Ácidos II. Acido Carbónico. QUÍM.

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Química

Es el á. que se forma por disolución del dióxido de carbono, CO2, en agua. La solubilidad del dióxido de carbono en agua es importante, según se indica a continuación:

00 100 200 250 600C

1711198875,736Vol. de C02 a una atm. por 100 vol. de agua Estas soluciones se comportan como un á. débil, enrojeciendo moderadamente el papel de tornasol, y contienen el á. carbónico, H2C03, formado en la reacción COZ+H20 ~~ H2C03 (a).

De estas disoluciones no se puede aislar el á. c., ya que en la deshidratación (evaporación o congelación) se desprende el COZ por rebasarse su solubilidad en agua. Con ello la reacción (a) se desplaza hacia la izquierda y el H2C03 se descompone. Sin embargo, se ha demostrado que el H2C03 existe como una entidad estable en éter anhidro a 30° C cuando se añade HCl a una dispersión etérea de NaHC03 a 301>C. De este medio puede separarse por enfriamiento a 780C un eterato de fórmula H2C03(C2H5)20 que se descompone a 100C.

En el á. c. y sus sales (carbonatos) el carbono se encuentra coordinado por tres oxígenos, de modo que los cuatro átomos del grupo C03= son coplanares. La configuración electrónica corresponde a la resonancia entre las tres estructuras principales A, B, C:

O;:O;:0. HO ~COH H¿/ COH HO /C

ABC La resonancia entre estas

estructuras sería completa en el ion C03 y algo impedida en el á. libre.

Ello está de acuerdo con el carácter coplanar del ion C03=, con ángulos entre enlaces de 120° y distancias CO de 1,31 A.

Esta configuración y distancias han sido plenamente confirmadas en el estudio por rayos X realizado en la calcita y en otros carbonatos. La resonancia es prácticamente total en el ion C03= con un valor para la energía de resonancia del orden de 42 Kcal/mol. Los carbonatos tienen por esta causa una notable estabilidad, que depende por otra parte de la capacidad de polarización del catión (v. CARBONATOS Y BICARBONATOS). La resonancia se encuentra parcialmente inhibida en el á. libre y en sus ésteres, siendo ésta la causa de su menor estabilidad y de la facilidad con que se descompone el H2C03.

Como á. diprótido el á. c. se disocia en dos etapas, pudiendo establecerse las reacciones

(a) C02+H20=H2CO3; (b) H2C03=HC03+H+; (C) HC03=C03+H+.

Las constantes de disociación, determinadas en principio bajo la suposición de que todo el COZ disuelto en el agua se encuentra en forma de H2C03, son

K, =4,45 x 107yK2=5.7X 10II (a 25° C).

En realidad, gran parte del C02 disuelto se encuentra como tal CO2, por lo que KI es una "constante de disociación aparente" cuya expresión sería

_ [H+1 [HCO3 1 KI [C02+H2C031

en tanto que K2 corresponde correctamente a la expresión KZ__ [H+] [C031

[HC031

El hecho de que el H2C03 presente reacciona instantáneamente con las disoluciones de bases, mientras que la reacción de éstas con COZ es mucho más lenta por tener que ajustarse el equilibrio representado en (a), ha permitido establecer que menos del 1 % del COZ total presente en el agua lo está como H2CO3. De este modo ha podido obtenerse una "constante de disociación verdadera"

[H+] [HCO3l

K =5 x 104, IH2CO31

correspondiente a la reacción (b), de la que se deduce que el á. c. es en realidad un á. de fuerza media. No obstante lo considerado en el párrafo anterior, la constante de disociación más empleada es la "aparente"

KI = 4,45 .107,

ya que el equilibrio (a) se ajusta en la práctica con bastante rapidez, y dicha constante KI es la que rige en todos los procesos en que intervenga el H2C03 y cuya duración sea de algunas fracciones de segundo. Por consiguiente, la solución acuosa de COZ se comporta en realidad como un á. muy débil. El H2C03 se forma también cuando los carbonatos se tratan con soluciones acuosas de á. En estos casos el equilibrio (a) se reajusta rápidamente. Como el C02 es poco soluble en tales soluciones ácidas, se desprende en forma gaseosa, y el ataque prosigue hasta la descomposición total del carbonato. Por esta causa el COZ puede ser desplazado de los carbonatos por á. incluso más débiles que el carbónico, como es el caso del á. acético. En á. demasiado débiles, como el HCN, dan sin embargo tan poco H2C03 que no se sobrepasa la solubilidad del C02, con lo que el gas no se desprende y el ataque no prosigue. A. demasiado concentrádos como el SO4H2 no atacan tampoco a los carbonatos por falta de los iones hidroxonio necesarios para la formación del á. c.

V. t.: CARBONATOS Y BICARBONATOS.

F. GONZÁLEZ GARCÍA.

BIBL.: H. S. HARNED, The COA ionization constant of carbonic acid in water and the solubility of carbon dioxide in water and agueous salt solutions, "JACS" 65 (1943) 2030; D. M. KERN, The hydration of carbon dioxide, "J. Chem. Educ." 37 (1960) 14; L. PAULING, The nature of the chemical bond, 3 ed., Ithaca (Nueva York) 1960, 282; N. ELLIOT, Redetermination of the carbonoxigen distance in calcite and the nitrogenoxigen distance in sodium nitrate, "JACS" 59 (1937) 1380; J. KLEIMBERG, W. J. ARGENSINGER, E. GRISWOLD, Química Inorgánica, Barcelona 1963, 375 ss.