Acide carbonique (H2CO3)

Définition

L'acide carbonique est du dioxyde de carbone CO2 aqueux qui est un acide faible de formule H₂CO₃. Il est communément appelé acide respiratoire, étant le seul acide éliminé sous forme gazeuse par les poumons. Classé parmi les acides faibles, il participe à la formation de sels tels que les carbonates et les bicarbonates.

La formation d'acide organique :

Le dioxyde de carbone réagit avec l'eau pour produire de l'acide carbonique. La double flèche indique que l'acide carbonique se décompose assez facilement pour former à nouveau du dioxyde de carbone et de l'eau. L'acide carbonique est constitué d'un groupe fonctionnel carboxyle et d'un groupe hydroxyle.

Explications

L'acide carbonique est un composé carboné présent en faible quantité dans les solutions aqueuses de dioxyde de carbone. Parfois représenté par la formule OC(OH)₂, cette forme hydratée du dioxyde de carbone se caractérise par une structure comportant une double liaison carbone-oxygène. La base conjuguée de l'acide carbonique est le bicarbonate.

L'acide carbonique H2CO3 est exhalé par les poumons des mammifères terrestres : il est le seul diacide à être issu de la respiration.

✅ L'anhydride carbonique est obtenu par combustion complète du charbon au degré d'oxydation +4 de l'acide carbonique.

Le H₂CO₃ a la capacité de dissoudre le calcaire, ce qui engendre la production de bicarbonate de calcium Ca(HCO₃)₂. Ce phénomène joue un rôle dans la création de formations caractéristiques du calcaire, telles que stalagmites et stalactites.

Acide carbonique en structure de Lewis :

L'acide carbonique est un acide inorganique et un acide diprotique faible et instable. Un atome d'hydrogène de l'acide carbonique se lie à l'ion carbonate dans l'eau de mer et crée un ion bicarbonate (HCO₃^-) que les organismes producteurs de coquilles ne peuvent pas utiliser.

L'acide carbonique, généré par la dissolution et l'hydrolyse du CO₂ dans l'eau, représente le principal agent de lessivage naturel au sein de nombreux écosystèmes tempérés. Étant faible et instable, il se dissocie rapidement en ions hydrogène (H⁺) et en ions bicarbonate (HCO₃^-).

Le dioxyde de carbone dissous dans l'eau participe à l'équilibre chimique suivant : CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃. Cependant, dans cet équilibre, seule une petite partie du dioxyde de carbone se transforme en acide carbonique.

En présence d'eau, le H₂CO₃ subit une dissociation partielle qui génère des ions H⁺ et des ions HCO₃^- (bicarbonate). L'acide carbonique, étant diprotique, peut former deux types de sels : les bicarbonates et les carbonates. L'adjonction d'une quantité modérée de base au H₂CO₃ conduit à la formation de sels de bicarbonate, tandis que l'ajout d'une base en excès entraîne la production de sels de carbonate.

L'acide carbonique peut être obtenu comme sous-produit dans des procédés industriels, par exemple lors de la fermentation ou de la combustion des combustibles fossiles à grande échelle.

Rôles et importance

L'acide carbonique se trouve dans les boissons gazeuses. Au contact de l'eau, le dioxyde de carbone (CO2) se transforme en acide carbonique, procurant une sensation de picotement sur la langue, rehaussant les saveurs et jouant un rôle de léger bactéricide. De plus, il favorise la transition des aliments de l'estomac vers l'intestin.

Bien que seulement environ 1 % du dioxyde de carbone dissous forme de l'acide carbonique dans l'eau – et que même celui-ci se décompose rapidement en anions bicarbonate et en protons – ce composé joue un rôle indispensable dans le cycle global du carbone. Il assure les échanges entre le CO₂ atmosphérique et les réservoirs océaniques, tout en stabilisant le pH du sang et des autres fluides corporels.

Malgré sa fugacité (quelques fractions de seconde seulement avant sa transformation en ions hydrogène et bicarbonate, une durée d'existence de seulement 300 nanosecondes), il joue un rôle essentiel dans les processus géologiques et biologiques. La molécule présente un nombre d'hydratation moyen de 3,17, impliquant de fortes liaisons hydrogène formées par ses deux protons avec les molécules d'eau environnantes, ainsi que des interactions supplémentaires entre ses atomes d'oxygène et le solvant.

L'ion bicarbonate joue un rôle essentiel dans le transport du dioxyde de carbone hors du corps humain, un processus facilité par les échanges gazeux respiratoires. Les réactions d'hydratation du dioxyde de carbone, à l'état naturel, se déroulent lentement, surtout en l'absence d'agents catalytiques. La famille d'enzymes appelées anhydrases carboniques, présentes dans les globules rouges, accélère considérablement la réaction. Ces enzymes facilitent la conversion du dioxyde de carbone et de l'eau en acide carbonique, qui se dissocie ensuite en ions bicarbonate et hydrogène. Les ions bicarbonate ainsi obtenus sont ensuite dissous dans le plasma sanguin pour être transportés. Dans les poumons, ce processus enzymatiquement catalysé s'inverse, entraînant la reformation de dioxyde de carbone, qui est expulsé par l'expiration.

✅ L'absorption de l'excès de dioxyde de carbone atmosphérique, principalement due aux activités anthropiques, par les océans du monde entier a été associée à une réduction mesurable du pH océanique, avec une variation estimée à environ -0,1. Le dioxyde de carbone absorbé subit une réaction avec l'eau de mer, produisant de l'acide carbonique H2CO3, un phénomène appelé acidification des océans.

En rapport avec "acide carbonique"

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