कार्बोनिक एसिड (H2CO3): संरचना, गुण, संश्लेषण, उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

कार्बोनिक एसिड एक अकार्बनिक यौगिक,, रासायनिक सूत्र एच है, हालांकि कुछ बहस वास्तव में कार्बनिक है ₂ सीओ ₃ । इसलिए यह एक द्विध्रुवीय अम्ल है, जो दो आणविक उद्धरण एच ₃ ओ ⁺ उत्पन्न करने के लिए दो एच ⁺ आयनों को जलीय माध्यम से दान करने में सक्षम है । इससे प्रसिद्ध बाइकार्बोनेट (HCO ₃ ^-) और कार्बोनेट (CO ₃ ^2-) आयन उत्पन्न होते हैं ।

यह अजीब एसिड, सरल, लेकिन एक ही समय में उन प्रणालियों में शामिल है जहां कई प्रजातियां एक तरल-वाष्प संतुलन में भाग लेती हैं, दो मौलिक अकार्बनिक अणुओं से बनता है: पानी और कार्बन डाइऑक्साइड। जब भी पानी में बुदबुदाहट होती है, सतह की ओर बढ़ती है, तब तक सीओ ₂ की उपस्थिति नहीं देखी जाती है।

कार्बोनेटेड पानी के साथ ग्लास, सबसे आम पेय में से एक जिसमें कार्बोनिक एसिड होता है। स्रोत: Pxhere

यह घटना कार्बोनेटेड पेय और कार्बोनेटेड पानी में बहुत नियमित रूप से देखी जाती है।

कार्बोनेटेड या वातित पानी (ऊपरी छवि) के मामले में, सीओ ₂ की ऐसी मात्रा घुल गई है कि वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव से दोगुना से अधिक है। इसे खोलते समय, बोतल और बाहर के अंदर दबाव अंतर सीओ ₂ की घुलनशीलता कम हो जाती है, यही कारण है कि बुलबुले दिखाई देते हैं जो तरल से बच निकलते हैं।

कुछ हद तक, ताजा या खारे पानी के किसी भी शरीर में एक ही बात होती है: गर्म होने पर वे अपने भंग सीओ ₂ सामग्री को छोड़ देंगे ।

हालांकि, सीओ ₂ न केवल भंग किया जाता है, बल्कि इसके अणु में परिवर्तन से गुजरता है जो इसे एच ₂ सीओ ₃ में बदल देता है; एक एसिड जिसमें बहुत कम जीवन समय होता है, लेकिन इसके जलीय विलायक माध्यम के पीएच में एक औसत दर्जे का परिवर्तन चिह्नित करने के लिए पर्याप्त है, और एक अद्वितीय कार्बोनेट बफर सिस्टम भी उत्पन्न करता है।

संरचना

अणु

कार्बोनिक एसिड अणु एक गोले और सलाखों के मॉडल द्वारा दर्शाया गया है। स्रोत: विकिपीडिया के माध्यम से जीनतो और बेन मिल्स।

ऊपर हमारे पास एच ₂ सीओ ₃ अणु है, जो गोले और बार द्वारा दर्शाया गया है। लाल गोले ऑक्सीजन परमाणुओं, कार्बन परमाणु के लिए काले, और सफेद हाइड्रोजन परमाणुओं के अनुरूप होते हैं।

ध्यान दें कि छवि से शुरू करके आप इस एसिड के लिए एक और वैध सूत्र लिख सकते हैं: CO (OH) ₂, जहां CO कार्बोनल समूह बन जाता है, C = O, दो हाइड्रॉक्सिल समूहों से जुड़ा, OH। चूंकि दो ओएचई समूह हैं, जो अपने हाइड्रोजन परमाणुओं को दान करने में सक्षम हैं, अब यह समझा जाता है कि पर्यावरण में जारी एच ⁺ आयन कहां से आते हैं।

कार्बोनिक एसिड की आणविक संरचना।

यह भी ध्यान दें कि सूत्र CO (OH) ₂ को OHCOOH के रूप में लिखा जा सकता है; यह कहना है, RCOOH प्रकार का, जहां R इस मामले में एक OH समूह है।

यह इस कारण से है, इस तथ्य के अलावा कि अणु ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और कार्बन परमाणुओं से बना है, सभी कार्बनिक रसायन विज्ञान में बहुत आम है, कि कार्बोनिक एसिड को कुछ लोगों द्वारा कार्बनिक यौगिक माना जाता है। हालांकि, इसके संश्लेषण पर अनुभाग में यह समझाया जाएगा कि अन्य लोग इसे प्रकृति में अकार्बनिक और गैर-कार्बनिक क्यों मानते हैं।

आणविक बातचीत

अणु H ₂ CO _{3 में से यह} टिप्पणी की जा सकती है कि इसका ज्यामिति त्रिभुज तल है, जिसके त्रिकोण के केंद्र में कार्बन स्थित है। इसके दो कोने में OH समूह हैं, जो हाइड्रोजन बांड दाता हैं; और शेष में, समूह C = O का एक ऑक्सीजन परमाणु, हाइड्रोजन बॉन्ड का स्वीकर्ता।

इस प्रकार, एच ₂ सीओ ₃ में प्रोटिक या ऑक्सीजन युक्त (और नाइट्रोजनयुक्त) सॉल्वैंट्स के साथ बातचीत करने की एक मजबूत प्रवृत्ति है।

और संयोग से, पानी इन दो विशेषताओं को पूरा करता है, और इसके लिए एच ₂ सीओ ₃ की आत्मीयता ऐसी है कि लगभग तुरंत ही यह एक एच ⁺ छोड़ देता है और एक हाइड्रोलिसिस संतुलन स्थापित होना शुरू हो जाता है जिसमें एचसीओ ₃ ^- और एच ₃ ओ प्रजातियां शामिल हैं। ⁺ ।

यही कारण है कि पानी की मात्र उपस्थिति कार्बोनिक एसिड को तोड़ देती है और इसे शुद्ध यौगिक के रूप में अलग करना मुश्किल बना देती है।

शुद्ध कार्बोनिक एसिड

एच ₂ सीओ ₃ अणु पर वापस लौटना, यह न केवल सपाट है, हाइड्रोजन बांड स्थापित करने में सक्षम है, बल्कि यह सीआईएस-ट्रांस आइसोमेरिज़्म भी पेश कर सकता है; यह है, छवि में हमारे पास एक ही दिशा में दो एच की ओर इशारा करते हुए सीआईएस आइसोमर है, जबकि ट्रांस आइसोमर में वे विपरीत दिशाओं में इंगित करेंगे।

सीआईएस आइसोमर दो में से अधिक स्थिर है, और यही कारण है कि यह केवल एक है जिसे आमतौर पर दर्शाया जाता है।

एच ₂ सीओ _{3 के} एक शुद्ध ठोस में एक क्रिस्टलीय संरचना होती है जो पार्श्व हाइड्रोजन बांड के साथ बातचीत करने वाले अणुओं की परतों या चादरों से बनी होती है। यह उम्मीद की जानी है, एच ₂ सीओ ₃ अणु सपाट और त्रिकोणीय है। जब यह उच्च हो जाता है, तो चक्रीय डिमर (एच ₂ सीओ ₃) _{2 दिखाई देते हैं}, जो दो हाइड्रोजन बांड सी = ओ-ओएच से जुड़ते हैं।

एच ₂ सीओ ₃ क्रिस्टल की समरूपता को फिलहाल परिभाषित नहीं किया गया है। इसे दो बहुरूपियों के रूप में क्रिस्टलीकृत करने के लिए माना जाता था: α-H ₂ CO ₃ और β-H ₂ CO ₃ । हालांकि, α-H ₂ CO ₃, CH ₃ COOH-CO _{2 के} मिश्रण से संश्लेषित, वास्तव में CH ₃ OCOOH: कार्बोनिक एसिड का एक मोनोमेथाइल एस्टर होना दिखाया गया था ।

गुण

यह उल्लेख किया गया था कि एच ₂ सीओ ₃ एक द्विध्रुवीय एसिड है, इसलिए यह दो एच ⁺ आयनों को एक माध्यम में दान कर सकता है जो उन्हें स्वीकार करता है। जब यह माध्यम पानी है, इसके पृथक्करण या हाइड्रोलिसिस के समीकरण हैं:

H ₂ CO ₃ (aq) + H ₂ O (l) <=> HCO ₃ ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) (Ka ₁ = 2.5 × 10) ⁴)

HCO ₃ ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> CO ₃ ^2- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) (Ka ₂ = 4.69 × 10) ¹¹)

HCO ₃ ^- बाइकार्बोनेट या हाइड्रोजन कार्बोनेट आयन है, और CO ₃ ^2- कार्बोनेट आयन है। उनके संबंधित संतुलन स्थिरांक, का ₁ और का _{2 भी संकेत दिए गए हैं} । चूंकि Ka _{2 है} पचास लाख गुना Ka की तुलना में छोटे ₁, गठन और सीओ की एकाग्रता ₃ ^2- नगण्य हैं।

इस प्रकार, भले ही यह एक द्विध्रुवीय एसिड है, दूसरा एच ⁺ इसे मुश्किल से प्रशंसनीय रूप से जारी कर सकता है। हालांकि, बड़ी मात्रा में विघटित सीओ ₂ की उपस्थिति माध्यम को अम्लीकृत करने के लिए पर्याप्त है; इस मामले में, पानी, इसके पीएच मान (7 से नीचे) को कम करता है।

कार्बोनिक एसिड की बात करने के लिए व्यावहारिक रूप से एक जलीय समाधान का उल्लेख करना है जहां प्रजाति एचसीओ ₃ ^- और एच ₃ ओ ⁺ प्रीडोमिनेट; इसे पारंपरिक तरीकों से अलग नहीं किया जा सकता है, क्योंकि थोड़ी सी भी कोशिश से सीओ ₂ की घुलनशीलता का संतुलन बदल जाएगा, जो पानी से बच जाएगा।

संश्लेषण

विघटन

कार्बोनिक एसिड संश्लेषित करने के लिए सबसे आसान यौगिकों में से एक है। कैसे? सबसे सरल विधि बुलबुला है, एक पुआल या पुआल की मदद से, हवा हम पानी की मात्रा में साँस छोड़ते हैं। क्योंकि हम अनिवार्य रूप से सीओ _{2 को बाहर} निकालते हैं, यह पानी में घुलेगा, इसके एक छोटे से हिस्से को भंग कर देगा।

जब हम ऐसा करते हैं तो निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है:

CO ₂ (g) + H ₂ O (l) <=> H ₂ CO ₃ (aq)

लेकिन बदले में, पानी में सीओ ₂ की घुलनशीलता पर विचार किया जाना चाहिए:

CO ₂ (g) <=> CO ₂ (aq)

सीओ ₂ और एच ₂ ओ दोनों अकार्बनिक अणु हैं, इसलिए एच ₂ सीओ ₃ इस दृष्टिकोण से अकार्बनिक है।

तरल-वाष्प संतुलन

नतीजतन, हमारे पास एक संतुलन प्रणाली है जो सीओ ₂ के आंशिक दबावों, साथ ही साथ तरल के तापमान पर अत्यधिक निर्भर है ।

उदाहरण के लिए, यदि सीओ ₂ का दबाव बढ़ता है (उस स्थिति में जब हम पुआल के माध्यम से अधिक बल के साथ हवा को उड़ाते हैं), अधिक एच ₂ सीओ ₃ का गठन किया जाएगा और पीएच अधिक अम्लीय हो जाएगा; चूंकि, पहला संतुलन दाईं ओर बदलता है।

दूसरी ओर, यदि हम एच ₂ सीओ ₃ समाधान को गर्म करते हैं, तो पानी में सीओ ₂ की घुलनशीलता कम हो जाएगी क्योंकि यह एक गैस है, और संतुलन फिर बाईं ओर शिफ्ट हो जाएगा (वहाँ कम एच ₂ सीओ _{3 होगा})। यह वैसा ही होगा यदि हम एक वैक्यूम लगाने की कोशिश करते हैं: सीओ ₂ बच जाएगा और साथ ही पानी के अणु, जो शेष को फिर से बाईं ओर स्थानांतरित कर देंगे।

शुद्ध ठोस

उपरोक्त हमें एक निष्कर्ष पर पहुंचने की अनुमति देता है: एच ₂ सीओ ₃ समाधान से इस एसिड को एक पारंपरिक विधि द्वारा शुद्ध ठोस के रूप में संश्लेषित करने का कोई तरीका नहीं है। हालांकि, यह किया गया है, पिछली शताब्दी के 90 के दशक से, सीओ ₂ और एच ₂ ओ के ठोस मिश्रण से शुरू हुआ ।

50% CO ₂ -H ₂ O का यह ठोस मिश्रण प्रोटॉन (एक प्रकार का ब्रह्मांडीय विकिरण) के साथ बमबारी करता है, जिससे दोनों घटकों में से कोई भी बच नहीं पाएगा और H ₂ CO _{3 का निर्माण} होता है । इस उद्देश्य के लिए, एक सीएच ₃ ओएच-सीओ ₂ मिश्रण का भी उपयोग किया गया है (याद रखें α-H ₂ CO ₃)।

एक और तरीका यह है कि सीधे बर्फ का उपयोग करें लेकिन इससे ज्यादा कुछ नहीं।

तीन तरीकों से, नासा के वैज्ञानिक एक निष्कर्ष पर पहुंचने में सक्षम थे: शुद्ध कार्बोनिक एसिड, ठोस या गैसीय, बृहस्पति के बर्फीले उपग्रहों में मौजूद हो सकता है, मार्टियन ग्लेशियरों में और धूमकेतु में, जहां ऐसे ठोस मिश्रण लगातार विकिरणित होते हैं। कॉस्मिक किरणों द्वारा।

अनुप्रयोग

कार्बोनिक एसिड अपने आप में एक बेकार यौगिक है। उनके समाधान से, तथापि, आधारित समाधान पर जोड़े HCO बफ़र ₃ ^- / सीओ ₃ ^2- या एच ₂ सीओ ₃ / HCO ₃ ^- तैयार किया जा सकता ।

इन समाधानों और कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ एंजाइम की क्रिया के लिए धन्यवाद, लाल रक्त कोशिकाओं में मौजूद है, श्वसन में उत्पादित सीओ ₂ को रक्त में फेफड़ों में पहुंचाया जा सकता है, जहां यह अंततः हमारे शरीर के बाहर निकालने के लिए जारी किया जाता है।

सीओ _{2 के} बुदबुदाहट का उपयोग शीतल पेय को सुखद और विशिष्ट सनसनी देने के लिए किया जाता है जिसे वे पीते समय गले में छोड़ देते हैं।

इसी तरह, एच ₂ सीओ ₃ की उपस्थिति चूना पत्थर के स्टैलेक्टाइट्स के गठन में भूवैज्ञानिक महत्व है, क्योंकि यह धीरे-धीरे उन्हें भंग कर देता है जब तक कि वे अपने इंगित खत्म नहीं करते हैं।

और दूसरी ओर, इसके समाधानों का उपयोग कुछ धातु बाईकार्बोनेट तैयार करने के लिए किया जा सकता है; हालांकि इसके लिए यह अधिक लाभदायक है और सीधे बाइकार्बोनेट नमक (उदाहरण के लिए NaHCO ₃) का उपयोग करना आसान है ।

जोखिम

सामान्य परिस्थितियों में कार्बोनिक एसिड का ऐसा नगण्य जीवन काल होता है (वे लगभग 300 नैनोसेकंड का अनुमान लगाते हैं) कि यह पर्यावरण और जीवित प्राणियों के लिए व्यावहारिक रूप से हानिरहित है। हालांकि, जैसा कि पहले कहा गया है, इसका मतलब यह नहीं है कि यह समुद्री जल के पीएच में एक चिंताजनक बदलाव नहीं ला सकता है, जिससे समुद्री जीव प्रभावित होते हैं।

दूसरी ओर, वास्तविक "जोखिम" कार्बोनेटेड पानी के सेवन में पाया जाता है, क्योंकि उनमें घुलने वाले सीओ ₂ की मात्रा सामान्य पानी की तुलना में बहुत अधिक होती है। हालांकि, और फिर से, ऐसे कोई अध्ययन नहीं हैं जिनसे पता चला है कि कार्बोनेटेड पानी पीने से घातक जोखिम होता है; अगर वे इसे उपवास करने और अपच से लड़ने की सलाह देते हैं।

इस पानी को पीने वालों में एकमात्र नकारात्मक प्रभाव पूर्णता की भावना है, क्योंकि उनका पेट गैसों से भर जाता है। इसके बाहर (सोडा का उल्लेख नहीं है, चूंकि वे कार्बोनिक एसिड से बहुत अधिक बने हैं), यह कहा जा सकता है कि यह यौगिक बिल्कुल भी विषाक्त नहीं है।

संदर्भ

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