Kohlensüür

Strukturformel
Allgemeen
Naam	Kohlensüür
Annere Naams	Kohlenstoffsüür, Hydroximigeemsüür, Dihydrogencarbonat, Hydroximethansüür
Summenformel	H2CO3
CAS-Tall	463-79-6
Kortbeschrieven	kummt blots lööst vör
Egenschoppen
Molar Masse	63,03 g·mol–1
Phaas	kummt blots lööst vör
Dicht	—
Smöltpunkt	—
Kaakpunkt	—
pKS-Weert	3,30 10,25
Löslichkeit	goot in Water
Sekerheitshenwiesen
Gefahrstoffkennteken
Gefahrenteken keen Gefahrenteken
R- un S-Sätz	R: –
	S: –
Wietere Sekerheitshenwiesen
MAK	Weert fehlt
Ümweltegenschoppen
WGK	schaadt den Water nix
Sowiet mööglich un tyypsch, warrt dat SI-Eenheitensystem bruukt. Wenn nich anners anmarkt, gellt de angeven Daten bi Standardbedingen.

De Kohlensüür (H₂CO₃) is en tweeprotonige Süür. Se kummt tostann, wenn dat Süüranhydrid Kohlenstoffdioxid (CO₂) mit Water reageert. Ehr Solten warrt as Carbonaten oder as Hydrogencarbonarten betekent, man ok ehr Esters warrt Carbonaten nöömt. Technisch bedüden sünd de Polyesters, de as Polycarbonaten betekent warrt.

Dat Gas CO₂ löst sik in’n Vergliek to O₂ un N₂ teemlich goot in Water un reageert to en lütten Deel dormit to Kohlensüür. In de Ümgangsspraak warrt faken dat Gas CO₂ as Kohlensüür betekent, wat an sik nich ganz richtig is. Tyypscherwies warrt in de Chemie dat löste CO₂ mit de egentlichen Süür H₂CO₃ as „free Kohlensüür“ tosamenfaat. Se speelt in’n Süür-Basen-Huusholt in grode Rull – in Water jüst so as ok in’t Blood un annere Lieffletigkeiten.

Dissoziatschoonsgliekgewicht

Dat löste Kohlendioxid in en waterige Lösen steiht in en Gliekgewicht mit de Kohlensüür:

$\mathrm {\ CO_{2}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ H_{2}CO_{3}}$ (1)

Formal stellt de Kohlensüür en Verstöten gegen de Erlenmeyer-Regel dor. De Waag liggt dorüm teemlich wiet op de Siet vun’t Anhydrid. De Andeel vun’t Süürmolekül liggt in waterige Lösen blots bi ruchweg 0,2 %, wat aver matig vun de Temperatur afhangt. In Organismen warrt de Reakschoon dör dat Enzym Carboanhydrase gau maakt. Vun wegen dat de Kohlensüür en tweeprotonige Süür is, gifft se ehr Protonen in twee Dissoziatschoonsstopen an dat Water oder annere Basen af:

$\mathrm {\ H_{2}CO_{3}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ HCO_{3}^{-}+H_{3}O^{+}}$ (2)

De pH-Weert vun de eersten Süürkonstanten liggt (afhangig vun de Temperatur) an sik bi ruchweg 3,88 un is vergliekbor hooch as bi de Etigsüür oder de Zitronensüür. De Andeel vun de Kohlensüür is aver na Glieken (1) swor to bestimmen, so dat de Reakschonen (1) un (2) to Glieken (3) tosamenfaat warrt:

$\mathrm {\ CO_{2}+2H_{2}O\ \rightleftharpoons \ H_{3}O^{+}+HCO_{3}^{-}}$ (3)

wo sik de (meist jümmer angeven) Weert vun üm un bi 6,5 för den pK_S-Weert bi instellen deit. Dat Reakschoonsprodukt is dat Hydrogencarbonat-Ion HCO₃⁻.

$\mathrm {\ HCO_{3}^{-}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ CO_{3}^{2-}+H_{3}O^{+}}$ (4)

De pK_S-Weert för de tweete Süürkonstant liggt bi 10,5. Bi de Reakschoon kummt dat Carbonat-Ion CO₃²⁻ rut.

För de Summ ut dat löste Kohlenstoffdioxid un de Kohlensüür is de Utdruck „fre’e Kohlensüür“ begäng. Se steiht gegenöver vun de Summ ut Carbonat un Hydrogencarbonat, wat de „bunnen Kohlensüür“ is.

De Konzentratschoon vun de dree (an sik veer) Kohlensüür-Spezies, also vun de „fre’en Kohlensüür“, vun’t Hydrogencarbonat un’t Carbonat as ok vun de Oxoniumionen staht över dat Massenwirkgesett mitenanner in Tosamenhang. De Konzentratschoon vun de Oxoniumionen warrt dör den pH-Weert utdrückt. Bi en angeven pH-Weert is de Mengdenproportschoon vun de Spezies fastleggt:

Bi pH 4 liggt mehr as 99 % as „fre’e Kohlensüür“ vör. Bi en pH-Weert vun 6,5, wat gliek is to’n pK_S-Weert vun de eersten Süürkonstant, leegt gliek veel vun de „fre’en Kohlensüür“ un vun’t Hydrogencarbonat vör. De Andeel vun’t Carbonat liggt noch wiet ünner een Prozent. Bi üm un bi pH 8,3 liggt de gröttste Andeel an Hydrogencarbonat vör mit ruchweg 98 %. Carbonat un „fre’e Kohlensüür“ hebbt üm un bi 1 %. Is de pH-Weert gliek to’n pK_s-Weert vun de tweeten Süürkonstant vun 10,5, leegt glieke Andelen vun’t Hydrogencarbonat un Carbonat vör un dorto en unbedüden Andeel vun de „fre’en Kohlensüür“. Bi pH 12,5 hett dat Carbonat en Andeel vun 99 %, Hydrogencarbonat noch knapp 1 % un de „fre’e Kohlensüür“ gifft dat blots noch in Sporen.

Reine Kohlensüür

Kohlensüür as reinen Stoff to winnen, is in’t Labor al ümsett worrn. Dat is aver mehr en wetenschoppliche Kuriosität, as dat dat en praktischen Weert hett. Bi deepe Temperaturen un wenn afsluut keen Water oder Metallionen togegen sünd – beide wirkt to dull as Katalysaters för de Verfalsreakschoon to Kohlenstoffdioxid un Water – kann de Kohlensüür H₂CO₃ as waterklare Fletigkeit ahn Klöör dorstellt warrn.

„Aggressive“ Kohlensüür

Ut dat Rebeet vun de Waterchemie stammt en wietere Koppel vun Trivialnaams för kalkhollig Waters, de nich cheemsch ünnerscheedliche Spezies, man Gemengdelen betekent. De nafolgen Begrepen beteht sik jümmer op Mengdendelen vun de „fre’en Kohlensüür“, bi de twüschen de Kohlensüür un den Kohlenstoffdioxid nich wieter ünnerscheedt warrt.

Na dat Kalk-Kohlensüür-Gliekgewicht staht de Konzentratschonen vun Calcium un Kohlensüür in en Afhangigkeit. Man ünnerscheedt de Mengde vun de „tohören“ Kohlensüür vun de Mengde vun de „överscherigen“ un de „(kalk)aggressiven“ Kohlensüür. „Tohören“ Süür hollt in’t Mengdengliekgewicht vun de Kohlensüürspezies den pH-Weert jüst so siet, dat de dorvun afhangige Konzentratschoon vun’t Carbonat multiplizeert mit de vun’t Calcium jüst noch nich dat Lööslichkeitsprodukt vun’t Calciumcarbonat överstiegen deit. „Fre’e Kohlensüür“, de doröver rut noch vörkummt warrt as „överscherig“ betekent. Dor künn nu en Deel vun wieteren Kalk in ösen bringen, is dormit also „(kalk)aggressiv“. Mit de Tillmannschen Glieken kann de tohörig „fre’e Kohlensüür“ för jeden Geholt vun Calcium utrekent warrn. För’t Opbereiden un Entkalken vun Waters is de nipp un naue Kenntnis vun dat Gliekgewicht vun grode Bedüden. Drinkwaters schüllt keen överscherige „fre’e Kohlensüür“ bargen, vun wegen dat Iesen oder annere Metallen dormit reageert un so to’n Bispeel Rohrleidungen ut Stahl angrepen warrt. Ok disse Reakschonen sünd afhangig vun de Konzentratschoon in’t Gliekgewicht mit de tohören Carbonaten. Man snackt dorüm to’n Bispeel vun „Iesen-aggressive Kohlensüür“.

Bi eenige Koppeln vun Anwenners, to’n Bispeel in de Fischeree, warrt de nöömten Mengdenbegrepen faken verkehrt verstahn, so to’n Bispeel as weer de „aggressive Kohlensüür“ sünners schädlich för de Fisch. Nu bestaht aver de Fisch nich ut Kalk, so dat de aggressive Kohlensüür sik gegen jem nich anners utwirkt as de Rest vun de Kohlensüür. För’t Aten vun de Fisch is de gesamte löste CO₂-Konzentratschoon wichtig un för en Verätzen is alleen de pH-Weert bedüdsom. De „tohören Kohlensüür“ warrt dor op de Oort verkehrt opfaat, as wenn se in sünnere Wies an’t Hydrogencarbonat binnt un dorüm nich dör Belüften uttodrieven oder dör Fotosynthees to verbruken weer. Dat is aver natürlich Tüdelkram.

Afoorden vun de Kohlensüür

Vun de Kohlensüür sünd ok orgaansche Derivaten, as verschedene Kohlensüüresters. De sünd licht togänglich dör de Reakschoon vun Phosgen mit Alkoholen. Vun technische Bedüden sünd vör allen de Amiden vun de Kohlensüür. Jemehr Stammverbinnen is de Harnstoff. Bispelen sünd de Urethanen (vun Urea, Harnstoff). Dat sünd substitueerte Esters vun’t Monoamid vun de Kohlensüür, de Carbaminsüür. Dat sünd de Stammverbinnen vun bannig bedüdene Kunststoffen, de Polyurethanen.

Bruuk

Kohlensüür warrt weltwiet för tallrieke Produkschoonsvörgäng insett. An’n bekannsten sünd dorbi wohrschienlich de Frischdrunken as Bruus, Cola oder ok Beer. Johann Jacob Schweppe hett in’t late 18. Johrhunnert en Verfohren utklamüstert, mit dat he Water mit Kohlensüür versetten künn. In’t 19. Johrhunnert hett man dormit anfungen, Kohlensüür in Mineralwater bitogeven, üm dat sik dat länger hollen de. Kohlenüssr is butedem en wichtigen Bestanddeel in de sterilen Verpackenstechnik.

Literatur

• Ulrich Kölle: Rund um Kohlensäure. CHEMKON 10(2), S. 66–68 (2003), ISSN: 0944-5846
• Th. Loerting, Chr. Tautermann, R. T. Kroemer: On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid, Angew. Chem. Int. Ed. 2000, Bd. 39, Utgaav. 5, p. 891–894 ISSN: 1433-7851, Zur überraschenden kinetischen Stabilität von Kohlensäure, Angew. Chem. 2000, Bd. 112, S. 919–922, ISSN: 0044-8249
• Bauer, Kurt: Zur Bedeutung der Kohlensäure in Karpfenteichen. Österreichs Fischerei 44/1991 S. 49–64
• Pia, Julius (1933): Kohlensäure und Kalk − Einführung in das Verständnis ihres Verhaltens in den Binnengewässern, Die Binnengewässer Bd. XIII, Stuttgart, Schweizerbart
• Physikochemische Grundlagen der Speisewasserchemie (Dr.H.E.Hömig / VGB),Kap. 2.25-2.30, Vulkan-Verlag 1963