Кіріспе

Химиялық қосылыс

Көмір қышқылы – химиялық формуласы H2CO3 болатын химиялық қосылыс. Бұл молекула судың қатысуында су мен көмірқышқыл газына жылдам түрленеді. Дегенмен, судың болмауы жағдайында, ол бөлме температурасында (көптеген адамдардың ойынша) өте тұрақты болады. Көмірқышқыл газы мен көмір қышқылының арасындағы өзара айналым жануарлардың тыныс алу циклымен және табиғи сулардың қышқылдануымен байланысты.

Биохимиялық әдебиеттердегі терминология

Химияда "көмір қышқылы" термині нақты формуласы бар химиялық қосылысты көрсетеді. Кейбір биохимия әдебиеттері көмір қышқылы мен жасуша сыртындағы сұйықтықта еріген көмірқышқыл газы арасындағы шекараны жояды. Физиологияда өкпе арқылы шығарылатын көмірқышқыл газы ұшқыш қышқыл немесе тыныс қышқылы деп аталуы мүмкін.

Сусыз көмір қышқылы

Қоршаған орта температурасында таза көмір қышқылы тұрақты газ болып табылады. Төмен температурада және атмосфералық қысымда қатты көмір қышқылы аморфты және рентгендік сәулелердің дифракциясында Брэгг шыңдары байқалмайды. Бірақ жоғары қысымда көмір қышқылы кристалданады, ал қазіргі заманғы аналитикалық спектроскопия оның геометриясын өлшеуге мүмкіндік береді. 1,85 ГПа қысымдағы гибридтік ұяшықта (орыс қорытпасы / мыс-бериллий) дидеутерленген көмір қышқылының нейтрондық дифракциясы бойынша молекулалар жазық және сутекті байланыстардың жұптарымен біріккен димерлерді құрайды. Барлық үш CO байланысының ұзындығы шамамен 1,34 Å тең, бұл әдеттегі CO (1,43 Å) және C=O (1,23 Å) байланыстары арасындағы мән. СО байланысының ерекше ұзындығы молекула ортасындағы делокализацияланған π байланысына және өте күшті сутекті байланыстарға байланысты. Осы әсерлер сонымен қатар екі рет сутекті байланысқан 8 мүшелі сақиналардың 136° OHO бұрышы арқылы өте қысқа O—O (2,13 Å) арақашықтығын тудырады. және ≈ 1,2×10−3 теңіз суында. Сондықтан, геофизикалық немесе биологиялық ауа-су интерфейстеріндегі көмірқышқылдың көп бөлігі көмір қышқылына айналмай, еріген газ күйінде қалады. Дегенмен, катализденбеген тепе-теңдікке өте баяу жетеді: гидратация үшін жылдамдық тұрақтысы 0,039 с−1, ал дегидратация үшін 23 с−1 құрайды.

Жоғары СО2 қысымымен

Ішімдіктер саласында көпіршікті немесе "бұршақтанған" су әдетте газдалған су деп аталады. Ол көмірқышқыл газын суда шамалы оң қысыммен еріту арқылы жасалады. Осылай өңделген көптеген газдалған сусындар да көпіршіктейді. Планеталардың ішкі құрылымындағы бірнеше гигапаскальдық (ондаған мың атмосфералық) қысымға ұшыраған сулы ерітінділерде молекулалардың көп мөлшері кездеседі. Су мен көмірқышқыл газы бар Ганимед, Каллисто және Титан сияқты ірі мұзды спутниктердің ядроларында 100 К-те 0.6–1.6 ГПа, ал 300 К-те 0.75–1.75 ГПа қысымдарға жетеді. Тығыздығы жоғары болғандықтан, таза көмір қышқылы мұз қабаттарының астына шөгіп, оларды осы айлардың тасты ядроларынан бөліп тұрады деп болжануда.

Бикарбонат пен карбонатпен байланысы

Көмір қышқылы – бикарбонат анионының формальды Брёнстед-Лоури конъюгацияланған қышқылы, сілтілік ерітіндіде тұрақты. Протонация тұрақтылары жоғары дәлдікпен өлшенген, бірақ олар жалпы иондық күшке (I) тәуелді. Ең оңай өлшенетін екі тепе-теңдік келесідей: мұнда жақшалар түрдің концентрациясын білдіреді. 25 °C температурада бұл тепе-теңдіктер эмпирикалық түрде келесідей қанағаттандырылады. Басқа иондар жоқ ерітіндіде (мысалы, ), бұл қисықтар келесі басқышпен диссоциация тұрақтыларын көрсетеді: Әдебиетте осы тұрақтылардың тікелей мәндері және болып табылады. Бұл сандарды түсіндіру үшін, қышқылдық тепе-теңдіктегі екі химиялық түрдің концентрациясы тең болғанда ескеріңіз. Атап айтқанда, биологиялық жүйелердегі жасушадан тыс сұйықтық (цитозоль) pH ≈ 7,2 мәнін көрсетеді, сондықтан көмір қышқылы тепе-теңдікте шамамен 50% диссоциацияланады.

Мұхиттың қышқылдануы

Бьеррум графигі pH функциясы бойынша теңіз суындағы көмірқышқыл газының және одан туындаған түрлердің тепе-теңдік концентрацияларын көрсетеді. Адамзаттың индустриялық өндірісінің артуы Жер атмосферасындағы көмірқышқыл газының мөлшерін ұлғайтқандықтан, теңіз және тұщы суларда көмір қышқылы түрінде еріген көмірқышқыл газының да мөлшері артуы күтілуде. Еріген қышқылдың артуы осы сулардың қышқылдануына және pH деңгейінің төмендеуіне алып келеді деп болжануда. Бағалаулар бойынша, еріген көмірқышқыл газының көбеюі мұхиттың орташа беттік pH деңгейін индустриялық дәуірге дейінгі деңгейден шамамен 0,1-ге төмендеткен.