Wenn Sie ein kohlensäurehaltiges Getränk öffnen, hören Sie ein zufriedenstellendes Zischen und sehen, wie es am oberen Ende einer Flasche sprudelt. Die Blasen, die diesen Effekt erzeugen, sind in Wasser gelöste Kohlendioxid-Gasmoleküle. Es mag schwer vorstellbar sein, aber CO2 ist in Wasser löslich, da Wasser Kohlendioxidmoleküle umgibt und wie ein Käfig um sie herum wirkt.
Molekülladung
Ein Grund, warum sich ein Gas wie Kohlendioxid in Wasser löst, ist seine Ladung. CO2 besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Die Atome teilen sich Elektronen, aber sie teilen sich diese Elektronen nicht gleichmäßig – die Sauerstoffenden eines CO2-Moleküls haben eine leichte negative Ladung. Von diesen Polargebieten werden Wassermoleküle angezogen, wodurch sich CO2 im Wasser auflösen kann.
Der Auflösungsprozess
Kohlendioxidmoleküle müssen zuerst die Luft- und Wasserbarriere passieren, um sich in Wasser aufzulösen. Sobald CO2 die Wasseroberfläche überquert, gewinnen die Moleküle eine Hülle aus Wassermolekülen und werden von Kohlendioxidgas oder CO2(g) zu Kohlendioxid in einer wässrigen Lösung oder CO2(aq) übertragen. Dieser Prozess ist sehr langsam.
Gleichgewicht
Nicht alle CO2-Moleküle bleiben in Wasser gelöst – ein Bruchteil davon reagiert mit Wasser zu Kohlensäure oder H2CO3. Auch diese Reaktion ist sehr langsam. Das Gleichgewicht wird zwischen CO2, H2O und H2CO3 hergestellt. Kohlensäure ist schwach und kann zu Bicarbonat oder Carbonat dissoziieren; Bei diesen Reaktionen entsteht Wasserstoff, der kohlensäurehaltiges Wasser einen leicht sauren pH-Wert verleiht.
Karbonisierungsprozess
Wenn Sie eine Flasche Soda oder Sprudelwasser öffnen, bemerken Sie, dass sich winzige Bläschen bilden und nach oben in die Flüssigkeit steigen. Wenn Fabriken kohlensäurehaltige Getränke herstellen, fügen sie dem Wasser mit hohem Druck CO2 hinzu, damit sich mehr CO2-Gas auflöst, als es auf natürliche Weise der Fall wäre. Kohlendioxid wird typischerweise kaltem Wasser zugesetzt, da seine Löslichkeit in Wasser mit steigender Temperatur abnimmt. Sie könnten feststellen, dass eine Limonade „flach“ wird oder ihre Kohlensäure verliert. Da die Anziehung zwischen Wasser und Kohlendioxid nicht so stark ist wie beispielsweise zwischen Wasser und Zucker, werden CO2-Moleküle aus der Lösung freigesetzt.