Wahre und zusammengesetzte Kohlensäure
Zum Kohlensäure-System gehören mehrere Komponenten:
| • CO2 in der Gasphase: | CO2(g) |
| • gelöstes CO2: | CO2(aq) |
| • “wahre” bzw. reine Kohlensäure: | H2CO3 |
| • Hydrogencarbonat bzw. Bicarbonat: | HCO3- |
| • Carbonat: | CO3-2 |
Unser Augenmerk gilt den zwei ungeladenen, im Wasser gelösten Spezies: CO2(aq) und H2CO3. Von diesen zwei Spezies liegt fast alles als CO2(aq) vor. Genauer gesagt, weniger als 0.3 % des gelösten CO2 ist “wahres” H2CO3. Da es zudem schwierig ist, beide Spezies labortechnisch voneinander zu unterscheiden, fasst man beide Größen zu einer Komponente zusammen und nennt sie
| (1) | zusammengesetzte Kohlensäure: H2CO3* = CO2(aq) + H2CO3 |
Es ist die zusammengesetzte Kohlensäure H2CO3* (und nicht die wahre Kohlensäure), die man im Alltag als Kohlensäure bezeichnet. Dabei ist die wahre Kohlensäure fast 500 mal stärker, wie man den Säurekonstanten entnimmt (je kleiner pKS, desto stärker die Säure):
| Kohlensäure | Reaktionsgleichung | log K | pKS | |
| (2) | wahre | H2CO3 = H+ + HCO3- | -3.7 | 3.7 |
| (3) | zusammengesetzte | H2CO3* = H+ + HCO3- | -6.35 | 6.35 |
Die reine Kohlensäure H2CO3 kann – für einen längeren Zeitraum zumindest – weder synthetisiert noch isoliert werden. Dazu ist sie zu instabil und dissoziiert, als eine relativ starke Säure, schnell.
In aqion wird die zusammengesetzte Kohlensäure H2CO3* schlicht und einfach mit CO2 abgekürzt. Genau unter dieser Bezeichnung findet man sie auch in der thermodynamischen Datenbank wateq4f. Diese Größe ist nicht zu verwechseln mit CO2(aq) oder CO2(g).
Mit Einführung der zusammengesetzten Kohlensäure reduziert sich die Zahl der oben angegebenen System-Komponenten von 5 auf 4:
| • CO2 in der Gasphase: | CO2(g) (wird als Partialdruck PCO2 vorgegeben) |
| • zusammengesetzte Kohlensäure: | H2CO3* (Kurzform: CO2) |
| • Hydrogencarbonat (Bicarbonat): | HCO3- |
| • Carbonat: | CO3-2 |
Die letzten drei Komponenten bilden als Summe den DIC. Je nachdem, ob wir CO2(g) in die Rechnungen einbeziehen, sprechen wir vom offenen oder geschlossenen System.
Reaktionskinetik. Die Gleichgewichtskonstanten für die wahre und für die zusammengesetzte Kohlensäure lassen sich direkt aus den Reaktionsraten der Kohlensäure-Kinetik herleiten (siehe auch hier).