Resposta
Um ácido carbônico protonado (cátion tri-hidroximetil) $ \ ce {H3CO3 +} $ existe e é de fato incrivelmente estável nas soluções de superácidos [ 1 ] até $ \ pu {0 ° C}. $ Uma maneira de obter $ \ ce {H3CO3 +} $ é dissolvendo carbonatos inorgânicos e hidrogenocarbonatos em ácido mágico em $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- ou HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
Quanto à estrutura, o $ C_ \ mathrm {3h} $ -molécula simétrica (forma de triskelion, estrutura 7 abaixo) foi considerado o mínimo global [ 2 ] (números de referência atualizados):
Também realizamos cálculos ab initio e IGLO […] em bicarbonato, bem como em ácidos carbônicos livres e mono- e diprotonados para racionalizar os resultados experimentais observados. Inicialmente, as geometrias possíveis foram otimizadas no nível HF / 6-31G *. Os isômeros mais estáveis foram subsequentemente determinados a partir de energias relativas no nível MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. Finalmente, as estruturas de menor energia foram otimizadas no nível MP2 / 6-31G *. Estruturas otimizadas MP2 / 6-31G * foram usadas para calcular $ \ ce {^ {13} C} $ deslocamentos químicos de NMR.
[… ]
Ácido carbônico protonado . A estrutura simétrica $ C_ \ mathrm {3h} $ 7 foi considerado o mínimo global. Esta estrutura foi sugerida para as espécies observadas em solução de superácido por Olah et al. [ 1 ] com base em $ \ ce {^ 1H} $ e $ \ ce {^ {13} C} $ espectroscopia de RMN. O íon em $ \ pu {-80 ° C} $ mostra picos agudos simples em $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12,05 $ e $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165,4 $ no próton e $ \ ce {^ {13} C} $ espectros de NMR, respectivamente.
A protonação do ácido carbônico no átomo de oxigênio hidroxila ( 8 ) mostrou-se desfavorável por $ \ pu {23,4 kcal / mol} $ sobre protonação no oxigênio carbonil ( 7 ). O cálculo da frequência no nível HF / 6-31G * // HF / 6-31G * mostrou que a estrutura 8 não é no mínimo, pois contém duas frequências imaginárias.
$ \ ce {H3CO3 +} $ compartilha semelhanças estruturais com seu análogo triaza, o íon guanidínio, já que ambos possuem estabilização de ressonância por meio de suas formas ônio [3, p. 60].
Referências
- Olah, G. A .; White, A. M. Stable Carbonium Ions. LXIV. Ácido carbônico protonado (íon triidroxicarbônio) e alquil (aril) carbonatos protonados e carbonatos de hidrogênio e sua clivagem em ácido carbônico protonado e íons de carbono. O possível papel do ácido carbônico protonado em processos de carboxilação biológica. J. Sou. Chem. Soc. 1968 , 90 (7), 1884–1889. https://doi.org/10.1021/ja01009a036 .
- Rasul, G .; Reddy, V. P .; Zdunek, L. Z .; Prakash, G. K. S .; Olah, G. A. Chemistry in Superacids. 12. Ácido carbônico e sua mono e diprotonação: NMR, Ab Initio e IGLO Investigation. J. Sou. Chem. Soc. 1993 , 115 (6), 2236–2238. https://doi.org/10.1021/ja00059a020 .
- Dewar, MJS, Hafner, K., Heilbronner, E., Itô, S., Lehn, J.-M., Niedenzu, K., Rees, CW, Schäfer, K., Wittig, G., Boschke, F. L., Series Eds .; Tópicos em Química Atual ; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Comentários
- Acho que o OP estava procurando por H3CO3, sem qualquer cobrança formal, enquanto você falava sobre H3CO3 +. Ainda votado para uma grande informação embora
- @YusufHasan True, isso é um exagero, mas a pergunta meio que implica um cátion, caso contrário, está realmente envolvendo um ' s está pensando na justificativa para a existência de uma molécula neutra como esta.
- @andselisk foi uma resposta incrível e me deu novos insights sobre a química inorgânica
- “39b00924a1″>
para pesquisar, então ' estou apenas comentando isto: o nível de teoria HF / 6-31G * // HF / 6-31G * não ' não faz muito sentido; isso se traduziria em um cálculo de ponto único no mesmo nível de teoria da otimização da estrutura. Deve haver uma diferença entre a primeira e a última parte, que pode ser interessante saber. Por outro lado, esse nível não é o mais confiável para começar …
Resposta
$ \ ce {H3CO3} $ não existe. Por que deveria existir? De onde vem essa fórmula? Claro que você tem permissão para escrever qualquer fórmula que quiser. Não é proibido escrever $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ ou qualquer outra combinação de átomos C, H e O que você possa imaginar. Apenas por diversão ! Mas a natureza ignora sua fantasia. Ninguém jamais foi capaz de fazer essas substâncias. Portanto, essas substâncias não existem.
A segunda parte da sua pergunta pode ser explicada pelo fato de que $ \ ce {H2CO3} $ é extremamente instável e é sempre amplamente decomposto em $ \ ce {CO2} $ e $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ existe apenas em solução muito diluída em água e em equilíbrio com $ \ ce {CO2} $ e $ \ ce {H2O} $ . Se você tentar fazer uma reação com o grupo carbonil de $ \ ce {H2CO3} $ , ele será decomposto antes de qualquer outra reação. A única exceção é sua reação com o íon OH. Mas ambos $ \ ce {H2CO3} $ e $ \ ce {CO2} $ podem reagir com NaOH, produzindo o mesmo $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ íon. Portanto, você não pode ter certeza sobre a natureza da molécula que reage com o NaOH. Pode ser $ \ ce {H2CO3} $ ou $ \ ce {CO2} $ .
Comentários
- Sempre me ensinaram que $ \ ce {H2CO3} $ é muito estável, mas não em solventes próticos.
- Seu a resposta começa com a afirmação $ \ ce {H2CO3} $ não existe. O segundo parágrafo afirma que ele existe. Seria melhor afirmar que a maioria de $ \ ce {CO2} $ na água está dissolvida (fisicamente), e uma pequena parte apenas constitui $ \ ce {H2CO3} $. E para esta pequena porção de « true » $ \ ce {H2CO3} $, acho que a acidez experimentada na água é baixa, sim do que minúsculo para ser insignificante e insignificante.