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碳酸

2021-07-16 12:27:04

碳酸英语:Carbonic acid),原来也称挥发酸(Volatile acid)和呼吸酸(Respiratory acid), 化学式为H2CO3,是的一种。二氧化碳(CO2)溶于水后,一部分二氧化碳会与水化合,形成碳酸。该反应是一个可逆反应,方程式如下:

CO2 +H2O H2CO3

该反应在常温下的平衡常数Kh=1.70×10;因此大部分二氧化碳都不会参与反应。假若没有催化剂存在,反应速率十分缓慢,其反应速率常数仅为0.039 s(正反应)以及23 s(逆反应)。

碳酸是无机物。

生物体内的碳酸

碳酸在生物体内至关重要,代谢胃酸分泌过程中都需要碳酸。

血液中的碳酸

在哺乳动物的血液中,碳酸在血液中所占的角色非常重要。当二氧化碳从细胞进入血液后,它会与水化合形成碳酸,其后被夺走一个H,形成碳酸氢根离子(HCO3)。碳酸氢根离子会进入红血球,与另一个H结合,再次形成碳酸。在中,碳酸中的水将被夺走,二氧化碳即从肺部释出。

控制碳酸与二氧化碳间的反应平衡对于控制血液酸性的意义很重大。大多数生物具有一种名为碳酸酐酶的酶,它能有效地控制两种化合物间的反应平衡。

碳酸在胃酸分泌中的作用

碳酸在胃酸的分泌中占了重要的作用,碳酸和氯化物可以经过以下化学反应成为盐酸(胃酸的主要成分之一)、碳酸根的正离子(以下正离子为钠):

H2CO3 +NaCl →HCl +Na+HCO3

碳酸的酸性

碳酸是一种二元酸,其电离分为两步:

H2CO3⇌HCO3−+H+{\displaystyle{\rm{H_{2}CO_{3}\rightleftharpoons{HCO_{3}}^{-}+H^{+}}}}Ka1 = 4.3×10 mol/L; pKa1 = 6.37(25°C)HCO3−⇌CO32−+H+{\displaystyle{\rm{{HCO_{3}}^{-}\rightleftharpoons{CO_{3}}^{2-}+H^{+}}}}Ka2 = 4.8×10 mol/L; pKa2 = 10.32(25°C)

需要注意的是,以上所述值并不适用于实际估算碳酸的酸性,因为单个碳酸分子的酸性比醋酸和甲酸都要强。但实际上,碳酸分子只出现在二氧化碳和水的动态平衡中,其浓度比二氧化碳低得多,故酸度实际上较低,第一步反应可以记作:

CO2+H2O⇌HCO3−+H+{\displaystyle{\rm{CO_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons{HCO_{3}}^{-}+H^{+}}}}Ka = 4.30×10 mol/L; pKa = 6.36

这个值被称为碳酸的解离常数

利用

在生活中使用其制造饮品如碳酸水,碳酸饮料。食品有苏打饼,苏打面包。

参考文献

Badger MR, Price GD. The role of carbonic anhydrase in photosynthesis. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Bio. 1994, 45: 369–392. doi:10.1146/annurev.pp.45.060194.002101.

参见

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