Złapano nieuchwytny kwas węglowy

Istnieje substancja, z którą każdy z nas ma do czynienia na co dzień, ale która uparcie wymyka się naukowym badaniom. To kwas węglowy, który austriackim uczonym po raz pierwszy udało się schwytać i zbadać w gazowej formie.

Kwas węglowy powstaje wszędzie tam, gdzie w wodzie rozpuszczony jest dwutlenek węgla. To właśnie z połączenia wody i CO₂ powstaje H₂CO₃ (a dokładniej H₂O·CO₂), które nadaje wodzie mineralnej i napojom gazowanym orzeźwiający smak. Ale mimo że tak łatwo się go wytwarza i jest tak powszechny, zbadanie jego właściwości jest trudne: kwas węglowy powstaje w niewielkich ilościach, jest nietrwały i wykrywany jest w ilościach śladowych. Nie sposób otrzymać jego stężonego roztworu i ulega rozkładowi już w temperaturze pokojowej.

Niektórym laboratoriom udawało się otrzymać go w formie stałej, w bardzo niskiej temperaturze, jednak próby uzyskania i zbadania formy gazowej spełzały na niczym i sądzono, że jest zbyt nietrwała, by w ogóle istnieć.

Sukces odnieśli dopiero austriaccy uczeni: Hinrich Grothe z wiedeńskiego Technische Universität oraz Thomas Loerting z University of Innsburck. Udało im się otrzymać gazową postać kwasu węglowego poprzez ogrzanie zestalonego kwasu. Ulatniające się molekuły kwasu węglowego trzeba było jednak łapać w niskiej temperaturze w pułapkę z sieci cząsteczek argonu - gazu szlachetnego. W tej postaci udało się wreszcie poddać gazowy H₂CO₃ badaniom spektroskopowym.

Jak się okazało, gazowy kwas węglowy utrzymuje stabilność do temperatury -30ºC. Występuje w trzech postaciach: odkryto dwa różne monomery, różniące się strukturą przestrzenną oraz jeden dimer, powstały z dwóch cząstek kwasu złączonych wiązaniem wodorowym.

Wyniki przydadzą się między innymi astronomom, poszukującym śladów kwasu węglowego w widmie ciał niebieskich, spodziewają się oni odnaleźć go w składzie komet, atmosfery Marsa (wiadomo, że znajduje się on w atmosferze ziemskiej) oraz w samej przestrzeni kosmicznej.

gazowy kwas węglowy H2CO3 H2O·CO2 Hinrich Grothe Technische Universität Thomas Loerting University of Innsburck