Kohlensäure dingfest gemacht

Ein chemisches Phantom haben deutsche und israelische Forscher zu fassen bekommen. Ihnen gelang es erstmals, die Bildung und den Zerfall der extrem kurzlebigen Kohlensäure in Wasser zu verfolgen. Wie die Gruppe im Magazin “Science” berichtet, ist die Verbindung tatsächlich etwas stabiler als bislang angenommen und kann es in puncto Säurestärke mit Ameisensäure aufnehmen.

Grafik: Benjah-bmm27 via Wikimedia.org (gemeinfrei)

Kohlensäure (H2CO3) ist in der belebten und der unbelebten Natur praktisch allgegenwärtig. Die Verbindung entsteht beispielsweise, wenn Kohlendioxid mit Wasser reagiert, zerfällt allerdings sehr rasch wieder. “Diese Reaktion war wegen der schnellen Zerfallszeit der Kohlensäure bisher kaum Messungen zugänglich”, erläutert Erik Nibbering vom Berliner Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie.

Erst seit zwanzig Jahren können Chemiker Kohlensäure nachweisen, allerdings unter exotischen Bedingungen in der Gasphase oder tiefgefroren in Eis. Mit einem eleganten Trick gelang es Nibbering und Kollegen nun, die widerspenstige Kohlensäure und ihr Verhalten unter vergleichsweise alltäglichen Bedingungen zu studieren.

Die Forscher untersuchten die Entstehung von Kohlensäure, wie sie ähnlich in Mineralwasser bei Zugabe einer Zitronenscheibe abläuft. Ihre Ausgangslösung enthielt neben Bicarbonat (HCO3-) die Photosäure 2-Naphthol-6,8-disulfonat. Letztere reagiert erst nach Anregung durch Licht als Säure. In diesem Fall übertrug sie ein Proton (H+) auf das Bicarbonat und verwandelte es so in Kohlensäure.

Nachdem sie die Reaktion durch Lichtblitze gezielt ausgelöst hatten, verfolgten Nibbering und Kollegen ihren Ablauf, indem sie infrarote Laserpulse durch die Lösung schickten. Eine zunehmende Absorption bei einer Wellenlänge von 5,8 Mikrometern verriet die Entstehung der Kohlensäure. Anhand des zeitlichen Verlaufs dieser Reaktion schätzen die Forscher, dass es die Kohlensäure auf eine Säurestärke (pK) von 3,45 bringt. Damit ist sie deutlich saurer als bislang vermutet.

Forschung: Katrin Adamczyk, Mirabelle Prémont-Schwarz und Erik T. J. Nibbering, Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Berlin; Dina Pines und Ehud Pines, Deparment of Chemistry, Ben-Gurion University of the Negev, Be’er Sheeva

Online-Veröffentlichung Science, 12. November 2009, DOI 10.1126/science.1180060

WWW:
Max-Born-Institut, Berlin
Department of Chemistry, Ben-Gurion University
Kohlensäure und Carbonate
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