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.

Kwas węglowy

Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) podst. dihydroksymetananon addyt. dihydroksydooksydowęgiel wodor. diwodoro(trioksydowęglanan) Inne nazwy i oznaczenia półsyst. kwas węglowy
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
SMILES C(=O)(O)O
Właściwości Rozpuszczalność w wodzie występuje jedynie w rozcieńczonych roztworach wodnych[1] Kwasowość (pKa) pKa1 6,35 pKa2 10,33[1][2]
Niebezpieczeństwa Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Wiarygodne źródła oznakowania tej substancji według kryteriów GHS są niedostępne.
Podobne związki
Pochodne	sole, np. wodorowęglan sodu, węglan sodu, węglan wapnia estry, np. węglan dimetylu inne: kwas węglawy, kwas karbaminowy, mocznik, fosgen
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Otrzymywanie

Kwas 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

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^[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

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)^[1][2]:

H
2CO
3 ⇌ HCO−
3 + H+
(pK_a1 = 6,35)

HCO−
3 ⇌ CO2−
3 + H+
(pK_a2 = 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 pK_a1 = 3,62^[2].

Uwagi

1. Symbol związku w nawiasie kwadratowym oznacza jego stężenie molowe.