Kyselina uhličitá

Rozbalit box

Obsah boxu

Kyselina uhličitá (chemický vzorec H₂CO₃) je slabá, nestabilní anorganická kyselina, která vzniká reakcí oxidu uhličitého (CO₂) s vodou. V čistém stavu nebyla nikdy izolována, protože se okamžitě rozkládá zpět na výchozí látky. Přesto hraje klíčovou roli v mnoha přírodních i průmyslových procesech, od regulace pH krve v živých organismech přes geologické procesy tvorby krasových jevů až po výrobu sycených nápojů.

Její soli se nazývají uhličitany (karbonáty) a hydrogenuhličitany (bikarbonáty), které jsou na rozdíl od samotné kyseliny velmi stabilní a v přírodě běžné.

🧪 Chemické vlastnosti

Kyselina uhličitá je typickým příkladem látky, jejíž existence je definována především chemickou rovnováhou ve vodném roztoku.

🔄 Vznik a nestabilita

Kyselina uhličitá vzniká rozpuštěním oxidu uhličitého ve vodě. Tato reakce je vratná a rovnováha je silně posunuta ve prospěch rozpuštěného plynu. V praxi to znamená, že při dané teplotě a tlaku je v roztoku přítomno jen velmi malé množství skutečných molekul H₂CO₃ (méně než 0,2 %), zatímco drtivá většina je tvořena fyzikálně rozpuštěným CO₂.

Chemická rovnice vzniku:

CO₂ (aq) + H₂O (l) ⇌ H₂CO₃ (aq)

Tato nestabilita je důvodem, proč nelze kyselinu uhličitou izolovat jako čistou látku. Jakýkoliv pokus o její zakoncentrování (např. odpařením vody) vede k posunu rovnováhy zpět doleva a úniku plynného CO₂. Tento jev je dobře známý ze sycených nápojů – po otevření lahve klesne tlak, rovnováha se poruší a CO₂ uniká ve formě bublinek.

⚛️ Disociace

Jako dvojsytná kyselina (diprotická kyselina) disociuje (štěpí se) ve vodném roztoku ve dvou stupních, přičemž uvolňuje dva protony (H⁺).

1. První stupeň disociace: Kyselina uhličitá se štěpí na vodíkový kationt (proton) a hydrogenuhličitanový aniont (HCO₃⁻).

   :H₂CO₃ (aq) + H₂O (l) ⇌ HCO₃⁻ (aq) + H₃O⁺ (aq)

   Tato reakce je klíčová pro její kyselé vlastnosti. Disociační konstanta (pKa₁) pro tento proces má dvě běžně uváděné hodnoty:
   *   Pravá pKa₁ ≈ 3,60: Tato hodnota se vztahuje pouze na skutečné molekuly H₂CO₃.
   *   Zjevná pKa₁ ≈ 6,36: Tato hodnota je praktičtější, protože zohledňuje celkovou koncentraci rozpuštěného CO₂ a H₂CO₃. Používá se v biochemii a fyziologii pro výpočty pufračních systémů.

2. Druhý stupeň disociace: Hydrogenuhličitanový aniont může dále disociovat na proton a uhličitanový aniont (CO₃²⁻).

   :HCO₃⁻ (aq) + H₂O (l) ⇌ CO₃²⁻ (aq) + H₃O⁺ (aq)

   Tato reakce probíhá v mnohem menší míře, což dokazuje výrazně vyšší hodnota disociační konstanty (pKa₂ ≈ 10,33). To znamená, že hydrogenuhličitan je velmi slabá kyselina.

🧂 Soli

Od kyseliny uhličité jsou odvozeny dvě řady solí:

Uhličitany (karbonáty): Obsahují uhličitanový aniont CO₃²⁻. Jsou to soli silnějších zásad a jsou v přírodě velmi rozšířené. Mezi nejdůležitější patří:

   *   Uhličitan vápenatý (CaCO₃) – hlavní složka vápence, mramoru a lastur.
   *   Uhličitan sodný (Na₂CO₃) – známý jako soda na praní.

Hydrogenuhličitany (bikarbonáty): Obsahují hydrogenuhličitanový aniont HCO₃⁻. Jsou obecně lépe rozpustné ve vodě než uhličitany.

   *   Hydrogenuhličitan sodný (NaHCO₃) – známý jako jedlá soda.
   *   Hydrogenuhličitan vápenatý (Ca(HCO₃)₂) – existuje pouze ve vodném roztoku a je zodpovědný za přechodnou tvrdost vody.

🌍 Výskyt a význam

Ačkoliv je kyselina uhličitá nestabilní, její rovnovážný systém s oxidem uhličitým a jejími solemi má zásadní dopad na planetární procesy.

🏞️ V geologii

Kyselina uhličitá je hlavním činitelem při chemickém zvětrávání hornin, zejména vápence. Dešťová voda absorbuje ze vzduchu CO₂, stává se mírně kyselou a při průsaku půdou se dále obohacuje o CO₂ z biologických procesů. Tato slabá kyselina pak reaguje s nerozpustným uhličitanem vápenatým a přeměňuje ho na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý.

CaCO₃ (s) + H₂CO₃ (aq) ⇌ Ca(HCO₃)₂ (aq)

Tento proces je základem vzniku krasových jevů:

Tvorba jeskyní a podzemních řek.
Vznik závrtů a dalších povrchových krasových útvarů.
Při zpětné reakci (např. při odkapávání vody v jeskyni, kde se uvolňuje CO₂) dochází k opětovnému srážení CaCO₃ a vzniku krápníků (stalaktity, stalagmity, stalagnáty).

🌊 V hydrologii a oceánografii

Systém kyseliny uhličité je klíčový pro chemii přírodních vod.

Říční a jezerní vody: Určuje pH a pufrační kapacitu vody, což ovlivňuje vodní ekosystémy.
Oceány: Oceány jsou obrovským rezervoárem rozpuštěného CO₂. Rostoucí koncentrace atmosférického CO₂ vede k jeho většímu rozpouštění v mořské vodě, což způsobuje pokles pH oceánů. Tento jev, známý jako oceánská acidifikace, ohrožuje mořské organismy s vápenatými schránkami, jako jsou koráli, měkkýši a plankton.

🩸 V biologii a medicíně

V živých organismech má systém CO₂/H₂CO₃/HCO₃⁻ naprosto zásadní roli.

Hydrogenuhličitanový pufrační systém: Je to nejdůležitější pufr v krevní plazmě, který udržuje pH krve ve velmi úzkém rozmezí (7,35–7,45). Metabolické procesy produkují kyseliny, které by jinak pH krve nebezpečně snížily. Hydrogenuhličitanový iont (HCO₃⁻) tyto přebytečné protony (H⁺) neutralizuje.
Transport CO₂: Oxid uhličitý, odpadní produkt buněčného dýchání, je z tkání do plic transportován krví převážně ve formě hydrogenuhličitanových iontů. V plicích se rovnováha posune, HCO₃⁻ se zpětně přemění na CO₂, který je následně vydechnut. Regulace rychlosti dýchání je tak jedním z hlavních mechanismů pro řízení pH krve.

🥤 V průmyslu a každodenním životě

Sycené nápoje: Kyselina uhličitá dodává nápojům jako limonáda, sodová voda nebo šumivé víno jejich charakteristickou ostrou a osvěžující chuť. Tlak v lahvi udržuje vysokou koncentraci rozpuštěného CO₂, a tím i kyseliny uhličité.
Potravinářství: Jedlá soda (NaHCO₃) se používá jako součást kypřicích prášků. Při zahřátí nebo v přítomnosti kyselé složky se rozkládá za vzniku CO₂, který těsto kypří.
Hasičství: Některé typy hasicích přístrojů (sněhové) využívají stlačený CO₂, který při expanzi ochlazuje a dusí plamen.

💡 Pro laiky

Co je to vlastně kyselina uhličitá?

Představte si, že otevřete lahev perlivé vody. To zasyčení a bublinky, které vidíte, je oxid uhličitý (CO₂), který uniká ven. Dokud byla lahev zavřená, byl tento plyn pod tlakem rozpuštěný ve vodě. Malá část těchto molekul CO₂ se s vodou spojila a vytvořila právě kyselinu uhličitou. Je to tedy vlastně "voda s bublinkami" na chemické úrovni. Tato kyselina je velmi plachá a nestálá – jakmile tlak povolí, okamžitě se rozpadá zpět na vodu a plyn, který vybublá pryč. Právě ona ale dává perlivým nápojům jejich typickou štiplavou chuť.

Kde všude hraje roli?

Ve vaší krvi: Kyselina uhličitá a její soli fungují jako dokonalý termostat pro kyselost vaší krve. Udržují ji ve velmi přesné rovnováze, což je naprosto klíčové pro správnou funkci celého těla. Bez tohoto systému bychom nepřežili.
V přírodě jako sochař: Dešťová voda, která obsahuje slabou kyselinu uhličitou, po tisíce let pomalu rozpouští vápencové skály. Tímto způsobem vytváří nádherné podzemní jeskyně a krápníky, jaké známe například z Moravského krasu.
V kuchyni: Když použijete jedlou sodu nebo kypřicí prášek do těsta, uvolní se z nich při pečení oxid uhličitý, který těsto nadýchá. I za tímto procesem stojí chemie spojená s kyselinou uhličitou.

Šablona:Aktualizováno