碳酸

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! style="background:#d6e0dc; text-align: center;" colspan="2" | 识别 ! style="background:#d6e0dc; text-align: center;" colspan="2" | 性质碳酸（）在化学上是一种二元酸（dibasic acid），化学式为，溶于水而呈弱酸性。在生物化学及生理学上，“碳酸”这个名称常用于二氧化碳的水溶液，它在碳酸氢盐缓冲系统中起重要作用，用于维持酸碱平衡；在此应用上，也称“挥发酸”（volatile acid）或“呼吸酸”，而相对于“代谢酸”或“固定酸”。二氧化碳（-- ）溶于水后，一部分二氧化碳会与水化合，形成碳酸。该反应是一个可逆反应，方程式如下： formula_1 该反应在常温下的平衡常数是"Kh"=1.70×10−3；因此室温下大部分二氧化碳都不会参与反应。假若没有催化剂存在，反应速率十分缓慢，其反应速率常数仅为0.039 s−1（正反应）以及23 s−1（逆反应）。碳酸是无机化合物。纯碳酸只能在−80 °C下制备。碳酸分子在水存在下会迅速分解成二氧化碳和水，但如果没有水，纯碳酸出乎意料能在室温下稳定存在。生物体内的碳酸. 碳酸在生物体内至关重要，代谢和胃酸分泌过程中都需要碳酸。血液中的碳酸. 在哺乳动物的血液中，碳酸在血液中所占的角色非常重要。当二氧化碳从细胞进入血液后，它会与水化合形成碳酸，其后被夺走一个H+，形成碳酸氢根离子（-- ）。碳酸氢根离子会进入红血球，与另一个H+结合，再次形成碳酸。在肺中，碳酸中的水将被夺走，二氧化碳即从肺部释出。控制碳酸与二氧化碳间的反应平衡对于控制血液酸性的意义很重大。大多数生物具有一种名为碳酸酐酶的酶，它能有效地控制两种化合物间的反应平衡。碳酸在胃酸分泌中的作用. 碳酸在胃酸的分泌中占了重要的作用；胃壁细胞可以借由主动运输形成钠离子、钾离子浓度差，利用酶从碳酸合成出胃酸的成分之一盐酸。反应过程如下：综合以上步骤，净离子方程式可以写成： formula_2 碳酸的酸性. 碳酸是一种二元酸，其解离分为两步： formula_3 Ka1 = 4.3×10-7 mol/L; pKa1 = 6.37 (25 °C) formula_4 Ka2 = 4.8×10-11 mol/L; pKa2 = 10.32 (25 °C) 需要注意的是，以上所述值并不适用于实际估算碳酸的酸性，因为单个碳酸分子的酸性比醋酸和甲酸都要强。但实际上，碳酸分子只出现在二氧化碳和水的动态平衡中，其浓度比二氧化碳低得多，故酸度实际上较低，第一步反应可以记作： formula_5 Ka = 4.30×10-7 mol/L; pKa = 6.36 这个值被称为碳酸的解离常数。纯碳酸. 碳酸除了由二氧化碳和水形成之外，也可以由两个自由基（HCO、CO3）结合而成。另外一种方式是将碳酸氢盐加盐酸或者氢溴酸的水溶液合成；这个反应要在低温下进行，以免产物立刻分解为二氧化碳和水。在高于120K的温度可以形成非晶质碳酸，高于200K则会出现「β-相」的碳酸结晶，可由红外光谱学测出。β-相碳酸的光谱，可以确认它就是二氧化碳和水反应的副产物；它可在230–260 K升华而大部分不发生分解。一方面，的红外线光谱技术，可以测量碳酸分子的讯号，精确度到一个分子。碳酸可以由混合二氧化碳和水形成形成，又或者将干冰质子化来合成。由宇宙线的情况因此可以推测，在火星上或者外太空里的固态水和干冰混合物中，可能存在碳酸。碳酸的稳定性比预期中高，它能在比较高温（260K）存在，或甚至以气态存在于火星极冠。由从头计算法推算，只要有单独一个水分子存在，就足以催化气态碳酸分子分解为二氧化碳和水；若没有水，分解反应会很慢，在300K、气态下的反应半衰期是18万年。这只有在分子不多且距离彼此遥远下才能成立，因为计算同时推测，气态碳酸分子本身能发生自催化反应，形成二聚体然后发生分解反应。曾有研究声称低温合成出「α-相」的固态碳酸，反应物是碳酸氢钾和盐酸的甲醇溶液；然而这项研究结果，受到之后一份2014年的博士论文质疑。透过同位素标记实验，该论文认为产物是碳酸氢甲酯，而凝华的固体可能含有碳酸氢甲酯和二聚物，而不是碳酸；后续的间质隔离红外线光谱分析，以及分析透过气态合成、热裂解技术合成的产物，都确认这点。尽管有过去如此曲折的研究纪录，碳酸还是可能存在其他不同的同质异形体。一氧化碳可以由羟基自由基氧化而得到碳酸；由这种方式合成的碳酸，是否可被称为「γ-相碳酸」尚无定论。而「β-相碳酸」、「γ-相碳酸」还未经晶体学分析以确定其结构。在高压环境. 尽管碳酸分子一般在二氧化碳水溶液中所占比例不高，大量分子态的碳酸可以在数十亿帕斯卡（数万标准大气压）的气压下，存在于水溶液；而这种情况可发生在星球内部。

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