Όξινο ανθρακικό ιόν

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Όξινο ανθρακικό ιόν
Σκελετικός τύπος διττανθρακικού με το ρητό προστιθέμενο υδρογόνο
Πρότυπο σφαιρών και ράβδων διττανθρακικού
Ονόματα
ΟνοματολογίαIUPAC
Υδρογονανθρακικό (Hydrogencarbonate)
ΣυστηματικήΟνοματολογίαIUPAC
Hydroxidodioxidocarbonate(1−)[1]
ΆλλαΟνόματα
  • Υδρογονανθρακικό (Hydrogen carbonate)[1]
  • Hydrocarbonate
Αναγνωριστικά
71-52-3 YesY
3DMet B00080
3903504
ChEBI CHEBI:17544 YesY
ChEMBL ChEMBL363707 YesY
ChemSpider 749
49249
Jmol 3Δ Πρότυπο Image
KEGG C00288 YesY
PubChem 769
UNII HN1ZRA3Q20
Ιδιότητες
HCO−
3
Μοριακή μάζα 61,0168 g mol−1
log P −0,82
Οξύτητα (pKa) 10,3
Βασικότητα (pKb) 7,7
ΣυζυγέςΟξύ Ανθρακικό οξύ
ΣυζυγήςΒάση Ανθρακικό ιόν
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).
Infobox references

Στην ανόργανη χημεία, διττανθρακικό (IUPAC-συνιστώμενη ονοματολογία: υδρογονανθρακικό (hydrogencarbonate)[2]) είναι μια ενδιάμεση μορφή στην αποπρωτονίωση του ανθρακικού οξέος. Είναι ένα πολυατομικό ανιόν με χημικό τύπο HCO−
3. Τα διττανθρακικά διαδραματίζουν κρίσιμο βιοχημικό ρόλο στο φυσιολογικό pH ρυθμιστικού συστήματος.[3] Ο όρος "διττανθρακικό" επινοήθηκε το 1814 από τον Άγγλο χημικό William Hyde Wollaston.[4][5] Το όνομα παραμένει ως εμπειρικό όνομα.

Χημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το διττανθρακικό ιόν (υδρογονανθρακικό ιόν) είναι ένα ανιόν με τον εμπειρικό τύπο HCO−
3 και μοριακή μάζα 61,01 ατομικές μονάδες μάζας. Αποτελείται από ένα κεντρικό άτομο άνθρακα που περιβάλλεται από τρία άτομα οξυγόνου σε μια επίπεδη τριγωνική διάταξη, με ένα άτομο υδρογόνου συνδεδεμένο σε ένα από τα οξυγόνα. Είναι ισοηλεκτρονικό με το νιτρικό οξύ HNO3. Το διττανθρακικό ιόν φέρει ένα αρνητικό τυπικό φορτίο και είναι ένα αμφιπρωτικό είδος, δηλαδή έχει τόσο όξινες όσο και βασικές ιδιότητες. Είναι και η συζυγής βάση του ανθρακικού οξέος H2CO3; και το συζυγές οξύ του CO2−
3, του ανθρακικού ιόντος, όπως φαίνεται από αυτές τις αντιδράσεις χημικής ισορροπίας:

CO2−
3 + 2 H2O είναι σε ισορροπία με HCO−
3 + H2O + OH− είναι σε ισορροπία με H2CO3 + 2 OH−
H2CO3 + 2 H2O είναι σε ισορροπία με HCO−
3 + H3O+ + H2O είναι σε ισορροπία με CO2−
3 + 2 H3O+.

Ένα διττανθρακικό άλας σχηματίζεται όταν ένα θετικά φορτισμένο ιόν προσκολλάται στα αρνητικά φορτισμένα άτομα οξυγόνου του ιόντος, σχηματίζοντας μια ιονική ένωση. Πολλά διττανθρακικά είναι διαλυτά σε νερό σε κανονικές συνθήκες. Συγκεκριμένα, το διττανθρακικό νάτριο συμβάλλει στα ολικά διαλυμένα στερεά, μια κοινή παράμετρος για την αξιολόγηση της ποιότητας του νερού.[6]

Φυσιολογικός ρόλος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το CO2 που παράγεται ως απόβλητο προϊόν της οξείδωσης των σακχάρων στα μιτοχόνδρια αντιδρά με το νερό σε μια αντίδραση που καταλύεται από ανθρακική ανυδράση (carbonic anhydrase) για να σχηματίσει H2CO3, το οποίο βρίσκεται σε ισορροπία με το κατιόν H+ και το ανιόν HCO3−. Στη συνέχεια μεταφέρεται στον πνεύμονα, όπου συμβαίνει η αντίστροφη αντίδραση και απελευθερώνεται αέριο CO2. Στο νεφρό (αριστερά), τα κύτταρα (πράσινα) που επενδύουν το εγγύς σωληνάριο διατηρούν διττανθρακικά μεταφέροντάς τα από το σπειραματικό διήθημα στον αυλό (κίτρινο) του νεφρώνα πίσω στο αίμα (κόκκινο). Η ακριβής στοιχειομετρία στο νεφρό παραλείπεται για λόγους απλότητας.

Το διττανθρακικό (HCO−
3) είναι ένα ζωτικό συστατικό του pH του ρυθμιστικού συστήματος[3] 70%–75% of CO2 του ανθρώπινου σώματος (διατήρηση 0ξεοβασικής ισορροπίας). Το 70%–75% του CO2 στο σώμα μετατρέπεται σε ανθρακικό οξύ (H2CO3), το οποίο είναι το συζυγές οξύ του HCO−
3 και μπορεί γρήγορα να μετατραπεί σε αυτό. Με το ανθρακικό οξύ ως κεντρικό ενδιάμεσο είδος, τα διττανθρακικά – σε συνδυασμό με νερό, ιόντα υδρογόνου και διοξείδιο του άνθρακα – σχηματίζουν αυτό το ρυθμιστικό σύστημα, το οποίο διατηρείται στην πτητική ισορροπία[3] απαιτείται για την παροχή άμεσης αντίστασης στις αλλαγές του pH τόσο στην όξινη όσο και στην βασική κατεύθυνση. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την προστασία των ιστών του κεντρικού νευρικού συστήματος, όπου οι αλλαγές του pH πολύ έξω από το φυσιολογικό εύρος προς οποιαδήποτε κατεύθυνση μπορεί να αποδειχθεί καταστροφικές (βλ. οξέωση ή αλκάλωση). Πρόσφατα έχει επίσης αποδειχθεί ότι ο κυτταρικός μεταβολισμός διττανθρακικών μπορεί να ρυθμιστεί με σηματοδότηση mTORC1.[7] Επιπλέον, τα διττανθρακικά διαδραματίζουν βασικό ρόλο στο πεπτικό σύστημα. Αυξάνει το εσωτερικό pH του στομάχου, αφού οι πολύ όξινοι πεπτικοί χυμοί έχουν ολοκληρώσει την πέψη της τροφής τους. Το διττανθρακικό δρα επίσης στη ρύθμιση του pH στο λεπτό έντερο. Απελευθερώνεται από το πάγκρεας ως απόκριση στην ορμόνη εκκριματίνη (secretin) για να εξουδετερώσει τον όξινο χυμό (chyme) που εισέρχεται στο δωδεκαδάκτυλο από το στομάχι.[8]

Διττανθρακικά στο περιβάλλον[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα διττανθρακικά είναι η κυρίαρχη μορφή του διαλυμένου ανόργανου άνθρακα στο θαλασσινό νερό,[9] και στα περισσότερα γλυκά νερά. Ως εκ τούτου, είναι μια σημαντική καταβόθρα στον κύκλο του άνθρακα. Ορισμένα φυτά όπως το Chara χρησιμοποιούν ανθρακικό και παράγουν ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) ως αποτέλεσμα του βιολογικού μεταβολισμού.[10] Στην οικολογία του γλυκού νερού, η ισχυρή φωτοσυνθετική δραστηριότητα από φυτά γλυκού νερού στο φως της ημέρας απελευθερώνει αέριο οξυγόνο στο νερό και ταυτόχρονα παράγει διττανθρακικά ιόντα. Αυτά μετατοπίζουν το pH προς τα πάνω έως ότου σε ορισμένες περιπτώσεις ο βαθμός αλκαλικότητας μπορεί να γίνει τοξικός για ορισμένους οργανισμούς ή μπορεί να κάνει άλλα χημικά συστατικά όπως η αμμωνία τοξικά. Στο σκοτάδι, όταν δεν συμβαίνει φωτοσύνθεση, οι διαδικασίες αναπνοής απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα και δεν παράγονται νέα διττανθρακικά ιόντα, με αποτέλεσμα τη γρήγορη πτώση του pH. Η ροή διττανθρακικών ιόντων από πετρώματα που διαβρώνονται από το ανθρακικό οξύ στο νερό της βροχής είναι ένα σημαντικό μέρος του κύκλου του άνθρακα.

Άλλες χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πιο κοινό άλας του διττανθρακικού ιόντος είναι το όξινο ανθρακικό νάτριο, το NaHCO3, το οποίο είναι κοινώς γνωστό ως μαγειρική σόδα. Όταν θερμαίνεται ή εκτίθεται σε ένα οξύ όπως το οξικό οξύ (ξύδι), το διττανθρακικό νάτριο απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό χρησιμοποιείται ως διογκωτικός παράγοντας (leavening agent) στο ψήσιμο. Το διττανθρακικό αμμώνιο χρησιμοποιείται στην παρασκευή μπισκότου πέψης (digestive biscuit).

Διαγνωστικά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στη διαγνωστική ιατρική, η τιμή του αίματος των διττανθρακικών είναι ένας από τους πολλούς δείκτες της κατάστασης της οξεοβασικής ισορροπίας στο σώμα. Μετριέται, μαζί με τα χλωρίδια, κάλιο και νάτριο, για την αξιολόγηση των επιπέδων ηλεκτρολυτών σε μια δοκιμή ηλεκτρολυτικού πίνακα (ο οποίος έχει Τρέχουσα Διαδικαστική Ορολογία , (Current Procedural Terminology, CPT) κωδικός 80051). Η παράμετρος κανονική συγκέντρωση διττανθρακικών (standard bicarbonate concentration, SBCe) είναι η συγκέντρωση διττανθρακικών στο αίμα σε μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα στο αρτηριακό αίμα PaCO2 40 mmHg (5,33 kPa), πλήρης κορεσμός οξυγόνου και 36 °C.[11]

Εύρος αναφοράς για εξετάσεις αίματος, συγκρίνοντας την περιεκτικότητα του αίματος σε διττανθρακικά (εμφανίζεται με γαλάζια στα δεξιά) με άλλα συστατικά.

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. ↑ 1,0 1,1 «hydrogencarbonate (CHEBI:17544)». Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Institute of Bioinformatics. IUPAC Names. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 7 Ιουνίου 2015. 
  2. ↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005, IUPAC, σελ. 137, https://iupac.org/wp-content/uploads/2016/07/Red_Book_2005.pdf 
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 «Clinical correlates of pH levels: bicarbonate as a buffer». Biology.arizona.edu. Οκτωβρίου 2006. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 31 Μαΐου 2015. 
  4. ↑ William Hyde Wollaston (1814) "A synoptic scale of chemical equivalents", Philosophical Transactions of the Royal Society, 104: 1-22. On page 11, Wollaston coins the term "bicarbonate": "The next question that occurs relates to the composition of this crystallized carbonate of potash, which I am induced to call bi-carbonate of potash, for the purpose of marking more decidedly the distinction between this salt and that which is commonly called a subcarbonate, and in order to refer at once to the double dose of carbonic acid contained in it."
  5. ↑ «Baking Soda». Newton – Ask a Scientist. Argonne National Laboratory. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 26 Φεβρουαρίου 2015. Ανακτήθηκε στις 2 Μαΐου 2018. 
  6. ↑ Geor, Raymond J.· Coenen, Manfred· Harris, Pat (31 Ιανουαρίου 2013). Equine Applied and Clinical Nutrition: Health, Welfare and Performance (στα Αγγλικά). Elsevier Health Sciences. σελ. 90. ISBN 978-0-7020-5418-1. The most common indicator of water quality is the concentration of total dissolved solids (TDS) 
  7. ↑ «The mTORC1-SLC4A7 axis stimulates bicarbonate import to enhance de novo nucleotide synthesis». Molecular Cell 82 (1): 3284–3298.e7. June 2022. doi:10.1016/j.molcel.2022.06.008. PMID 35772404. 
  8. ↑ Berne & Levy, Principles of Physiology
  9. ↑ «The chemistry of ocean acidification : OCB-OA». www.whoi.edu (στα Αγγλικά). Woods Hole Oceanographic Institution. 24 Σεπτεμβρίου 2012. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 19 Μαΐου 2017. Ανακτήθηκε στις 17 Μαΐου 2017. 
  10. ↑ Pełechaty, Mariusz; Pukacz, Andrzej; Apolinarska, Karina; Pełechata, Aleksandra; Siepak, Marcin (June 2013). Porta, Giovanna Della, επιμ. «The significance of Chara vegetation in the precipitation of lacustrine calcium carbonate» (στα αγγλικά). Sedimentology 60 (4): 1017–1035. doi:10.1111/sed.12020. Bibcode: 2013Sedim..60.1017P. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/sed.12020. 
  11. ↑ Acid Base Balance (page 3) Αρχειοθετήθηκε 2002-06-13 στο Wayback Machine.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Όξινο_ανθρακικό_ιόν&oldid=10562152"