Acido carbonico: dissociazione, soluzioni tampone

L’ acido carbonico è un ossiacido diprotico avente formula H2CO3 in cui il carbonio ha numero di ossidazione +4
Si forma in piccole quantità quando il biossido di carbonio contenuto nell’atmosfera si solubilizza in acqua secondo la legge di Henry:

Il primo equilibrio è:
CO2(g) ⇄ CO2(aq)

Si ha che

[CO2(aq)]/ p CO2(g) = 1 / KH essendo KH la costante di Henry che a 25 °C vale 29.76 atm L/mol

Il secondo equilibrio coinvolge la reazione tra il biossido di carbonio presente in soluzione e l’acqua con formazione dell’acido carbonico:

CO2(aq) + H2O(l) ⇄ H2CO3(aq)

Questo equilibrio è regolato da una costante detta di idratazione che, in acqua vale

Kh = [H2CO3]/[ CO2]= 1.70∙10−3 a 25 °C

mentre in acqua di mare vale circa 1.2 ∙ 10-3.
Quindi la maggior parte del biossido di carbonio non diviene acido carbonico ma rimane come tale e, in assenza di catalizzatori, la reazione decorre lentamente

Equilibri di dissociazione

L’acido carbonico è soggetto a due equilibri di dissociazione:

H2CO3(aq) + H2O(l) ⇄ HCO3 (aq)  + H3O+(aq)
Ka1 =  2.5∙10−4  = [HCO3][H3O+]/[ H2CO3]  a 25 °C

Bisogna tuttavia tenere presente che poiché in soluzione acquosa si trova in equilibrio con il biossido di carbonio la concentrazione di H2CO3 è molto minore rispetto alla concentrazione di CO2.

Il secondo equilibrio dello ione idrogenocarbonato a carbonato è:

HCO3 (aq)  + H2O(l) ⇄ CO32- (aq)  + H3O+(aq)
Ka2 =  4.69∙10−11  = [CO32-][ H3O+]/[ HCO3]  a 25 °C

In un sistema aperto il biossido di carbonio presente in soluzione è in equilibrio con  quello contenuto nell’aria quindi a una determinata temperatura la composizione della soluzione è determinata dalla pressione parziale di CO2 che si trova a contatto con la soluzione.

Soluzioni tampone biologiche

Le soluzioni tampone biologiche aiutano a mantenere il corpo ad un pH corretto in modo che i processi biochimici possano avvenire in modo ottimale.

Le reazioni biochimiche sono particolarmente sensibili al pH infatti le molecole biologiche contengono gruppi di atomi che possono caricarsi o essere neutri in funzione del pH e ciò ha effetto sull’attività biologica della molecola.

Tra le soluzioni tampone biologiche vi è il tampone acido carbonico/ idrogeno carbonato in cui H2CO3 funge da donatore di ioni H+ (acido di Brønsted e Lowry) mentre HCO3 funge da accettore di ioni H+ (base di Brønsted e Lowry)

Usi

L’acido carbonico è ampiamente utilizzato nella produzione di bevande analcoliche, vini gassati artificialmente e altre bevande frizzanti. I sali dell’acido carbonico sono chiamati bicarbonati o carbonati acidi e carbonati.

 

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