碳酸

碳酸（H₂CO₃)是一種二元弱酸，電離常數都很小。但也有認為其為中強酸，因為根據無機酸酸性強弱判斷式（OH)nROm可判斷其酸性與磷酸相似。在常溫、常壓下，二氧化碳飽和溶液的濃度約為0．033mol/L，pH為5.6，pKa=6.37。

H₂CO3 (pKa₁=6.38,pKa₂=10.33，p代表取負常用對數。)飽和碳酸溶液(純CO₂，壓力為1 atm)的pH約為4，而在自然條件下CO₂含量是0.03%,溶解達到飽和時pH=5.6。這也是為什麼定義酸雨為pH小於5.6的雨水的原因。要使PH達到 3.7，可以通過降溫，加壓（實際是提高CO₂濃度）來實現。

基本介紹

• 中文名：碳酸
• 英文名：carbonic acid
• 別稱：甲二酸
• 化學式：H2CO3
• 分子量：62
• CAS登錄號：463-79-6
• 熔點：低沸點酸
• 水溶性：可溶於水
• 密度：1.668 g/cm3
• 外觀：是一種粉末狀固體溶液為無色液體
• 套用：產生二氧化碳
• 安全性描述：安全
• 酸性：弱酸性

理化性質

分子式：H₂CO₃

結構簡式：HO—CO—OH在CO₂溶於水時形成。

純的碳酸以C(OH)₄存在是個不穩定的晶體，遇水劇烈分解。

碳酸酸性極低，其飽和水溶液pH約為5.6，正常雨水ph約為5.6就是因為CO2溶於雨水生成碳酸。其水溶液顯酸性故可以使指示劑變色（可以使石蕊溶液變紅色）。

三維模型

碳酸是一種二元酸，其電離分為兩步：

H₂CO₃ ⇌ HCO₃^- + H⁺ ；Ka1 = 4.2×10^-7 mol/L; pKa1 = 6.38(25 °C)HCO₃^-⇌ CO₃^2- + H⁺ ；Ka₂ = 5.61×10^-11 mol/L; pKa₂ = 10.25 (25 °C)需要注意的是，以上所述值並不適用於實際估算碳酸的酸性，因為單個碳酸分子的酸性比醋酸和甲酸都要強。實際上，碳酸分子只出現在二氧化碳和水的動態平衡中，其濃度比二氧化碳低得多，故酸度實際上較低。

化學方程式

生成和分解

CO₂溶於水生成碳酸，方程式為：CO₂+H₂O⇌H₂CO₃

碳酸不穩定、易分解，分解生成CO₂和H₂O，方程式為：H₂CO₃⇌H₂O+CO₂↑

兩種情況同時存在，達到動態平衡，方程式用“⇌”表示

複分解反應

在實驗室里，二氧化碳常用稀鹽酸與大理石（或石灰石，主要成分都是碳酸鈣）反應來製取。反應的化學方程式可以表示如下：

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ +H₂CO₃（兩種化合物互相交換成分）

（碳酸鈣）（ 鹽酸 ）（氯化鈣）（ 碳酸）

碳酸不穩定容易分解成二氧化碳和水 H₂CO₃⇌H₂O+CO₂↑

總的方程式是：

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑（反應有氣體和水生成）

該反應符合複分解反應。

酸性

碳酸是二元弱酸，會分步電離，有微腐蝕性。

H₂CO₃⇌HCO₃^-+H⁺

HCO₃^-⇌CO₃^2-+H⁺

大量喝可樂時，可樂里的磷元素會引起人體內鈣、磷代謝失調，影響體內鈣的吸收。

特性

會使紫色石蕊試液變成梅紅色，碳酸顯酸性，酸可使紫色石蕊變色。二氧化碳在溶液中大部分是以微弱結合的水合物形式存在，只有一小部分形成碳酸（H₂CO₃）——飽和CO₂溶液中只有1%的CO₂與H₂O化合成碳酸。在常溫時，CO₂∶H₂CO₃為600∶1。碳酸的熱穩定性很差。碳酸加熱時全部分解並放出二氧化碳。碳酸在鹼的作用下，能生成酸式碳酸鹽M(HCO₃)₂和碳酸鹽MCO₃〔M代表二價金屬）。許多金屬的酸式碳酸鹽的溶解度稍大於正鹽，其溶解度和Pco₂（二氧化碳分壓）有關。Pco₂大，碳酸鹽溶解於水；Pco₂小（或升溫），析出碳酸鹽，自然界的鐘乳石就是這樣形成的。暫時硬水加熱軟化就是因為生成了碳酸鹽沉澱。所有的酸式碳酸鹽受熱均分解為CO₂和相應的正鹽。　碳酸是二氧化碳氣體溶於水而生成的酸。它的酸性很弱，且極為不穩定，溫度稍高一些，便會分解成二氧化碳和水。碳酸和我們的日常生活有著密切的關係。我們喝的汽水就是一種碳酸飲料。

在製造汽水時，要在加壓情況下把二氧化碳氣體溶解在水裡，再往汽水裡加糖、檸檬酸以及果汁或香精，在加壓下灌入汽水瓶中。當我們喝汽水時，汽水從瓶子裡倒出來，外界壓強（指空氣壓強和人體內的壓強）突然降低，二氧化碳在水中的溶解度隨著壓強降低而變小。於是，喝入體內汽水中的二氧化碳便成為氣體從水中逸出，並從口腔中排出，這個過程會把人體內的熱量帶走，這就是喝汽水感到涼爽的原因。

已製備出純碳酸（碳酸晶體），但條件非常苛刻，要保存在絕對無水的條件下，不然純碳酸會劇烈分解。

危害

有時，碳酸也會給我們日常生活帶來麻煩。地面上的二氧化碳氣體溶於水，生成碳酸。當地面水滲入地下時，碳酸也被帶到地下，並與地下石灰岩里不溶於水的碳酸鈣發生化學反應，生成可溶於水的碳酸氫鈣。含有碳酸氫鈣的水稱為“硬水”，因此地下水都屬於“硬水”。江河裡的水不含碳酸氫鈣，不是“硬水”(硬水是指有較多鈣離子和鎂離子等金屬陽離子，它們的碳酸鹽是不可溶解於水的）。

有些地方所用的自來水的水源是地下水，在煮開水時，水中的碳酸氫鈣受熱分解成碳酸鈣、二氧化碳和水。碳酸鈣是不溶解在水中的沉澱物，它沉積在水壺和鍋爐的壁上，天長日久便成為一層白色的很堅硬的物質，稱為鍋垢（俗稱水鹼）。這層碳酸鈣的導熱性很差，因此燒水時會浪費燃料。如果鍋爐和管道中的鍋垢太厚，還有發生爆炸的危險。所以，工業生產中總是把“硬水”先用化學方法除去或減少碳酸鈣，使它軟化以後再用。

有機與無機

碳酸是有機物還是無機物是科學界爭執了很長時間的話題。由於同一個碳原子上連線了兩個羥基，碳酸不穩定，更多顯現無機物的性質，定義碳酸為無機二元弱酸，但碳酸又因含有羧基(-COOH)而能反映一些羧酸的性質。如能和醇發生酯化反應，

如：HO-COOH + H-O-C₂H₅ → HO-COOC₂H₅ + H₂O

HO-COOC₂H₅ + H-O-C₂H₅ → C₂H₅OCOOC₂H₅ + H₂O

因為碳酸的兩個羥基都結在羰基上，故相當於二元羧酸。可以和二元醇發生酯化反應生成環酯和聚酯。

這些都是有機酸的性質。

科學家仍然對碳酸是否是有機酸爭執。有科學家認為如能製得碳酸的濃溶液，那么這種碳酸具有一切二元羧酸的性質。