Koolzuurevenwichten

Koolzuurevenwichten is de verzamelnaam voor de chemische evenwichten die betrokken zijn bij kooldioxide, water en de afgeleide ionen in een waterige oplossing. In zuivere water reageert kooldioxide met water om koolzuur te vormen (CO2 + H2O ⇌ H2CO3). Koolzuur kan vervolgens ontleden in een waterstofion en bicarbonaat (H2CO3 ⇌ H+ + HCO3−), en bicarbonaat kan verder ontleden tot waterstofion en carbonaat (HCO3− ⇌ H+ + CO3^2−). In veel beschrijvingen wordt H2CO3 vaak weergegeven als CO2(aq) omdat CO2 in oplossing snel hydrateert.

De koolzuurevenwichten bepalen samen de bufferwerking van waterige systemen. De eerste dissociatie, H2CO3 ⇌ H+ + HCO3−, heeft een pKa rond 6,3 bij 25°C; de tweede dissociatie, HCO3− ⇌ H+ + CO3^2−, heeft een pKa rond 10,3. Door deze waarden en de totale kooldioxideconcentratie ontstaat een flexibel evenwicht dat reageert op veranderingen in pH, temperatuur en druk. De hoeveelheid opgelost CO2 hangt bovendien af van de partiële druk van CO2 boven de oplossing volgens Henry’s wet, wat vooral van belang is in ademhaling en waterbodems.

In de biologie speelt het koolzuur-/bicarbonaatsysteem een centrale rol in pH-regulatie. In het bloed werkt het als belangrijkste buffer: CO2 geproduceerd door weefsels wordt in oplossing gebracht, via koolzuuranhydrase omgezet en als bicarbonaat getransporteerd; de longen regelen de CO2uitademing, de nieren kunnen bicarbonaat herstellen en aanmaken. Buiten organismen beïnvloedt CO2 via dit evenwicht ook de oceaanchemie en mariene calcificatie, waar toenemende CO2 de zuurtegraad verhoogt en de beschikbaarheid van kooldioxide- en carbonaationen beïnvloedt.