Publikacje

Czy istnieje kwas węglowy?

Oczywiście tak! Woda sodowa jest kwaśna. Istnieje równowaga pomiędzy cząsteczkami zdysocjowanymi a wolnym kwasem

H₂CO₃ --> HCO₃^- + H⁺

Wolnym? Przecież rozpuszczone w wodzie cząsteczki są hydratowane tzn. do każdej cząsteczki kwasu węglowego poprzyczepiane są liczne cząsteczki wody. Czy to jest takie istnienie, o jakie nam chodzi? Oczywiście nie!

Kwas węglowy

Zadajmy więc pytanie porządnie. Czy istnieje wolna (w fazie gazowej) molekuła kwasu węglowego o rozkładzie atomów podobnym do tego z rysunku? Albo czy może istneć czysty, krystaliczny kwas węglowy? Teoretycy twierdzą, że cząsteczki H₂CO₃ powinny istnieć. Obliczone ciepło aktywacji ich rozkładu w fazie gazowej (na H₂O i CO₂) wynosi ok. 220 kJ/mol, co wystarcza do tego, by raz powstała molekuła nie rozpadła się zbyt szybko.

Kto nie wierzy teoretykom, może uwierzy spektroskopii masowej. W spektorskopii masowej cząsteczki są jonizowane i tak "zakręcone" (w polu elektrycznym i magnetycznym), zę upadają w detektorze spektrometru masowego w miejscach dokładnie związanych z ich ładunkiem oraz masą. W 1987r stwierdzono metodą spektrometrii masowej obecność jonu H₂CO₃⁺. Ale skąd wiadomo, że ten jon to jon kwasu węglowego a nie jednego z trwałych kompleksów międzymolekularnych o takiej samej masie, które symbolicznie należałoby zapisać jako H₂O^+...CO₂ lub H₂O^...CO₂⁺. Widmo masowe na to pytanie nie odpowie.

A od czego są inne spektroskopie? Taka np. spektroskopia w podczerwieni. Cząsteczki pochłaniają wybiórczo odpowiednie długości fali promieniowania podczerwonego, co pozwala chemikowi wnioskować o rodzajach wiązań, symetrii tych cząsteczek i np. o tworzeniu przez nie wiązań wodorowych z innymi cząsteczkami. Otóż w lutym b.r. doniesiono o przypadkowym wykryciu metodą spektrometrii w podczerwieni molekuł H₂CO₃.

Połączenie międzymolekularne woda-dwutlenek węgla

Zmieszano lód z suchym lodem, stałe H₂O ze stałym CO₂ (Czy taki suchy lód jest jeszcze suchy?) Otrzymane warstwy o grubości 0,004mm po ochłodzeniu do temperatury 20K poddano napromieniowaniu wiązką protonów przyspieszonych w akceleratorze do energii 700 keV. Zamierzano zweryfikować ważną dla kosmochemii hipotezę, że w takich warunkach powstaje formaldehyd H₂C=O, zidentyfikowany np. w komecie Halleya. Tymczasem otrzymane widmo nie było widmem formaldehydu.

W celu rozwikłania zagadki zastosowano różne chwyty, specyficzne dla tej metody spektroskopii. Napromienoiwywano m.in. mieszaninę "ciężkiego" (deuterowanego) lodu z suchym lodem (D₂O i CO₂) oraz zwykły lód z "cięż~kim" suchym lod (stałe H₂O i ¹³CO₂). Stwierdzono, że obserwowane jest najprawdopodobniej widmo cząsteczek H₂CO₃, powiązanych ze sobą wiązaniami wodorowymi. Natomiast, badając zmiany widm w trakcie ogrzewania, wykazano, że w temperaturze - 20oC możn przez kilkadziesiąt minut utrzymać warstwy składające się prawdopodobnie z zestalonego kwasu węglowego. Recenzent szanowanego pisma spektroskopistów Spectrochimica Acta nadal powątpiewał, sugerując, że może badacze obserwują mieszaninę ozonu i wody utlenionej autorzy jednak dzielnie odparli ataki niedowiarka. I ja im wierzę.

Jan Cz. Dobrowolski (Instytut Chemii Przemysłowej, Warszawa)

Literatura: M.H.Moore, R.K.Kahanna, Spectrochimica Acta, 1991, 47A, str. 255-262)

KCh 3/91