Wasser und die Kohlensäure

Kohlensäure ist sauerstoffhaltige Kohlenstoffsäure: H2CO3. Sie ist das Reaktionsprodukt aus ihrem Anhydrid Kohlendioxid (CO2) und Wasser. Eine wässrige Lösung des in Wasser im Vergleich zu O2 und N2 gut löslichen CO2 (etwa 3000 mg/l bei einem CO2-Partialdruck von 1 bar) reagiert zu einem geringen Anteil (etwa 0,2 %, je nach Temperatur) nach zur Gleichung zu Kohlensäure:
Auch CO2 als Gas wird umgangssprachlich oft als Kohlensäure bezeichnet. Das gelöste CO2 zusammen mit dem eigentlichen H2CO3 in der Wasserchemie üblicherweise als freie Kohlensäure zusammengefasst und die Dissoziationskonstante für diese Summe angegeben.
Die Salze der Kohlensäure heißen Carbonate oder Hydrogencarbonate. Wichtige Vertreter sind Natriumhydrogencarbonat (Trivialname: Natron, Bullrich-Salz, NaHCO3), Natriumcarbonat (Soda, Na2CO3), Kaliumcarbonat (Pottasche, K2CO3) und Kalk (Calciumcarbonat CaCO3). Gebrannter Kalk (CaO) und gelöschter Kalk (Ca(OH)2) sind jedoch keine Carbonate.
Im Labor ist es gelungen, Kohlensäure als Reinsubstanz zu gewinnen. Bei tiefen Temperaturen und unter absoluter Abwesenheit von Wasser oder Metallionen (beide katalysieren stark die Zersetzungsreaktion zu Kohlenstoffdioxid und Wasser), kann die Kohlenstoffsäure H2CO3 als wasserklare, farblose Flüssigkeit dargestellt werden.

Kohlensäure wird für unzählige Produktionsprozesse weltweit eingesetzt. Dem Endverbraucher dürfte die Kohlensäure wohl am ehesten aus Erfrischungsgetränken bekannt sein. Johann Jacob Schweppe entwickelte im späten 18. Jahrhundert ein Verfahren, mit dem Wasser sich mit Kohlensäure versetzen lässt. Desweiteren ist die Kohlensäure ein wichtiger Bestandteil der sterilen Verpackungstechnik. Da die Diffusionsgeschwindigkeit der Kohlensäure größer als die von Stickstoff bzw. Luft ist, führt diese Eigenschaft bei Weichverpackungen dazu, daß Kohlensäure aus der Verpackung entweicht und die Folie eng an das Verpackungsgut gepreßt wird (Vakuumeffekt). „Freie Kohlensäure“, also die Summe von Kohlensäure und Kohlendioxid, ist in Gewässern eine wesentliche Voraussetzung für die Photosynthese der Algen und submersen Wasserpflanzen. Ihre Verfügbarkeit entscheidet über die Fruchtbarkeit von Karpfenteichen. Sobald dort die Konzentration an CO2/H2CO3 zu gering wird, kann von spezialisierten Algen und Pflanzen auch die erste Dissoziationsstufe der Säure, das Hydrogencarbonat, verwertet werden.