Kohlensäuregleichgewicht?

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DedeM
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Chemie
22.02.2023, 11:33

Moin,

na, bei der Kohlensäure bis zum Carbonat liegen folgende Gleichgewichte vor:

H2O + CO2 ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3– ⇄ 2 H+ + CO32–

Diese Gleichgewichte sind nicht immer so verteilt, dass links und rechts vom jeweiligen Gleichgewichtspfeil (⇄) die gleichen Stoffmengen vorliegen.
So ist beispielsweise die Kohlensäure (H2CO3) nicht stabil. Wenn sie entsteht, zerfällt sie ziemlich schnell in Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Oder anders herum betrachtet: wenn du Kohlenstoffdioxid in Wasser einleitest, dann bildet sich nur sehr wenig Kohlensäure.
Das heißt, dass hier das Gleichgewicht sehr weit auf der Seite des Wassers und des Kohlenstoffdioxids liegt.

Auch die Carbonat-Ionen (CO32–) liegen in wässrigem Milieu nicht lange isoliert vor. Sie nehmen leicht ein Proton aus dem Wasser auf, so dass sich Hydrogencarbonat-Ionen (und Hydroxid-Ionen) bilden. Deshalb gehören wasserlösliche Carbonate zu den sogenannten basischen Salzen.
Somit liegt auch im rechten Teil der oben genannten Gleichgewichte mengenmäßig das Gleichgewicht auf der Seite der Hydrogencarbonat-Ionen.

ABER: es sind dennoch Gleichgewichtsreaktionen...

Das bedeutet, dass hier Veränderungen der Stoffmenge auf einer Seite stets so beantwortet werden, dass andere Seiten beeinflusst werden.

Und nun betrachte die einzelnen Gleichgewichte...

H2O + CO2 ⇄ H2CO3

Das zeigt, dass Wasser und Kohlenstoffdioxid in einer Hinreaktion zu Kohlensäure reagieren. Aber gleichzeitig zerfällt Kohlensäure in einer Rückreaktion auch wieder in Wasser und Kohlenstoffdioxid.
Wenn nun durch irgendein (anderes) Ereignis die Menge an Kohlensäure erhöht wird, dann findet die Rückreaktion bevorzugt statt, einfach weil es plötzlich mehr Kohlensäure gibt, die zerfallen kann. Das nennt man das Prinzip des kleinsten Zwangs (Prinzip von LeChatelier).

Das gilt auch im mittleren Gleichgewicht:

H2CO3 ⇄ H+ + HCO3–

Wenn du in diesem Gleichgewicht die Menge an Protonen (H+) erhöhst, findet die Rückreaktion (Hydrogencarbonat und Proton vereinigen sich zu Kohlensäure) öfter statt.

In dem von dir geposteten schwarzen Feld sind nun Beispiele genannt, bei denen das alles passiert. Beispielhaft gehe ich jetzt mal auf die Medikamente gegen Sodbrennen und das Brausepulver ein:

Sodbrennen entsteht (zum Beispiel), wenn dein Magen zu viel Magensäure produziert. Die Magensäure setzen wir jetzt mal mit einer salzsauren Lösung („Salzsäure”; HCl) gleich.
Ein Medikament gegen die Salzsäure im Magen ist zum Beispiel Bullrichsalz. Bullrichsalz ist nichts anderes als Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3).

Was passiert hier nun?

Zuerst löst sich das feste Natriumhydrogencarbonat im wässrigen Milieu des Magensaftes auf:

NaHCO3 (s) ---> Na+(aq) + HCO3–(aq)

So erhöht sich also die Menge an Hydrogencarbonat-Ionen im Magen. Da im Magen aber auch (zu) viel Magensäure (Salzsäure) ist, treffen die abgespaltenen Protonen der Salzsäure auf die nun hinzugekommenen Hydrogencarbonat-Ionen:

H+ + HCO3– ⇄ H2CO3

Dadurch entsteht Kohlensäure.

Aber die Kohlensäure ist ihrerseits nicht stabil. Sie zerfällt in Wasser und Kohlenstoffdioxid:

H2CO3 ---> H2O + CO2

Da unter diesen Umständen Kohlenstoffdioxid ein Gas ist, steigt es auf und es verlässt den Reaktionsraum (du musst rülpsen). Darum steht das Kohlenstoffdioxid auch nicht mehr für die Rückreaktion (Bildung von Kohlensäure) zur Verfügung.

So kommt es insgesamt dazu, dass im Magen anstelle der ätzenden Sallzsäure nur noch Wasser und Natriumchlorid (Kochsalz) zurück bleiben. Da das Wasser neutral ist, spricht man in diesem Zusammenhang auch von einer Neutralisationsreaktion, zumal auch das Natriumchlorid ein sogenanntes Neutralsalz ist.

Beim Brausepulver ist es nun wiederum so, dass im festen Pulver einerseits Natron (Natriumhydrogencarbonat), andererseits eine feste organische Säure (oft Citronensäure) enthalten sind. Da beide in fester Form vorliegen, reagieren sie nicht miteinander.
Wenn du das Pulver nun aber in Wasser gibst, lösen sich die beiden Stoffe im Wasser auf. Es findet einmal eine Protolyse der Säure statt:

C6H8O7 ---> C6H7O7– + H+

andererseits löst sich das Salz im Wasser auf:

NaHCO3 (s) ---> Na+(aq) + HCO3–(aq)

Und auch hier stoßen wieder Protonen auf Hydrogencarbonat-Ionen. Sie vereinigen sich, bilden Kohlensäure, die zerfällt, wobei das Kohlenstoffdioxid als Gas ausperlt. Deshalb sprudelt es.

Du siehst, es ist tatsächlich immer das gleiche...

LG von der Waterkant