Kohlensäure (H2CO3), eine Verbindung der Elemente Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff. Es wird in kleinen Mengen gebildet, wenn sich sein Anhydrid, Kohlendioxid (CO2), in Wasser löst.
CO2 + H2O ⇌ H2CO3 Die vorherrschenden Arten sind einfach lose hydratisierte CO2-Moleküle. Kohlensäure kann als Diprotinsäure angesehen werden, aus der zwei Serien von Salzen gebildet werden können—nämlich Wasserstoffcarbonate, die HCO3 enthalten, und Carbonate, die CO32 enthalten. H2CO3 + H2O ⇌ H3O+ + HCO3 –
HCO3 – + H2O ⇌ H3O+ + CO32-Das Säure-Basen-Verhalten von Kohlensäure hängt jedoch von den unterschiedlichen Raten einiger der beteiligten Reaktionen sowie ihrer Abhängigkeit vom pH-Wert des Systems ab., Beispielsweise sind bei einem pH-Wert von weniger als 8 die Hauptreaktionen und ihre relative Geschwindigkeit wie folgt: CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (langsam)
H2CO3 + OH− ⇌ HCO3− + H2O (schnell) Über pH 10 Die folgenden Reaktionen sind wichtig: CO2 + OH− ⇌ HCO3− (langsam)
HCO3− + OH− ⇌ CO32− + H2O (schnell) Zwischen pH-Werten von 8 und 10 sind alle oben genannten Gleichgewichtsreaktionen signifikant.
Kohlensäure spielt eine Rolle bei der Montage von Höhlen und Höhlenformationen wie Stalaktiten und Stalagmiten., Die größten und häufigsten Höhlen sind solche, die durch Auflösung von Kalkstein oder Dolomit durch Einwirkung von kohlensäurereichem Wasser aus jüngsten Niederschlägen gebildet werden. Der Calcit in Stalaktiten und Stalagmiten wird aus dem darüber liegenden Kalkstein in der Nähe der Grundgestein-Boden-Grenzfläche gewonnen. Regenwasser, das durch den Boden eindringt, absorbiert Kohlendioxid aus dem kohlendioxidreichen Boden und bildet eine verdünnte Kohlensäurelösung. Wenn dieses saure Wasser die Basis des Bodens erreicht, reagiert es mit dem Calcit im Kalksteingestein und nimmt etwas davon in Lösung., Das Wasser setzt seinen Abwärtskurs durch enge Fugen und Brüche in der ungesättigten Zone mit wenig weiteren chemischen Reaktionen fort. Wenn das Wasser aus dem Höhlendach austritt, geht Kohlendioxid in die Höhlenatmosphäre verloren und ein Teil des Calciumcarbonats wird ausgefällt. Das infiltrierende Wasser wirkt wie eine Calcit-Pumpe, die es von der Oberseite des Gesteins entfernt und in der Höhle darunter neu positioniert.
Kohlensäure ist wichtig für den Transport von Kohlendioxid im Blut., Kohlendioxid dringt in das Blut in den Geweben ein, weil sein lokaler Partialdruck größer ist als sein Partialdruck im Blut, das durch die Gewebe fließt. Wenn Kohlendioxid in das Blut gelangt, verbindet es sich mit Wasser zu Kohlensäure, die in Wasserstoffionen (H+) und Bikarbonat-Ionen (HCO3 -) dissoziiert. Der Säuregehalt des Blutes wird durch die freigesetzten Wasserstoffionen minimal beeinflusst, da Blutproteine, insbesondere Hämoglobin, wirksame Puffermittel sind. (Eine Pufferlösung widersteht einer Änderung des Säuregehalts, indem sie mit zugesetzten Wasserstoffionen kombiniert und im Wesentlichen inaktiviert wird.,) Die natürliche Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlensäure ist ein relativ langsamer Prozess; Kohlensäureanhydrase, ein Proteinenzym, das in den roten Blutkörperchen vorhanden ist, katalysiert diese Reaktion jedoch mit ausreichender Schnelligkeit, dass sie nur in einem Bruchteil einer Sekunde erreicht wird. Da das Enzym nur innerhalb der roten Blutkörperchen vorhanden ist, akkumuliert Bicarbonat in der roten Blutkörperchen viel stärker als im Plasma., Die Fähigkeit des Blutes, Kohlendioxid als Bicarbonat zu transportieren, wird durch ein Ionentransportsystem innerhalb der Membran der roten Blutkörperchen verbessert, das gleichzeitig ein Bicarbonat-Ion aus der Zelle in das Plasma im Austausch für ein Chloridion bewegt. Der gleichzeitige Austausch dieser beiden Ionen, die als Chloridverschiebung bezeichnet werden, ermöglicht die Verwendung des Plasmas als Speicherort für Bicarbonat, ohne die elektrische Ladung entweder des Plasmas oder der roten Blutkörperchen zu verändern., Nur 26 Prozent des gesamten Kohlendioxidgehalts von Blut existieren als Bicarbonat in den roten Blutkörperchen, während 62 Prozent als Bicarbonat im Plasma vorhanden sind; Der Großteil der Bicarbonat-Ionen wird jedoch zuerst in der Zelle produziert und dann zum Plasma transportiert. Eine umgekehrte Folge von Reaktionen tritt auf, wenn Blut die Lunge erreicht, wo der Partialdruck von Kohlendioxid niedriger ist als im Blut.