярная энтропия = +187 Дж/(К·моль)
| стандартная энергия образования Гиббса = −623 кДж/моль
| удельная теплоёмкость = <!-- -->
| изобарическая теплоёмкость = <!-- -->
| изохорическая теплоёмкость = <!-- -->
| символы опасности =
| R-фразы = <!-- -->
| S-фразы = <!-- -->
| символы опасности СГС =
| H-фразы = <!-- -->
| P-фразы = <!-- -->
| NFPA 704 =
{{NFPA 704
| опасность для здоровья = 0
| огнеопасность = 0
| реакционоспособность = 3
| прочее =
}}
| Номер RTECS = <!-- -->
| Температура возгорания = <!-- -->
}}
'''У́гольная кислота́''' — слабая двухосновная [[кислота]] с [[химическая формула|химической формулой]] H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>,
образуется в малых количествах при растворении [[Диоксид углерода|углекислого газа]] в воде<ref name=eq/>, в том числе и углекислого газа из [[воздух]]а. В водных растворах [[Нестойкие соединения|неустойчива]]. Образует ряд устойчивых [[неорганические вещества|неорганических]] и [[органические вещества|органических]] производных: [[соли]] ([[карбонаты]] и [[гидрокарбонаты]]), [[сложные эфиры]], [[амиды]] и др.
== Физические свойства ==
Угольная кислота существует в водных растворах в равновесии с [[оксид углерода(IV)|диоксидом углерода]], причём равновесие сильно сдвинуто в сторону разложения кислоты.
Молекула угольной кислоты имеет плоское строение. Центральный углеродный атом имеет sp²-[[Гибридизация орбиталей|гибридизацию]]. В [[гидрокарбонат]]- и [[карбонат]]-анионах происходит [[делокализация]] 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 градусов Цельсия, а при дальнейшем нагревании полностью разлагающиеся. Поведение чистой угольной кислоты в газовой фазе исследовано в 2011 году австрийскими химиками<ref>[http://phys.org/news/2011-01-international-gas-phase-carbonic-acid-isolated.html International first: Gas-phase carbonic acid isolated]</ref>.
== Химические свойства ==
=== Равновесие в водных растворах и кислотность ===
Угольная кислота существует в водных [[раствор]]ах в состоянии [[химическое равновесие|равновесия]] с [[гидрат]]ом [[оксид углерода(IV)|диоксида углерода]]:
: <math>\mathsf{CO_2 \cdot H_2O_{(p)} \rightleftarrows H_2CO_{3(p)} }</math>, [[константа равновесия]] при 25 °C <math>K_p = \frac{\mathsf{[H_2CO_3]}}{\mathsf{[CO_2 \cdot H_2O]}} = 1,70\cdot 10^{-3}</math>
Скорость прямой реакции 0,039 с<sup>−1</sup>, обратной — 23 с<sup>−1</sup>.
В свою очередь растворённый гидрат диоксида углерода находится в равновесии с газообразным диоксидом углерода:
: <math>\mathsf{CO_2 \cdot H_2O_{(p)} \rightleftarrows CO_2 \uparrow +\ H_2O}</math>
Данное равновесие при повышении температуры сдвигается вправо, а при повышении давления — влево (подробнее см. [[Абсорбция#Абсорбция газов|Абсорбция газов]]).
Угольная кислота подвергается обратимому [[гидролиз]]у, создавая при этом кислую среду:
: <math>\mathsf{H_2CO_3 +\ H_2O \rightleftarrows HCO_3^- +\ H_3O^+}</math>, [[константа кислотности]] при 25 °C <math>K_{a1} = \frac{\mathsf{[HCO_3^-] \cdot [H_3O^+]}}{\mathsf{[H_2CO_3]}} = 2,5 \cdot 10^{-4}</math>
Однако, для практических расчётов чаще используют кажущуюся константу кислотности, учитывающую равновесие угольной кислоты с гидратом диоксида углерода:
: <math>K_a' = \frac{\mathsf{[HCO_3^-] \cdot [H_3O^+]}}{\mathsf{[CO_2 \cdot H_2O]}} = 4,27 \cdot 10^{-7}</math>
[[Гидрокарбонат]]-ион подвергается дальнейшему гидролизу по реакции
: <math>\mathsf{HCO_3^- +\ H_2O \rightleftarrows CO_3^{2-} +\ H_3O^+}</math>, константа кислотности при 25 °C <math>K_{a2} = \frac{\mathsf{[CO_3^{2-}] \cdot [H_3O^+]}}{\mathsf{[HCO_3^-]}} = 4,68 \cdot 10^{-11}</math>
Таким образом, в растворах, содержащих угольную кислоту, создается сложная равновесная система, которую можно изобразить в общем виде следующим образом:
: <math>\mathsf{CO_2 \uparrow \stackrel{H_2O}{\rightleftarrows} CO_2 \cdot H_2O \rightleftarrows H_2CO_3 \stackrel{-H^+}{\rightleftarrows} HCO_3^- \stackrel{-H^+}{\rightleftarrows} CO_3^{2-} (*)}</math>
Значение [[Водородный показатель| водородного показателя pH]] в такой системе, соответствующего [[насыщенный раствор|насыщенному раствору]] диоксида углерода в воде при 25 °C и давлении 760 [[мм рт. ст.]], можно рассчитать по формуле:
: <math>\mathsf{pH} \approx - \frac{1}{2} \lg (K_a' \cdot L) = 3,9</math>, где L = 0,034 моль/л — [[растворимость]] CO<sub>2</sub> в воде при указанных условиях.
=== Разложение ===
| |||