碳酸

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碳酸(H2CO3)是一種二元弱酸,電離常數都很小。但也有認為其為中強酸,因為跟據無機酸酸性強弱判斷式(OH)nROm可判斷其酸性與磷酸 <可寫成(OH)3PO >相似。在常溫、常壓下,二氧化碳飽和溶液濃度約為0.033mol/L,pH為5.6H2CO3, (pKa1=6.38,pKa2=10.33,p代表取負常用對數。)飽和碳酸溶液(純CO2,壓力為1 atm)的pH約為4,而在自然條件下CO2含量是0.3%,溶解達到飽和時pH=5.6。這也是為什麼定義酸雨為PH小於5.6的雨水的原因。要使PH達到 3.7,可以通過降溫,加壓(實際是提高CO2濃度)來實現。

結構式

  名稱:碳酸、甲二酸   英文名稱:carbonic acid   化學式:H2CO3   結構式如圖所示   結構簡式:HOCOOH(HO-為羥基,-COOH為羧基

三維模型

  在CO2溶於水時形成。   在(甲/乙/丙/丁/戊/己/庚/辛/壬/癸)二酸當中,惟有甲二酸是無毒的。

酸性

  碳酸是一種二元酸,其電離分為兩步:   H2CO3 ⇌ HCO3 + H Ka1 = 2.5×10 mol/L; pKa1 = 3.60 (25 °C)HCO3 ⇌ CO3 + H Ka2 = 5.61×10 mol/L; pKa2 = 10.25 (25 °C)需要注意的是,以上所述值並不適用於實際估算碳酸的酸性,因為單個碳酸分子的酸性比醋酸甲酸都要強。實際上,碳酸分子只出現在二氧化碳和水的動態平衡中,其濃度比二氧化碳低得多,故酸度實際上較低。

方程式

  CO2+H2O===H2CO3   碳酸不穩定,在搖晃或加熱時分解為CO2和H2O,方程式為:H2CO3===H2O+CO2↑

碳酸

特性

  會使紫色石蕊試液變成梅紅色。二氧化碳在溶液中大部分是以微弱結合的水

檸檬

合物形式存在,只有一小部分形成碳酸(H2CO3)——飽和CO2溶液中只有1%的CO2與H2O化合成碳酸。在常溫時,CO2∶H2CO3為600∶1。碳酸的熱穩定性很差,從來沒有以純酸的形式分離出來過,碳酸加熱時全部分解並放出二氧化碳。碳酸在鹼的作用下,能生成酸式碳酸鹽M(HCO3)2和碳酸鹽MCO3〔M代表二價金屬)。許多金屬的酸式碳酸鹽的溶解度稍大於正鹽,其溶解度和Pco2(二氧化碳分壓)有關。Pco2大,碳酸鹽溶解于水;Pco2小(或升溫),析出碳酸鹽,自然界的鐘乳石就是這樣形成的。暫時硬水加熱軟化就是因為生成了碳酸鹽沉澱。所有的酸式碳酸鹽受熱均分解為CO2和相應的正鹽。 碳酸是二氧化碳氣體溶於水而生成的酸。它的酸性很弱,且極為不穩定,溫度稍高一些,便會分解成二氧化碳和水。碳酸和我們的日常生活有著密切的關係。我們喝的汽水就是一種碳酸飲料。   在製造汽水時,要在加壓情況下把二氧化碳氣體溶解在水裡,再往汽水裡加糖、檸檬酸以及果汁或香精,在加壓下灌入汽水瓶中。當我們喝汽水時,汽水從瓶子里倒出來,外界壓強(指空氣壓強和人體內的壓強)突然降低,二氧化碳在水中的溶解度隨著壓強降低而變小。於是,喝入體內汽水中的二氧化碳便成為氣體從水中逸出,並從口腔中排出,這個過程會把人體內的熱量帶走,這就是喝汽水感到涼爽的原因。

碳酸起的麻煩

  有時,碳酸也會給我們日常生活帶來麻煩。地面上的二氧化碳氣體溶於水,

碳酸飲料

生成碳酸。當地面水滲入地下時,碳酸也被帶到地下,並與地下石灰岩里不溶於水的碳酸鈣發生化學反應,生成可溶於水的碳酸氫鈣。含有碳酸氫鈣的水稱為「硬水」,因此地下水都屬於「硬水」。江河裡的水不含碳酸氫鈣,不是「硬水」(硬水是指有較多離子和鎂離子等金屬陽離子,它們的碳酸鹽是不可溶解于水的)。   有些地方所用的自來水的水源是地下水,在煮開水時,水中的碳酸氫鈣受熱分解成碳酸鈣、二氧化碳和水。碳酸鈣是不溶解在水中的沉澱物,它沉積在水壺和鍋爐的壁上,天長日久便成為一層白色的很堅XX物質,稱為鍋垢(俗稱水鹼)。這層碳酸鈣的導熱性很差,因此燒水時會浪費燃料。如果鍋爐和管道中的鍋垢太厚,還有發生爆炸的危險。所以,工業生產中總是把「硬水」先用化學方法除去或減少碳酸鈣,使它軟化以後再用。

碳酸飲料

碳酸是有機酸還是無機酸

  碳酸是有機物還是無機物是科學界爭執了很長時間的話題。由於同一個碳原

碳酸飲料

子上連接了兩個羥基,碳酸不穩定,更多顯現無機物的性質,故現在定義碳酸為無機二元弱酸,但碳酸又因含有羧基(-COOH)而能反映一些羧酸的性質。如能和醇發生酯化反應,如:   HO-COOH + H-O-C2H5 → HO-COOC2H5 + H2O    HO-COOC2H5 + H-O-C2H5 → C2H5OCOOC2H5 + H2O   因為碳酸的兩個羥基都結在羰基上,故相當於二元羧酸。可以和二元醇發生酯化反應生成環酯和聚酯。   這些都是有機酸的性質。   現在科學家仍然對碳酸是否是有機酸爭執。有科學家認為如能制得碳酸的濃溶液,那麼這種碳酸具有一切二元羧酸的性質。