Kwas węglowy
Kwas węglowy, H
2CO
3 – nieorganiczny związek chemiczny, słaby i nietrwały kwas tlenowy powstający w reakcji dwutlenku węgla z wodą. Z metalami tworzy trwałe sole – wodorowęglany i węglany.
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||||||||
| Wzór sumaryczny |
H2CO3 | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Inne wzory |
CO(OH)2; H2O·CO2 | ||||||||||||||||
| Masa molowa |
62,02 g/mol | ||||||||||||||||
| Identyfikacja | |||||||||||||||||
| Numer CAS | |||||||||||||||||
| PubChem | |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||||||||
| Pochodne |
sole, np. wodorowęglan sodu, węglan sodu, węglan wapnia | ||||||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) | |||||||||||||||||
Otrzymywanie
edytujKwas węglowy powstaje podczas rozpuszczania dwutlenku węgla w wodzie[2][3]:
- H
2O + CO
2 ⇌ H
2CO
3
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: [CO
2]/[H
2CO
3] ≈ 600[2][a]. 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[4]. Typowe pH wody gazowanej przeznaczonej do spożycia i opartych na niej napojów zawiera się w zakresie od 3 do 4[5].
Wodę nasyconą CO2 można uzyskać także poprzez rozkład wodorowęglanu sodu w zakwaszonej wodzie. Wykorzystuje się to do produkcji napojów musujących w proszku.
Właściwości
edytujKwas 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[6][7]. Rozważa się też możliwość występowania cząsteczek H
2CO
3 w przestrzeni kosmicznej, m.in. w ogonach komet i w czapach polarnych na biegunach Marsa[8][9].
Oranż metylowy w roztworze H2CO3 zmienia barwę na czerwoną.
Dysocjacja
edytujW 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)[1][2]:
- H
2CO
3 ⇌ HCO−
3 + H+
(pKa1 = 6,35) - HCO−
3 ⇌ CO2−
3 + H+
(pKa2 = 10,33)
Podana powyżej wartość pierwszej stałej dysocjacji liczona jest względem sumy stężeń CO
2 oraz H
2CO
3 w roztworze. Wartość liczona względem samej formy kwasowej H
2CO
3 wynosi pKa1 = 3,62[2].
Uwagi
edytuj- ↑ Symbol związku w nawiasie kwadratowym oznacza jego stężenie molowe.
Przypisy
edytuj- ↑ a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 3-92, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).
- ↑ a b c d e Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 310, ISBN 0-7506-3365-4 (ang.).
- ↑ Podręczny słownik chemiczny, Romuald Hassa (red.), Janusz Mrzigod (red.), Janusz Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 216, ISBN 83-7183-240-0.
- ↑ Carbon Dioxide in Water Equilibrium, Page 1. [dostęp 2010-07-23].
- ↑ James Monroe Jay, Martin J. Loessner, David Allen Golden: Modern food microbiology. Springer, 2005, s. 210. ISBN 0-387-23180-3.
- ↑ Carbonic acid is stabilized by high pressure and high temperature. Max-Planck-Institut für Chemie, 2016-02-02. [dostęp 2016-09-11].
- ↑ Hongbo Wang i inni, Stable solid and aqueous H2CO3 from CO2 and H2O at high pressure and high temperature, „Scientific Reports”, 6 (1), 2016, s. 19902, DOI: 10.1038/srep19902, PMID: 26813580, PMCID: PMC4728613 (ang.).
- ↑ Thomas Loerting i inni, On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid, „Angewandte Chemie International Edition”, 39 (5), 2000, DOI: 10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E [dostęp 2011-04-27] [zarchiwizowane z adresu 2016-08-07] (ang.).
- ↑ J.Bernard i in: Gas-phase Carbonic Acid Isolated. 11.01.2011 r. [dostęp 2011-04-27]. (ang.).