碳酸

碳酸是一种无机化合物，因为它缺乏氢原子和碳原子之间的键。它的化学式为 H₂CO₃。但是，由于其分子中存在一个碳-氧双键，所以它可以写成 OC(OH)₂。它也被称为空气酸、空中酸或碳酸氢。

它是一种弱酸，能产生碳酸盐和碳酸氢盐。此外，它也被称为呼吸酸，因为它是唯一一种以气态形式通过肺部从我们体内排出的酸。

碳酸是一种非常常见的酸，因为二氧化碳和水含量丰富。它仅以其盐的形式存在，如碳酸盐；酸式盐，如碳酸氢盐；胺，如氨基甲酸；以及酰氯，如光气。碳酸也会溶解石灰石，形成碳酸氢钙 Ca(HCO₃)₂。

碳酸结构

碳酸分子 (CH₂O₃) 由一个羧基和两个羟基组成。作为一种二元酸，它可以提供两个质子。

碳酸的出现

它存在于人类的血液中。当水与二氧化碳溶解时，就会形成碳酸。肺部将其排出体外。除此之外，它还存在于煤炭、陨石、雨水、方解石、红细胞、火山、蛋白质、植物等中。

碳酸的物理性质

• 它呈现为白色固体。
• 它无味，呈碱性。
• 它的摩尔质量为 62.024 克/摩尔。
• 在标准状态下，它的密度为 1.668 克/立方厘米。
• 它的 pKa 值为 6.35。
• 它对应的共轭碱是碳酸氢盐。
• 它通常以溶液形式存在。但是，据认为，美国国家航空航天局的科学家已经制备了一些固态 H₂CO₃ 的样品。

碳酸的化学性质

• 它是一种弱酸，不稳定。
• 在水中，它会部分解离，产生 H⁺ 和 HCO₃^-。
• 它是一种二元酸，因此可以形成两种盐：碳酸氢盐和碳酸盐。
• 少量碱时形成碳酸氢盐，大量碱时形成碳酸盐。
• 碳酸水（水中的二氧化碳）可以称为碳酸。

碳酸的制备

它通过将 CO₂ 溶解或水解到水中来制备。例如，二氧化碳溶解在水中时，会产生以下化学平衡并形成碳酸。

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃

但是，由于转化为碳酸的二氧化碳较少，形成的碳酸量也较少。

在工业上，它作为发酵、化石燃料燃烧和其他过程的副产品获得。

它也可以通过使强酸作用于碳酸钙，并让二氧化碳通入水中来制备。实验描述如下

所需试剂

• 碳酸钙
• 盐酸溶液
• Litmus
• 水

步骤：

• 在烧杯中取一些水。
• 向烧杯中加入 5 到 6 滴石蕊试剂。
• 将所需量的碳酸钙放入试管中。
• 向试管中加入少量盐酸，并用带有出口管的塞子将其封闭。
• 现在将出口管的末端放入石蕊溶液中。试管中产生的气体将在石蕊溶液中产生气泡，并且该溶液的颜色会发生变化
• 现在测试该溶液的 pH 值。pH 值表明它是一种弱酸，而不是水，因此已经制备了碳酸。

上述方法中发生的化学反应如下

i) CaCO₃+ HCl → CaCl₂+ CO₂ ↑+ H₂O

ii) CO₂+ H₂O → H₂CO₃

碳酸的用途

碳酸具有广泛的用途。其中一些如下

• 它用于制备碳酸水、起泡酒和其他此类含气饮料。
• 它需要用于各种铵盐（如过硫酸铵）的沉淀。
• 它使二氧化碳能够从体内排出。
• 它将质子捐赠给血液血清中存在的各种含氮碱。
• 它还用于治疗癣和其他各种皮炎。
• 它也被用于清洁隐形眼镜的溶液中。
• 在药物过量的情况下，可以口服以诱发呕吐。
• 它被用作漱口水和阴道喷雾剂。
• 它需要用于淀粉的水解。
• 它需要作为焊接气体。

碳酸在血液中的重要性

碳酸氢根离子充当通过气体呼吸交换从我们体内去除二氧化碳的中间体。在没有催化剂的情况下，二氧化碳的水合作用非常缓慢。但是，当血液中存在的碳酸酐酶被用作催化剂时，水合反应速率会增加，因此二氧化碳和水转化为碳酸离子的转化率也会增加。在该反应中产生的碳酸氢根阴离子溶解在血浆中。该反应在肺中逆转，形成二氧化碳，二氧化碳在呼气时从体内呼出。

碳酸在海洋中的重要性

释放到大气中的过量二氧化碳被海洋吸收。据认为，由于这种吸收，海洋水的 pH 值变化了约 -0.1。此外，吸收的二氧化碳与海水反应形成 H₂CO₃，这个过程被称为海洋酸化。

碳酸的健康危害

它对人类健康无毒，因为它自然存在于人体内。但是，如果有人长时间暴露于高浓度的 H₂CO₃ 中，他或她可能会感到眼睛和呼吸道受到刺激。