Перегляд вихідного коду сторінки Карбонатна кислота

{{chembox
| verifiedrevid = 477313558
| ImageFileL1_Ref = {{chemboximage|correct|??}}
| ImageFileL1 = Carbonic-acid-2D.svg
| ImageSizeL1 = 100px
| ImageNameL1 = Структурна формула
| ImageFileR1 = Carbonic-acid-3D-balls.png
| ImageSizeR1 = 120px
| ImageNameR1 = Кулестрижнева модель
| IUPACName  = Карбонатна кислота
| OtherNames = Вугільна кислота; дигідрогенкарбонат; гідроксиметанова кислота
| Section1 = {{Chembox Identifiers
|   KEGG_Ref = {{keggcite|correct|kegg}}
| KEGG = C01353
| InChI = 1/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)
| InChIKey = BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYAU
| ChEMBL_Ref = {{ebicite|correct|EBI}}
| ChEMBL = 1161632
| StdInChI_Ref = {{stdinchicite|correct|chemspider}}
| StdInChI = 1S/CH2O3/c2-1(3)4/h(H2,2,3,4)
| StdInChIKey_Ref = {{stdinchicite|correct|chemspider}}
| StdInChIKey = BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N
| CASNo = 463-79-6
|    CASNo_Ref = {{cascite|correct|CAS}}
|   PubChem = 
|   ChemSpiderID_Ref = {{chemspidercite|correct|chemspider}}
| ChemSpiderID = 747
|   ChEBI_Ref = {{ebicite|correct|EBI}}
| ChEBI = 28976
| SMILES = O=C(O)O
}}
| Section2 = {{Chembox Properties
|   Formula = H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
|   MolarMass = 62,03 г/моль
|   Appearance = 
|   Density = 
|   Solubility = Існує лише в розчині
|   pKa = 6,367 (p''K''<sub>a1</sub>), 10,329 (p''K''<sub>a2</sub>)
|   MeltingPt = 
|   BoilingPt = 
  }}
| Section3 = {{Chembox Hazards
|   MainHazards = 
|   FlashPt = 
  }}
}}
'''Карбона́тна кислота́''', також '''ву́гільна, вуглецева кислота́ (вуглекислота)'''  — слабка двоосновна [[кислота]] з [[хімічна формула|хімічною формулою]] H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>. У чистому вигляді нестійка<ref>[http://inchem.ru/node/214 Вугільна кислота тепер виявлена і в газовій фазі — пора знову переписувати підручники<!--Заголовок доданий ботом-->]{{Недоступне посилання|date=липень 2019 |bot=InternetArchiveBot }}</ref>. Утворюється в малих кількостях при розчиненні [[діоксид вуглецю|вуглекислого газу]] у воді, в тому числі і вуглекислого газу з [[повітря]]. Утворює ряд стійких [[неорганічна сполука|неорганічних]] та [[органічні сполуки|органічних]] похідних: [[солі (хімія)|солі]] ([[карбонати]] та [[гідрокарбонати]]), [[естери]], [[аміди]] та ін

== Фізичні властивості ==
[[Молекула]] вугільної кислоти має плоску будову. Центральний вуглецевий атом має sp²-[[Гібридизація орбіталей|гібридизацію]]. У [[гідрокарбонати|гідрокарбонат]]- [[карбонати|карбонат]]-аніонів відбувається [[делокалізація]] π-зв'язку. Довжина зв'язку C—O в карбонат-іоні становить 129 пм.

== Хімічні властивості ==

=== Рівновага у водних розчинах та кислотність ===
Вугільна кислота існує у водних [[розчин]]ах в стані [[хімічна рівновага|рівноваги]] з [[гідрати|гідратом]] [[діоксид вуглецю|діоксиду вуглецю]]:
: <math>\ \mathrm{CO_2 \ \cdot H_2O_{ (p) } \ \rightleftarrows H_2CO_{3 (p) } }</math>, [[константа рівноваги]] при 25&nbsp;°C <math>K_p = \ \frac{\ \mathrm{[H_2CO_3]}}{\ \mathrm{[CO_2 \ \cdot H_2O]}} = 1,70\ \cdot 10^{-3}</math>

Швидкість прямої реакції 0,039 с<sup>−1</sup>, зворотної&nbsp;— 23 с<sup>−1</sup>.

У свою чергу розчинений гідрат діоксиду вуглецю знаходиться в рівновазі з газоподібним діоксидом вуглецю:
: <math>\ \mathrm{CO_2 \ \cdot H_2O_{ (p) } \ \rightleftarrows CO_2 \ \uparrow +\ \  H_2O}</math> ]
 
Дана рівновагу при підвищенні температури зсувається вправо, а при підвищенні тиску&nbsp;— вліво (докладніше див. [[Абсорбція#Абсорбція газів|Абсорбція газів]]).

Вугільна кислота піддається оборотньому [[гідроліз]]у, створюючи при цьому кисле середовище:
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 + \ \ H_2O \ \rightleftarrows HCO_3^-+ \ \ H_3O^+}</math>, [[константа кислотної дисоціації]] при 25&nbsp;°C <math>K_{a1} = \ \frac{\ \mathrm{[HCO_3^-] \ \cdot [H_3O^+]}}{\ \mathrm{[H_2CO_3]}} = 2,5 \ \cdot 10^{-4}</math>

Однак, для практичних розрахунків частіше використовують уявну константу кислотності, що враховує рівновагу вугільної кислоти з гідратом діоксиду вуглецю:
: <math>K_a' = \ \frac{\ \mathrm{[HCO_3^-] \ \cdot [H_3O ^+]}}{\ \mathrm{[CO_2 \ \cdot H_2O]}} = 4,27 \ \cdot 10^{-7}</math>

[[Гідрокарбонати|гідрокарбонат]]-іон піддається подальшому гідролізу по реакції
: <math>\ \mathrm{HCO_3^-+ \ \ H_2O \ \rightleftarrows CO_3^{2-} +\ \ H_3O^+}</math>, константа кислотності при 25&nbsp;°C <math>K_{a2} = \ \frac{\ \mathrm{[CO_3^{2-}] \ \cdot [H_3O^+]}}{\ \mathrm{[HCO_3^-]}} = 4,68 \ \cdot 10^{-11}</math>

Таким чином, в розчинах, що містять вугільну кислоту, створюється складна рівноважна система, яку можна зобразити у загальному вигляді таким чином:
: <math>\ \mathrm{CO_2 \ \uparrow \ \stackrel{H_2O}{\ \rightleftarrows} CO_2 \ \cdot H_2O \ \rightleftarrows H_2CO_3 \ \stackrel{-H^ + } { \ \rightleftarrows} HCO_3^-\ \stackrel{-H^ + } { \ \rightleftarrows} CO_3^{2-} (*) }</math>

Значення [[pH]] в такій системі, яке відповідає [[насичений розчин|насиченому розчину]] діоксиду вуглецю в воді при 25&nbsp;°C і тиску 760 [[мм рт. ст.]], можна розрахувати по формулі:

: <math>\mathrm{pH} \approx - \frac{1}{2} \lg (K_a' \cdot L) = 3,9</math>, где L = 0,034 моль/л&nbsp;— [[розчинність]] CO<sub>2</sub> в воді при вказаних умовах.

=== Розкладання ===
При збовтуванні, підвищенні температури розчину і/або пониженні [[парціальний тиск|парціального тиску]] діоксиду вуглецю рівновагу в системі <math>\ \mathrm{ (\ \ast) }</math> зміщується вліво, що призводить до розкладання частини вугільної кислоти на воду і діоксид вуглецю. При [[Кипіння|кипінні]] розчину вугільна кислота розкладається повністю:
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 \ \longrightarrow H_2O +\ \ CO_2 \ \uparrow}</math>

=== Взаємодія з основами та солями ===
Вугільна кислота вступає в реакції [[реакція нейтралізації|нейтралізації]] з розчинами [[основа (хімія)|основ]], утворюючи середні та кислі [[солі (хімія)]]&nbsp;— [[карбонати]] та [[гідрокарбонати]] відповідно:
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 + 2\ \ NaOH}</math><sub> (конц.) </sub><math>\ \mathrm{\ \longrightarrow Na_2CO_3 + 2\ \  H_2O}</math> ]
: <math> \ \mathrm{H_2CO_3 +\ \ NaOH}</math><sub> (розч.) </sub><math>\ \mathrm{\ \longrightarrow NaHCO_3 +\ \  H_2O}</math> ]
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 +\ \ Ca(OH)_2 \ \longrightarrow CaCO_3 \ \downarrow + 2\ \  H_2O}</math> ]
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 +\ \ NH_3 \ \cdot H_2O \ \longrightarrow NH_4HCO_3 +\ \  H_2O}</math> ]
При взаємодії вугільної кислоти з карбонатами утворюються гідрокарбонати:
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 +\ \ Na_2CO_3 \ \longrightarrow 2\ \ NaHCO_3}</math>
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 +\ \ CaCO_3 \ \longrightarrow Ca(HCO_3)_2}</math>
<!--Солі вугільної кислоти називаються карбонатами. Більшість карбонатів зазвичай малорозчинні у воді. Добре розчиняються у воді карбонати Na, K, Rb, Cs, Tl<sup>+</sup> та [[карбонат амонію]]. При нагріванні карбонати розкладаються, утворюючи оксид металу та двоокис вуглецю. Чим сильніше виражені металічні властивості [[катіон]]а, тим більше стійкий карбонат. Так, Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> плавиться без розкладання, CaCO<sub>3</sub> розкладається при ≈ 900&nbsp;° C, а Ag<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> при 218&nbsp;° C.

Відповідно до основністю вугільна кислота дає два ряди солей: середні&nbsp;— [[карбонати]] з [[аніон]]ом CO{{su|p=2−|b=3}} та кислі&nbsp;— [[гідрокарбонати]] з аніоном HCO<sub>3−</sup>.

Для лужних металів відомі гідрокарбонати MeHCO<sub>3</sub>. При слабкому нагріванні вони легко розкладаються:
: 2MeHCO<sub>3</sub> → Me<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> + CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O

Стабільність гідрокарбонатів зростає при переході від Na<sup>+</sup> до Cs<sup>+</sup>. Іони HCO<sub>3−</sup> зазвичай об'єднуються водневими зв'язками з утворенням ланцюжків.-->

== Отримання ==
Вугільна кислота утворюється при розчиненні у воді [[діоксид вуглецю|діоксиду вуглецю]]:
: <math>\ \mathrm{CO_2 + H_2O \ \rightleftarrows CO_2 \ \cdot H_2O \ \rightleftarrows H_2CO_3}</math>

Вміст вугільної кислоти в розчині збільшується при зниженні температури розчину та збільшенні тиску вуглекислого газу.

Також вугільна кислота утворюється при взаємодії її солей (карбонатів та гідрокарбонатів) з більш сильною кислотою. При цьому велика частина утворилася вугільної кислоти, як правило, розкладається на воду і діоксид вуглецю: 
: <math>\ \mathrm{Na_2CO_3 + 2\ \ HCl \ \longrightarrow 2\ \ NaCl +\ \ H_2CO_3}</math>
: <math>\ \mathrm{H_2CO_3 \ \longrightarrow H_2O +\ \ CO_2 \ \uparrow}</math>

== Застосування ==
Вугільна кислота завжди присутня у водних розчинах [[діоксид вуглецю|вуглекислого газу]] (див. [[Газована вода]]).

В [[біохімія|біохімії]] використовується властивість рівноважної системи змінювати тиск газу пропорційно зміні змісту іонів [[оксоній|оксонію]] (кислотності) при постійній температурі. Це дозволяє реєструвати в реальному часі хід ферментативних реакцій, що протікають із зміною [[pH]] розчину.

== Органічні похідні ==
Вугільну кислоту формально можна розглядати як [[карбонові кислоти|карбонову кислоту]] з [[гідроксил]]ьною групою замість вуглеводневої залишку. У цій якості вона може утворювати всі похідні, характерні для карбонових кислот<ref>{{книга 
|автор         = Нейланд О. Я. 
|частина         = 
|заголовок      = Органічна хімія 
|оригінал      = 
|посилання         = 
|видання       = 
|відповідальний = 
|місце         = М. 
|видавництво = Вища школа 
|рік           = 1990
|тому           = 
|сторінки      = 640 — 652
|сторінок       = 751
|isbn          = 5-06-001471-1
}}</ref>.

Деякі представники подібних сполук перераховані в таблиці. 
{|class="standard"
! Клас сполук
! Приклад сполук
|-
|[[Естери]]
|[[полікарбонат]]
|-
|[[Хлороангідриди]]
|[[фосген]]
|-
|[[Аміди]]
|[[сечовина]]
|-
|[[Нітрили]]
|[[ціанові кислоти]]
|-
|[[Ангідриди]]
|[[піровуглецева кислота]]
|-
|}

== Див. також ==
* [[Діоксид вуглецю]]
* [[Карбонати]]
* [[Гідрокарбонати]]
* [[Карбонові кислоти]]
* [[Газована вода]]
* [[Тіокарбонатні кислоти]]

== Примітки ==
{{примітки}}

== Література == 
* Функціональні похідні карбонових та вугільної кислот : Навч. посіб. для студ. хім. спец. ун-тів / М. І. Ганущак, В. В. Карп'як; [[Львів]]. нац. ун-т ім. Івана Франка. - Л., 2002. - 292 c. - Бібліогр.: 25 назв. 
* {{книга 
|автор          = Лидин Р. А., Молочко В. А., Андрєєва Л. Л. 
|заголовок      = Реакции неорганических соединений: справочник
|видання        = 2-е изд., перераб. и доп 
|відповідальний = Под ред. Р. А. Лидина
|місце          = М. 
|видавництво    = Дрофа 
|рік            = 2007
|сторінки       = 
|сторінок       = 637
|isbn           = 978-5-358-01303-2
}}  {{ref-ru}}
* {{книга 
|автор         = Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. 
|заголовок     = Константы неорганических соединений: справочник
|видання       = 2-е изд., перераб. и доп
|відповідальний = Под ред. Р. А. Лидина 
|місце         = М. 
|видавництво   = Дрофа 
|рік           = 2006
|сторінки      = 
|сторінок      = 685
|isbn          = 5-7107-8085-5
}} {{ref-ru}}

{{Бібліоінформація}}

{{inorganic-compound-stub}}

[[Категорія:Неорганічні кислоти]]
[[Категорія:Сполуки вуглецю]]