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碳酸

王朝百科·作者佚名  2009-11-01
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结构式化学式H2CO3

结构是如图所式

结构简式:HOCOOH(HO-为羟基,-COOH为羧基)

三维模型

在CO2溶于水时形成,方程式:CO2+H2O===H2CO3

碳酸不稳定,在摇晃或加热时分解为CO2和H2O,方程式为:H2CO3===H2O+CO2↑

碳酸碳酸(H2CO3)是一种二元弱酸,电离常数都很小。在常温、常压下,二氧化碳饱和溶液的浓度约为0.033mol/L,pH为5.6H2CO3,(pKa1=6.38,pKa2=10.33,p代表取负常用对数.)饱和碳酸溶液(纯CO2,压力为1 atm)的pH约为4,而在自然条件下CO2含量是0.3%,溶解达到饱和时pH=5.6。这也是为什么定义酸雨为PH小于5.6的雨水的原因。要使PH达到3.7,可以通过降温,加压(实际是提高CO2浓度)来实现。

会使紫色石蕊试液变成浅红色。二氧化碳在溶液中大部分是以微弱结合的水合物形式存在,只有一小部分形成碳酸(H2CO3)——饱和CO2溶液中只有1%的CO2与H2O化合成碳酸。在常温时,CO2∶H2CO3为600∶1。碳酸的热稳定性很差,从来没有以纯酸的形式分离出来过,碳酸加热时全部分解并放出二氧化碳。碳酸在碱的作用下,能生成酸式碳酸盐M(HCO3)2和碳酸盐MCO3〔M代表二价金属)。许多金属的酸式碳酸盐的溶解度稍大于正盐,其溶解度和Pco2(二氧化碳分压)有关。Pco2大,碳酸盐溶解于水;Pco2小(或升温),析出碳酸盐,自然界的钟乳石就是这样形成的。暂时硬水加热软化就是因为生成了碳酸盐沉淀。所有的酸式碳酸盐受热均分解为CO2和相应的正盐。

碳酸是二氧化碳气体溶于水而生成的酸。它的酸性很弱,且极为不稳定,温度稍高一些,便会分解成二氧化碳和水。碳酸和我们的日常生活有着密切的关系。我们喝的汽水就是一种碳酸饮料。习惯上把二氧化碳的水溶液称为碳酸。

在制造汽水时,要在加压情况下把二氧化碳气体溶解在水里,再往汽水里加糖、柠檬酸以及果汁或香精,在加压下灌入汽水瓶中。当我们喝汽水时,汽水从瓶子里倒出来,外界压强(指空气压强和人体内的压强)突然降低,二氧化碳在水中的溶解度随着压强降低而变小。于是,喝入体内汽水中的二氧化碳便成为气体从水中逸出,并从口腔中排出,这个过程会把人体内的热量带走,这就是喝汽水感到凉爽的原因。

有时,碳酸也会给我们日常生活带来麻烦。地面上的二氧化碳气体溶于水,生成碳酸。当地面水渗入地下时,碳酸也被带到地下,并与地下石灰岩里不溶于水的碳酸钙发生化学反应,生成可溶于水的碳酸氢钙。含有碳酸氢钙的水称为“硬水”,因此地下水都属于“硬水”。江河里的水不含碳酸氢钙,不是“硬水”(硬水是指有钙离子和镁离子等金属阳离子,他们的碳酸盐是不可溶解于水的)。

有些地方所用的自来水的水源是地下水,在煮开水时,水中的碳酸氢钙受热分解成碳酸钙、二氧化碳和水。碳酸钙是不溶解在水中的沉淀物,它沉积在水壶和锅炉的壁上,天长日久便成为一层白色的很坚硬的物质,称为锅垢(俗称水碱)。这层碳酸钙的导热性很差,因此烧水时会浪费燃料。如果锅炉和管道中的锅垢太厚,还有发生爆炸的危险。所以,工业生产中总是把“硬水”先用化学方法除去或减少碳酸钙,使它软化以后再用。

你参观过桂林的七星岩、南宁的伊林岩、宜兴的善卷洞和房山的云水洞吗?在这些奇妙的溶洞中,到处都是石笋、石柱、石钟乳、石花和石幔,它们千姿百态,栩栩如生,使你不得不佩服大自然的这一杰作。那么这伟大的雕刻家究竟是谁呢?原来,这位手艺高超的石匠就是碳酸和二氧化碳这两位助手。

别看石灰岩那么大,又那么硬,它们在含有碳酸的地下水的作用下,却变得软弱无能。地下水与石灰岩中的碳酸钙作用,生成了可溶于水的碳酸氢钙。地下水在石灰岩裂缝里不停地流动,石灰岩便不断地被溶解,天长日久之后,石灰岩的小孔、裂缝逐渐扩大,形成了大小、宽度和形状各不相同的溶洞的通道。

如果在溶洞的顶上,慢慢地渗出含有碳酸氢钙的地下水,当遇到较高的温度和较小压强时,水中的碳酸氢钙便分解成碳酸钙、二氧化碳和水。生成的碳酸钙,便附着在洞顶上。日子长了,积少成多,顶上的碳酸钙便慢慢地往下长,形成了冬天屋檐下挂的冰锥一样的石柱,称为石钟乳。如果含有碳酸氢钙的水滴掉在溶洞的地上,碳酸钙便慢慢往上长,就像地下长出来的竹笋一样,叫做石笋。当石钟乳和石笋逐渐长大连成一体时,便是一根石柱。

石钟乳、石笋和石柱的形成,说起来很容易,实际上这个过程是非常慢的,往往需要经过几百年甚至更多的时间。

碳酸饮料中三种成分影响健康

碳酸是有机酸吗?

谈算是有机物还是无机物是科学界争执了很长时间的话题。由于同一个碳原子上连接了两个羟基,碳酸不稳定,更多显现无机物的性质,故现在定义碳酸为无机二元弱酸,但碳酸又因含有羧基(-COOH)而能反映一些羧酸的性质。如能和醇发生酯化反应,如:

HO-COOH + H-O-C2H5 → HO-COOC2H5 + H2O

HO-COOC2H5 + H-O-C2H5 → C2H5OCOOC2H5

因为碳酸的两个羟基都结在羰基上,故相当于二元羧酸。可以和二元醇发生酯化反应生成环酯和聚酯。

这些都是有机酸的性质。

现在科学家仍然对碳酸是否是有机酸争执。有科学家认为如能制得碳酸的浓溶液,那么这种碳酸具有一切二元羧酸的性质。

二氧化碳过多影响消化别看碳酸饮料的口味儿多样,但里面的主要成分都是二氧化碳,所以你喝起来才会觉得很爽、很刺激。

有人说,碳酸饮料含二氧化碳,可能对人体不太好。王立新教授表示,事实上,足量的二氧化碳在饮料中能起到杀菌、抑菌的作用,还能通过蒸发带走体内热量,起到降温作用。不过,如果碳酸饮料喝得太多对肠胃是没有好处的,而且还会影响消化。因为大量的二氧化碳在抑制饮料中细菌的同时,对人体内的有益菌也会产生抑制作用,所以消化系统就会受到破坏。特别是年轻人,喜欢喝汽水、喜欢汽儿带来的刺激,但一下喝太多,释放出的二氧化碳很容易引起腹胀,影响食欲,甚至造成肠胃功能紊乱。

大量糖分有损牙齿健康除了含有让人清爽、刺激的二氧化碳汽儿,碳酸饮料的甜香也是吸引人们饮用的重要原因,这种浓浓的甜味儿来自甜味剂,也就是饮料含糖量太多。

饮料中过多的糖分被人体吸收,就会产生大量热量,长期饮用非常容易引起肥胖。最重要的是,它会给肾脏带来很大的负担,这也是引起糖尿病的隐患之一。所以本身就患有糖尿病的人,尽量不要饮用。

另外,很多青少年,尤其是小孩子特别偏爱这种甜味。张嘉芷教授说,这种糖分对孩子们的牙齿发育很不利,特别容易被腐损。有调查显示,12岁的孩子,齿质腐损的几率会增加59%,而14岁孩子齿质腐损的几率会增加220%。

也许有人会因此而选择无糖型的碳酸饮料,但张教授认为,尽管喝碳酸饮料减少了糖分的摄入,但这些饮料的酸性仍然很强,同样可能导致齿质腐损。

磷酸导致骨质疏松如果你仔细注意一下碳酸饮料的成分,尤其是可乐,不难发现,大部分都含有磷酸。通常人们都不会在意,但这种磷酸却会潜移默化地影响你的骨骼,常喝碳酸饮料骨骼健康就会受到威胁。

王立新教授说,人体对各种元素都是有要求的,所以,大量磷酸的摄入就会影响钙的吸收,引起钙、磷比例失调。

一旦钙缺失,对于处在生长过程中的青少年身体发育损害非常大。缺钙无疑意味着骨骼发育缓慢、骨质疏松,所以有资料显示,经常大量喝碳酸饮料的青少年发生骨折的危险是其他青少年的3倍。

根据需求谨慎饮用

专家建议,饮用和选购碳酸饮料的时候都要谨慎,更不要长期大量饮用。

相对来说,纯果汁的碳酸饮料营养比较丰富,有的饮料中还有少量果肉沉淀,能够适当补充维生素,倒是比较适合年轻人和儿童饮用,但是不能每天喝,或一次性大量饮用。

而一些含有咖啡因的碳酸饮料,可乐最有代表性,虽然具有提神的作用,但一般适合成年人偶尔感觉疲劳、精神不济的时候喝,不太适合儿童。

对于低热量型的碳酸饮料,因为热量比较低,而且糖分少,所以比较适合糖尿病患者,或是对糖和热量摄入有特殊限量要求的人。

此外,在选择碳酸饮料的时候,尤其在夏秋季要选购近期生产的产品,购买时要尽量选择罐体坚硬不易变形的产品,因为喝不完的饮料,其中的二氧化碳在存放过程会溢出,再次饮用时就会影响口感,容易滋生细菌。特别要提醒您的是,购买碳酸饮料一定要到正规销售场所购买知名品牌的产品。

 
 
 
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