Kwas węglowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Kwas węglowy
Niepodpisana grafika związku chemicznego; prawdopodobnie struktura chemiczna bądź trójwymiarowy model cząsteczki Niepodpisana grafika związku chemicznego; prawdopodobnie struktura chemiczna bądź trójwymiarowy model cząsteczki
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny H2CO3
Inne wzory CO(OH)2; H2O·CO2
Masa molowa 62,02 g/mol
Identyfikacja
Numer CAS 463-79-6
PubChem 767[1]
Podobne związki
Pochodne sole, np. wodorowęglan sodu, węglan sodu, węglan wapnia
estry, np. węglan dimetylu
inne: kwas karbaminowy, mocznik, fosgen
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Kwas węglowy, H2CO3nieorganiczny związek chemiczny, słaby i nietrwały kwas tlenowy powstający w reakcji dwutlenku węgla z wodą. Z metalami tworzy trwałe sole – wodorowęglany i węglany.

Otrzymywanie[edytuj]

Kwas węglowy otrzymać można rozpuszczając dwutlenek węgla w wodzie[2]:

H2O + CO2 ⇌ H+ + HCO3

W praktyce jednak rozpuszczenie nawet znacznej ilości dwutlenku węgla w wodzie prowadzi do otrzymania niewielkiego stężenia tego kwasu ze względu na to, że równowaga powyższej reakcji jest silnie przesunięta w stronę substratów. Właśnie to zjawisko jest odpowiedzialne za lekko kwaśny smak tzw. wody gazowanej. Zależnie od temperatury, ciśnienia i ilości wtłoczonego dwutlenku węgla pH wody gazowanej może zawierać się w zakresie 2 do 6[3]. Typowe pH wody gazowanej przeznaczonej do spożycia i opartych na niej napojów zawiera się w zakresie od 3 do 4[4].

Wodę nasyconą CO2 można uzyskać także poprzez rozkład wodorowęglanu sodu w zakwaszonej wodzie. Wykorzystuje się to do produkcji napojów musujących w proszku.

Właściwości[edytuj]

Kwas ten w roztworach wodnych jest związkiem bardzo nietrwałym, szybko ulega rozkładowi nawet po niewielkim ogrzaniu; w efekcie nie można otrzymać stężonego roztworu tego kwasu. Możliwe jest jednak otrzymanie czystego, stabilnego (teoretyczny okres połowicznego rozpadu to 180 tysięcy lat) kwasu węglowego w stanie stałym i gazowym – kluczowa jest nieobecność ciekłej wody, której pojedyncza cząsteczka przyspiesza rozkład cząsteczki kwasu nawet miliard razy. Wodne roztwory kwasu węglowego stają się stabilne przy ciśnieniu >2,4 GPa (ok. 24 tys. atm) i temperaturze >97 °C[5][6]. Rozważa się też możliwość występowania cząsteczek H
2
CO
3
w przestrzeni kosmicznej, m.in. w ogonach komet i w czapach polarnych na biegunach Marsa[7][8].

Oranż metylowy w roztworze H2CO3 zmienia barwę na czerwoną.

Dysocjacja[edytuj]

W roztworach dysocjuje dwustopniowo – może stracić jeden lub dwa protony. Po stracie jednego protonu powstaje jon wodorowęglanowy (HCO
3
), po stracie dwóch – jon węglanowy (CO2−
3
):

  • H2CO3HCO3 + H+ (pKa1 = 6,35)
  • HCO3CO2−3 + H+ (pKa2 = 10,33)

Podana powyżej wartość pierwszej stałej dysocjacji liczona jest względem sumy stężeń CO2 oraz H2CO3 w roztworze. Wartość liczona względem samej formy kwasowej H2CO3 wynosi pKa1 = 3,76.


Przypisy[edytuj]

  1. Kwas węglowy – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  2. Podręczny słownik chemiczny. Romuald Hassa, Janusz Mrzigod, Janusz Nowakowski (redaktorzy). Wyd. I. Katowice: Videograf II, 2004, s. 216. ISBN 8371832400.
  3. Carbon Dioxide in Water Equilibrium, Page 1.
  4. James Monroe Jay, Martin J. Loessner, David Allen Golden: Modern food microbiology. Springer, 2005, s. 210. ISBN 0387231803.
  5. Carbonic acid is stabilized by high pressure and high temperature. Max-Planck-Institut für Chemie, 2016-02-02. [dostęp 2016-09-11].
  6. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać Wang, Hongbo, Zeuschner, Janek, Eremets, Mikhail, Troyan, Ivan i inni. Stable solid and aqueous H2CO3 from CO2 and H2O at high pressure and high temperature. „Scientific Reports”. 6, s. 19902, 2016. DOI: 10.1038/srep19902. 
  7. T. Loerting i in.: On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid (ang.). 03.03.2000 r.. [dostęp 2011-04-27].
  8. J.Bernard i in.: Gas-phase Carbonic Acid Isolated (ang.). 11.01.2011 r.. [dostęp 2011-04-27].