L’ acido carbonico è un ossiacido diprotico avente formula H2CO3 in cui il carbonio ha numero di ossidazione +4
Si forma in piccole quantità quando il biossido di carbonio contenuto nell’atmosfera si solubilizza in acqua secondo la legge di Henry:
Il primo equilibrio è:
CO2(g) ⇄ CO2(aq)
Si ha che
[CO2(aq)]/ p CO2(g) = 1 / KH essendo KH la costante di Henry che a 25 °C vale 29.76 atm L/mol
Il secondo equilibrio coinvolge la reazione tra il biossido di carbonio presente in soluzione e l’acqua con formazione dell’acido carbonico:
CO2(aq) + H2O(l) ⇄ H2CO3(aq)
Questo equilibrio è regolato da una costante detta di idratazione che, in acqua vale
Kh = [H2CO3]/[ CO2]= 1.70∙10−3 a 25 °C
mentre in acqua di mare vale circa 1.2 ∙ 10-3.
Quindi la maggior parte del biossido di carbonio non diviene acido carbonico ma rimane come tale e, in assenza di catalizzatori, la reazione decorre lentamente
Equilibri di dissociazione
L’acido carbonico è soggetto a due equilibri di dissociazione:
H2CO3(aq) + H2O(l) ⇄ HCO3– (aq) + H3O+(aq)
Ka1 = 2.5∙10−4 = [HCO3–][H3O+]/[ H2CO3] a 25 °C
Bisogna tuttavia tenere presente che poiché in soluzione acquosa si trova in equilibrio con il biossido di carbonio la concentrazione di H2CO3 è molto minore rispetto alla concentrazione di CO2.
Il secondo equilibrio dello ione idrogenocarbonato a carbonato è:
HCO3– (aq) + H2O(l) ⇄ CO32- (aq) + H3O+(aq)
Ka2 = 4.69∙10−11 = [CO32-][ H3O+]/[ HCO3–] a 25 °C
In un sistema aperto il biossido di carbonio presente in soluzione è in equilibrio con quello contenuto nell’aria quindi a una determinata temperatura la composizione della soluzione è determinata dalla pressione parziale di CO2 che si trova a contatto con la soluzione.
Soluzioni tampone biologiche
Le soluzioni tampone biologiche aiutano a mantenere il corpo ad un pH corretto in modo che i processi biochimici possano avvenire in modo ottimale.
Le reazioni biochimiche sono particolarmente sensibili al pH infatti le molecole biologiche contengono gruppi di atomi che possono caricarsi o essere neutri in funzione del pH e ciò ha effetto sull’attività biologica della molecola.
Tra le soluzioni tampone biologiche vi è il tampone acido carbonico/ idrogeno carbonato in cui H2CO3 funge da donatore di ioni H+ (acido di Brønsted e Lowry) mentre HCO3– funge da accettore di ioni H+ (base di Brønsted e Lowry)
Usi
L’acido carbonico è ampiamente utilizzato nella produzione di bevande analcoliche, vini gassati artificialmente e altre bevande frizzanti. I sali dell’acido carbonico sono chiamati bicarbonati o carbonati acidi e carbonati.