Новости химической науки > Угольная кислота – ее все же можно увидеть в газовой фазе

До настоящего времени факт существования, как и возможность спектрального обнаружения свободной угольной кислоты, H₂CO₃, в растворе, не говоря уже про возможность существования угольной кислоты в газовой фазе, упорно отрицался.

Во всех существующих учебниках написано, что угольная кислота, выделяясь при взаимодействии карбонатов с более сильными кислотами, немедленно разлагается до углекислого газа и воды в соответствии с уравнением H₂CO₃ → CO₂ + H₂O, что делает невозможным ее обнаружение.

Исследовательским группам Хинриха Гроте (Hinrich Grothe) из Технического Университета Вены и Томасу Лоетрингу (Thomas Loerting) из Университета Инсбрука удалось доказать обратное – они смогли выделить угольную кислоту и получит ее спектральные характеристики.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.201004729

В газированных напитках содержится диоксид углерода. Оказывается, что в них можно обнаружить и следовые количества соединения, которому долгое время отказывали в праве на существование в водном растворе или газовой фазе – угольной кислоты (H₂CO₃). Теперь известно, что угольная кислота действительно есть в газировке (или игристом вине) в крайне низкой концентрации. До настоящего времени неуловимое, хотя и известное всем и каждому, знакомому с начальным курсом химии соединение, упорно противостояло любым попыткам обнаружения в растворе или в газовой фазе. Тем не менее, ранее исследователям удалось получить угольную кислоту в твердом агрегатном состоянии. Также исследователи предполагают, что угольная кислота содержится в атмосфере Земли – в составе перистых облаков, или в космосе.

Исследователям из Австрии удалось продемонстрировать экспериментально, что угольная кислота может существовать в газовой фазе, а также и то, что она стабильна при температуре не выше –30°C. Исследователи получали твердую угольную кислоту при чрезвычайно низких температурах, после чего нагревали ее до –30°C. Испаряющиеся молекулы улавливали с помощью матрицы из аргона, после чего сразу же охлаждали. Такой подход позволял получать «замороженное» состояние молекулы угольной кислоты, находящейся в газовой фазе, которое исследователи смогли изучить с помощью ИК-спектроскопии.

Изучение зарегистрированных спектров позволило обнаружить, что в газовой фазе угольная кислота может существовать в двух формах. Исследователи смогли зарегистрировать два мономера, отличающихся друг от друга своей конформацией и димер, в котором две молекулы H₂CO₃ связаны друг с другом водородными связями (димерная структура подобного типа в газовой фазе реализуется для карбоновых кислот).

Полученные австрийскими учеными спектральные данные могут быть особенно интересны для астрономов, поскольку такая информация может облегчить определение молекул угольной кислоты в космосе, где, как предполагается, она может входить в состав кометных хвостов, а также в холодной разреженной атмосфере Марса.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.201004729

метки статьи: #аналитическая химия, #атмосферная химия, #космохимия, #неорганическая химия