Valt koolzuur (H2CO3) makkelijker uiteen in HCO3 en H+ dan in H2O en CO2? Zo ja/nee hoe komt dat?

H2CO3 is 'koolzuur'. Het is een niet bestaande molecule waarvan men vroeger dacht dat het het geconjugeerde zuur was van bicarbonaat. Tegenwoordig weet men echter dat bicarbonaat reageert als volgt:

H3O+ + HCO3- <--> 2 H2O + CO2

Dus dat 'zuur' splitst meteen in H2O en CO2. Dus koolzuur is in feite CO2 en niet H2CO3.

Om te begrijpen 'hoe makkelijk' CO2 reageert tot H3O+ en HCO3- moet je weten dat deze reactie een evenwichtsreactie is. Dat wil zeggen dat in een waterige oplossing zowel bicarbonaat tot CO2 reageert als omgekeerd en dat tegen een bepaalde snelheid.

Een snelheid die afhankelijk is van de concentratie.

Stel je voegt CO2 toe aan water dan heb je een bepaalde concentratie CO2 en dus een bepaalde snelheid waarmee CO2 reageert tot bicarbonaat. De concentratie aan H3O+ en bicarbonaat loopt dus op.

Omgekeerd is de snelheid waarmee H3O+ en bicarbonaat tot CO2 reageren afhankelijk van de concentratie van H3O+ en bicarbonaat. In het begin zal de concentratie aan beide deeltjes laag zijn en zal dus ook de snelheid van deze reactie laag zijn. Dat heeft tot gevolg dat er netto meer CO2 in bicarbonaat wordt omgezet dan omgekeerd. Zolang dit het geval is zal de concentratie aan bicarbonaat en H3O+ dus toenemen en dus ook de snelheid waarmee bicarbonaat in CO2 wordt omgezet.

Op een bepaald moment zullen beide snelheden gelijk zijn en zal er nog steeds continu CO2 in bicarbonaat worden omgezet en omgekeerd maar dan zonder dat de concentraties nog veranderen.

De concentraties waarbij CO2, bicarbonaat en H3O+ dus een evenwicht vormen zijn afhankelijk van deze snelheden of van de relatie tussen deze snelheden en de concentraties. Hieruit is af te leiden dat een zwak zuur (welke per definitie een evenwichtsreactie aangaat met zijn geconjugeerde base) zoals CO2 voldoet aan:

Ka = [H3O+][A-]/[HA]

voor CO2 wordt dat:

Ka = [H3O+][HCO3-]/[CO2]

En de pKa (= -log Ka) van CO2 is 6,37.

Wil je dus weten hoe makkelijk CO2 reageert t.o.v. andere zuren, dan vergelijk je de pKa van deze zuren. Hoe lager de pKa, hoe 'makkelijker' dit zuur reageert.