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碳酸的酸性与作用
碳酸(英语:Carbonic acid),原来也称挥发酸(Volatile acid)和呼吸酸(Respiratory acid),化学式为H2CO3,是酸的一种。二氧化碳(CO2)溶于水后,一部分二氧化碳会与水化合,形成碳酸对吡啶基硫脲。该反应是一个可逆反应,方程式如下:
该反应在常温下的平衡常数是Kh=1.70×10−3;因此大部分二氧化碳都不会参与反应。假若没有催化剂存在,反应速率十分缓慢,其反应速率常数仅为0.039 s−1(正反应)以及23 s−1(逆反应)。
碳酸的酸性与作用生物体内的碳酸
碳酸在生物体内至关重要,代谢和胃酸分泌过程中都需要碳酸。
碳酸的酸性与作用血液中的碳酸
在哺乳动物的血液中,碳酸在血液中所占的角色非常重要。当二氧化碳从细胞进入血液后,它会与水化合形成碳酸,其后被夺走一个H+,形成碳酸氢根离子(HCO3−)。碳酸氢根离子会进入红血球,与另一个H+结合,再次形成碳酸。在肺中,碳酸中的水将被夺走,二氧化碳即从肺部释出。
控制碳酸与二氧化碳间的反应平衡对于控制血液酸性的意义很重大。大多数生物具有一种名为碳酸酐酶的酶,它能有效地控制两种化合物间的反应平衡。
碳酸的酸性与作用碳酸在胃酸分泌中的作用
碳酸在胃酸的分泌中占了重要的作用;胃壁细胞可以借由主动运输形成钠离子、钾离子浓度差,利用酶从碳酸合成出胃酸的成分之一盐酸。反应过程如下:
细胞代谢产生二氧化碳,碳酸酐酶将二氧化碳和水结合成碳酸,碳酸再分解成碳酸氢根离子和氢离子。
碳酸氢根离子浓度开始累积,便被酶送出细胞,同时共同运输进氯离子以平衡电荷。碳酸氢根进入胃血管后会造成血液碱性上升,称为碱潮。
借由钠离子在细胞外浓度比较大的特性,运输进钠离子的酶也共同运输进更多氯离子。
钾钠腺苷三磷酸酶将氢离子主动运输进胃小管,同时将钾离子运进细胞。
细胞中累积的钾离子形成浓碳酸钠度差,通过共同运输的酶时也将氯离子共同运输进胃小管;氢离子和氯离子就形成盐酸。
钠钾泵将钠离子送出、送进钾离子,以维持电荷平衡。
综合以上步骤,净离子方程式可以写成:
碳酸的酸性与作用碳酸的酸性
碳酸是一种二元酸,其电离分为两步:
需要注意的是,以上所述值并不适用于实际估算碳酸的酸性,因为单个碳酸分子的酸性比醋酸和甲酸都要强。但实际上,碳酸分子只出现在二氧化碳和水的动态平衡中,其浓度比二氧化碳低得多,故酸度实际上较低,第一步反应可以记作:
Ka= 4.30×10-7mol/L; pKa= 6.36
这个值被称为碳酸的解离常数。
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