碳酸氢盐

简介

在碳酸脱质子的过程中，会形成一个中间多原子阴离子。这个阴离子称为碳酸氢根阴离子，其化学式为$\mathrm{HCO_{3}^{-}}$。碳酸氢盐这一术语由英国化学家威廉·海德·沃拉斯顿于1814年提出。在IUPAC命名法中，碳酸氢根离子也称为氢碳酸根。作为阴离子，碳酸氢根带负电荷，是一种两性分子。两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应，并同时具有酸性和碱性的物质。碳酸氢根的结构类似于硝酸，这解释了碳酸氢根与硝酸的等电子性。

碳酸氢根阴离子和碳酸之间的结构关系

碳酸氢根离子的结构由一个中心碳原子组成，周围以三角平面几何构型排列着一个氧原子、一个氧离子以及一个羟基。另一方面，碳酸的结构具有相同的三角平面几何构型，但它有两个羟基和一个通过双键连接的氧原子。碳酸氢根的共轭酸是碳酸根离子，而其共轭碱是碳酸。因此，碳酸和碳酸氢根阴离子可以通过消除或添加氢原子相互转换。

碳酸氢盐的应用

碳酸氢根离子的最重要应用之一包括通过碳酸氢盐缓冲系统调节二氧化碳。该系统中碳酸氢盐的功能是维持细胞外二氧化碳。碳酸氢盐缓冲系统是主要的细胞外缓冲系统。组织代谢过程中产生的二氧化碳由碳酸氢盐缓冲系统移除。碳酸氢根离子在此过程中充当质子受体，而碳酸则充当质子供体。碳酸氢盐系统可以改变血液的pH值。

$$\mathrm{H_{2}CO_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons HCO_{3}^{-}+H^{+}}$$

各种碳酸氢盐的应用不仅取决于阴离子，还取决于构成化合物的阳离子。

碳酸氢钠

碳酸氢钠，也称为碳酸氢钠，是许多美味佳肴的重要成分。俗称小苏打、苏打粉或碳酸氢钠，是一种无机盐，用途广泛。碳酸氢钠最早由法国化学家尼古拉·勒布朗于1791年在实验室合成。它可以从天然矿物钠碱（nahcolite）或热钾盐（thermokalite）中提取。碳酸氢钠的天然十水合物被称为天然碱（natron）。小苏打的化学式为$\mathrm{NaHCO_{3}}$。

合成

碳酸氢钠的工业合成涉及碳酸钠与二氧化碳和水的反应。该反应生成碳酸氢钠白色固体沉淀。

$$\mathrm{Na_{2}CO_{3}+CO_{2}+H_{2}O\to 2NaHCO_{3}}$$

另一种制备方法包括在水存在下，氯化钠、氨和二氧化碳的反应。这被称为索尔维法。

$$\mathrm{NH_{3}+H_{2}O+CO_{2}\to NH_{4}HCO_{3}}$$

$$\mathrm{NH_{4}HCO_{3}+NaCl\to NaHCO_{3}+NH_{4}Cl}$$

碳酸氢钠的性质

碳酸氢钠的性质如下：

它是白色结晶固体。
熔点为50摄氏度。
沸点为851摄氏度。
易溶于甲醇和丙酮。
不溶于乙醇。
摩尔质量为84克/摩尔。
在水中呈碱性，是一种弱碱。

$$\mathrm{NaHCO_{3}+H_{2}O\to H_{2}CO_{3}+NaOH}$$

pH值为8.31。
它是一种两性化合物。

$$\mathrm{NaHCO_{3}+HCl\to H_{2}CO_{3}+NaCl}$$

$$\mathrm{NaHCO_{3}+NaOH\to Na_{2}CO_{3}+H_{2}O}$$

在大约80-100摄氏度下发生热分解。

$$\mathrm{2NaHCO_{3}\to Na_{2}CO_{3}+H_{2}O+CO_{2}}$$

微溶于水。

碳酸氢钠的应用

碳酸氢钠在烹饪、烟火、农业、制药、医学等领域有着广泛的应用。其中一些应用如下：

在烹饪和烘焙中，碳酸氢钠用作膨松剂（或发酵剂）。它通常与酸性物质一起使用，以触发产生二氧化碳的反应。
它是烟花成分的主要组成部分。
它用于降低燃烧反应的速率。
它可用作消毒剂。
它用作灭火器。

碳酸氢钾

与碳酸氢钠一样，碳酸氢钾也是一种重要的商业化合物。碳酸氢钾是由阳离子钾离子和阴离子碳酸氢根离子组成的无机盐。根据IUPAC命名法，它被称为碳酸氢钾。碳酸氢钠和碳酸氢钾曾经都被称为苏打，意思是充气盐。碳酸氢钾的化学式为$\mathrm{KHCO_{3}}$。

碳酸氢钾的性质

其中一些性质如下：

它是白色固体。
可以以粉末状和结晶状存在。
呈碱性。
摩尔质量为100.115克/摩尔。
它不沸腾，在120摄氏度分解。
熔点为292摄氏度。
它是一种弱碱。
pH值为8.2。
易溶于水。
不溶于乙醇。
无味。
它是两性的。

合成

碳酸氢钾的制造过程涉及碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应。

$$\mathrm{K_{2}CO_{3}+H_{2}O+CO_{2}\to 2KHCO_{3}}$$

该反应生成的碳酸氢钾会分解以合成高纯度的碳酸钾。

$$\mathrm{2KHCO_{3}\to K_{2}CO_{3}+CO_{2}+H_{2}O}$$

碳酸氢钾的应用

碳酸氢钾的应用与碳酸氢钠相似。

由于它是良好的二氧化碳来源，因此它被用作烘焙、烹饪和饮料中的膨松剂。
它用于调节药物中的pH值。
它用作葡萄酒生产中的添加剂。
它用于灭火器。
它用于中和农业中的酸性土壤。

结论

总而言之，碳酸氢盐是广泛使用的无机化合物。这些化合物参与许多代谢功能，如呼吸、排泄、调节等。这些化合物的无毒性使其非常适合生产烘焙和烹饪食品。不仅用于烹饪，它们还可用作家庭和工业中的清洁剂和除臭剂。像可乐这样的冷饮含有碳酸氢盐以产生起泡效果。碳酸氢钾通常用于生产低钠食品。碳酸氢盐的碱性在各种药物缓冲液中得到利用。碳酸氢盐的生产通常以其各自的碳酸盐为底物。