Propriétés, utilisations et importance de l'acide carbonique (H2CO3)

Le acide carbonique, autrefois appelé acide atmosphérique ou acide aérien, est le seul acide inorganique du carbone et a la formule H2CO3.

Les sels des acides carboniques sont appelés bicarbonates (ou hydrogénocarbonates) et carbonates (Human Metabolome Database, 2017). Sa structure est présentée à la figure 1 (EMBL-EBI, 2016).

On dit que l'acide carbonique est formé par le dioxyde de carbone et l'eau. L'acide carbonique ne se produit que par l'intermédiaire de sels (carbonates), des sels acides (carbonates d'hydrogène), des amines (acide carbamique) et des chlorures d'acides (chlorure de carbonyle) (MeSH, 1991).

Le composé ne peut pas être isolé sous forme d'un liquide pur ou solide, sous forme de produits de décomposition, le dioxyde de carbone et de l'eau, sont plus stables que l'acide (Royal Society of Chemistry, 2015).

L'acide carbonique se trouve dans le corps humain, le CO2 présent dans le sang se combine avec l'eau pour former de l'acide carbonique, qui est ensuite expiré sous forme de gaz par les poumons.

On le trouve également dans les roches et les grottes où il est possible de dissoudre les calcaires. H2CO3 peut également être trouvé dans le charbon, les météorites, les volcans, les pluies acides, les eaux souterraines, les océans et les plantes (formule d'acide carbonique, S.F.).

Index

• 1 Acide carbonique et sels de carbonate
• 2 dioxyde de carbone "hypothétique" et acide aqueux
• 3 Propriétés physiques et chimiques
• 4 utilisations
• 5 importance
• 6 références

Acide carbonique et sels de carbonate

L'acide carbonique se forme en petites quantités lorsque son anhydride, le dioxyde de carbone (CO2), se dissout dans l'eau.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Les espèces prédominantes sont simplement des molécules de CO2 hydratées. Il peut être considéré que l'acide carbonique est un acide diprotique qui peut former deux séries de sels, à savoir, des carbonates d'hydrogène, ou bicarbonates HCO3-, contenant, et les carbonates contenant CO32-.

H2CO3 + H2O ⇌ H3O + + HCO3-

HCO3- + H2O ⇌ H3O + + CO32-

Cependant, le comportement acide-base de l'acide carbonique dépend des différentes vitesses de certaines des réactions impliquées, ainsi que de sa dépendance au pH du système. Par exemple, à un pH inférieur à 8, les principales réactions et leur vitesse relative sont les suivantes:

• CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (lent)
• H2CO3 + OH- CO HCO3- + H2O (rapide)

Au-dessus de pH 10, les réactions suivantes sont importantes:

• CO2 + OH- ⇌ HCO3- (lent)
• HCO3- + OH- ⇌ CO32- + H2O (rapide)

Entre les valeurs de pH de 8 et 10, toutes les réactions d'équilibre ci-dessus sont significatives (Zumdahl, 2008).

"Hypothetical" dioxyde de carbone et eau acide

Jusqu'à récemment, les scientifiques étaient convaincus que l'acide carbonique n'existait pas en tant que molécule stable.

Dans Angewandte Chemie, des chercheurs allemands ont mis en place une méthode simple pyrolytique pour la production de la phase gazeuse de l'acide carbonique permis de caractériser spectroscopique de l'acide carbonique en phase gazeuse et de l'ester monométhylique (Angewandte Chemie International Edition, 2014).

L'acide carbonique n'existe que pendant une petite fraction de seconde lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau avant qu'il ne devienne un mélange d'anions protons et bicarbonates.

Malgré sa courte durée de vie, l’acide carbonique exerce un impact durable sur l’atmosphère et la géologie de la Terre, ainsi que sur le corps humain.

En raison de sa courte durée de vie, la chimie détaillée de l'acide carbonique a été voilée de mystère. Des chercheurs tels que Berkeley Lab et l'Université de Californie (UC) Berkeley aident à lever ce voile à travers une série d'expériences uniques.

Dans cette dernière étude, ils ont mis en évidence la manière dont les molécules de dioxyde de carbone gazeux sont solvatés par l'eau pour commencer la chimie de transfert de protons qui produit de l'acide carbonique et de bicarbonate (Yarris, 2015).

En 1991, des scientifiques du Goddard Space Flight Center (États-Unis) de la NASA ont réussi à produire des échantillons solides de H2CO3. Ils ont fait cela en exposant un mélange gelé d’eau et de dioxyde de carbone à un rayonnement de protons à haute énergie, puis en le chauffant pour éliminer l’eau en excès.

L'acide carbonique restant a été caractérisé par spectroscopie infrarouge. Le fait que l'acide carbonique ait été préparé par irradiation d'un mélange solide de H2O + CO2, voire par irradiation de glace carbonique seule.

Cela a conduit à des suggestions que H2CO3 pourrait être trouvée dans l'espace ou sur Mars, où la glace sont H2O et CO2 ainsi que les rayons cosmiques (Khanna, 1991).

Propriétés physiques et chimiques

L'acide carbonique n'existe qu'en solution aqueuse. Il n'a pas été possible d'isoler le composé pur. Cette solution est facilement reconnaissable car elle présente une effervescence de dioxyde de carbone gazeux s'échappant du milieu aqueux.

Il a un poids moléculaire de 62.024 g / mol et une densité de 1.668 g / ml.L'acide carbonique est un acide faible et instable, qui se dissocie partiellement dans l'eau en ions hydrogène (H +) et en ions bicarbonates (HCO3-) dont le pKa est de 3,6.

Étant un acide diprotique, il peut former deux types de sels, carbonates et bicarbonates. L'addition de la base à un excès d'acide carbonique donne des sels de bicarbonate, tandis que l'addition d'une base en excès à l'acide carbonique donne des sels de carbonate (National Centre for Biotechnology Information., 2017).

L'acide carbonique n'est pas considéré comme toxique ou dangereux et est présent dans le corps humain. Cependant, l'exposition à de fortes concentrations peut irriter les yeux et les voies respiratoires.

Utilise

Selon Michelle McGuire dans Sciences de la nutrition etL'acide carbonique se trouve dans les aliments fermentés sous forme de déchets générés par des bactéries qui se nourrissent d'aliments en décomposition.

Les bulles de gaz produites dans les aliments sont généralement le dioxyde de carbone de l'acide carbonique et un signe que les aliments sont en train de fermenter. Des exemples d'aliments fermentés couramment ingérés sont la sauce soja, la soupe miso, la choucroute, le kimchi coréen, le tempeh, le kéfir et le yaourt.

Les grains et légumes fermentés contiennent également des bactéries bénéfiques capables de contrôler les micro-organismes potentiellement pathogènes dans vos intestins et d'améliorer la production de vitamines B-12 et K.

L'acide carbonique, la solution de dioxyde de carbone ou le dihydrogénocarbonate se forment pendant le processus de carbonatation de l'eau. Il est chargé de l'aspect effervescent des boissons gazeuses et des boissons gazeuses, comme indiqué dans le Dictionnaire des sciences et technologies alimentaires.

L'acide carbonique contribue à la forte acidité de la soude, mais la teneur en sucre raffiné et en acide phosphorique est le principal responsable de cette acidité (DUBOIS, 2016).

L'acide carbonique est également utilisé dans de nombreux autres domaines, tels que les produits pharmaceutiques, les cosmétiques, les engrais, la transformation des aliments, les anesthésiques, etc.

Importance

L'acide carbonique se trouve généralement dans l'eau des océans, des mers, des lacs, des rivières et de la pluie, car il se forme lorsque le dioxyde de carbone, très répandu dans l'atmosphère, entre en contact avec l'eau.

Il est même présent dans la glace des glaciers, mais en plus petites quantités. L'acide carbonique est un acide très faible, bien qu'il puisse contribuer à l'érosion avec le temps.

L’augmentation du dioxyde de carbone dans l’atmosphère a généré plus de dioxyde de carbone dans les océans et est en partie responsable de la légère augmentation de l’acidité des océans au cours des cent dernières années.

Le dioxyde de carbone, un déchet du métabolisme cellulaire, se trouve dans une concentration relativement élevée dans les tissus. Il se diffuse dans le sang et est transporté dans les poumons pour être éliminé avec l'air expiré.

Le dioxyde de carbone est beaucoup plus soluble que l'oxygène et se diffuse facilement dans les globules rouges. Réagit avec l'eau pour former de l'acide carbonique qui, au pH alcalin du sang, se présente principalement sous forme de bicarbonate (Robert S. Schwartz, 2016).

Le dioxyde de carbone pénètre dans le sang et les tissus car sa pression partielle locale est supérieure à sa pression partielle dans le sang qui traverse les tissus. Lorsque le dioxyde de carbone pénètre dans le sang, il se combine avec l'eau pour former de l'acide carbonique qui se dissocie en ions hydrogène (H +) et en ions bicarbonate (HCO3-).

La conversion naturelle du dioxyde de carbone en acide carbonique est un processus relativement lent. Cependant, l'anhydrase carbonique, une enzyme protéique présente dans les globules rouges, catalyse cette réaction suffisamment rapidement pour être réalisée en une fraction de seconde.

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Comme l'enzyme n'est présente que dans les globules rouges, le bicarbonate s'accumule beaucoup plus dans les globules rouges que dans le plasma.

La capacité du sang à transporter le dioxyde de carbone sous forme de bicarbonate est renforcée par un système de transport ionique à l'intérieur de la membrane des globules rouges qui déplace simultanément un ion bicarbonate hors de la cellule et dans le plasma en échange d'un ion chlorure. .

L'échange simultané de ces deux ions, connu sous le nom d'échange de chlorure, permet d'utiliser le plasma comme site de stockage de bicarbonate sans modifier la charge électrique du plasma ou des globules rouges.

Seulement 26% de la teneur totale en dioxyde de carbone dans le sang existe sous forme de bicarbonate à l’intérieur des globules rouges, alors que 62% du bicarbonate est présent dans le plasma; cependant, la plupart des ions bicarbonates sont d'abord produits à l'intérieur de la cellule, puis transportés dans le plasma.

Une séquence inverse de réactions se produit lorsque le sang atteint le poumon, où la pression partielle du dioxyde de carbone est inférieure à celle du sang. La réaction catalysée par l'anhydrase carbonique est inversée dans les poumons, où elle convertit le bicarbonate en CO2 et permet son expulsion (Neil S. Cherniack, 2015).

Références

1. Angewandte Chemie International Edition.(23 septembre 2014). Acide Carbonique - Et pourtant, il existe! Récupéré de chemistryviews.org.
2. Formule d'acide carbonique. (S.F.). Récupéré depuis softschools.com.
3. DUBOIS, S. (2016, 11 janvier). Acide carbonique dans les aliments. Récupéré de livestrong.com.
4. EMBL-EBI (2016, 27 janvier). acide carbonique. Récupéré de ebi.ac.uk.
5. Base de données sur les métabolomes humains. (2017, 2 mars). Acide carbonique. Récupéré de hmdb.ca.
6. Khanna, M. M. (1991). Études infrarouges et spectrales de masse de glace H2O + CO2 irradiée par des protons: évidence de l'acide carbonique. Spectrochimica Acta Partie A: Spectroscopie moléculaire Volume 47, Numéro 2, 255-262. Récupéré de science.gsfc.nasa.gov.
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10. Robert S. Schwartz, C. L. (2016, 29 avril). Du sang Récupéré de britannica.com.
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13. Zumdahl, S. S. (15 août 2008). Oxyacide Extrait de: britannica.com.